CN104454030A - 一种耐高压的低滞后刷式密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高压的低滞后刷式密封装置，包括前挡板、刷丝束、后挡板，所述后挡板的与所述刷丝束接触的承压面上开设有内凹的环形平衡腔；在所述前挡板和所述刷丝束之间装设有柔性遮流板；本发明创造性地设计所述前挡板与后挡板的内径大小相同，并在所述前挡板的与所述刷丝束接触的承压面上开设有环形泄压槽。经改进后的低滞后刷式密封装置耐高压，与现有的标准型刷式密封装置相比，大大提高了密封装置的耐压能力、抗磨损能力，增加了其使用寿命。

Description

一种耐高压的低滞后刷式密封装置

技术领域

本发明涉及一种耐高压的低滞后刷式密封装置，更具体地，涉及一种航空燃气涡轮螺旋桨发动机气体流路的刷式密封装置。

背景技术

随着航空发动机性能的不断提高，气体流路密封的泄漏已变成影响发动机性能的主要因素。进一步提高航空发动机性能诸多潜力方面的研究表明，改进和发展新的密封技术是具有巨大潜力的领域。篦齿密封一直是气体流路密封的标准技术，经过多年的发展，其提升发动机性能的潜力已很小。刷式密封作为一种具有适应性的可过盈安装的密封形式，与传统的篦齿密封相比在密封性能的改善方面具有明显的优势，刷式密封的泄漏量约为篦齿密封的1/10～1/2。

已有的标准型刷式密封装置由前挡板、刷丝和后挡板组成。采用熔焊或其他工艺方法将三者连成一体。后挡板总是处于气流的低压侧，前挡板处于气流的高压侧，刷丝与径向中心线成40°～50°周向夹角，均匀有序紧密地排列与前、后挡板之间。由于刷式密封刷丝的柔顺性，使刷式密封能适应发动机转子和静子间瞬态径向间隙变化或转子偏心运动，不会像篦齿密封形成严重的永久性的磨损，因而不会显著地增大间隙，可使刷式密封长期维持优异密封特性。

但是大量的试验研究表明，在刷丝被跑道向径向方向移动而偏移后，由于刷丝与后挡板的摩擦力，不能立即复原，刷丝出现悬挂，产生“刷丝滞后”现象，刷丝滞后会导致刷式密封泄漏量的增大，直至刷丝复原到之前的状态。

现有的标准型刷式密封装置在轴偏移或升速时，在气体压力作用下，刷丝与后挡板间的摩擦力会加速刷丝和跑道的磨损，降低刷丝密封的密封性能及缩短使用寿命，存在耐压能力弱、滞后效应和使用寿命短等缺点。再者，现有标准型刷式密封所能承受的最大压差为0.25～0.35MPa，当超过此压力时刷式密封的性能会严重下降。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐高压的低滞后刷式密封装置，以解决现有刷式密封装置耐压能力较弱的技术不足。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种耐高压的低滞后刷式密封装置，包括：

前挡板，套设于所述转子上；

刷丝束，套设于所述转子上且装设于所述前挡板的内侧；

后挡板，套设于所述转子上且装设于所述刷丝束的内侧，所述后挡板的与所述刷丝束接触的承压面上开设有内凹的环形平衡腔；

在所述前挡板和所述刷丝束之间装设有柔性遮流板；

所述前挡板与后挡板的内径大小相同，所述前挡板的与所述刷丝束接触的承压面上开设有环形泄压槽。在前挡板和刷丝之间设计一个环形泄压槽，当气流进入环形泄压槽后，高压气流和前挡板、柔性遮流板以及刷丝束相互作用，产生气流的涡流现象，使得气流流动动能损失增大，压降加大，产生节流的的效果，以达到泄压的目的。

进一步地，所述刷丝束的刷丝的直径为0.08mm～0.15mm。为了使密封装置能承受更高的压差，刷丝的直径为0.08mm～0.15mm。增大刷丝的直径，可以提高单根刷丝的刚度，进而提高刷丝束的刚度，这样可以提高了刷式密封的耐压能力。

进一步地，所述刷丝束是由一根根的刷丝通过有序的排列，再通过焊接而成。

进一步地，所述前挡板与后挡板的内径大小相同。本申请人研究总结，后挡板内径越小，密封性能越好，但这个间隙值要保证刷式密封在正常工作时，密封跑道和前、后挡板不能接触，后挡板的内径值达到最小，可以很好地保证刷式密封的密封性能达到最优；前挡板内径值和后挡板的内径一样，增大了环形泄压槽的空间，增强了气流在环形泄压槽的涡流现象，起到泄压的作用。进一步地，减小前挡板的内径值可以减小高压气流对刷丝束的冲击，防止气流扰乱刷丝束。

