一种用于叶轮机械装置的叶冠密封结构及叶轮机械装置

本技术涉及叶轮机械的动叶顶部密封，具体涉及一种用于叶轮机械装置的叶冠密封结构及叶轮机械装置。

背景技术：

1、叶顶间隙泄漏的问题普遍存在于如压气机、汽轮机、燃气轮机、航空发动机、压缩空气储能膨胀机等各种叶轮机械动力设备中。叶顶间隙泄漏带来的能量损失会降低叶轮机械的能量转换效率，因而叶顶密封技术引起了本领域技术人员越来越广泛的关注。

2、现有技术中，降低叶顶间隙泄漏的方法通常为：在动叶顶部加装叶冠以增强密封效果，其中上述叶冠也称为围带。或者，在现有叶冠密封技术中，技术人员采用柱面螺旋槽密封和端面螺旋槽干气密封。但是，上述柱面螺旋槽密封往往为单一旋向，气流激振力较大，并且槽道可能会增大泄漏面积，还存在对于粘性较小的气体泵送效果有限等问题。另外，上述端面螺旋槽干气密封的结构，具有价格昂贵、结构复杂，同时还存在静环和动环之间出现碰擦导致密封损坏的情况。

3、因此，本领域技术人员需要一种在保证泵送效果的同时，密封效果好且经济性好的叶冠密封结构。

技术实现思路

1、本实用新型旨在提供一种用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，以解决现有技术中的叶冠密封结构其无法在保证泵送效果的同时，保证产品密封效果和经济性的问题。为此，本实用新型提供一种用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，包括：

2、高压侧凸台，设置在叶轮机械动叶片的环状叶冠上；且，所述高压侧凸台设置在叶轮机械其靠近泄漏流入口的高压侧位置；

3、低压侧凸台，设置在叶轮机械动叶片的环状叶冠上；且，所述低压侧凸台设置在叶轮机械其靠近泄漏流出口的低压侧位置；

4、高压螺旋槽，设置在所述高压侧凸台上；所述高压螺旋槽的旋向与所述叶轮机械动叶片的旋向相同；

5、低压螺旋槽，设置在所述低压侧凸台上；所述低压螺旋槽的旋向与所述叶轮机械动叶片的旋向相反。

6、可选的，用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，还包括：

7、迷宫梳齿，通过对介质节流以防止叶顶间隙的泄漏，所述迷宫梳齿设置在叶轮机械装置的机匣上；所述迷宫梳齿包括：分别布置在所述高压侧凸台和所述低压侧凸台侧部位置的齿板；

8、所述齿板、所述高压侧凸台和所述低压侧凸台三者构成高低交错的节流结构。

9、可选的，所述齿板嵌装在所述机匣的容置槽内。

10、可选的，所述高压螺旋槽的轴向长度小于所述高压侧凸台的轴向长度，以形成螺旋槽坝区；所述螺旋槽坝区用于阻挡所述叶轮机械动叶片在旋转过程中所述高压螺旋槽泵送的流体；和/或，

