CN105649685B

CN105649685B - 一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构

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Publication number: CN105649685B
Application number: CN201511024739.7A
Authority: CN
Inventors: 赵欢; 孙丹; 刘宁宁; 白伟钢
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2017-08-11
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: CN105649685A

Abstract

一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，包括的组合件有前挡板、后挡板、刷丝环、紧固螺钉、承压板、W型密封环和静子机匣。所述的刷丝环是由刷丝根部通过熔焊工艺固定于环形板块上，形成上中下游三个刷丝环。所述刷丝环周向分为若干扇形段。所述W型密封环通过刷式密封件与静子机匣被夹持。所述承压板安装于静子机匣内，位于两个刷丝环之间。所述紧固螺钉的下端插入到静子机匣内并处于刷丝环的固定端。刷丝的固定端在刷丝环上，自由端与转子接触。所述紧固螺钉通过静子机匣作用于刷丝环。本发明是组合式刷式密封结构，可以在不拆卸刷式密封的前提下调节刷丝与转子间径向间隙，并且便于拆卸更换维修，可明显提高刷式密封的密封性能和降低使用成本，具有良好的经济效益。

Description

一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构

技术领域

本发明涉及一种应用于旋转机械中的动密封结构，尤其涉及一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构。

背景技术

刷式密封是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件。相对于传统的迷宫密封，刷式密封不但具有较好的封严特性，并且是一种柔性接触式动密封技术，能够适应转子的瞬间径向变形或偏心运动，此外，刷式密封的刷丝与转子轴形成柔性接触，可改善转子系统的振动特性，保证机组运行的安全性，因此刷式密封被广泛应用于航空航天、电力、石化等行业领域的旋转机械中。

刷式密封由前挡板、后挡板及夹装在两者之间的紧密排列的刷丝束组成，刷式密封依靠上述排列整齐、紧密的刷丝与转子相贴合来隔断下游气体并对上游气体的泄漏造成阻碍从而达到密封的效果，其流场特性与密封机理如下：刷丝束中刷丝间隙是不均匀的，不均匀性使得均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀，并且从密集的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在刷丝之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流，密封腔内的流场变得非常复杂。当射流遇到前面紧密的刷丝束时，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流，正由于刷丝束破坏流动而确保流动的不均匀性，使流体产生了自密封效应，横向流动有效的促进自密封效应的产生，使横流过刷丝束的总压降增大从而减少密封的泄漏。

研究表明，刷式密封作为一种接触式动密封，其优越性主要包括，上万根刷丝与转子面呈0～60°倾斜角度安装，刷丝束的柔性保证了在转子瞬时径向跳动的时刷丝束可以呈现退让性和追随性。另外密封流体在通过刷丝束后在后挡板的阻挡作用下，在后挡板与刷丝束间隙中流体径向射流作用较大，高速射流促进刷丝束下游区域刷丝吹向转子，形成刷丝“压力闭合效应”，有效闭合或者减小刷丝束与转子之间可能的间隙。

然而传统刷式密封刷式密封的过盈装配以及刷丝的“压力闭合效应”也会造成刷丝束与转子之间的碰摩等问题。在刷式密封刷丝束在较长时间碰摩情况下，过盈装配与“压力闭合效应”已不足以闭合刷丝束与转子间较大的间隙，刷丝束与转子间的间隙增大会造成泄漏量增加，导致封严失效。可以设想如果在不拆换刷式密封整体结构的情况下可以调节刷丝束与转子之间的径向间隙，必然会较大的提高刷式密封封严性能和降低使用成本。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，包括的组合件有前挡板、后挡板、刷丝环、紧固螺钉、承压板、W型密封环和静子机匣。所述刷丝环是由刷丝根部通过熔焊工艺固定于环形板块上，形成上中下游三个刷丝环。所述刷丝环周向分为3～9个扇形段，相邻刷丝环扇形段之间保持1mm～3mm间隙，每一刷丝环扇形段对应的静子机匣设置1～3个紧固螺钉，以便调节刷丝与转子面间的径向间隙。所述W型密封环通过刷式密封件与静子机匣被夹持，W型密封环被刷式密封件与静子机匣加紧而产生轴向张开趋势，即给密封组合件提供轴向预紧力，保证组合式密封件的相对稳定，并且起到密封刷式密封件与静子之间间隙的作用。所述承压板的材料为具有弹性的薄板，通过铸焊工艺安装于静子机匣内，位于两个刷丝环之间。所述紧固螺钉的下端插入到静子机匣内并处于刷丝环的固定端。刷丝的固定端在刷丝环上，自由端与转子接触。所述紧固螺钉通过静子机匣作用于刷丝环，通过拧紧紧固螺钉产生作用于刷丝环的预紧力，使刷丝环向内收缩或膨胀，预紧力的大小决定了刷丝环向内收缩或膨大的程度，进一步决定了刷丝束与转子之间的间隙，从而可以减小漏气损失，提高刷式密封的密封性能。

优选的，所述刷丝一般采用直径0.05mm～0.15mm的镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm～40mm，刷丝束轴向总厚度0.5mm～20mm，刷丝与转子径向呈0～60°安装角w，安装角w顺着转子旋转方向。

优选的，所述刷式密封后挡板高度为刷丝长度的0.75～0.95倍，前挡板高度为刷丝长度的0.45～0.75倍，前后挡板厚度为3mm～4.5mm。刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为0～0.5mm。

