一种用于燃气涡轮的油气双密封结构的制作方法

1.本发明涉及一种用于燃气涡轮的油气双密封结构，属于燃气轮机技术领域。


背景技术：

2.燃气轮机要求尺寸小、质量尽可能轻，因此转子与静子设计了很多薄壁件，其离心负荷和极不均匀的温度变化、瞬间载荷等会引起零部件的翘曲变形和位移，这些都需要密封结构来解决，以达到紧间隙的目的，但密封件间隙过小则会带来摩擦及磨损。
3.同时，燃气涡轮作为高温高速旋转机械，泄露问题一直极其重要。气体泄露会造成高温高压工质流失、降低机组效率，且气体窜至轴承部分会造成润滑油乳化，而密封油系统漏油进入机体会严重影响机组的安全性。
4.因此，亟需提出一种新型的用于燃气涡轮的油气双密封结构，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明研发目的是为了解决一种用于燃气涡轮的油气双密封结构，解决防止气体外漏，同时防止润滑油进入涡轮内腔并减少摩擦的问题，能起到增加涡轮安全性和提高涡轮效率的作用。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
6.本发明的技术方案：
7.一种用于燃气涡轮的油气双密封结构，包括涡轮转子、固定套筒、支持环、密封环、套筒、调整环、轴承、锁紧垫片和螺母，涡轮转子上套装有固定套筒，固定套筒的外侧从左置右依次套装有套筒、调整环、轴承和螺母，其中螺母通过锁紧垫片压紧固定于涡轮转子上，所述套筒左侧的固定套筒上加工有密封槽，密封槽内设置有密封环，固定套筒、密封环和套筒的外侧套装有支持环。
8.优选的：所述密封环的左侧壁与密封槽的左侧内壁之间设置有轴向间隙h1，所述轴向间隙h1为0.2mm，所述密封环右侧壁与套筒左侧端面紧密贴合，所述密封环的外侧壁与支持环之间设置有径向间隙h2，所述径向间隙h2为0.1mm。
9.优选的：所述套筒的左侧端面圆周均匀布置加工有多个螺旋槽。
10.优选的：所述螺旋槽的数量为40个。
11.优选的：所述多个螺旋槽共同形成表面织构，所述表面织构方向与涡轮转子的旋转方向一致。
12.优选的：所述螺旋槽的周向方向上的槽宽度角α1为4.5
°
，周向上相邻两个螺旋槽之间的宽度角α2为9
°
，槽宽比γ＝α1/α2，槽宽比γ为0.5。
13.优选的：所述螺旋槽的槽径比λ＝(rs-rx)/(ro-ri)，其中rs为螺旋槽的外径，rx为螺旋槽的内径，ro为套筒5的外径，ri为套筒5的内径，槽径比λ取值范围为0.3-0.7。
14.优选的：所述螺旋槽的槽深h3为0.01mm-0.02mm。
15.优选的：所述套筒的左侧端面为配合端面，其平面度加工要求为0.001，表面进行电镀处理。
16.优选的：所述螺旋槽为t型螺旋槽、圆弧型螺旋槽、c型螺旋槽或v型螺旋槽。
17.本发明具有以下有益效果：
18.1.本发明为高温高速大尺寸旋转的燃气涡轮提供了一种油气双密封结构，不仅能够防止气体外漏，还能够防止润滑油进入涡轮内腔。同时起到了增加涡轮安全性和提高涡轮效率的作用；
19.2.本发明的结构简单，能够在高温高压高速下平稳运转，能够保持长时间稳定运行且不易磨损损坏，设计加工难度小，安装简单，安全性高，具有很强的应用性；
20.3.本发明提供的螺旋槽结构，能够平衡将动静环分开的开启力和泄漏量的大小，减少磨损的发生，增强密封性能。
附图说明
21.图1是本发明一种用于燃气涡轮的油气双密封结构的结构示意图；
22.图2是本发明一种用于燃气涡轮的油气双密封结构的密封环与套筒的配合安装图；
23.图3是图2中套筒的b向视图；
24.图4是图3的e-e剖面图；
25.图中1-涡轮转子，2-固定套筒，3-支持环，4-密封环，5-套筒，6-调整环，7-轴承，8-锁紧垫片，9-螺母，21-密封槽，51-螺旋槽。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
27.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
28.具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种用于燃气涡轮的油气双密封结构，包括涡轮转子1、固定套筒2、支持环3、密封环4、套筒5、调整环6、轴承7、锁紧垫片8和螺母9，所述支持环3和密封环4为静子部件，其余为转子部件，涡轮转子1上套装有固定套筒2，固定套筒2的外侧从左置右依次套装有套筒5、调整环6、轴承7和螺母9，其中螺母9通过锁紧垫片8压紧固定于涡轮转子1上，保证螺母9不松脱，固定套筒2、密封环4和套筒5的外侧套装有支持环3，所述套筒5左侧的固定套筒2上加工有密封槽21，密封槽21内
