【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種流體機械行業的軸端密封裝置，具體涉及一種葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，屬于旋轉機械軸端干氣密封。
技術介紹
1、壓縮機和透平是超臨界二氧化碳循環發電系統中重要組成部分，其運行性能直接影響系統循環效率。密封作為旋轉機械的重要組成部分，主要用于控制動靜間隙內高壓工質的泄漏流動。泄漏率的高低不僅影響系統效率，還可能對設備的穩定性和安全性構成威脅。超臨界二氧化碳循環發電系統中旋轉機械的密封問題一直是一個復雜而關鍵的問題，通過材料優化、結構設計優化等手段，可以有效提高密封性能，保障系統的穩定高效運行。同時，二氧化碳在臨界點附近的熱物性存在非線性劇烈變化，這增加了超臨界二氧化碳密封系統泄漏速率預測及結構設計的難度。迷宮密封的泄漏率較大，可能達到百分之幾；機械密封的抗壓能力較弱，超臨界二氧化碳的壓力可以達到20mpa，機械密封不再適用。鑒于超臨界二氧化碳循環發電系統中旋轉機械的高溫、高壓和高轉速等嚴峻的工況條件，且出于對運行穩定性和工質泄漏量的考慮，干氣密封由于泄漏量小、抗壓能力強等優點成為最適用于超臨界二氧化碳旋轉機械的密封裝置。
2、干氣密封在運行時，動環和靜環之間會形成一層極薄的氣膜，使兩者處于非接觸狀態。這種非接觸式的設計大大降低了密封面的磨損，延長了密封的使用壽命。由于氣膜的存在，干氣密封能夠實現極高的密封性能，有效防止介質泄漏。同時，由于密封面不直接接觸，也避免了因摩擦產生的熱量和磨損顆粒對密封性能的影響。干氣密封對轉速、溫度和介質壓力等參數的變化具有較強的適應性。在較寬的轉速范圍內，干氣密封都能保持
3、目前，干氣密封動壓槽應用最廣泛的是對數螺旋槽和t型槽。隨著循環發電系統功率不斷擴大，干氣密封的密封性能也有了更高的要求。為了提高整個系統的經濟效益，降低循環工質的泄漏量，現有的干氣密封結構無法完全滿足大型循環發電系統的要求，需要提出新的密封槽型來進一步降低泄漏率。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的干氣密封氣動能力不足和散熱能力較弱的問題，本專利技術的目的是提出了一種葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，該密封結構能夠保證干氣密封在運行過程中的穩定，同時減小泄漏量，降低磨損程度，延長使用壽命。
2、為實現上述目的，本專利技術通過以下技術方案來實現：
3、一種葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，包括相配合的動環和靜環，動環的密封端面上沿周向均勻設置有若干動壓槽，密封端面入口側為高壓側，另一側為低壓側，動壓槽的開口位置位于密封端面的高壓側，動壓槽包括一條沿周向均勻分布的葉脈形仿生型槽，葉脈形仿生型槽包括一條主脈以及從主脈分出的高壓側脈和低壓側脈。
4、本專利技術進一步的改進在于，高壓側脈和低壓側脈與主脈之間的夾角α在45°～90°。
5、本專利技術進一步的改進在于，高壓側脈與低壓側脈在主脈兩側交替排布，高壓側脈與低壓側脈的總數量為20～100個。
6、本專利技術進一步的改進在于，高壓側脈與低壓側脈在徑向方向上長度比取值范圍是0.8≤(ro-r1)/(r2-rg)≤1.2，其中，所述動環的外徑為ro，所述動環主脈外徑為r1，所述動環主脈內徑為r2，所述動環低壓側脈內徑為rg，高壓側脈與低壓側脈在徑向方向上長度比為(ro-r1)/(r2-rg)。
7、本專利技術進一步的改進在于，葉脈形仿生型槽的深度為1～50μm。
8、本專利技術進一步的改進在于，動環密封端面上，所述動壓槽的低壓側脈底部與動環內徑之間為密封壩。
9、本專利技術進一步的改進在于，密封壩上設置有穩壓槽。
10、本專利技術進一步的改進在于，所述穩壓槽橫截面為鋸齒形，穩壓槽的深度為0.5～50μm，且始終不大于葉脈形仿生型槽的深度。
11、本專利技術進一步的改進在于，所述穩壓槽的徑向寬度為0.5～5mm。
12、本專利技術進一步的改進在于，所述穩壓槽鋸齒個數nd的取值范圍是：2≤nd≤10，鋸齒深度hd0的取值范圍為0.2hd≤hd0≤0.6hd，hd為穩壓槽的深度。
13、與現有技術相比，本專利技術所具有的有益效果是：
14、本專利技術中動環在啟動過程中時，隨旋轉機械軸一起運動，在密封端面和流體的剪切作用下，流體流經高壓側脈，進入主脈中，在主脈受到動壓槽根部的擠壓形成高壓區域，當壓力到達一定程度時，流體擠開靜環，在動環、靜環之間形成一層連續穩定流動的薄膜支撐動環、靜環；同時，保持動環、靜環不接觸，使密封端面不會發生磨損。動壓槽高壓側的流體流入動壓槽中，起到密封從軸處溢出流體的作用。本專利技術采用的葉脈形仿生型槽，曲線平滑，避免了t型槽等槽型的尖銳結構，增強了流體流動特性。本專利技術中密封端面上設置獨特的葉脈形仿生型槽結構，高壓側脈均勻開口保證吸入更多流體，并在運行過程中減少端面的磨損，適用于高工況密封，實現了密封端面的非接觸、耐磨損，延長了使用壽命，提高了密封的可靠性。
