CN101371020A - 轴向动态刷式密封 - Google Patents

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Abstract

一种轴向动态刷式密封系统，其中，匹配环附装到转子上且具有密封面。刷式密封的硬毛围绕转子设置并且沿着轴向延伸，以便硬毛的末梢自由端接合匹配环的密封面。

Description

轴向动态刷式密封
技术领域
本发明涉及刷式密封，尤其涉及一种新型轴向动态刷式密封和刷式密封系统。
背景技术
刷式密封是公知的。参见通过引用结合在此的美国专利US6,231,047。通常，刷式密封的硬毛(bristle)设置在围绕旋转轴的前板和背板之间。硬毛的自由端接合(接触)轴，并且相对于壳体将其密封。因此，大多数现有的刷式密封在结构上是径向的，硬毛朝向旋转轴的径向延伸。
美国专利US5,480,162也通过引用结合在此，它提出了一种轴向刷式密封，用于在气体涡轮发动机中相对于相邻定子组件密封燃烧室组件。定子组件不移动，但燃烧室组件相对于定子组件移动。刷式密封硬毛在燃烧室组件和定子组件之间提供了密封，并且，该刷式密封的背板用于支撑定子组件，从而转换轴向负载。还可以参考通过引用结合在此的美国专利US6,170,831和US5,114,159以及美国待审专利申请U.S.2005/0110218和U.S.2003/0131602，它们提出的轴向刷式密封装置是浮动的但需要复杂的壳体装置，并且没有提供作用在匹配环(接合环)或转子上引起硬毛漏风的压力。
据我们所知，现有技术没有公开能方便地结合在动态使用的密封系统中从而相对于壳体密封转子例如旋转轴的柔性轴向刷式密封，所述转子从壳体中穿过。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于密封转子例如旋转轴、并且可以用于涡轮发动机、蒸汽轮机、压缩机、鼓风机、风扇、混合机、涡轮增压、以及其它旋转硬件例如心轴的轴向刷式密封。
本发明的另一目的在于提供这样一种轴向动态刷式密封，其制造简单、经济。
如果径向刷式密封的刷式条状元件能在平面外弯曲90度，则可以实现本发明，此时它能用作轴向动态密封使用并且制造简单、经济。
但是，在其它实施例中，本发明不需要实现所有的这些目的，与此相关的权利要求不限于能实现这些目的的结构或方法。
本发明涉及轴向动态刷式密封系统。匹配环附装到转子上并具有密封面。多个硬毛围绕转子设置并且轴向延伸，从而硬毛的末梢自由端接合匹配环的密封面。在一个实例中，转子沿着纵向轴线延伸，匹配环的密封面相对于垂直于该纵向轴线的轴线成一定角度(倾斜)。密封面可以以远离或朝向所述硬毛的方式成一定角度。在另一实例中，硬毛相对于匹配环的密封面成一定角度。匹配环的密封面可以成一定角度，从而在漏风状态下匹配硬毛的末梢自由端。
通常有用于硬毛的壳体。在一个实例中，壳体包括围绕硬毛的轴向延伸前板和轴向延伸背板。此外，还可以包括保持器(固定器)，用于将硬毛夹在前板和背板之间。
在一个实例中，壳体包括构造成将硬毛的自由端压靠在匹配环的密封面上的子系统。例如，所述壳体包括第一磁体和第二磁体，第二磁体与硬毛相关，用于将硬毛的自由端压靠在匹配环的密封面上。
一种根据本发明的轴向延伸动态刷式密封的特征在于，多个硬毛构造成围绕转子设置。硬毛的末终端设计成接合转子上附装的密封面。它还有用于保持硬毛的壳体。
附图说明
通过下面对优选实施例和附图的描述，所属领域技术人员将会意识到其它的目的、特点和优点，附图中：
图1是现有技术中的典型径向刷式密封的示意横截面视图；
图2显示了根据本发明的刷式密封组件的一个实施例的示意侧横截面视图；
图3是根据本发明的刷式密封组件的另一实施例的示意横截面侧视图；
图4显示了根据本发明的刷式密封组件的又一实施例的示意横截面侧视图；
图5显示了根据本发明的刷式密封组件的又一实施例的示意横截面侧视图；
图6显示了根据本发明的刷式密封组件的又一实施例的示意横截面侧视图；
图7显示了根据本发明的刷式密封组件的又一实施例的示意横截面侧视图；以及
图8显示了根据本发明的刷式密封组件的实施例的示意横截面侧视图，所述刷式密封组件包括用于将硬毛的自由端压向匹配环的子系统。
具体实施方式
除了优选实施例或下面描述的实施例之外，本发明能以其它实施例以及各种方式实施或实现。因此，应该理解，本发明不限于本申请文件的下述说明或附图所示的结构细节和零件布置。如果这里仅描述一个实施例，关于此点的权利要求不应限于该实施例。而且，除非有清楚和使人信服的证据体现某种排除、限制或放弃，这里的权利要求不应限制性地加以理解。
