[发明专利]一种基于负压腔体的转轴螺纹循环水密封结构

说明书

本发明一种基于密封腔体的转轴螺纹水密封结构，该密封作用涉及的主要部件包括转轴、四头矩形左旋螺纹‑双头矩形右旋螺纹组合结构、腔体，带螺纹水密封结构的转轴部分与腔体之间设计有不锈钢密封垫圈，且密封有效作用的区域是转轴与腔体发生相对运动的部分。密封系统运行时，从左端盖进水口引入水，经不锈钢密封垫的进水通道流入轴上反向螺纹中间凹槽处，同时双头矩形右旋螺纹结构和另一侧的四头矩形左旋螺纹结构在旋转时一起向中间凹槽处压水，即在转轴和不锈钢密封垫圈之间充满了水，而水又从对称的排水通道内排出，由此动态密封得以实现。本发明可保证密封腔体安全稳定运行，同时能够有效地模拟实际汽轮机运行条件，提高水蚀测量效率。

技术领域

本发明属于工业设备技术领域，具体涉及一种应用于汽轮机叶片材料抗水蚀测量的基于负压腔体的转轴螺纹循环水密封结构。这种通用密封结构还可以应用于摩擦学、表面涂层、机械加工等领域的一些试验装置或机械加工设备中，类似涉及旋转部件的负压腔体密封。

背景技术

汽轮机中的叶片水蚀是一种常见现象。随着汽轮机单机功率的增加，采用更长的末级叶片是提高汽轮机效率的必然手段，对于现代大功率汽轮机的末级叶片而言，其叶轮端部的轮周速度可高达650m/s以上，由此导致叶片的工作条件也愈发严酷。叶片水蚀现象危害严重，轻则破坏叶片型线，降低叶栅效率，重则导致叶片断裂，危及机组运行。目前，汽轮机末级叶片的材料水蚀问题仍然是影响大机组运行安全可靠性和热经济性的主要问题。然而水蚀问题是一个包含介质相变、材料失效、流固耦合、激波扩展等多种作用过程的复杂问题，理论分析与数值计算很难对水蚀过程进行完整的分析描述，因此实验测试是目前研究材料水蚀特性最有效的手段。

从19世纪20年代起，许多研究者就陆续对材料水蚀进行了实验研究，试图搭建准确和稳定的测量分析系统，建立标准化测试流程。由于使用实际汽轮机进行叶片材料抗水蚀测试是一项昂贵和缓慢的过程，因此选择其关键参数简化测量系统，建立实验室即可完成的测量分析系统是十分必要的。而要模拟实际汽轮机的运行条件，材料试件的旋转速度及冲蚀射流的撞击速度都需要尽可能达到汽轮机实际运行时的条件，这就对试件撞击空间的真空度带来了更高的要求。而包含旋转部件的静止腔体，其密封难点在于，既要保证射流撞击试件发生在具有一定真空度的空间内，又要保证转盘在持续高速射流的撞击下不因转轴处的进气现象出现不稳定振动。因此，设计并加工具有有效密封结构的转轴，是实现水蚀测量系统试验腔体密封的关键。显然，类似涉及旋转部件的腔体密封也需要这样的通用密封结构。例如：在摩擦学领域，航空航天机械内部的摩擦是真空状态下进行的，一些试验装置在进行这类材料摩擦磨损试验时，有效的密封结构对于制造符合模拟条件的真空腔室是必不可少的；此外，表面涂层领域的一些真空旋转涂层装置，以及机械加工领域的一些要求真空条件的车床等也有类似的需求。

发明内容

本发明的目的是为了保证水蚀测量过程中叶片材料试件与射流的撞击始终发生在具有一定真空度的空间，同时避免转轴处出现进气不稳定现象，提供了一种应用于汽轮机叶片材料抗水蚀测量的基于负压腔体的转轴螺纹循环水密封结构，在保证测量系统安全稳定运行的同时能够有效地模拟实际汽轮机运行条件，提高水蚀测量效率。而且，这种通用密封结构还可以应用于摩擦学、表面涂层、机械加工等领域的一些试验装置或机械加工设备中，类似涉及旋转部件的腔体密封。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于负压腔体的转轴螺纹循环水密封结构，包括转轴、四头矩形左旋螺纹结构、双头矩形右旋螺纹结构及腔体；其中，

腔体套装在转轴，且密封有效作用的区域是转轴与腔体发生相对运动的部分，该部分分别设置有四头矩形左旋螺纹结构和双头矩形右旋螺纹结构，带螺纹循环水密封结构的转轴部分与腔体之间还设置有不锈钢密封垫圈；腔体的左侧端面上设置有左端盖，左端盖上开设有进水口和出水口；