15、進一步的，由于高壓側脈和低壓側脈分布于主脈兩側且沿周向均勻排布于密封端面，所形成的流場更加穩定，在運行過程中遇到靜環偏斜情況時，通過薄膜自身的作用力和靜環后的支撐力，控制靜環偏斜角度，從而維持穩定運行的狀態。
16、進一步的，流體在動壓槽受到主脈幾何結構擠壓后，壓力升高，從而擠開靜環形成流體薄膜。流體從低壓側脈流出后，會在軸向方向上產生力的作用，在密封壩處設置穩壓槽，使得流出的部分流體流入到穩壓槽內，便于流場趨于穩定，同時，熱流體對動環和靜環會造成熱變形，影響密封性能，在密封端面上設置穩壓槽，有助于增強密封端面散熱，從而降低密封端面的熱磨損情況。
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1.一種葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，包括相配合的動環(1)和靜環(2)，動環(1)的密封端面上沿周向均勻設置有若干動壓槽，密封端面入口側為高壓側，另一側為低壓側，動壓槽的開口位置位于密封端面的高壓側，動壓槽包括一條沿周向均勻分布的葉脈形仿生型槽，葉脈形仿生型槽包括一條主脈(3)以及從主脈分出的高壓側脈(4)和低壓側脈(5)。
2.根據權利要求1所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，高壓側脈(4)和低壓側脈(5)與主脈(3)之間的夾角α在45°～90°。
3.根據權利要求1或2所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，高壓側脈(4)與低壓側脈(5)在主脈(3)兩側交替排布，主脈(3)一側的高壓側脈(4)與低壓側脈(5)的總數量為20～100個。
4.根據權利要求1所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，高壓側脈與低壓側脈在徑向方向上長度比取值范圍是0.8≤(ro-r1)/(r2-rg)≤1.2，其中，所述動環的外徑為ro，所述動環主脈外徑為r1，所述動環主脈內徑為r2，所述動環低壓側脈內徑為rg，高壓側脈與低
5.根據權利要求1所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，葉脈形仿生型槽的深度為1～50μm。
6.根據權利要求1所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，動環密封端面上，所述動壓槽的低壓側脈底部與動環內徑之間為密封壩(6)。
7.根據權利要求6所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，密封壩上設置有穩壓槽(7)。
8.根據權利要求7所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，所述穩壓槽(7)橫截面為鋸齒形，穩壓槽(7)的深度為0.5～50μm，且始終不大于葉脈形仿生型槽的深度。
9.根據權利要求7所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，所述穩壓槽(7)的徑向寬度為0.5～5mm。
10.根據權利要求7所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，所述穩壓槽(7)鋸齒個數Nd的取值范圍是：2≤Nd≤10，鋸齒深度hd0的取值范圍為0.2hd≤hd0≤0.6hd，hd為穩壓槽的深度。
...【技術特征摘要】
1.一種葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，包括相配合的動環(1)和靜環(2)，動環(1)的密封端面上沿周向均勻設置有若干動壓槽，密封端面入口側為高壓側，另一側為低壓側，動壓槽的開口位置位于密封端面的高壓側，動壓槽包括一條沿周向均勻分布的葉脈形仿生型槽，葉脈形仿生型槽包括一條主脈(3)以及從主脈分出的高壓側脈(4)和低壓側脈(5)。
2.根據權利要求1所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，高壓側脈(4)和低壓側脈(5)與主脈(3)之間的夾角α在45°～90°。
3.根據權利要求1或2所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，高壓側脈(4)與低壓側脈(5)在主脈(3)兩側交替排布，主脈(3)一側的高壓側脈(4)與低壓側脈(5)的總數量為20～100個。
4.根據權利要求1所述的葉脈形仿生型槽的干氣密封結構，其特征在于，高壓側脈與低壓側脈在徑向方向上長度比取值范圍是0.8≤(ro-r1)/(r2-rg)≤1.2，其中，所述動環的外徑為ro，所述動環主脈外徑為r1，所述動環主脈內徑為r2，所述動環低壓側脈內徑為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：祝原，王鵬飛，周寶存，付強，韓煜航，李紅智，張一帆，楊玉，倪依柯，
申請(專利權)人：華能青海發電有限公司，
類型：發明
國別省市：
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