本发明提出了一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，其主要优点如下：

1、组合式密封结构，安装步骤清晰，便于拆卸更换维修，容易控制，不改变传统刷式密封的基本结构组成；

2、相对于传统刷式密封结构，静子机匣包含的螺钉结构，可以在不拆换刷丝环的情况下可以调节刷丝束与转子面之间的径向间隙，可明显提高刷式密封的密封性能和降低使用成本，具有良好的经济效益；

3、相对于传统刷式密封结构，静子机匣包含的承压板结构，可以有效降低刷丝束前后轴向气流压力，减弱刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴后挡板，进而可有效降低密封的刚化效应和滞后效应，减少刷式密封磨损，提高刷式密封性能。并且承压板结构增加了密封间隙射流流体的流动阻力，降低了引起密封泄漏的直通效应，提高了新型刷式密封系统的封严性能；

4、相对传统刷式密封整体式结构，若组合式部件损坏需要整体报废更换，但是本发明在单独零部件报废时可以单独替换，降低成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明刷式密封结构局部示意图。

图3是本发明装配有W型密封环、承压板和前后挡板的静子机匣的结构示意图。

图4是本发明刷丝环结构剖面示意图。

图5是图1的A-A剖视图。

图6是W型密封环结构示意图。

图7是W型密封环局部段结构示意图。

图中，1为紧固螺钉，2为中游刷丝环，3上游刷丝环，4为下游刷丝环，5为静子机匣，6、7为W型密封环，8为前挡板，9为后挡板，10为承压板，11为刷丝，12为转子。

具体实施方式：

如图1-图7所示：一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，包括紧固螺钉1，中游刷丝环2，上游刷丝环3，下游刷丝环4，静子机匣5，W型密封环6、7，前挡板8，后挡板9，承压板10，刷丝11和转子12。所述中游刷丝环2、上游刷丝环3、下游刷丝环4是由刷丝11根部通过熔焊工艺固定于环形板块上，形成上中下游三个刷丝环2、3、4。所述刷丝环周向分为3～9扇形段，相邻刷丝环扇形段之间保持1mm～3mm间隙，每一刷丝环扇形段对应的静子机匣设置1～3个紧固螺钉1，以便调节刷丝11与转子12间的径向间隙。所述W型密封环6、7通过前后挡板8、9与静子机匣5被夹持而产生轴向张开趋势，即给密封组合件提供轴向预紧力，保证组合式密封件的稳定，并且W型密封环6起到密封刷式密封组合件与静子之间间隙的作用。所述承压板10的材料为具有弹性的薄板，通过铸焊工艺安装于静子机匣5，位于两个上游刷丝环3、下游刷丝环4之间。所述紧固螺钉1通过静子机匣5作用于刷丝环2、3、4，通过拧紧紧固螺钉1产生作用于刷丝环2、3、4的预紧力，使刷丝环2、3、4向内收缩或膨胀，预紧力的大小决定了刷丝环2、3、4向内收缩或膨大的程度，进一步决定了刷丝11与转子12之间的径向间隙，从而可以减小漏气损失，提高刷式密封的密封性能。另外本发明采用单独零部件连接安装的方式，单独零部件包括，紧固螺钉1、中游刷丝环2、上游刷丝环3、下游刷丝环4、静子机匣5、W型密封环6、7、前挡板8、后挡板9、承压板10，本发明上述组合式零部件采用冲压的方式固定安装于静子上，形成一个整体，便于拆卸更换维修。

本发明结构简单，便于拆卸更换安装，安装步骤清晰，容易控制，不改变传统刷式密封的基本结构组成；相对于传统刷式密封结构，静子机匣包含的螺钉结构，可以在不拆换刷丝环的情况下可以调节刷丝束与转子面之间的径向间隙，可明显提高刷式密封的密封性能和降低使用成本；静子机匣包含的承压板结构，可以有效降低刷丝束前后轴向气流压力，减弱刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴后挡板，进而可有效降低密封的刚化效应和滞后效应，减少刷式密封磨损，提高刷式密封性能。并且承压板结构增加了密封间隙射流流体的流动阻力，降低了引起密封泄漏的直通效应，提高了新型刷式密封系统的封严性能；本发明采用单独零件组合式安装固定的方式，在单独零部件报废时不需要整体报废更换可以单独替换，降低成本。

Claims

1.一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，包括的组合件有前挡板、后挡板、刷丝环、紧固螺钉、承压板、W型密封环和静子机匣；所述刷丝环是由刷丝根部通过熔焊工艺固定于环形板块上，形成上中下游三个刷丝环，所述刷丝环周向分为3～9个扇形段，相邻刷丝环扇形段之间保持1mm～3mm间隙，每一刷丝环扇形段对应的静子机匣设置1～3个紧固螺钉，所述W型密封环通过刷式密封件与静子机匣被夹持，所述承压板安装于静子机匣内，位于两个刷丝环之间，所述紧固螺钉的下端插入到静子机匣内并处于刷丝环的固定端，刷丝的固定端在刷丝环上，自由端与转子接触，所述紧固螺钉通过静子机匣作用于刷丝环。

2.如权利要求1所述的一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，其特征在于：所述刷丝采用直径0.05mm～0.15mm的镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm～40mm，刷丝束轴向总厚度0.5mm～20mm，刷丝与转子径向呈0～60°安装角w，安装角w顺着转子旋转方向。

3.如权利要求1所述的一种刷丝束可径向调节的组合式刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板高度为刷丝长度的0.75～0.95倍，前挡板高度为刷丝长度的0.45～0.75倍，前后挡板厚度为3mm～4.5mm，末排刷丝与后挡板的轴向间隙为0～0.5mm。