姚松勤，常 轩，常 鑫
（1.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000；2.杭州和利时自动化有限公司，浙江 杭州 310018）
1 离心风机密封技术概述离心风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。离心风机根据出口压力大小可分为通风机、鼓风机、压缩机，由于它们具有相似的流体动力学原理、流体性能曲线，这里统称为离心风机。
在离心风机中，为了减少风机转子与固定元件之间的间隙泄漏，必须要有密封。离心风机的密封主要包括叶轮侧密封和轴密封，密封形式主要包括迷宫密封、密封环密封、机械密封和气膜/液膜密封等[1]。本文主要对叶轮侧密封，即在叶轮压力端与吸入端之间的密封进行改进、研究。叶轮在压力端与吸入端之间密封分类：按密封位置可分为：吸入端、压力端、壳体弧形侧、出口端。按间隙形式可分为：轴向间隙、径向间隙。按密封结构可分为：壳体环伸入进口环内、壳体环位于进口环外、壳体环与进口环轴向对齐、迷宫、弹性补偿、充气密封、密封材料以及壳体弧形侧结构等。
1）密封位置：吸入端位置是在叶轮进口环与壳体上与叶轮进口环对应位置处的壳体环形成的密封位置。压力端位置是在后盘背面侧与壳体上与后盘背面侧对应位置处的壳体环形成的密封位置。壳体弧形侧位置是在前盘外侧与壳体上与前盘外侧对应位置处的壳体环形成的密封位置。出口端位置是在叶轮径向出口位置处形成的密封位置。
2）间隙形式：轴向间隙为使气体产生大致径向流动路径的间隙。径向间隙为使气体产生大致轴向流动路径的间隙。如迷宫密封的气体路径既包括轴向间隙又包括径向间隙，这里以迷宫密封主体为对象，通常定义为单一的轴向间隙或径向间隙[2]。
3）密封结构：根据密封结构、机理、材料等不同，这里将其分为8 个具体分支。壳体环伸入进口环内为壳体环在轴向上伸入叶轮进口内。壳体环位于进口环外为壳体环在径向上为叶轮进口环的外周。壳体环与进口环轴向对齐为壳体环在轴向上与进口环对齐，其中也包括壳体环与进口环错开式的对齐。迷宫密封为在一对密封环的四个密封位置中至少一个密封位置上设置多个密封齿/螺旋式密封槽。弧形配合主要为吸入端的进口环与壳体环中的至少一个环形成弯曲弧形结构，与另一个环形成弧形配合。密封材料为包括任意位置处的密封环的材料，如柔性材料、耐磨材料等。弹性补偿为密封环在轴向上/径向上能够根据磨损量进行位置补偿，从而保持原来的密封状态。壳体弧形侧结构主要为叶轮前盘位置处的密封结构。后盘侧结构主要为叶轮后盘侧位置处的密封结构。
2 密封结构改进方案一如图1 所示的密封结构方案：该密封结构为用于套装在旋转部件上的旋转密封静子件，其内表面加工有密封腔、稳压腔、密封齿、周向挡板和齿顶凹槽等结构。密封腔可为迷宫环形结构、圆孔型结构和袋型结构，稳压腔是具有较大腔室深度的周向贯通环形。密封腔具有正交各向不同的腔室深度。迷宫环形密封腔和圆孔型密封腔在X、Y 正交方向分别具有最大、最小的腔室深度，其值沿周向是按照椭圆形轨迹连续变化。袋型密封腔在X、Y 正交方向具有不同的腔室深度和不同的齿顶凹槽结构，形成正交各向异性的直通型、收敛型和发散型的密封间隙比。
该密封结构优点：针对叶轮机械对减小动静间隙泄漏量、提高运行效率以及获得正交各向异性转子动力特性系数（尤其是各向异性刚度系数)、提高轴系稳定性的要求，提供了一种具有正交方向非对称（正交各向异性)的密封腔和密封间隙比的正交各向异性旋转密封结构，使其能够产生正交各向异性的密封动力特性系数，同时保证较好的密封封严性能，从而解决现代叶轮机械轴系失稳问题，提高叶轮机械运行效率和轴系稳定性。
3 密封结构改进方案二如图2 所示的密封结构方案：在壳体和旋转体的外周表面之间的旋转体径向间隙形成密封，该旋转体可旋转地布置在壳体内，并且设置有密封单元和位于密封单元的高压侧上的旋流破碎器，该密封单元限制从高压侧向低压侧流动的流体，该旋流破碎器从壳体延伸到旋转体的外周表面，并且限制通过上述间隙在旋转体的周向方向上流动的流体。旋转体设置有阶梯部分，该阶梯部分以旋转体的外周表面的直径从高压侧向低压侧减小的方式形成。旋流破碎器朝向外周表面延伸，该外周表面定位成比台阶部更靠近低压侧。旋流破碎器的尖端到达与外周表面相同的径向位置，该外周表面位于比台阶部更靠近高压侧的位置。
该密封结构优点：密封装置及流体机械，在旋转体的外周面形成台阶部，并且利用该旋转体中的位于比台阶部靠高压侧的位置的外周面，将回旋流引导至涡流断路器，由此能够抑制回旋流流入该涡流断路器与旋转体之间。因此，无需另外设置部件等，能够以简单的结构稳定地得到振动抑制效果。
