CN109458228B - 一种允许转子反转的刷式密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种允许转子反转的刷式密封结构，包括：静子、刷式密封件、棘爪、螺旋弹簧和转子，其中，静子呈环形，其内周呈锯齿状，刷式密封件间隙配合设置于静子内部，包括一体连接的前挡板、连接区、后挡板和刷丝束，刷丝束夹设于前挡板与后挡板之间，一端与连接区固定连接，另一端沿转子的旋转方向倾斜设置，连接区的外周均匀设置有弧形凹槽，棘爪的一端通过棘爪轴设置于弧形凹槽内，另一端配合插入静子内周的齿槽中，螺旋弹簧压缩设置于棘爪和刷式密封件之间。该刷式密封结构在转子出现反转的情况下，仍可以保证刷丝束完好无损、延长刷丝的使用寿命、降低刷丝的使用成本。

Description

一种允许转子反转的刷式密封结构

技术领域

本发明涉及一种应用于旋转机械中的密封结构，特别提供了一种允许转子反转的刷式密封结构。

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，还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。

刷式密封由前面板、后面板和夹于两者之间的高度密集合金细金属丝组成的刷丝束组成，刷丝束沿转子旋转方向有一定倾角，倾斜的刷丝可以允许转子径向跳动，在与转子过盈接触后，不会像迷宫密封和蜂窝密封一样，出现永久性的性能损失，刷式密封的刷丝相对转子的旋转方向按一定倾斜角度规则排列，可以减少刷丝的磨损，使刷丝更容易适应转子的制造误差和热变形等，并在转子瞬间大幅径向位移后迅速弹回，保持密封间隙不变。研究表明，刷式密封作为一种接触式动密封，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。

通常，刷式密封的刷丝与转子表面呈45°倾斜角，安装时刷丝与转子表面过盈装配，过盈装配使得刷丝束与转子之间产生摩擦力，在实际使用中，要求转子单向旋转，一旦转子反转，转子与刷丝束间的巨大摩擦力将会对刷丝造成不可逆的损伤。目前还没有针对转子反转造成刷丝损坏而提出的合理解决办法。

因此，如何对现有的刷式密封结构进行改进，使得在转子出现反转的情况下，仍可以保证刷丝束完好无损、延长刷丝的使用寿命、降低刷丝的使用成本，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允许转子反转的刷式密封结构，以解决现有刷式密封结构在转子反转的情况下会造成刷丝的损坏的问题。

本发明提供的技术方案是：一种允许转子反转的刷式密封结构，包括：静子、刷式密封件、棘爪、螺旋弹簧和转子，其中，所述静子呈环形，其内周呈锯齿状，所述刷式密封件间隙配合设置于静子内部，所述刷式密封件包括一体连接的前挡板、连接区、后挡板和刷丝束，刷丝束夹设于前挡板与后挡板之间，一端与连接区固定连接，另一端沿转子的旋转方向倾斜设置，连接区的外周均匀设置有弧形凹槽，所述棘爪的一端通过棘爪轴设置于弧形凹槽内，另一端配合插入静子内周的齿槽中，棘爪与弧形凹槽上对应设置有圆柱形凹槽，螺旋弹簧压缩设置于圆柱形凹槽内，两端分别与棘爪和刷式密封件紧密接触，给予棘爪与刷式密封件相互作用力，维持刷式密封件相对轴心位置不动，保证转子的平稳转动。

优选，连接区外周均匀设置有4个弧形凹槽。

本发明提供的允许转子反转的刷式密封结构不改变传统刷式密封的局部结构，将传统的刷式密封结构设计成为一种含棘轮机构的刷式密封结构，该刷式密封结构具有如下优点：

1、相对于传统刷式密封结构，棘爪，螺旋弹簧，棘爪轴与静子共同组成类似于棘轮机构的结构，可实现转子正向转动时，刷式密封件在棘爪和螺旋弹簧的共同作用下，与静子保持相对静止，一旦转子反向运转，由于刷丝束与转子间的摩擦力远大于棘爪与静子内齿的滑动摩擦力，使得刷式密封件会随着转子转动，进而在一定程度上保护刷丝，增加刷丝的使用寿命，降低使用成本；