在图1的典型径向刷式密封装置中，刷式密封10布置成使硬毛12围绕轴14并且向该轴延伸，并且，硬毛的自由端与图1所示的轴接合。
与此相反，图2中根据本发明的轴向刷式密封系统20包括转子22，通常是旋转轴，以及附装到转子22上与其一起转动的匹配环24，匹配环24包括或限定有密封面26。
轴向设置的刷式密封30的硬毛28围绕转子22设置，并且沿着与转子22的纵向轴线相同的方向轴向延伸，从而硬毛28的末梢自由端接合匹配环24的密封表面26。甚至在匹配环24与转子22沿着箭头29所示的轴向方向和/或垂直于箭头29所示的方向移动时，硬毛28也能提供足够的密封。
根据本发明的一种刷式密封的实例包括固定到(未示出的)结构的非旋转元件上的静止壳体，转子22穿过该壳体延伸。所述的刷式密封壳体包括前板34和背板32，保持器36夹在它们之间以保持硬毛的非自由端。参见美国专利US6,231,047。紧固件38将背板34固定到前板32上。但是，在其它实施例中，背板和前板可以通过焊接或其它方式相互固定。前板和背板都不接合密封面26。对于所属领域技术人员而言，刷式密封的硬毛的壳体的其它设计是公知的。这种刷式密封元件不需要复杂的前板或背板元件，而是在支撑壳体的槽中设置简单的保持器。本发明的轴向刷式密封通过大的轴向偏差维持密封。美国专利US6,231,047的柔性刷式条状仅需要最小的预期径向高度以实现刷式密封元件。
在另一实施例中，图3的硬毛28相对于密封面26成一定角度，从而利用展开的硬毛，硬毛的展开是由转子22沿图3中箭头31所示的方向旋转造成的。
在又一实例中，密封性相对于与图4和图5所示的转子22的纵向轴线L垂直的轴线A成一定角度。这种设计有助于密封，并且密封面的倾斜角能更好地容忍轴向位移。在图4的实例中，匹配环24′的密封面26′与硬毛28的角度为θ1，此时，更高的压力作用在硬毛的外部。这种设计对于0层角度特别有用。由于0层角度的刷式密封的硬毛平行于轴的中心线，所述组件更硬，并且提供了对于轴向位置的高阻抗。因此，通过使硬毛能沿径向运动，同时仍然在锥形面上提供密封，在匹配环上设置角度有助于轴向位移过程中的密封在图5的实例中，匹配环24＂的密封面26＂与硬毛28的角度为θ2，此时，更高的压力作用在硬毛内部。θ1可以在0o和45o之间，θ2可以在0o和45o之间。
在另一实施例中，在高压引起的漏风的过程中，图6和图7的硬毛28相对于密封面成一定角度，此时，邻接背板32的硬毛趋于伸直。这种状态在硬毛的自由端上形成如图所示的锥形形状。通过使密封面26″′和26′v的角度匹配硬毛漏风状态，密封在运转过程中与旋转面基本处于线对线的状态。
在任意实施例和任意实践中，这种轴向动态刷式密封很容易制造，并且容易适应轴的运动。美国专利US6,231,047公开的径向刷式密封的刷式条状元件可以弯出平面90o，从而其能用在轴向密封实践中并且制造简单、经济。由于尺寸小，刷式密封柔性元件能轻松地集成到支撑壳体中，该支撑壳体还具有在壳体上切出的槽和简单的保持特征。此外，刷式密封柔性元件的重量轻，从而能通过使用永磁体来跟踪密封面，以形成闭合压力。
例如，在图8所示的实施例中，背板32包括永磁体插入件50，刷式密封保持器36包括与永磁体50极性相同的永磁体52，用于推动保持器36，由此将硬毛28的自由端压靠在匹配环24的密封面26上。构造来将硬毛28的自由端压靠在匹配环24的密封环26上的其它子系统也可以采用包括磁体54和52的组合。
尽管本发明的具体特征在某些附图在显示而在另外一些附图中没有显示，但这仅仅是为了方便起见，每个特征可以与本发明的其它任意或全部特征结合。这里所用的术语“包含”、“包括”、“具有”应被广义和全面地解释，而不限于任意物理上的互相结合。此外，本申请描述的任意实施例不应理解为唯一可能的实施例。对于所属领域技术人员而言，其它实施例是可以预料到的并且包含在所附权利要求中。
此外，在本专利的专利申请和审查过程中提交的任何修改不是对本申请提交时提出的任意权利要求要素的放弃，理性来说，不能要求所属领域的技术人员撰写出文字上包含所有可能的等同物的权利要求，在修改时，很多等同物是不可预见的，并且超出了将要被放弃(如果有的话)等同物的一般解释，进行修改的基本原理不过是很多等同物的密切关系，并且/或者因为有很多其它原因，不能要求申请人描述所修改的任意权利要求要素的某些非实质性替代。

