一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的制作方法

1.本发明属于径流涡轮增压发电系统结构设计领域，具体涉及一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构。


背景技术：

2.径流涡轮增压发电系统能够借助气体工质在闭式条件下通过吸收热量、膨胀做功、放热和压缩等热力循环过程实现热能向机械能的转换，并利用电机进一步将机械能转变为电能。典型的径流涡轮增压发电系统在结构上主要包括涡轮、压气机、电机等部件。
3.转子作为涡轮增压发电系统中最为核心的部件之一，对系统稳定运行、热电转换效率、可靠性与寿命起着决定性的作用。径流涡轮增压发电系统在运转过程中，转子处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分，有的转子转速甚至达到十几万转/分，转子结构一旦发生故障，不仅会导致涡轮增压发电系统无法正常工作，而且还会引起系统结构损坏。因此，合理设计转子的结构对于保证涡轮发电系统的结构可靠性至关重要。
4.转子密封结构旨在保证气体工质的有序流动，防止气体工质沿转子与静止件的间隙部位发生泄漏，密封结构对转子的可靠运转发挥着关键作用。对于径流式涡轮发电系统转子而言，其主要关注的密封部位为压气机端和涡轮端的转子密封，特别是涡轮端的转子密封结构，由于涡轮端的密封工质压差大、温度高，其密封难度也较大。目前，涡轮增压发电系统等转子结构的密封主要通过在转子设置密封环槽，将单个或多个密封环置于环槽中，转子工作时使密封环分别同环槽的端面和静止支撑部件的端面相接触，实现转子与静止件部件间的可靠密封。这种密封方式具有结构简单、泄漏量小、制造成本低等优点，但是也存在寿命不长等问题，特别是用于高温端密封时，密封环长时间工作时容易失去弹性，导致密封失效，是制约系统工作寿命的主要因素。
5.针对径流涡轮增压发电系统可靠性与寿命需求，提出一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构，通过合理设计转子的密封结构，既可以实现转子与静止部件之间的可靠密封，又可以符合长时间工作要求，实现涡轮增压发电系统结构的高可靠性与长寿命目标。


