CN107559052B - 一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，包括：前挡板、C型夹、后挡板、芯线、前端减压板、后端减压板和刷丝，其中，C型夹夹紧固定于前挡板与后挡板之间，前端减压板和后端减压板分别连接于前挡板和后挡板的下端，前端减压板和后端减压板分别向内凸起形成减压室，C型夹的下端连接一竖直挡板，刷丝绕设于芯线上，并夹紧设置于C型夹的夹孔内，初始安装状态下，刷丝的自由端依次贴合竖直挡板的内侧及后端减压板的内侧伸出减压室并与转子接触。该单侧绕芯夹紧式刷式密封结构生产成本低，刷丝材料可选择金属或非金属材料，刷丝可更换且安装简单，滞后效应大大降低，刷丝性能稳定可靠，刷丝寿命长，可广泛应用于多种透平机械设备。

Description

一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构

技术领域

本发明涉及透平机械的动密封领域，特别提供了一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构。

背景技术

目前，刷式密封是被广泛应用于透平机械领域的一种密封结构，与传统的迷宫密封和篦齿密封相比，刷式密封的密封性能更加优越。实际应用表明，仅在航空发动机一处或几处关键部位采用刷式密封代替传统迷宫密封，就可使发动机推力提高1％～3％，燃油消耗率下降3％～5％(参见：林基恕，等.航空发动机设计手册[M]，航空工业出版社，第12册，传动及润滑系统，P329页)。篦齿密封不能适应转子的离心或热膨胀，因此在设计时必须保持转、静子之间足够的间隙，从而降低了封严性能，而刷式密封是继篦齿密封之后发展起来的一种新型密封技术，能显著减少航空发动机二次流路气体泄漏，被认为是已沿用多年的篦齿密封最简单、最实用和最有效的替代品，刷式能够显著降低漏气损失，并且能够保持良好的密封性，目前已被广泛应用到航空发动机上。

MTU公司公开了一种非焊接型的夹紧式刷式密封(参见：H.Schwarz,JensFriedrichs,J.Flegler.Axial Inclination of the Bristle Pack,a New DesignParameter of Brush Seals for Improved Operational Behavior in Steam Turbines[C],Proceedings of ASME Turbo Expo 2014:Turbine Technical Conference andExposition:GT2014-26330)，该夹紧式刷式密封前板和支承板之间利用C型环夹持着刷丝，刷丝绕芯线两侧缠绕垂下。研究表明，该刷丝绕芯线两侧缠绕结构导致刷丝自由端中间部位存在着比较大的间隙，且在轴向气流压差的作用下，刷丝会产生颤振现象以致疲劳断裂。在转子正常工作时，刷丝受到的压力会增大，刷丝与低压侧的支撑板直接的压力也会增大，接触力也会增大，刷丝应对转子跳动而向外侧变形的恢复能力降低，刷丝中间的间隙也会增大，这就导致了刷丝与转子形成大的间隙，造成密封性能下降。

因此，如何对现有的刷式密封结构进行改进，以实现降低泄漏量、提高刷丝寿命和密封性能的目的，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，以解决现有刷式密封泄漏量大、刷丝寿命短、密封性能差等问题。

本发明提供的技术方案是：一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，包括：前挡板、C型夹、后挡板、芯线、前端减压板、后端减压板和刷丝，其中，C型夹夹紧固定于前挡板与后挡板之间，前端减压板和后端减压板分别连接于前挡板和后挡板的下端，前端减压板和后端减压板分别向内凸起形成减压室，C型夹的下端连接一竖直挡板，刷丝绕设于芯线上，并夹紧设置于C型夹的夹孔内，初始安装状态下，刷丝的自由端依次贴合竖直挡板的内侧及后端减压板的内侧伸出减压室并与转子接触。