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

3、该刷式密封结构中的棘爪，螺旋弹簧等均属于单向轴承内部零件，不需要单独设计制造，大大简化了制造工艺；

4、该刷式密封结构中由棘爪，螺旋弹簧，棘爪轴，以及静子共同组成的类似于棘轮机构的结构可以用楔块，斜坡和滚子设计来满足不同的工作环境。

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为本发明提供的允许转子反转的刷式密封结构的剖视图；

图2为本发明提供的允许转子反转的刷式密封结构的切面图；

图3为棘爪，螺旋弹簧，圆柱形凹槽，弧形凹槽，棘爪轴的局部示意图。

图中，1-静子；21-前挡板；22-连接区；23后挡板；24-刷丝束；3-棘爪；4-螺旋弹簧；5-转子；6-棘爪轴；7-圆柱形凹槽；221-弧形凹槽。

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至图3所示，本发明提供了一种允许转子反转的刷式密封结构，包括：静子1、刷式密封件、棘爪3、螺旋弹簧4和转子5，其中，所述静子1呈环形，其内周呈锯齿状，所述刷式密封件间隙配合设置于静子1内部，所述刷式密封件包括一体连接的前挡板21、连接区22、后挡板23和刷丝束24，刷丝束24夹设于前挡板21与后挡板23之间，一端与连接区22固定连接，另一端沿转子5的旋转方向倾斜设置，连接区22的外周均匀设置有弧形凹槽221，所述棘爪3的一端通过棘爪轴6设置于弧形凹槽221内，另一端配合插入静子1内周的齿槽中，棘爪3与弧形凹槽221上对应设置有圆柱形凹槽7，螺旋弹簧4压缩设置于圆柱形凹槽7内，两端分别与棘爪3和刷式密封件紧密接触，给予棘爪3与刷式密封件相互作用力，维持刷式密封件相对轴心位置不动，保证转子的平稳转动，螺旋弹簧在转子反转时给予棘爪支撑力，有助于棘爪与静子内齿的相对滑动，减小了转子与刷丝束之间的相对滑动量，优选，所述连接区22外周均匀设置有4个弧形凹槽221。

该允许转子反转的刷式密封结构，当转子顺着刷丝束倾斜方向转动时，棘爪被静子的锯齿结构卡死，使得刷式密封件与静子相对静止，当转子反转时，由于转子与刷丝束之间的巨大摩擦力远大于棘爪与静子内齿的摩擦力，于是转子会带动刷式密封件相对静子反转，此时，因为转子与刷丝束不存在相对运动或者仅存在微小相对运动，所以在很大的程度上保护了刷丝束，提高了刷丝束的使用寿命。

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 (2)

1.一种允许转子反转的刷式密封结构，其特征在于，包括：静子（1）、刷式密封件、棘爪（3）、螺旋弹簧（4）和转子（5），其中，所述静子（1）呈环形，所述静子（1）的内周设置16个锯齿结构，所述刷式密封件间隙配合设置于静子（1）内部，所述刷式密封件包括一体连接的前挡板（21）、连接区（22）、后挡板（23）和刷丝束（24），刷丝束（24）夹设于前挡板（21）与后挡板（23）之间，刷丝束（24）的一端与连接区（22）固定连接，刷丝束（24）的另一端沿转子（5）的旋转方向倾斜设置，连接区（22）的外周均匀设置有弧形凹槽（221），所述棘爪（3）的一端通过棘爪轴（6）设置于弧形凹槽（221）内，所述棘爪（3）的另一端配合插入静子（1）内周的齿槽中，棘爪（3）与弧形凹槽（221）上对应设置有圆柱形凹槽（7），螺旋弹簧（4）压缩设置于圆柱形凹槽（7）内，螺旋弹簧（4）的两端分别与棘爪（3）和刷式密封件紧密接触，给予棘爪（3）与刷式密封件相互作用力，维持刷式密封件相对转子（5）的轴心位置不动，保证转子的平稳转动。

2.按照权利要求1所述允许转子反转的刷式密封结构，其特征在于：连接区（22）外周均匀设置有4个弧形凹槽（221）。