本发明具有以下有益效果：

本发明在前挡板和刷丝之间设计一个环形泄压槽，当高压气流进入泄压槽后，气流会产生涡流，这种涡流运动使气体和前挡板相互作用而阻碍了气体的流动，减小了气体的流量，产生了节流效应，使气流流速降低，以达到泄压的目的，基于本发明所做改进，刷式密封可承受的压差达到0.65MPa，显著突破了现有标准型刷式密封所能承受的最大压差为0.25～0.35MPa的范围，保证了刷式密封的性能。与此同时，本发明所述刷式密封和现有的刷式密封装置相比较，在密封特性和耐磨损上均有显著改进。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的一种耐高压低滞后刷式密封装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，1为前挡板，2为挡圈，3为安装座，4为刷丝束，5为环形平衡腔，6为后挡板，7为密封跑道，8为环形泄压槽，9为柔性遮流板。

本实施例提供一种耐高压低滞后刷式密封装置，包括前挡板1、刷丝束4、环形平衡腔5、后挡板6、环形泄压槽8和柔性遮流板9。通过挡圈2将刷环固定在安装座3上，形成密封跑道7和刷丝束4的接触密封。

前挡板1的主要作用是夹持刷丝束4，后挡板6的主要作用是支持刷丝束4承受压力差。为了提高刷式密封装置的抗高温能力，本发明中前挡板1和后挡板6选用焊接性比较好的高温合金材料GH4169，其最高能承受650℃。为适应更高的速度和具有更长的寿命，刷丝选用一种镍、铬、铝基高温合金GH4137，它能承受600℃的温度。刷丝束4的倾斜角度为40°～45°。

前挡板1、柔性遮流板9、刷丝束4和后挡板6采用电子束焊工艺将三者焊接连成一体。前挡板1处于高压侧，后挡板6处于低压侧，密封气体由高压侧向低压侧泄漏。前挡板1和刷丝束4之间装设有柔性的遮流板9，柔性遮流板9的材料为GH4169，装设于前挡板1和刷丝束4之间，防止或减小高速高压气流吹乱刷丝束4，提高刷丝的耐压能力。前挡板1与后挡板6的内环直径相等，前挡板1和刷丝束4之间装设有环形泄压槽8，当气流进入环形泄压槽8后，高压气流和前挡板1、柔性遮流板9以及刷丝束4相互作用，产生气流的涡流现象，使得气流流动动能损失增大，压降加大，产生节流的的效果，以达到泄压的目的。后挡板6装设有环形平衡腔5，使刷丝束4不和后挡板6贴合，减小刷丝束4与后挡板6之间的摩擦力，使刷丝束4及时跟随密封跑道7的偏移，减小“刷丝滞后”效应。

为了使密封装置能承受更高的压差，刷丝束4中的刷丝直径为0.08mm～0.15mm。

本发明所述刷丝束可以参照现有常规制成，但作为优选，本实施例提供的刷丝束是由一根根的刷丝通过有序的排列，再通过焊接而成，结合本发明上述结构的优化，提供最佳的工作效果。

本发明的一种耐高压低滞后刷式密封装置已在密封结构试验器上进行全工况静、动态试验50h，其密封特性优，磨损小，有良好的低滞后特性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (4)

1.一种耐高压的低滞后刷式密封装置，用于对转子进行气密封，包括：

前挡板，套设于所述转子上；

刷丝束，套设于所述转子上且装设于所述前挡板的内侧； 

后挡板，套设于所述转子上且装设于所述刷丝束的内侧，所述后挡板的与所述刷丝束接触的承压面上开设有内凹的环形平衡腔；

在所述前挡板和所述刷丝束之间装设有柔性遮流板；

其特征在于，所述前挡板的与所述刷丝束接触的承压面上开设有环形泄压槽。

2.根据权利要求1所述耐高压的低滞后刷式密封装置，其特征在于，所述刷丝束的刷丝的直径为0.08mm～0.15mm。

3.根据权利要求1或2所述耐高压的低滞后刷式密封装置，其特征在于，所述刷丝束是由一根根的刷丝通过有序的排列，再通过焊接而成。

4.根据权利要求1所述耐高压的低滞后刷式密封装置，其特征在于，所述前挡板与后挡板的内径大小相同。