设置有密封环4；固定套筒2、支持环3、套筒5、调整环6、轴承7、锁紧垫片8和螺母9均为环形金属件，结构简单，设计加工难度小，安装简单，安全性高，具有很强的应用性。由于结构简单，本实施方式能够在高温高压高速下平稳运转，具有能够长时间稳定运行且不易损坏的优点。
29.所述密封环4的左侧壁与密封槽21的左侧内壁之间设置有轴向间隙h1，所述轴向间隙h1为0.2mm，所述密封环4右侧壁与套筒5左侧端面紧密贴合，所述密封环4的外侧壁与支持环3之间设置有径向间隙h2，所述径向间隙h2为0.1mm，作为转子部分和静子部分的配合密封面。
30.所述套筒5的左侧端面圆周均匀布置加工有40个螺旋槽51，所述螺旋槽51为t型螺旋槽。所述t型螺旋槽共同形成环形的表面织构，所述表面织构方向与涡轮转子1的旋转方向一致，所述螺旋槽51通过本身产生的剪切流以及被封气体和外界形成的压差，在压力作用下达到密封效果。
31.所述表面织构为开设在密封端面中间的螺旋槽51，与传统的开槽方式对比，其具有更高的流体动静压效应，减少磨损的发生。在无润滑状态下，有表面织构会有更低的摩擦系数，摩擦状态也比较稳定，凹槽可以收集和容纳磨损颗粒，以此来减缓此处摩擦副的损耗。
32.由于高温气体由气侧p1，会通过顶部间隙向外泄露，影响机组效率，轴承7必须使用的轴承润滑油会通过油侧p2泄露，然后经过套筒5的顶部间隙进入涡轮内腔。故设计高温气体经密封环4与固定套筒2之间轴向间隙h1泄露进入密封环4底部，其中一部分高温气体经过中间孔在密封环4顶部形成压力略高的气腔，不仅能够防止轴承润滑油漏入主轴，损害机组安全，还能够减少高温气体的泄漏量；另一部分高温气体进入套筒5由螺旋槽51形成的表面织构，在高速旋转中形成气膜，减少摩擦力。
33.处于静止状态时，密封环4与套筒5的端面由于螺母9的拧紧力，紧密贴合在一起，处于“紧密封”状态，当涡轮高速旋转后，在套筒5的表面织构中产生流体动压力，生成一定的气膜，气膜将密封间隙转子部分和静子部分分开，变成非接触式的机械密封，可以减少密封端面的摩擦损失。
34.所述螺旋槽51的周向方向上的槽宽度角α1为4.5
°
，周向上相邻两个螺旋槽51之间的宽度角α2为9
°
，槽宽比γ＝α1/α2，槽宽比γ为0.5。随着槽宽比γ的增大，槽区所占端面面积不断增大，开启力会不断增大，而泄漏量则会减小；但随着槽宽比γ继续增大，开启力开始减少而泄漏量开始增大。在槽宽比γ为0.5附近时，开启力达到最大值，泄漏量为最小值。
35.所述螺旋槽51的槽径比λ＝(rs-rx)/(ro-ri)，其中rs为螺旋槽51的外径，rx为螺旋槽51的内径，ro为套筒5的外径，ri为套筒5的内径，随着槽径比λ的增大，开启力先增大后逐渐减小，泄漏量则在减小到一定值后开始增大。因此，槽径比λ不能过大也不能过小，槽径比λ取值范围为0.3-0.7。
36.所述螺旋槽51的槽深h3为0.018mm。根据有限元计算，可以将动静环分开的开启力一般随着槽深的增加而增加，但泄漏量也会随着槽深增大而增大，因此需综合考虑h3的取值，一般不超过0.02mm。
37.所述套筒5的左侧端面为配合端面，其平面度加工要求为0.001，表面进行电镀处理，达到加强表面硬度增强抗磨损性能的作用。
38.所述螺旋槽51还可以是圆弧型螺旋槽、c型螺旋槽或v型螺旋槽等型式，不同槽型仍需保证槽宽比、槽径比及槽深在取值范围内。
39.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
40.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
42.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
43.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
44.需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。