[发明专利]一种平衡盘密封减振装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种运用于离心压缩机等旋转机械的平衡盘密封装置，通过降低平衡盘振动，从而增强平衡盘密封装置的密封效果。属于振动控制技术领域。

背景技术

平衡盘是离心压缩机、多级泵等旋转机械平衡轴向力的重要元件。而平衡盘密封部件的密封性能和使用寿命直接影响着压缩机等叶轮机械的运行效率和可靠度。以离心压缩机为例，若平衡盘密封的泄漏量大或密封失效，一方面意味着平衡盘的轴向平衡能力失效，轴向载荷增大，严重影响止推轴承的使用寿命；另一方面，从平衡盘密封部件泄漏的高温高压气体又回到压缩机入口，降低了压缩机的运行效率。

目前，平衡盘的密封形式主要以非接触环形密封为主，以迷宫密封的应用最为广泛。但非接触环形密封存在的间隙流体激振是离心压缩机等叶轮机械密封普遍存在且不易解决的问题。并且，随着叶轮机械向着高效、稳定、大功率方向发展，密封间隙流体激振的危害日益突出。

密封间隙流体激振的来源是密封腔内的流体激振力，该激振力的产生归因于腔内高速高压流体的螺旋形流动和密封间隙的周向不均匀状态。流体进入密封间隙时，轴向速度很大，且具有很高的入口预旋速度和由旋转轴带动而产生的周向速度，故以螺旋形式向外流动。另外，轴系因制造、安装、偏磨或不平衡涡动运动等因素而偏心，导致密封腔的周向间隙不均匀。这些共同的因素导致密封流体激振力的产生，使转子剧烈涡动，当激振力超过一定值时，转子就会产生强烈振动。对于平衡盘密封而言，泄漏量会增大，且严重的振动可能导致密封的磨损，造成失效。

目前，抑制密封间隙流体激振的方法主要是减小密封腔的周向流动速度。主要分为主动控制和被动控制。主动控制主要有反旋流法(anti-swirl)，即引入一股高压介质，以与转子转向相反的方向注入到密封腔中，抵消密封腔气流的周向运动。但这种方法增加了有效介质的损失和动力能源的浪费，而且结构复杂，设计难度大。被动控制主要有阻尼密封技术(Damper seal)和阻旋栅(swirl brakes)。阻尼密封是采用粗糙静子面来消耗流体周向流动能量，从而降低轴向流动速度。具体的包括蜂窝密封、孔型密封、袋型密封、锯齿密封、三角形密封、菱窝密封和刷式密封等。其中蜂窝密封和孔型密封的理论相对成熟，在实际中有很大的运用与发展，其余几种阻尼密封在制造方面和使用性能等方面都有待进一步研究。阻旋栅是一种在密封入口沿周向布置的栅板，其结构简单，可以改变密封入口流体方向，有效降低入口预旋，减小密封流体激振力。阻旋栅多用于高压离心压缩机和航空发动机级间密封和口环密封。孙丹等在《阻旋栅对密封静力与动力特性影响的数值分析与实验研究》中实验研究了无或有阻旋栅共5种密封动力特性，结果表明阻旋栅可有效降低密封的交叉刚度，增加密封的主阻尼，提高密封的稳定性(航空学报，2015，36(9)：3002-3011.)。美国DRESSER-RAND公司的Memmott E A在《Stability of High Pressure Centrifugal Compressor Through Application of Shunt Holes and a Honeycomb Labyrinth》中实验研究了高压离心压缩机平衡盘密封开分流孔(Shunt Holes)，即从隔板上游引入一股高压气体到平衡盘蜂窝梳齿密封，来减小密封腔周向速度，并且在密封入口设置有阻旋栅，实验结果表明，带有分流孔的蜂窝密封明显优于梳齿密封，使转子系统更稳定(CMVA，13^thMachinery Dynamics Seminar，Toronto，Canada，1994，pp.211-233.)。该技术把被动控制(蜂窝密封和阻旋栅)与主动控制(分流孔引流)结合，具有很好的运用前景，但其分流孔引流压力和流量控制实现难度大，成本高。

综上所述，在现有的平衡盘密封减振技术领域，被动减振依然普遍存在偏心问题，无法从根源上消除间隙流体激振；而主动减振的反旋流法，除偏心问题外，还存在喷入流量不可控、方向不可控以及无法应对突发激振等许多不足之处。

发明内容

为了降低平衡盘振动，提高平衡盘密封装置的密封效果，解决现有技术中存在的问题和不足，本发明提供了一种平衡盘密封减振装置。

本发明的技术方案如下。

一种平衡盘密封减振装置，包括设置在壳体与平衡盘之间的筒状密封体；所述筒状密封体与平衡盘通过两者之间的滚动轴承同轴设置；在所述筒状密封体与所述壳体之间设置有密闭空间；在所述密闭空间内设置有阻尼液。

所述阻尼液括磁流变液；还包括设置在所述壳体上的控制线圈。