CN109356672B

CN109356672B - 一种改善刷丝密封效果的密封结构

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Publication number: CN109356672B
Application number: CN201811327081.0A
Authority: CN
Inventors: 安宁; 李振瑞; 牛永吉; 章清泉; 高杨; 张�荣
Original assignee: Beijing Beiye Functional Materials Corp
Current assignee: Beijing Beiye Functional Materials Corp
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN109356672A

Abstract

一种改善刷丝密封效果的密封结构，属于透平机械密封技术领域。现有刷式密封装置包括熔焊区、前板、刷丝束和背板；前板、刷丝束和背板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，端部与转子贴合。在现有刷式密封装置整体结构不变的情况下，从上游前板侧至下游背板侧将刷丝直径依次增加，从0.05～0.08mm依次增加到0.15～0.2mm；其中从上游至下游每增加一排刷丝焊接在熔焊区时，刷丝直径增加0.01～0.02mm。这样后排刷丝除了起到密封作用外，还能够对前排刷丝起到支撑作用，能有效避免因刚性不够产生的刷丝翘曲等不规则变形以及折断掉毛现象，从而解决刷丝回弹滞后的问题。

Description

一种改善刷丝密封效果的密封结构

技术领域

本发明属于透平机械密封技术领域，特别涉及一种改善刷丝密封效果的新型密封结构，能有效解决刷丝磨损以及回弹滞后问题，减少漏气量，从而提高透平机械的工作效率和可靠性。

背景技术

刷式密封是由高温合金刷丝和支持背板通过特殊熔焊方法制造，主要用于航空发动机、燃气轮机和汽轮机轴封。刷式密封是接触式零间隙密封，密封效果好，刷式密封的漏气量是迷宫密封的10％～20％，使透平机械的泄漏损失大幅度下降，并改善了转子的稳定性。刷式密封的主要部件刷丝是一束捆扎在一起的高密集度、按一定方向排列、圆截面、直径是0.05～0.2mm的细金属丝。刷丝自由端与轴表面接触，另一端用真空电子束或者用黄铜钎焊与刷丝束左右两端的圆环连接在一起。采用电火花方法将刷丝自由端加工到精确尺寸。刷丝按一定角度规则排列，以减少刷丝的磨损，使刷丝更容易适应转子的热变形、制造误差等问题，并在转子瞬间大幅径向位移后，刷丝可弹回，保持密封间隙不变。

刷丝直径特别细小，仅为0.05～0.2mm，在高密封压力、高环境温度和高表面速度作用下，由于刷丝刚性不够，经常出现刷丝折断掉毛现象。另外，为了避免支持背板与转子的碰撞，减少对转子的磨损，刷式密封装置中支持背板与刷丝自由端间通常有1.27mm左右的保护高度。正是由于此保护高度的存在使得刷丝自由端无背板材料支撑，当气压较大时，刷丝沿气流方向发生弯曲，回弹滞后，使得刷丝与转子之间的间隙增大，从而造成气流泄漏。

为了进一步改善刷式密封机械装置的密封效果，提高机械工作效率，非常有必要寻找一种简单、易操作、成本低并且能够有效减少刷式装置气流泄漏的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善刷丝密封效果的新型密封结构，解决刷丝由于刚性不够，出现的折断掉毛现象，同时解决刷丝受较大气流冲击时自由端沿气流方向弯曲引起的回弹滞后而导致的气流泄漏问题。

本发明是在现有刷式密封装置基础上通过改变刷丝直径实现的：即现有的刷式密封装置包括熔焊区、前板、刷丝束和背板；前板、刷丝束和背板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，端部与转子贴合。所用刷丝为均匀一致的直径为0.05～0.2mm的高温合金丝，刷丝长度为20～45mm，刷丝角为30°～60°，刷丝束密集度为圆周方向90～180根/mm，刷丝束沿其轴向方向上的总厚度为0.5～2mm；背板高度为刷丝长度的0.75～0.95倍，前板高度为刷丝长度的0.45～0.75倍，前板和背板厚度为3～4.5mm。在现有刷式密封装置整体结构不变的情况下，从上游前板侧至下游背板侧将刷丝直径依次增加，从0.05～0.08mm依次增加到0.15～0.2mm；其中从上游至下游每增加一排刷丝焊接在熔焊区时，刷丝直径增加0.01～0.02mm。这样后排刷丝除了起到密封作用外，还能够对前排刷丝起到支撑作用，能有效避免因刚性不够产生的刷丝翘曲等不规则变形以及折断掉毛现象，从而解决刷丝回弹滞后的问题。