技术实现要素：

6.本发明针对径流涡轮增压发电系统转子的密封需求，提出一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构。该密封结构包括阶梯轴套、阶梯式槽瓣、底座、压紧盖、固定螺钉和锁紧螺钉。根据涡轮增压发电系统结构尺寸参数，首先确定阶梯轴套、阶梯式槽瓣、底座、压紧盖、固定螺钉和锁紧螺钉的尺寸参数，其次完成密封组件加工，在此基础上进行阶梯式槽瓣同底座的装配，并用固定螺钉进行装配固定；然后进行压紧盖同底座和阶梯式槽瓣的装配，将压紧盖安装在底座上，并用锁紧螺钉进行紧固，形成完整的密封结构。
7.本发明的技术方案：
8.一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构，包括阶梯轴套、阶梯式槽
瓣、底座、压紧盖、固定螺钉和锁紧螺钉。
9.所述阶梯轴套的中心部位有用于将其安装在转子上的轴向通孔，所述阶梯轴套的外侧沿轴向设有阶梯式环齿和阶梯式环槽，所述阶梯轴套的阶梯式环齿上设有沿轴向的扰流盲孔；
10.所述阶梯式槽瓣的轴向中心部位设有分别同阶梯轴套的阶梯式环齿和阶梯式环槽相配合的阶梯式环槽和阶梯式环齿，所述阶梯式槽瓣的外侧设有将其安装在所述底座上的固定檐，所述固定檐上均布有安装紧固螺钉的带沉孔的通孔，所述阶梯式槽瓣的第一外圆柱面同所述底座的通孔相配合，所述阶梯式槽瓣的第二外圆柱面同所述压紧盖的通孔相配合，所述阶梯式槽瓣的阶梯式环齿和阶梯式环槽的表面均有可磨耗耐高温涂层，所述阶梯式槽瓣2可以是2个或2个以上；
11.所述底座上有安装阶梯式槽瓣的通孔和沉孔，所述底座上有固定阶梯式槽瓣的螺纹孔，所述底座上有固定压紧盖的螺纹孔；
12.所述压紧盖上有同所述阶梯式槽瓣相装配的通孔和沉孔，所述压紧盖上有将其固定在底座上用于安装紧固螺钉的带沉孔的通孔，所述压紧盖上有同所述底座的沉孔相装配的凸台；
13.所述固定螺钉安装在所述阶梯式槽瓣带沉孔的通孔和所述底座上的螺纹孔中，实现对阶梯式槽瓣的固定；
14.所述锁紧螺钉安装在所述压紧盖带沉孔的通孔和所述底座上的螺纹孔中，实现对密封结构的锁紧固定。
15.上述涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的装配工艺，包括以下步骤：
16.a、确定涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的尺寸参数：根据径流涡轮增压发电系统的结构参数，确定阶梯轴套、阶梯式槽瓣、底座、压紧盖、固定螺钉和锁紧螺钉的尺寸参数；
17.b、涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封组件的加工：按照步骤a确定的涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的尺寸参数，进行阶梯轴套、阶梯式槽瓣、底座、压紧盖、固定螺钉和锁紧螺钉的加工；
18.c、阶梯式槽瓣同底座的装配：将阶梯式槽瓣安装在底座上，并用固定螺钉进行装配固定；
19.d、压紧盖同底座和阶梯式槽瓣的装配：在完成步骤c的基础上，将压紧盖安装在底座上，并用锁紧螺钉进行紧固，形成完整的密封结构。
20.一种上述涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的使用方法。
21.一种径流涡轮增压发电系统，包括上述涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构。
22.一种上述径流涡轮增压发电系统的工作方法。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构，阶梯轴套和阶梯式槽瓣采用多个环齿同环槽相配合的密封结构可有效减少工质泄漏，提高密封的可靠性；阶梯轴套的阶梯式环齿上设有沿轴向的扰流盲孔，可以让阶梯轴套随转子在高速旋转过程中
在阶梯环齿和阶梯环槽之间形成高压带，起到阻隔工质流动的作用，提升密封的可靠性；采用2个或2个以上阶梯式槽瓣，便于密封结构安装与拆卸，使结构具有良好的工艺性；阶梯式槽瓣的环齿和环槽表面有可磨耗耐高温涂层，可以提升密封结构的自适应性，使自适应轴套和阶梯式槽瓣在工作过程中实现有效的配摩，形成良好的密封界面，充分保证密封的效果。采用底座和压紧盖结构形式，不仅便于密封结构装配，而且可提高密封结构刚性，使密封结构能够承受一定的冲击载荷，提高系统的工作寿命与可靠性。该分体式密封结构既具有良好的密封效果，又具有良好的工艺性，可以有效满足径流涡轮增压发电系统转子的密封需求。
附图说明
25.图1是涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构示意图。
26.图2是阶梯轴套结构示意图。
27.图3是阶梯式槽瓣结构示意图。
28.图4是底座结构示意图。
29.图5是压紧盖结构示意图。
30.1阶梯轴套
ꢀꢀ
2阶梯式槽瓣
ꢀꢀ
3底座
ꢀꢀ
4压紧盖
ꢀꢀ
5阶梯轴套轴向通孔
31.6阶梯轴套的阶梯式环齿
ꢀꢀ
7阶梯轴套的阶梯式环槽
ꢀꢀ
8扰流盲孔
32.9阶梯式槽瓣的阶梯式环齿
ꢀꢀ
10阶梯式槽瓣的阶梯式环槽
33.11阶梯式槽瓣的固定檐
ꢀꢀ
12阶梯式槽瓣带沉孔的通孔
34.13阶梯式槽瓣的外圆柱面
ꢀꢀ
14阶梯式槽瓣的外圆柱面
ꢀꢀ
15底座通孔
35.16底座沉孔
ꢀꢀ
17底座固定阶梯式槽瓣的螺纹孔
36.18底座固定压紧盖的螺纹孔
ꢀꢀ
19压紧盖的通孔
ꢀꢀ
20压紧盖的沉孔
37.21压紧盖带沉孔的通孔
ꢀꢀ
22压紧盖凸台
具体实施方式
38.一种涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构，包括阶梯轴套1、阶梯式槽瓣2、底座3、压紧盖4、固定螺钉和锁紧螺钉。
39.所述阶梯轴套1的中心部位有用于将其安装在转子上的轴向通孔5，所述阶梯轴套1的外侧沿轴向设有阶梯式环齿6和阶梯式环槽7，所述阶梯轴套1的阶梯式环齿6上设有沿轴向的扰流盲孔8；
40.所述阶梯式槽瓣2的轴向中心部位设有分别同阶梯轴套1的阶梯式环齿6和阶梯式环槽7相配合的阶梯式环槽10和阶梯式环齿9，所述阶梯式槽瓣2的外侧设有将其安装在所述底座3上的固定檐11，所述固定檐11上均布有安装紧固螺钉的带沉孔的通孔12，所述阶梯式槽瓣2的外圆柱面13同所述底座3的通孔15相配合，所述阶梯式槽瓣2的外圆柱面14同所述压紧盖4的通孔19相配合，所述阶梯式槽瓣2的阶梯式环齿9和阶梯式环槽10的表面均有可磨耗耐高温涂层，所述阶梯式槽瓣2可以是2个或2个以上；
41.所述底座3上有安装阶梯式槽瓣2的通孔15和沉孔16，所述底座3上有固定阶梯式槽瓣2的螺纹孔17，所述底座3上有固定压紧盖4的螺纹孔18；
42.所述压紧盖4上有同所述阶梯式槽瓣2相装配的通孔19和沉孔20，所述压紧盖4上
有将其固定在底座3上用于安装紧固螺钉的带沉孔的通孔21，所述压紧盖4上有同所述底座3的沉孔16相装配的凸台22；
43.所述固定螺钉安装在所述阶梯式槽瓣2带沉孔的通孔12和所述底座3上的螺纹孔17中，实现对阶梯式槽瓣2的固定；
44.所述锁紧螺钉安装在所述压紧盖4带沉孔的通孔21和所述底座3上的螺纹孔18中，实现对密封结构的锁紧固定。
45.上述涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的装配工艺，包括以下步骤：
46.a、确定涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的尺寸参数：根据径流涡轮增压发电系统的结构参数，确定阶梯轴套1、阶梯式槽瓣2、底座3、压紧盖4、固定螺钉和锁紧螺钉的尺寸参数；
47.b、涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封组件的加工：按照步骤a确定的涡轮增压系统转子阶梯式高可靠长寿命密封结构的尺寸参数，进行阶梯轴套1、阶梯式槽瓣2、底座3、压紧盖4、固定螺钉和锁紧螺钉的加工；
48.c、阶梯式槽瓣2同底座3的装配：将阶梯式槽瓣2安装在底座3上，并用固定螺钉进行装配固定；
49.d、压紧盖4同底座3和阶梯式槽瓣2的装配：在完成步骤c的基础上，将压紧盖4安装在底座3上，并用锁紧螺钉进行紧固，形成完整的密封结构。
50.以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。