优选，刷丝在C型夹内的安装角度为20°～45°。

进一步优选，后挡板的保护高度小于前挡板的保护高度。

进一步优选，竖直挡板的长度为C型夹的夹孔半径的0.5～1.5倍。

进一步优选，前挡板与前端减压板为倒圆角连接，后挡板与后端减压板为倒圆角连接。

进一步优选，刷丝为金属Haynes25刷丝或非金属Aramid刷丝。

本发明提供的新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构相比双侧刷丝绕芯，可以大大减小刷丝与刷丝之间的间隙，减少刷丝之间的颤振，降低了泄露特性，从而提高了密封性能，另外，前挡板与后挡板的设计灵活性强，可以直接将本发明的密封结构卡在静子上，或者添加螺栓固定，省去了焊接工艺，节省成本，前端减压板与后端减压板形成的减压室可以节省空间，降低压力，增加使用寿命，提高密封性能，刷丝由C型夹固定在芯线上，除去了焊接工艺，节省成本，另外，可以实现刷丝的随时更换，C型夹下端连接的竖直挡板可以保护刷丝，减少滞后效应，刷丝的安装角度可以通过C型夹控制，以达到更好的密封效果。

本发明提供的新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，生产成本低，刷丝材料选择范围广，刷丝可更换且安装简单，滞后效应大大降低，密封性能稳定可靠，刷丝寿命长，可广泛应用于多种透平机械设备。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构的结构示意图；

图2为C型夹的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。

如图1所示，本发明提供了一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，包括：前挡板1、C型夹2、后挡板3、芯线4、前端减压板5、后端减压板6和刷丝7，其中，C型夹2夹紧固定于前挡板1与后挡板3之间，前端减压板5和后端减压板6分别连接于前挡板1和后挡板3的下端，前端减压板5和后端减压板6分别向内凸起形成减压室，C型夹2的下端连接一竖直挡板21(如图2所示)，刷丝7绕设于芯线4上，并夹紧设置于C型夹2的夹孔内，初始安装状态下，刷丝2的自由端依次贴合竖直挡板21的内侧及后端减压板6的内侧伸出减压室并与转子接触。

该新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，工作原理如下：当转子转动时，气流从上游经过刷丝到达下游，在气流流动过程中，气流会对该密封结构施加一定的压力，密封结构的压力就会增高，前端减压板与后端减压板形成的减压室可以大大降低压力，稳定气流，使该密封结构的密封性能更加优越，在受到气流力作用时，刷丝会向后摆动，而C型夹下端的竖直挡板可以保护刷丝，使其保持一定的刚度，延长刷丝的寿命，减少滞后效应，C型夹还可以自由调整刷丝的安装角度，可以对不同的装置采用不同的角度，可以方便的更换刷丝，这些都极大的改善了该密封结构的封严性能。

作为技术方案的改进，刷丝7在C型夹2内的安装角度为20°～45°，具体的安装角度可根据需求选择，以保持最佳的密封效果为准。

作为技术方案的改进，后挡板3的保护高度小于前挡板1的保护高度。

作为技术方案的改进，竖直挡板21的长度为C型夹2的夹孔半径的0.5～1.5倍。

作为技术方案的改进，前挡板1与前端减压板5为倒圆角连接，后挡板3与后端减压板6为倒圆角连接。

作为技术方案的改进，刷丝7为金属Haynes25(海恩斯)刷丝或非金属Aramid(芳香族聚酰酩)刷丝。

本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，其特征在于，包括：前挡板(1)、C型夹(2)、后挡板(3)、芯线(4)、前端减压板(5)、后端减压板(6)和刷丝(7)，其中，C型夹(2)夹紧固定于前挡板(1)与后挡板(3)之间，前端减压板(5)和后端减压板(6)分别连接于前挡板(1)和后挡板(3)的下端，前端减压板(5)和后端减压板(6)分别向内凸起形成减压室，C型夹(2)的下端连接一竖直挡板(21)，刷丝(7)绕设于芯线(4)上，并夹紧设置于C型夹(2)的夹孔内，初始安装状态下，刷丝(2)的自由端依次贴合竖直挡板(21)的内侧及后端减压板(6)的内侧伸出减压室并与转子接触。

2.按照权利要求1所述单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，其特征在于：刷丝(7)在C型夹(2)内的安装角度为20°～45°。

3.按照权利要求1所述单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，其特征在于：后挡板(3)的保护高度小于前挡板(1)的保护高度。

4.按照权利要求1所述单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，其特征在于：竖直挡板(21)的长度为C型夹(2)的夹孔半径的0.5～1.5倍。

5.按照权利要求1所述单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，其特征在于：前挡板(1)与前端减压板(5)为倒圆角连接，后挡板(3)与后端减压板(6)为倒圆角连接。

6.按照权利要求1所述单侧绕芯夹紧式刷式密封结构，其特征在于：刷丝(7)为金属Haynes25刷丝或非金属Aramid刷丝。