1.本发明应用于旋转机械中的密封结构。


背景技术：

2.密封系统不仅需要将泄漏量控制得更低，还要能增强转子系统的稳定性。为了增强转子系统的稳定性，目前主要有两种途径，一种是发展“阻尼密封”技术，通过改变密封结构或静子面的粗糙程度来改变密封的总体性能。另一种是采用“反旋流”技术来减小或消除密封中的周向速度。pragenau提出了阻尼密封的概念，阻尼密封相对于迷宫密封而言具有较大的阻尼，其结构特点是具有光滑的转子面和粗糙的静子面。蜂窝阻尼密封、袋型阻尼密封以及孔型阻尼密封均属于阻尼密封系列。阻尼密封能将泄漏的流体分散进入多个环形腔或孔形腔内形成涡流，使泄漏流体能量转换为内能，有效减少流体的周向旋转，对转子振动具有一定的抑制作用，并减少了泄漏，因此，阻尼密封已被广泛应用于压气机、燃气涡轮、汽轮机等旋转机械中。但随着工作介质不断向高参数方向发展，阻尼密封在工作过程中会产生较大的流体激振力，可能会造成转子失稳。
3.为降低阻尼密封的泄漏量和减少流体激振，从而减少事故的发生，可以将颗粒阻尼器减振机理应用到阻尼密封上。在阻尼密封上增加放置固体颗粒的环形腔室，当流体经过阻尼密封环形腔或孔形腔耗散一部分能量后会通过与环形腔室相通的小孔流向环形腔室，之后这部分流体会将固体颗粒推动，造成固体颗粒之间以及固体颗粒与环形腔室之间的碰撞、摩擦，并且流体会在固体颗粒间隙中流动形成众多小涡流，将流体的能量转化为热能和声能，从而在阻尼密封耗散流体的能量的基础上进一步耗散流体的能量，导致流体经过密封的速度进一步下降，降低了阻尼密封的泄漏量，并减少了流体激振，降低了振动，提高了转子稳定性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于设计一种能大幅度降低密封泄漏量和流体激振的新型阻尼密封结构。
5.本发明的目的是这样实现的：
6.本发明提出了一种低泄漏高减振的新型阻尼密封结构，其特征是：阻尼密封和放置固体颗粒的环形腔室。流体首先会经过阻尼密封环形腔或孔形腔耗散流体的一部分能量，然后会通过与环形腔室相通的小孔流向环形腔室，流向环形腔室的这部分流体会带动固体颗粒使其发生固体颗粒之间以及固体颗粒与环形腔室之间的碰撞、摩擦，并且流体在固体颗粒间隙中流动形成了众多的小涡流，从而将流体的能量转化为热能和声能，在阻尼密封耗散流体能量的基础上进一步耗散流体的能量，导致流体经过密封时的速度进一步下降，从而降低了阻尼密封的泄漏量，并减少了流体激振，降低了振动。放置固体颗粒的环形腔室可以应用到任意一种阻尼密封上。
7.本发明还可以包括这样一些特征：
8.1.放置固体颗粒的环形腔室上与阻尼密封相通的孔直径最大为阻尼密封环形腔或孔形腔轴向长度的1/5。
9.2.阻尼密封自身的每个环形腔或孔形腔中至少有一个孔能与放置固体颗粒的环形腔室相通。
10.3.放置固体颗粒的环形腔室至少被均分为3个扇形的腔室。
11.4.放置的固体颗粒能被流体推动，造成固体颗粒之间以及固体颗粒与环形腔室之间的碰撞、摩擦，从而耗散流体的能量。
12.5.放置的固体颗粒要留有一定间隙，使得流体能在固体颗粒的间隙中流动形成众多的小涡流，从而耗散流体的能量。
13.本发明的优势在于：
