基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置，包括轉子、設在轉子上的若干密封齒以及靜子外套，所述靜子外套內(nèi)設有若干個密封槽，所述每個密封槽內(nèi)一Helmholtz共振腔，所述靜子外套套設在轉子上，所述密封槽內(nèi)設有密封齒。本發(fā)明提出一種基于Helmholtz共振原理的新型密封型式，本發(fā)明中的新型密封機理，可以同時滿足人們在高性能和低噪聲兩方面的技術需求，特別適用于對噪聲有較高要求的透平機械。
【專利說明】基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種密封裝置，具體涉及應用于透平機械、壓縮機等旋轉機械的高性能、低噪聲密封。
【背景技術】
[0002]密封是透平機械的關鍵部件，起著抑制透平機械內(nèi)流體泄漏的重要作用。密封內(nèi)流體流動所帶來的噪聲也是工業(yè)噪聲的主要來源之一，對工人正常工作及身體健康有很大影響。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，超(超)臨界汽輪發(fā)電機組正在得到廣泛應用，蒸汽壓力、溫度以及流量等參數(shù)大幅提高，高參數(shù)下低泄漏量和低噪聲型密封越來越重要，人們一直在研究新型密封機理和密封型式。
[0003]為了減小流體泄漏，人們在傳統(tǒng)疏齒密封的基礎上，通過改變密封本身的結構提出了階梯、螺旋槽、刷式、反旋流、混合等新型密封型式，取得了一定的效果。近些年來，隨著高參數(shù)透平機械汽流激振問題的頻繁出現(xiàn)，人們又提出了蜂窩、孔型、袋式阻尼密封等型式。較之傳統(tǒng)梳齒密封，上述密封在一定程度上減小了流體泄漏量并增強了密封抗汽流激振能力。盡管如此，現(xiàn)有密封型式并不足以滿足現(xiàn)代透平技術發(fā)展對密封高性能的需求。
[0004]高參數(shù)流體在動靜間隙內(nèi)湍流流動或噴射所產(chǎn)生的壓力突變是透平機械噪聲的主要來源。目前透平機械低噪聲設計主要是通過在透平機械外部設置隔聲裝置，需要考慮隔聲設計、結構強度設計、通風設計、電氣照明、防爆、安裝維護等問題，這是一種很被動的方法，并不能夠從源頭上降低噪聲水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置，包括轉子、設在轉子上的若干密封齒以及靜子外套，所述靜子外套內(nèi)設有若干個密封槽，所述每個密封槽內(nèi)一 Helmholtz共振腔，所述靜子外套套設在轉子上，所述密封槽內(nèi)設有密封齒。
[0007]進一步地，所述密封槽與密封齒的數(shù)量相等。
[0008]進一步地,所述Helmholtz共振腔設置在密封槽頂端,密封槽與Helmholtz共振腔的截面圖形呈“T”字型。
[0009]進一步地，為了更高效的實現(xiàn)密封功能，同時最大程度的吸收噪聲，根據(jù)實際情況，需要合理的設計共振腔與密封槽的結構、比例，并進行不斷的優(yōu)化。
[0010]本發(fā)明具備高性能。在與轉子相關聯(lián)的靜子外套內(nèi)設計多個密封槽，在密封槽背部相連一個基于Helmholtz原理的共振腔室，轉子上布置的密封齒通過密封槽插入共振腔室內(nèi)。氣流流經(jīng)動靜間隙時，經(jīng)過密封齒的引流迅速填充到密封槽內(nèi)，并擴散到其后的共振腔室中。在這個過程中，氣流擾動增大，二次漩渦較大，氣流能量損耗大。在共振腔室內(nèi)通過密封齒與共振腔頂部形成的密封間隙時，氣流節(jié)流效應明顯，壓力能轉換為速度能進而在共振腔室內(nèi)以熱能的形式耗散。沿軸向流動的過程中，氣流不斷地填充進密封槽及共振腔，損耗越來越大，能量越來越小，從而減小了氣流沿軸向的泄漏。
[0011]本發(fā)明具備低噪音。密封腔內(nèi)流體柱在密封間隙內(nèi)流體聲波的激勵下振動時，考慮到流體柱與密封腔之間的摩擦作用，系統(tǒng)可看作為一個有阻尼的簡諧振動系統(tǒng)。在阻尼作用下，流體柱的振動能量逐漸轉換為熱能而耗散，從而吸收了聲能。如果密封間隙內(nèi)流體產(chǎn)生的聲波頻率與這個系統(tǒng)的固有頻率相同時，密封腔內(nèi)的流體柱就會發(fā)生共振，此時損耗的聲能也達到最大，就可以使流體聲波被最大程度地吸收，達到抑制噪聲效果。
