姚松勤，常 軒，常 鑫

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1 離心風(fēng)機(jī)密封技術(shù)概述

離心風(fēng)機(jī)是根據(jù)動能轉(zhuǎn)換為勢能的原理，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后減速、改變流向，使動能轉(zhuǎn)換成勢能（壓力）。離心風(fēng)機(jī)根據(jù)出口壓力大小可分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，由于它們具有相似的流體動力學(xué)原理、流體性能曲線，這里統(tǒng)稱為離心風(fēng)機(jī)。

在離心風(fēng)機(jī)中，為了減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與固定元件之間的間隙泄漏，必須要有密封。離心風(fēng)機(jī)的密封主要包括葉輪側(cè)密封和軸密封，密封形式主要包括迷宮密封、密封環(huán)密封、機(jī)械密封和氣膜/液膜密封等[1]。本文主要對葉輪側(cè)密封，即在葉輪壓力端與吸入端之間的密封進(jìn)行改進(jìn)、研究。葉輪在壓力端與吸入端之間密封分類：按密封位置可分為：吸入端、壓力端、殼體弧形側(cè)、出口端。按間隙形式可分為：軸向間隙、徑向間隙。按密封結(jié)構(gòu)可分為：殼體環(huán)伸入進(jìn)口環(huán)內(nèi)、殼體環(huán)位于進(jìn)口環(huán)外、殼體環(huán)與進(jìn)口環(huán)軸向?qū)R、迷宮、彈性補(bǔ)償、充氣密封、密封材料以及殼體弧形側(cè)結(jié)構(gòu)等。

1）密封位置：吸入端位置是在葉輪進(jìn)口環(huán)與殼體上與葉輪進(jìn)口環(huán)對應(yīng)位置處的殼體環(huán)形成的密封位置。壓力端位置是在后盤背面?zhèn)扰c殼體上與后盤背面?zhèn)葘?yīng)位置處的殼體環(huán)形成的密封位置。殼體弧形側(cè)位置是在前盤外側(cè)與殼體上與前盤外側(cè)對應(yīng)位置處的殼體環(huán)形成的密封位置。出口端位置是在葉輪徑向出口位置處形成的密封位置。

2）間隙形式：軸向間隙為使氣體產(chǎn)生大致徑向流動路徑的間隙。徑向間隙為使氣體產(chǎn)生大致軸向流動路徑的間隙。如迷宮密封的氣體路徑既包括軸向間隙又包括徑向間隙，這里以迷宮密封主體為對象，通常定義為單一的軸向間隙或徑向間隙[2]。

3）密封結(jié)構(gòu)：根據(jù)密封結(jié)構(gòu)、機(jī)理、材料等不同，這里將其分為8 個(gè)具體分支。殼體環(huán)伸入進(jìn)口環(huán)內(nèi)為殼體環(huán)在軸向上伸入葉輪進(jìn)口內(nèi)。殼體環(huán)位于進(jìn)口環(huán)外為殼體環(huán)在徑向上為葉輪進(jìn)口環(huán)的外周。殼體環(huán)與進(jìn)口環(huán)軸向?qū)R為殼體環(huán)在軸向上與進(jìn)口環(huán)對齊，其中也包括殼體環(huán)與進(jìn)口環(huán)錯開式的對齊。迷宮密封為在一對密封環(huán)的四個(gè)密封位置中至少一個(gè)密封位置上設(shè)置多個(gè)密封齒/螺旋式密封槽?；⌒闻浜现饕獮槲攵说倪M(jìn)口環(huán)與殼體環(huán)中的至少一個(gè)環(huán)形成彎曲弧形結(jié)構(gòu)，與另一個(gè)環(huán)形成弧形配合。密封材料為包括任意位置處的密封環(huán)的材料，如柔性材料、耐磨材料等。彈性補(bǔ)償為密封環(huán)在軸向上/徑向上能夠根據(jù)磨損量進(jìn)行位置補(bǔ)償，從而保持原來的密封狀態(tài)。殼體弧形側(cè)結(jié)構(gòu)主要為葉輪前盤位置處的密封結(jié)構(gòu)。后盤側(cè)結(jié)構(gòu)主要為葉輪后盤側(cè)位置處的密封結(jié)構(gòu)。

2 密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案一

如圖1 所示的密封結(jié)構(gòu)方案：該密封結(jié)構(gòu)為用于套裝在旋轉(zhuǎn)部件上的旋轉(zhuǎn)密封靜子件，其內(nèi)表面加工有密封腔、穩(wěn)壓腔、密封齒、周向擋板和齒頂凹槽等結(jié)構(gòu)。密封腔可為迷宮環(huán)形結(jié)構(gòu)、圓孔型結(jié)構(gòu)和袋型結(jié)構(gòu)，穩(wěn)壓腔是具有較大腔室深度的周向貫通環(huán)形。密封腔具有正交各向不同的腔室深度。迷宮環(huán)形密封腔和圓孔型密封腔在X、Y 正交方向分別具有最大、最小的腔室深度，其值沿周向是按照橢圓形軌跡連續(xù)變化。袋型密封腔在X、Y 正交方向具有不同的腔室深度和不同的齒頂凹槽結(jié)構(gòu)，形成正交各向異性的直通型、收斂型和發(fā)散型的密封間隙比。

該密封結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：針對葉輪機(jī)械對減小動靜間隙泄漏量、提高運(yùn)行效率以及獲得正交各向異性轉(zhuǎn)子動力特性系數(shù)（尤其是各向異性剛度系數(shù))、提高軸系穩(wěn)定性的要求，提供了一種具有正交方向非對稱（正交各向異性)的密封腔和密封間隙比的正交各向異性旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，使其能夠產(chǎn)生正交各向異性的密封動力特性系數(shù)，同時(shí)保證較好的密封封嚴(yán)性能，從而解決現(xiàn)代葉輪機(jī)械軸系失穩(wěn)問題，提高葉輪機(jī)械運(yùn)行效率和軸系穩(wěn)定性。

3 密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案二

如圖2 所示的密封結(jié)構(gòu)方案：在殼體和旋轉(zhuǎn)體的外周表面之間的旋轉(zhuǎn)體徑向間隙形成密封，該旋轉(zhuǎn)體可旋轉(zhuǎn)地布置在殼體內(nèi)，并且設(shè)置有密封單元和位于密封單元的高壓側(cè)上的旋流破碎器，該密封單元限制從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動的流體，該旋流破碎器從殼體延伸到旋轉(zhuǎn)體的外周表面，并且限制通過上述間隙在旋轉(zhuǎn)體的周向方向上流動的流體。旋轉(zhuǎn)體設(shè)置有階梯部分，該階梯部分以旋轉(zhuǎn)體的外周表面的直徑從高壓側(cè)向低壓側(cè)減小的方式形成。旋流破碎器朝向外周表面延伸，該外周表面定位成比臺階部更靠近低壓側(cè)。旋流破碎器的尖端到達(dá)與外周表面相同的徑向位置，該外周表面位于比臺階部更靠近高壓側(cè)的位置。

該密封結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：密封裝置及流體機(jī)械，在旋轉(zhuǎn)體的外周面形成臺階部，并且利用該旋轉(zhuǎn)體中的位于比臺階部靠高壓側(cè)的位置的外周面，將回旋流引導(dǎo)至渦流斷路器，由此能夠抑制回旋流流入該渦流斷路器與旋轉(zhuǎn)體之間。因此，無需另外設(shè)置部件等，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地得到振動抑制效果。