14.本发明从工作介质向高参数方向发展的情况下阻尼密封泄漏量大和易发生流体激振的问题出发，在阻尼密封的基础上增加放置固体颗粒的环形腔室，实际上是通过放置固体颗粒的环形腔室显著增加流体的能量耗散，从而减少阻尼密封的泄漏量和流体激振。在阻尼密封的基础上增加放置固体颗粒的环形腔室的主要优势体现在：1.相对于流体直接流过阻尼密封，增加放置固体颗粒的环形腔室后，经过阻尼密封环形腔或孔形腔耗散能量后的流体会流向放置固体颗粒的环形腔室，在环形腔室内流体会带动固体颗粒运动导致固体颗粒碰撞、摩擦，流体也会在固体颗粒间隙中流动形成众多的小涡流，从而进一步耗散流体的能量，使得经过阻尼密封的流体动能进一步下降，即速度进一步降低，所以经过密封的流体泄漏量也进一步降低，2.流体经过放置固体颗粒的环形腔室后，泄漏流体的能量转化为热能和声能，流体动能进一步下降，从而进一步减少了流体的周向旋转，相对于单纯的阻尼密封，对转子振动具有更明显的抑制作用，3.放置固体颗粒的环形腔室可以安装在任意一种阻尼密封上，即可以在任意一种阻尼密封的基础上耗散流体能量，从而降低阻尼密封的泄漏量，并减少了流体激振，降低振动。
附图说明
15.图1阻尼密封流线图；
16.图2颗粒阻尼器刚度阻尼模型
17.图3一种低泄漏高减振的新型阻尼密封结构；
具体实施方式
18.下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：
19.结合图1～3，对低泄漏高减振的新型阻尼密封进行详细描述。阻尼密封1左侧为高压侧，右侧为低压侧，在压差的作用下，流体会从高压侧流向低压侧，在经过阻尼密封1时，会在多个阻尼密封孔形腔内形成小涡流，使泄漏流体能量转换为内能，有效减少流体的周向旋转，从而减少泄漏量和流体激振。以水平方向单自由度为例对颗粒阻尼器减振机理进行介绍。受迫振动的主体由于存在刚度k1和阻尼c1，在发生受迫振动时，会消耗一部分能量，从而减小振动，但同时振动主体也会受到破坏。在加装阻尼器腔体后，阻尼器腔体与主体之间的配合会产生刚度k2和阻尼c2，阻尼器腔体的作用是将主体的振动能量转移到颗粒阻尼器上来。颗粒阻尼器内部存在两种形式的刚度和阻尼，一种是阻尼器内壁面和颗粒之间的
碰撞、摩擦以及塑性变形，产生了刚度k3和阻尼c3，另一种则是颗粒之间的碰撞、摩擦以及塑性变形，产生了刚度k4和阻尼c4。质量和刚度对应的动能和弹性势能只是将能量转化或者储存在系统内部，并不能从系统剔除振动能量，只有阻尼力所产生的效果能够耗散系统能量。因此，就颗粒阻尼器而言，主要通过附加的质量来吸收系统的能量，将对受迫振动主体有破坏效果的能量转移并储存在颗粒阻尼器内部，通过其内部的摩擦、碰撞以及塑性变形来达到减振的目的。所以，在阻尼密封1的基础上增加放置固体颗粒3的环形腔室4，当流体在经过阻尼密封环形腔或孔形腔耗散能量后，会有流体通过与环形腔室4相通的小孔2流向环形腔室4，之后流体会带动固体颗粒3运动并造成固体颗粒3与环形腔室4碰撞、摩擦，或者造成固体颗粒3相互碰撞、摩擦以及造成流体在固体颗粒间隙中的流动形成小涡流。通过以上三种方式来将流体的能量转化为热能和声能，在阻尼密封1的基础上进一步耗散流体的能量，并进一步减少流体的周向旋转，从而进一步减少泄漏量和流体激振。
20.本发明的技术思路是：