11、所述低压螺旋槽的轴向长度小于所述低压侧凸台的轴向长度，以形成螺旋槽坝区；所述螺旋槽坝区用于阻挡所述叶轮机械动叶片在旋转过程中所述低压螺旋槽泵送的流体。

12、可选的，所述高压螺旋槽上的任意槽道的结构均相同，且以相同的角度、深度和宽度参数设置；和/或，

13、所述低压螺旋槽上的任意槽道的结构均相同，且以相同的角度、深度和宽度参数设置。

14、可选的，所述高压螺旋槽和所述低压螺旋槽的角度范围为：0°至90°之间。

15、可选的，所述高压螺旋槽上的槽道形状为入口宽、出口窄的渐缩形结构，以使槽道出口处的流体加速升压；和/或，

16、所述低压螺旋槽上的槽道形状为入口宽、出口窄的渐缩形结构，以使槽道出口处的流体加速升压。

17、可选的，所述低压螺旋槽和/或所述高压螺旋槽的槽道形状为双曲线形结构、倒梯形结构和碗形结构。

18、可选的，所述迷宫梳齿的多个齿板其形状和长度相同；和/或，

19、所述齿板布置在所述高压侧凸台和所述低压侧凸台两侧。

20、一种叶轮机械装置，包括：上述用于叶轮机械装置的叶冠密封结构。

21、可选的，具有叶冠密封结构的叶轮机械装置适用于燃煤、燃气、压缩空气储能、超临界二氧化碳发电、有机工质朗肯循环、天然气余压利用、地热能利用系统的膨胀发电机组。

22、本实用新型技术方案，具有如下优点：

23、1.本实用新型提供的用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，包括：

24、高压侧凸台，设置在叶轮机械动叶片的环状叶冠上；且，所述高压侧凸台设置在叶轮机械其靠近泄漏流入口的高压侧位置；

25、低压侧凸台，设置在叶轮机械动叶片的环状叶冠上；且，所述低压侧凸台设置在叶轮机械其靠近泄漏流出口的低压侧位置；

26、高压螺旋槽，设置在所述高压侧凸台上；所述高压螺旋槽的旋向与所述叶轮机械动叶片的旋向相同；

27、低压螺旋槽，设置在所述低压侧凸台上；所述低压螺旋槽的旋向与所述叶轮机械动叶片的旋向相反。

28、在本实用新型中，上述分别位于高压侧凸台上的高压螺旋槽，以及位于低压侧凸台上的低压螺旋槽二者旋向相反。通过上述设计可以有效地减小现有迷宫密封结构或单向螺旋槽带来的气流激振力，使气动性能和安全性能更佳。同时，对于近高压侧的高压螺旋槽，是顺压力梯度泵送流体至槽道出口的螺旋槽坝区位置，进而更容易形成气膜和开启力。另外，对于近低压侧的低压螺旋槽，由于出口压力相对更低，也更容易将流体向上游的螺旋槽坝区泵送。上述过程中形成的气膜和开启力，从而阻挡间隙处的泄漏流体形成非接触式密封，从而减少泄漏量。

29、另外，上述高压螺旋槽可以顺压力梯度加强泵送效果，低压螺旋槽因槽道进口压力低而泵送效果更佳，对于工质粘性较小的压缩空气储能系统中的叶轮机械尤为适用。

30、2.本实用新型提供的用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，还包括：

31、迷宫梳齿，通过对介质节流以防止叶顶间隙的泄漏，所述迷宫梳齿设置在叶轮机械装置的机匣上；所述迷宫梳齿包括：分别布置在所述高压侧凸台和所述低压侧凸台侧部位置的齿板；

32、所述齿板、所述高压侧凸台和所述低压侧凸台三者构成高低交错的节流结构。

33、在本实用新型中，高压螺旋槽和低压螺旋槽的多槽道可形成多次节流效果，再耦合上述机匣上的迷宫梳齿可以实现的湍流增阻作用，形成一种组合的非接触式密封结构，进而充分增加叶顶泄漏通道的流动阻力，从而减小泄漏量、降低流动损失，实现机组的安全、高效运行。

34、3.本实用新型提供的用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，所述高压螺旋槽的轴向长度小于所述高压侧凸台的轴向长度，以形成螺旋槽坝区；所述螺旋槽坝区用于阻挡所述叶轮机械动叶片在旋转过程中所述高压螺旋槽泵送的流体；和/或，

35、所述低压螺旋槽的轴向长度小于所述低压侧凸台的轴向长度，以形成螺旋槽坝区；所述螺旋槽坝区用于阻挡所述叶轮机械动叶片在旋转过程中所述低压螺旋槽泵送的流体。

36、在本实用新型中，通过将高压螺旋槽的轴向长度设置为小于高压侧凸台的轴向长度，从而形成上述螺旋槽坝区。螺旋槽坝区不仅可以阻挡叶片在高速旋转时螺旋槽泵送的流体，从而在叶顶间隙处造成流体堆积形成流体膜阻挡泄漏。而且，还可以有效地实现在高压螺旋槽和低压螺旋槽开槽的同时不增加间隙处的泄漏通道面积。

37、4.本实用新型提供的用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，所述高压螺旋槽上的槽道形状为入口宽、出口窄的渐缩形结构，以使槽道出口处的流体加速升压；和/或，

38、所述低压螺旋槽上的槽道形状为入口宽、出口窄的渐缩形结构，以使槽道出口处的流体加速升压。

39、在本实用新型中，高压螺旋槽和低压螺旋槽为渐缩槽。渐缩槽的特点为入口宽、出口窄，由此对流体带来扩压效果，使槽道出口处流体加速升压，在槽道出口形成高压气膜，进而密封泄漏流体。并且，上述渐缩槽与螺旋槽在旋转过程中因泄漏通流体积变化，在槽道出口形成高压气膜从而获得密封开启力的原理相同。

40、5.本实用新型提供的用于叶轮机械装置的叶冠密封结构，所述高压螺旋槽和所述低压螺旋槽对称布置在所述环状叶冠轴向方向的中心线两侧，从而更好地对流体进行加速。