本发明中需要理解的是，属于“上游”、“下游”、“前排”、“后排”、“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，

所述刷丝束4中上游刷丝的起始直径为0.05～0.08mm，下游刷丝的终止直径为0.15～0.2mm。

从上游至下游每增加一排刷丝焊接在所述熔焊区1时，所述刷丝束4中刷丝直径增加0.01～0.02mm。

所述刷丝束4中刷丝长度为20～45mm，刷丝束4沿其轴向方向上的总厚度为0.5～2mm。

本发明的有益效果是：不改变现有刷式密封的基本结构，通过依次增加刷丝从上游至下游的直径，增加后排刷丝对前排刷丝的支持作用，明显提高刷丝承压能力，有效解决刷丝翘曲等不规则变形以及折断掉毛问题。同时在不降低刷丝密封结构柔性的情况下，有效减轻刷丝束回弹滞后现象，使刷丝束与转子始终维持很小的间隙，减少泄漏量，有效提高透平机械装置的运行效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。其中，熔焊区1、前板2、背板3、刷丝束4、转子5。

具体实施方式

现有刷式密封装置包括熔焊区1、前板2、背板3和刷丝束4以及转子5；前板、刷丝束和背板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，端部与转子贴合。

所用刷丝为镍基高温合金丝，常用材料为既具有高的高温强度、良好的加工成形性能，又具有好的焊接性能、良好的抗氧化耐腐蚀以及耐摩擦磨损等优异综合性能的变形高温合金，常用牌号有GH4145、GH605S、SG37A、Haynes214等。从上游前板侧至下游背板侧刷丝直径依次增加，从0.08mm依次增加到0.2mm；其中从上游前板侧至下游背板侧每增加一排刷丝束通过真空电子束焊接在熔焊区时，刷丝直径增加0.01mm。刷丝长度为20mm，刷丝角为45°，刷丝束密集度为圆周方向95根/mm，刷丝束轴向总厚度为1.5mm；背板高度为15mm，前板高度为9mm，前板和背板厚度均为3mm，前板和背板材料主要为1Cr18Ni9Ti、GH625、GH4169等不锈钢和变形高温合金板材。这样后排刷丝除了起到密封作用外，还能够对前排刷丝起到支撑作用，能有效避免因刚性不够产生的刷丝翘曲等不规则变形以及折断掉毛现象，从而解决刷丝回弹滞后的问题。

与现有刷式密封结构相比，通过依次增加刷丝从上游至下游的直径，增加后排刷丝对前排刷丝的支持作用，明显提高刷丝承压能力，有效解决刷丝翘曲等不规则变形以及折断掉毛问题。同时在不降低刷式密封结构柔性的情况下，有效减轻刷丝束回弹滞后现象，使刷丝束与转子始终维持很小的间隙，减少泄漏量，有效提高透平机械装置的运行效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“上游”、“下游”、“前排”、“后排”、“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。另外，本发明不局限于上述最佳实施方式，该实施方式并非用来限定本发明专利的实施范围。即凡依本申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种改善刷丝密封效果的密封结构，刷式密封装置包括熔焊区、前板、刷丝束和背板；前板、刷丝束和背板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，端部与转子贴合；所用刷丝为均匀一致的直径为0.05～0.2mm的高温合金丝，刷丝长度为20～45mm，刷丝角为30°～60°，刷丝束密集度为圆周方向90～180根/mm，刷丝束沿其轴向方向上的总厚度为0.5～2mm；背板高度为刷丝长度的0.75～0.95倍，前板高度为刷丝长度的0.45～0.75倍，前板和背板厚度为3～4.5mm；其特征在于：从上游前板侧至下游背板侧将刷丝直径依次增加，从0.05～0.08mm依次增加到0.15～0.2mm；其中，从上游至下游每增加一排刷丝焊接在熔焊区时，刷丝直径增加0.01～0.02mm；背板高度为15mm，前板高度为9mm，前板和背板厚度均为3mm。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述刷丝束的上游刷丝的起始直径为0.05～0.08mm，下游刷丝的终止直径为0.15～0.2mm。