21.在工作介质不断向高参数方向发展的情况下，阻尼密封在工作过程中的泄漏量会进一步增加，并产生较大的流体激振力，造成转子失稳，轻则机组轻微振动，重则可能导致飞车现象，造成重大事故。因此，利用颗粒阻尼器的减振机理，将其应用到流体密封上，增强阻尼密封的封严和减振能力。在阻尼密封的基础上增加放置固体颗粒的环形腔室，使得经过阻尼密封环形腔或孔形腔耗散能量后的流体有一部分会通过与放置固体颗粒的环形腔室相通的小孔流向环形腔室，在环形腔室内流体会推动固体颗粒运动造成固体颗粒碰撞、摩擦，流体在固体颗粒间隙中流动形成众多的小涡流，从而进一步耗散流体能量，使得经过阻尼密封的流体动能进一步下降，并且进一步减少了流体的周向旋转，所以相对于单纯的阻尼密封，新型阻尼密封的流体泄漏量能进一步降低，并且对转子振动具有更明显的抑制作用。
22.如图1所示，这是数值模拟得到的阻尼密封的流线图，通过该图介绍阻尼密封封严机理。其中阻尼密封1左侧为高压侧，右侧为低压侧，在压差的作用下，流体会从高压侧流向低压侧，在经过阻尼密封1时，会在多个孔形腔内形成小涡流，使泄漏流体能量转换为内能，有效减少流体的周向旋转，对转子振动具有一定的抑制作用，并减少了泄漏。
23.如图2所示，这是颗粒阻尼器的水平方向单自由度刚度阻尼模型，通过该图对颗粒阻尼器减振机理进行介绍。受迫振动主体由于存在刚度k1和阻尼c1，在受迫振动时，会消耗能量，从而减小振动，但同时振动主体也会受到一定的破坏。在加装颗粒阻尼器腔体后，颗粒阻尼器腔体与主体之间的配合会产生刚度k2和阻尼c2，腔体的作用是将振动主体的振动能量转移到颗粒阻尼器上来。颗粒阻尼器内部存在两种形式的刚度和阻尼，一种是阻尼器内壁面和颗粒之间的碰撞、摩擦以及塑性变形，产生了刚度k3和阻尼c3，另一种则是颗粒之间的碰撞、摩擦以及塑性变形，产生了刚度k4和阻尼c4。质量和刚度对应的动能和弹性势能只是将能量转化或者储存在系统内部，并不能把振动能量从系统去掉，只有阻尼力所产生的效果能够把将系统能量耗散掉。因此，就颗粒阻尼器而言，主要通过附加质量来吸收系统的能量，将对受迫振动主体有破坏效果的能量转移并储存在颗粒阻尼器内部，通过其内部的摩擦、碰撞以及塑性变形来达到减振的目的。
24.如图3所示，本发明提出的一种低泄漏高减振的新型阻尼密封结构主要包含以下两个特征，第一，普通的阻尼密封，流体在经过阻尼密封1时，会在孔形腔内形成涡流，通过
将流体的能量转化为内能耗散，从而有效减少流体的周向旋转，对转子振动具有一定的抑制作用，并且减少了流体的泄漏。第二，增加的放置固体颗粒的环形腔室，将颗粒阻尼器减振机理应用到流体密封上，增强阻尼密封的封严和减振能力。流体在经过孔形腔耗散能量后，会有流体通过与环形腔室4相通的小孔2流向环形腔室4，之后流体会带动固体颗粒3运动造成固体颗粒3相互碰撞、摩擦，或者造成固体颗粒3与环形腔室4碰撞、摩擦，流体在固体颗粒间隙中流动形成众多的小涡流，将流体能量转化为热能和声能，在阻尼密封1的耗散流体能量的基础上进一步耗散流体的能量，并进一步减少流体的周向旋转，从而减少泄漏量和流体激振。其中，放置固体颗粒3的环形腔室4上与阻尼密封1相通的孔直径最大为阻尼密封1环形腔或孔形腔轴向长度的1/5，阻尼密封1自身的每个环形腔或孔形腔中至少有一个孔能与放置固体颗粒3的环形腔室4相通，放置固体颗粒3的环形腔室4至少被均分为3个扇形的腔室，放置的固体颗粒3能被流体推动，造成固体颗粒3之间以及固体颗粒3与环形腔室4之间的碰撞、摩擦，从而耗散流体的能量，放置的固体颗粒3要留有一定间隙，使得流体能在固体颗粒3的间隙中流动形成众多的小涡流，从而耗散流体的能量。