CN109578086A - 一种复合刷式密封结构 - Google Patents

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Abstract

一种复合刷式密封结构，属于透平机械密封技术领域。包括熔焊区(1)、前板(2)、背板(3)、刷丝束(4)和蜂窝带(6)；前板(2)和背板(3)通过熔焊区(1)连接，刷丝束(4)的根部固定在所述熔焊区(1)上，刷丝束(4)的端部与转子(5)贴合，且刷丝束(4)的端部为自由端，蜂窝带(6)焊接在背板(2)的端部，且蜂窝带(6)与刷丝束(4)的端部平齐。优点在于，在背板端面设置的蜂窝带能有效阻碍刷丝沿气流方向的弯曲，减少因刷丝自由端弯曲与转子产生较大的间隙而造成的气流泄漏，有效提高透平机械装置的运行效率。同时利用蜂窝带所特有的结构特点，有效避免了对转子的磨损。结构简单，成本低。

Description

一种复合刷式密封结构
技术领域
本发明属于透平机械密封技术领域，特别涉及一种复合刷式密封结构，能有效消除刷式密封径向间隙，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。
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，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方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合刷式密封结构，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间隙增大而导致的气流泄漏问题。蜂窝带内孔截面是由正六边形的蜂窝芯格组成，鉴于蜂窝带所用材料质地较软和蜂窝带状的结构模式所致，蜂窝带与轴径接触的是无数个点形成的面，所以即使与转子摩擦，也不会伤轴面。
本发明主要是通过以下技术方案实现的：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。
本发明包括熔焊区1、前板2、背板3、和刷丝束4、转子5、蜂窝带6；前板2和背板3通过熔焊区1连接，刷丝束4的根部固定在所述熔焊区1上，刷丝束4的端部与转子5贴合，且刷丝束4的端部为自由端，蜂窝带6焊接在背板2的端部，且蜂窝带6与刷丝束4的端部平齐。
本发明所述蜂窝带6通过真空钎焊焊接在背板3下端面。蜂窝带6由多个正六边形的蜂窝芯格7组成，蜂窝芯格7是由厚度0.05～0.1mm的高温合金箔材通过激光点焊焊接而成，蜂窝芯格7的对边距为1～7mm，芯格深度为0.5～5mm。
本发明所用刷丝为直径0.05～0.2mm的高温合金丝，刷丝长度为20～45mm,刷丝束轴向总厚度为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，利用真空钎焊将蜂窝带焊接在背板的端部，使其与刷丝自由端平齐，蜂窝带与转子径向无间隙。所选用的蜂窝带由正六边形的蜂窝芯格组成，蜂窝芯格是由厚度0.05～0.1mm的高温合金箔材通过激光点焊焊接而成，蜂窝芯格的对边距为1～7mm，芯格深度为0.5～5mm，蜂窝带高度为刷丝长度的0.05～0.25倍，厚度为3～4.5mm。
本发明的有益效果是：结构简单，不改变现有刷式密封的基本结构，只在现有刷式密封背板端部焊接蜂窝带，成本低，易于规模化生产。在不降低刷丝密封结构柔性的情况下，本发明在背板端面设置的蜂窝带能有效阻碍刷丝沿气流方向的弯曲，从而减少因刷丝自由端弯曲与转子产生较大的间隙而造成的气流泄漏，有效提高透平机械装置的运行效率。同时利用蜂窝带所特有的结构特点，有效避免了对转子的磨损。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图中：熔焊区1、前板2、背板3、和刷丝束4、转子5、蜂窝带6。
具体实施方式
本发明包括熔焊区1、前板2、背板3、和刷丝束4、转子5、蜂窝带6；前板2和背板3通过熔焊区1连接，刷丝束4的根部固定在所述熔焊区1上，刷丝束4的端部与转子5贴合，且刷丝束4的端部为自由端，蜂窝带6焊接在背板2的端部，且蜂窝带6与刷丝束4的端部平齐。
本发明所述蜂窝带6通过真空钎焊焊接在背板3下端面。蜂窝带6由多个正六边形的蜂窝芯格7组成，蜂窝芯格7是由厚度0.05～0.1mm的高温合金箔材通过激光点焊焊接而成，蜂窝芯格7的对边距为1～7mm，芯格深度为0.5～5mm。
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，刷丝束根部通过真空电子束焊接固定在熔焊区上，端部与转子贴合。所用刷丝为直径0.08mm的高温合金丝，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。刷丝长度为20mm，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。在现有刷式密封装置整体结构不变的情况下，利用真空钎焊将蜂窝带6焊接在背板的端部，使其与刷丝自由端平齐，蜂窝带与转子径向无间隙，真空钎焊温度为1000℃，保温时间30min，钎焊时真空度＜1Pa，所用钎料为BNi73CrSiB-40Ni-S。所选用的蜂窝带由正六边形的蜂窝芯格7组成，蜂窝芯格是由厚度0.05mm的高温合金箔材通过激光点焊焊接而成，所用高温合金箔材主要为GH3030、GH536、Haynes214、GH5188等变形高温合金，蜂窝芯格的对边距为1.5mm，芯格深度为0.5mm，蜂窝带高度为5mm，厚度为3mm。
与现有刷式密封结构相比，本发明在背板下游端面设置的蜂窝带能有效阻碍刷丝沿气流方向的弯曲，从而减少因刷丝自由端弯曲与转子产生较大的间隙而造成的气流泄漏，有效提高透平机械装置的运行效率。同时利用蜂窝带所特有的结构特点，有效避免了对转子的磨损。
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，都应为本发明专利的技术范畴。

Claims (6)

1.一种复合刷式密封结构，其特征在于：包括熔焊区(1)、前板(2)、背板(3)、刷丝束(4)和蜂窝带(6)；前板(2)和背板(3)通过熔焊区(1)连接，刷丝束(4)的根部固定在所述熔焊区(1)上，刷丝束(4)的端部与转子(5)贴合，且刷丝束(4)的端部为自由端，蜂窝带(6)焊接在背板(2)的端部，且蜂窝带(6)与刷丝束(4)的端部平齐。
2.根据权利要求1所述的复合刷式密封结构，其特征在于，所述蜂窝带(6)通过真空钎焊焊接在背板(3)下端面。
3.根据权利要求1所述的复合刷式密封结构，其特征在于，所述蜂窝带(6)由多个正六边形的蜂窝芯格(7)组成，蜂窝芯格(7)是由厚度0.05～0.1mm的高温合金箔材通过激光点焊焊接而成，蜂窝芯格(7)的对边距为1～7mm，芯格深度为0.5～5mm。
4.根据权利要求3所述的复合刷式密封结构，其特征在于，所述蜂窝带(6)的高度为所述刷丝束中的刷丝长度的0.05～0.25倍，蜂窝带(6)的厚度为3～4.5mm。
5.根据权利要求1所述的复合刷式密封结构，其特征在于，所述刷丝束(4)中刷丝的直径为0.05～0.2mm的高温合金丝，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。
6.根据权利要求1所述的复合刷式密封结构，其特征在于，所述背板(3)的高度为所述刷丝束中的刷丝长度的0.75～0.95倍，所述前板(2)的高度为所述刷丝的长度的0.45～0.75倍，所述前板(2)的厚度为3～4.5mm，所述背板(3)的厚度为3～4.5mm。
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