[0012]本發(fā)明提出一種基于Helmholtz共振原理的新型密封型式，本發(fā)明中的新型密封機理，可以同時滿足人們在高性能和低噪聲兩方面的技術需求，特別適用于對噪聲有較高要求的透平機械。
[0013]有益效果:本發(fā)明相對現(xiàn)在技術而言，具有以下優(yōu)勢:
[0014](I)高性能。通過在與轉子相關聯(lián)的靜子內(nèi)壁上設置系列密封槽并在其背部增設基于Helmholtz原理的共振腔室，增加了流體經(jīng)過密封的湍流耗散，流動阻力增大，從而降低流體泄漏水平。在轉子上布置的密封齒不僅起到引流的作用，使氣流更加順暢的流入密封槽及其共振腔室內(nèi)，而且也有密封節(jié)流增加流體流動阻力的作用。
[0015](2)低噪聲。流體流過密封時的聲波與共振腔室內(nèi)的流體產(chǎn)生共振，可以最大程度地吸收流體聲波，從源頭上降低了透平機械噪聲水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明降噪原理分析示意圖。
[0018]圖3是不加Helmholtz共振腔和密封齒的孔型密封內(nèi)流場分布圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的流場分布圖。
[0020]圖1中，I是轉子，2是靜子外套，3是密封槽，4是Helmholtz共振腔，5是密封齒。
[0021]圖2中，I是轉子，2是靜子外套，3是密封槽，4是Helmholtz共振腔，5是密封齒，6、7是密封間隙，8是流動入口，9是流動出口。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0023]如圖1所示，轉子I及套設在轉子I的靜子外套2，在靜子外套2內(nèi)設有多個密封槽3，與每個密封槽3背部相連一個Helmholtz共振腔室4，轉子上布置的密封齒5通過密封槽3插入共振腔室4內(nèi)，流體從流動入口 8流入經(jīng)過密封間隙7，受密封齒5阻流通過密封槽3流入共振腔室4，再通過密封間隙7由流動出口 9流出，同時流體在共振腔室4中還經(jīng)過密封間隙6。
[0024]如圖2所示，當密封槽3內(nèi)流體柱在密封間隙7內(nèi)流體聲波的激勵下振動時，由于流體柱與密封槽3之間有摩擦作用，此時系統(tǒng)可看作為一個有阻尼的簡諧振動。由于阻尼的作用，使流體柱的振動能量逐漸轉換為熱能而耗散，從而吸收了聲能。如果密封間隙7內(nèi)流體產(chǎn)生的聲波頻率與這個系統(tǒng)的固有頻率f0相同時，密封槽內(nèi)的流體柱就會發(fā)生共振，此時損耗的聲能也達到最大。通過對密封槽3和共振腔室4進行合理的設計，就可以使流體聲波被最大程度地吸收，達到消聲降噪效果。
[0025]比較圖3和圖4可以看出，較之無共振腔的密封,流體流過帶Helmholtz共振腔的新型密封時，渦旋會明顯加大，能量耗散大，從而減少流體泄漏。數(shù)值計算結果表明，在相同密封間隙下，帶Helmholtz共振腔型密封的泄漏量比沒有共振腔的密封降低了 33.9%。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置，其特征在于:包括轉子、設在轉子上的若干密封齒以及靜子外套，所述靜子外套內(nèi)設有若干個密封槽，所述每個密封槽內(nèi)一 Helmholtz共振腔，所述靜子外套套設在轉子上，所述密封槽內(nèi)設有密封齒。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置，其特征在于:所述密封槽與密封齒的數(shù)量相等。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置，其特征在于:所述Helmholtz共振腔設置在密封槽頂端,密封槽與Helmholtz共振腔的截面圖形呈“T”字型。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪聲密封裝置，其特征在于:所述密封齒的邊緣部分介于Helmholtz共振腔的高度之間。
【文檔編號】F16J15/40GK103939616SQ201410146875
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】楊建剛, 李新陽 申請人:東南大學