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一种翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置、制备方法
申请号	CN202010221826.6	申请日	2020-03-25	公开(公告)号	CN111336254A	公开(公告)日	2020-06-26
申请人	西安丁杰精密机械制造有限责任公司;			发明人	丁杰;
摘要	本发明公开了一种翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，进一步提高了密封效果和使用寿命。该动密封装置包括基壳、上盖和多层密封片；基壳与上盖的整体内侧形成一圈凹槽；多层密封片的每一层密封片的各个相邻密封片单元的弧形片段首尾相接共同围成一个整圆；弧形片段与轴构成径向弹性接触；所述多层密封片在所述整圆处依次层叠放置，相邻的各层密封片的密封片单元沿圆周方向错位布置，遮盖弧形片段之间的接口缝隙，并使得各层密封片的弯折部相应插空分布。本发明的密封效果优于迷宫密封、蜂窝密封及刷式密封；制造成本、工艺难度均低于刷式密封，产品的密封性和可靠性高于刷式密封。
权利要求	1.一种翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：包括基壳(6)、上盖(5)和多层密封片；所述基壳(6)与上盖(5)均为环形结构，二者共轴并沿轴向拼接，使得基壳(6)与上盖(5)的整体内侧形成一圈凹槽；所述多层密封片的每一层密封片包括多个密封片单元，每一个密封片单元包括弧形片段和至少一个弯折部，所述弯折部的一端与弧形片段的外圆面固定相接，另一端与基壳(6)对应的所述一圈凹槽侧面固定连接；所述每一层密封片的各个相邻密封片单元的弧形片段首尾相接共同围成一个整圆；所述整圆与基壳(6)、上盖(5)共轴，但在自然状态下相对于轴有过盈，使得弧形片段与轴构成径向弹性接触；所述多层密封片在所述整圆处依次层叠放置，相邻的各层密封片的密封片单元沿圆周方向错位布置，遮盖弧形片段之间的接口缝隙，并使得各层密封片的弯折部相应插空分布。 2.根据权利要求1所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：还包括压簧(7)，所述压簧(7)设置于所述一圈凹槽内，对多层密封片形成轴向预紧。 3.根据权利要求2所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述压簧(7)固定于上盖(5)的内端面。 4.根据权利要求1所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：每个密封片单元具有两个弯折部。 5.根据权利要求1或4所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：每一层密封片包括沿圆周方向均匀分布的四个密封片单元。 6.根据权利要求1所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述基壳(6)与上盖(5)之间通过螺栓固定连接。 7.根据权利要求1所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述密封片单元的材料为钴基合金、镍基合金或不锈钢。 8.根据权利要求2所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述压簧的材料为钴基合金或65锰。 9.一种制备方法，用于权利要求1-8所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述密封片(1；2；3；4)是通过折弯模具折弯而成，每层4个密封片平整放置在密封片固定壳体上端面后通过固定工艺将其固定在壳体上，4个密封片沿圆周方向均匀分布，相邻两个密封片头尾相接，4个密封片所形成内表面为一个整圆；第2层密封片参考第一层1密封片的布置位置沿圆周方向转一定的角度后以同样的方式叠放在第1层密封片的上端面，以此遮住第1层密封片之间形成的接口缝隙，然后将其固定在密封片壳体上；以同样的方法依次焊装多层密封片，固定完成后形成多层完整的密封面，最后将压簧7固定在上盖 5内端面上，通过压簧将多层层密封片轴向预紧，密封片固定壳体和上盖通过螺栓或固定连接；密封件(8)的上盖内圆型面和密封片固定壳体的内圆型面均与旋转轴(9)之间均留有一定间隙，密封件上的多层密封片与旋转轴弹性紧密接触，密封片自由状态时相对于轴有过盈，当轴旋转时由于密封片的径向弹性使其与旋转轴紧密贴合从而实现与轴的动态密封即轴向密封；同时，密封片在压簧的预紧作用下紧贴在低压侧密封片固定壳体上端面，即实现了密封片与壳体及多层密封片之间的端面密封。