Claims (30)

1.一种轴向动态刷式密封系统，包括：
转子；
附装到所述转子上且具有密封面的匹配环；以及
围绕转子并轴向延伸的多个硬毛，所述硬毛的末梢自由端接合所述匹配环的密封面。
2.如权利要求1所述的刷式密封系统，其特征在于：所述转子沿着纵向轴线延伸，所述匹配环的密封面相对于与所述纵向轴线垂直的轴线成一定角度。
3.如权利要求2所述的刷式密封系统，其特征在于：所述密封面以远离所述硬毛的方式成一定角度。
4.如权利要求2所述的刷式密封系统，其特征在于：所述密封面以朝向所述硬毛的方式成一定角度。
5.如权利要求2所述的刷式密封系统，其特征在于：在漏风状态下，所述匹配环的密封面成一定角度以便匹配所述硬毛的末梢自由端。
6.如权利要求1所述的刷式密封系统，其特征在于：还包括用于所述硬毛的壳体。
7.如权利要求6所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括围绕所述硬毛的轴向延伸前板和轴向延伸背板。
8.如权利要求7所述的刷式密封系统，其特征在于：还包括保持器，用于保持夹在所述前板和所述背板之间的所述硬毛。
9.如权利要求6所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括子系统，该子系统构造成将所述硬毛的自由端压靠在所述匹配环的密封面上。
10.如权利要求9所述的刷式密封系统，其特征在于：所述子系统是磁性的。
11.如权利要求10所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括第一磁体，还存在与所述硬毛相关的第二磁体，用于将所述硬毛的自由端压靠在所述匹配环的密封面上。
12.如权利要求1所述的刷式密封系统，其特征在于：所述硬毛相对于所述密封面成一定角度。
13.一种轴向动态刷式密封系统，包括：
转子；
附装到转子且具有密封面的匹配环；以及
静止壳体，该静止壳体包括围绕所述转子设置并从所述转子延伸的多个硬毛，所述硬毛轴向延伸并且其末梢自由端接合所述匹配环的密封面。
14.如权利要求13所述的刷式密封系统，其特征在于：所述转子沿着纵向轴线延伸，所述匹配环的密封面相对于与所述纵向轴线垂直的轴线成一定角度。
15.如权利要求14所述的刷式密封系统，其特征在于：所述密封面以远离所述硬毛的方式成一定角度。
16.如权利要求14所述的刷式密封系统，其特征在于：所述密封面以朝向所述硬毛的方式成一定角度。
17.如权利要求13所述的刷式密封系统，其特征在于：在漏风状态下，所述匹配环的密封面成一定角度，以便匹配所述硬毛的末梢自由端。
18.如权利要求13所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括围绕所述硬毛的轴向延伸前板和轴向延伸背板。
19.如权利要求18所述的刷式密封系统，其特征在于：还包括保持器，用于将所述硬毛夹在所述前板和背板之间。
20.如权利要求13所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括子系统，该子系统构造成将所述硬毛的自由端压靠在所述匹配环的密封面上。
21.如权利要求20所述的刷式密封系统，其特征在于：所述子系统是磁性的。
22.如权利要求21所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括第一磁体，还存在与所述硬毛相关的第二磁体，用于将所述硬毛的自由端压靠在所述匹配环的密封面上。
23.如权利要求9所述的刷式密封系统，其特征在于：所述硬毛相对于所述密封面成一定角度。
24.一种轴向延伸动态刷式密封系统，包括：
构造成围绕转子设置的多个硬毛，所述硬毛的末梢自由端接合附装在所述转子上的密封面；以及
用于保持所述硬毛的壳体。
25.如权利要求24所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括围绕所述硬毛的轴向延伸前板和轴向延伸背板。
26.如权利要求25所述的刷式密封系统，其特征在于：还包括保持器，用于将所述硬毛夹在所述前板和背板之间。
27.如权利要求24所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括子系统，该子系统构造成将所述硬毛的自由端压靠在所述匹配环的密封面上。
28.如权利要求27所述的刷式密封系统，其特征在于：所述子系统是磁性的。
29.如权利要求28所述的刷式密封系统，其特征在于：所述壳体包括第一磁体，还存在与所述硬毛相关的第二磁体，用于将所述硬毛的自由端压靠在所述匹配环的密封面上。
30.一种用于一系统的轴向动态刷式密封，该系统包括附装到转子上的匹配环并且限定有密封面，所述刷式密封包括：
围绕所述转子设置的多个硬毛，所述硬毛轴向延伸以接合所述匹配环的密封面。
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