说明书全文	一种翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置、制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种高温高压状态下的动密封装置。背景技术 [0002] 高温高压气体的动密封目前主要有软、硬填料密封，迷宫密封，活塞环密封及刷式密封。密封的核心即相同条件下尽可能降低单位时间内密封介质的泄露量。 [0003] 软填料密封在适当填料及结构下，最高适用压力35MPa、温度600℃、线速度20m/s，可以满足一般条件下的密封要求，其在明火条件下易发生填料硬结现象，磨损补偿不足；硬填料密封使用压力350MPa，线速度12m/s，其需要对填料进行冷却或加热。 [0004] 迷宫密封则是在旋转件和固定件之间形成很小曲折间隙，流体经多次节流达到密封目的。其属于非接触式密封，密封效果远不及接触式密封。 [0005] 活塞环密封为现有最常用发动机及类似结构的高温高压气体密封结构，其必须在持续润滑及冷却条件下工作，工况适应性低，极易磨损。 [0006] 刷式密封作为现代透平机械的关键技术，其接触面为120根/mm2的金属丝组生长于成型基体上制成，生产制造困难成本高，润滑和冷却条件高。另外，刷式密封存在密封不严、掉丝、刷丝对轴的刷磨严重等现象。发明内容 [0007] 本发明的目的是提供一种高温高压气体/液体旋片弹性接触式动密封装置，进一步提高密封效果和使用寿命。 [0008] 本发明的技术方案如下： [0009] 一种翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特殊之处在于：包括基壳、上盖和多层密封片；所述基壳与上盖均为环形结构，二者共轴并沿轴向拼接，使得基壳与上盖的整体内侧形成一圈凹槽；所述多层密封片的每一层密封片包括多个密封片单元，每一个密封片单元包括弧形片段和至少一个弯折部，所述弯折部的一端与弧形片段的外圆面固定相接，另一端与基壳对应的所述一圈凹槽侧面固定连接；所述每一层密封片的各个相邻密封片单元的弧形片段首尾相接共同围成一个整圆；所述整圆与基壳、上盖共轴，但在自然状态下相对于轴有过盈，使得弧形片段与轴构成径向弹性接触；所述多层密封片在所述整圆处依次层叠放置，相邻的各层密封片的密封片单元沿圆周方向错位布置，遮盖弧形片段之间的接口缝隙，并使得各层密封片的弯折部相应插空分布。 [0010] 进一步地，还包括压簧，所述压簧设置于所述一圈凹槽内，对多层密封片形成轴向预紧。 [0011] 进一步地，所述压簧固定于上盖的内端面。 [0012] 进一步地，每个密封片单元具有两个弯折部。 [0013] 进一步地，每一层密封片包括沿圆周方向均匀分布的四个密封片单元。 [0014] 进一步地，所述基壳与上盖之间通过螺栓固定连接。 [0015] 进一步地，所述密封片单元的材料为钴基合金、镍基合金或不锈钢。 [0016] 进一步地，所述压簧的材料为钴基合金或65锰。 [0017] 本发明还提供了一种制备方法，用于所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述密封片(1；2；3；4)是通过折弯模具折弯而成，每层4个密封片平整放置在密封片固定壳体上端面后通过固定工艺将其固定在壳体上，4个密封片沿圆周方向均匀分布，相邻两个密封片头尾相接，4个密封片所形成内表面为一个整圆；第2层密封片参考第一层1密封片的布置位置沿圆周方向转一定的角度后以同样的方式叠放在第1层密封片的上端面，以此遮住第1层密封片之间形成的接口缝隙，然后将其固定在密封片壳体上；以同样的方法依次焊装多层密封片，固定完成后形成多层完整的密封面，最后将压簧7固定在上盖5内端面上，通过压簧将多层层密封片轴向预紧，密封片固定壳体和上盖通过螺栓或固定连接； [0018] 密封件的上盖内圆型面和密封片固定壳体的内圆型面均与旋转轴之间均留有一定间隙，密封件上的多层密封片与旋转轴弹性紧密接触，密封片自由状态时相对于轴有过盈，当轴旋转时由于密封片的径向弹性使其与旋转轴紧密贴合从而实现与轴的动态密封即轴向密封；同时，密封片在压簧的预紧作用下紧贴在低压侧密封片固定壳体上端面，即实现了密封片与壳体及多层密封片之间的端面密封。 [0019] 本发明的密封效果优于迷宫密封、蜂窝密封及刷式密封；制造成本、工艺难度均低于刷式密封，产品的密封性和可靠性高于刷式密封。具体优点如下： [0020] 1、本发明无需油液润滑，在满足普通工况高温高压气体动密封时更可用于油室设置困难的复杂工况，减少润滑油消耗，降低环境污染。 [0021] 2、本发明可在转子旋转的过程中密封片与转子之间形成良好的密封面，密封片通过自身的径向弹性可以对转子的径向跳动进行有效的补偿，使其达到可靠的密封。 [0022] 3、本发明每层密封片对轴的抱紧力小，产生运行阻力小，有效解决了普通密封件因对轴的抱紧力过大而产生的磨损及运行阻力过大等问题。 [0023] 4、本发明可在明火工况下保证良好的密封效果。 [0024] 5、本发明使用中气体(液体)压力对该密封组件对轴的抱紧力影响较小。 [0025] 6、本发明可广泛适用于蒸汽轮机、燃气轮机、转子发动机、化工设备、深海石油开采设备等主轴(旋转部件)与壳体结构之间的高温高压气体或液体动态密封。附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0027] 图1为本发明的一个实施例的示意图。 [0028] 图2为图1所示实施例的内部结构示意图。 [0029] 图3为每一个密封片的示意图。 [0030] 图4为本发明的一个实施例的应用示意图。 [0031] 附图标记：1、2、3、4-密封片(以第一层密封片示意)，5-上盖，6-基壳7-压簧，8-密封件组合体，9-旋转轴，10-设备壳体。具体实施方式 [0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0033] 如图1至图4所示，翼片式弹性动密封结构由多层密封片、上盖5、基壳6和压簧7组成。本实施例以一层4个密封片为例。 [0034] 第一层密封片结构为：1、2、3、4…按一定夹角沿圆周方向均匀分布，相邻的两个密封片沿周向首尾相接最终围成一个圆形密封组件。形状如图1所示。成型的每一个密封片如图3所示。 [0035] 每层密封片的结构及布置方式与第1层密封片相同。其多层的结构连接为：将每层密封片的固定部位固定于基壳6上，多层经多次固定后密封片围成的内型面与轴的外型面接触，形成密封组件结构。如图4所示。 [0036] 第2层密封片参考第一层密封片的布置位置沿圆周方向转一定的角度，以同样的方式叠放在第一层密封片上面，以此第2层密封片遮住第1层密封片之间形成的接口缝隙。然后将第2层密封片的固定部位固定在密封片固定壳体6上；同样的方法依次焊装第3层、第 4层、第5层……第n层密封片。最后将压簧7固定在上盖5的内端面上，通过压簧将安装的多层密封片轴向预紧。 [0037] 密封片材料可选用钴基合金、镍基合金、不锈钢等高温合金材料。压簧材料可选用钴基合金、65锰等耐高温弹性材料。 [0038] 具体地，每个密封片1、2、3、4可通过折弯模具折弯而成，每层4个密封片平整放置在密封片固定壳体上端面后通过固定工艺将其固定在壳体上，4个密封片沿圆周方向均匀分布，相邻两个密封片头尾相接，4个密封片所形成内表面为一个整圆；第2层密封片参考第一层1密封片的布置位置沿圆周方向转一定的角度后以同样的方式叠放在第1层密封片的上端面，以此遮住第1层密封片之间形成的接口缝隙，然后将其固定在密封片壳体上；以同样的方法依次焊装多层密封片，固定完成后形成多层完整的密封面，最后将压簧7固定在上盖5内端面上，通过压簧将多层密封片轴向预紧，密封片固定壳体和上盖通过螺栓等方式固定连接。 [0039] 如图4所示，密封件8(即上述翼片式弹性动密封结构)的上盖内圆型面和密封片固定壳体的内圆型面均与旋转轴9之间均留有一定间隙，密封件上的多层密封片与旋转轴弹性紧密接触(预紧)，密封片自由状态时相对于轴有过盈。当轴旋转时由于密封片的径向弹性使其与旋转轴紧密贴合从而实现与轴的动态密封即轴向密封；同时，密封片在压簧的预紧作用下紧贴在低压侧密封片固定壳体上端面，即实现了密封片与壳体及多层密封片之间的端面密封。 [0040] 本发明还提供了一种制备方法，用于所述的翼片式高温高压气(液)体弹性动密封装置，其特征在于：所述密封片(1；2；3；4)是通过折弯模具折弯而成，每层4个密封片平整放置在密封片固定壳体上端面后通过固定工艺将其固定在壳体上，4个密封片沿圆周方向均匀分布，相邻两个密封片头尾相接，4个密封片所形成内表面为一个整圆；第2层密封片参考第一层1密封片的布置位置沿圆周方向转一定的角度后以同样的方式叠放在第1层密封片的上端面，以此遮住第1层密封片之间形成的接口缝隙，然后将其固定在密封片壳体上；以同样的方法依次焊装多层密封片，固定完成后形成多层完整的密封面，最后将压簧7固定在上盖5内端面上，通过压簧将多层层密封片轴向预紧，密封片固定壳体和上盖通过螺栓或固定连接； [0041] 密封件8的上盖内圆型面和密封片固定壳体的内圆型面均与旋转轴9之间均留有一定间隙，密封件上的多层密封片与旋转轴弹性紧密接触，密封片自由状态时相对于轴有过盈，当轴旋转时由于密封片的径向弹性使其与旋转轴紧密贴合从而实现与轴的动态密封即轴向密封；同时，密封片在压簧的预紧作用下紧贴在低压侧密封片固定壳体上端面，即实现了密封片与壳体及多层密封片之间的端面密封。 [0042] 综上，当本实施例涉及的密封件安装于蒸汽轮机、燃气轮机、转子发动机和石油天燃气设备壳体10中，其燃气、蒸汽、液体等介质作用于该密封件的高压侧时，介质压力作用于翼片的型面，使多层翼片轴向压紧。同时，翼片外侧的拱形所产生的弹力使所有密封片与轴径向压紧，共同形成轴向和径向的预紧，从而起到封严作用。 [0043] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。