CN110043669B - 可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，包括：静子、弧形密封座、第一级刷式密封件和第二级刷式密封件，对接成圆环的弧形密封座设置于静子上，且其外周与静子形成压力腔，内周固定连接第一级刷式密封件和第二级刷式密封件，弧形密封座上还设置压力气流通道和泄漏气流通道，当转子静止时，弧形密封座在轴向压缩弹簧的弹力作用下远离转子，当转子转动时，流过第一级刷式密封件的高压气流可经压力气流通道流入压力腔，推动弧形密封座向转子方向移动，同时高压气流将通过泄漏气流通道流至外界。该两级刷式密封结构可明显改善两级刷式密封的级间不均衡性、有效提高刷式密封的封严性能、延长刷式密封的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及两级刷式密封结构，特别提供了一种可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构。
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之一，其允许动静子间瞬态严重不同心而保持密封能力不变，既可提高机组效率，又可改善转子的稳定性，是现代先进透平机械发展的关键技术之一。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，刷式密封通过上述排列整齐、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。然而，由于单级刷式密封承压能力有限，采用多级刷式密封是高压密封常用的解决方法之一，多级刷式密封能显著降低泄漏量，但是，在结构相同的两级刷式密封中，第二级刷式密封由于级间不均衡性会承担更大的压降，在高压工况下，第二级刷式密封更易出现刷丝颤振、变形、磨损、疲劳断裂和滞后效应，导致第二级刷式密封失效，进而导致整个刷式密封结构失效。
因此，如何有效调节级间不均衡性，以提高刷式密封的封严效果、延长刷式密封的使用寿命，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可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，以解决现有多级刷式密封结构中的第二级刷式密封易失效的问题。
本发明提供的技术方案是：可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，包括：静子、多个可对接成圆环的弧形密封座、第一级刷式密封件和第二级刷式密封件，其中，静子的内周设置有切面呈燕尾型的第一凹槽和切面呈梯形的第二凹槽，所述第二凹槽内设置有轴向压缩弹簧和环状的滑移块，对接成圆环的弧形密封座配合设置于静子内周的第一凹槽内且其一侧面与滑移块的侧面相贴，弧形密封座的外周与静子形成压力腔，内周固定连接第一级刷式密封件和第二级刷式密封件，所述弧形密封座上还设置压力气流通道和泄漏气流通道，所述压力气流通道一端与压力腔连通，另一端与第一级刷式密封件和第二级刷式密封件的级间环形区域连通，所述泄漏气流通道与压力气流通道连通，当转子静止时，弧形密封座在轴向压缩弹簧的弹力作用下远离转子，此时，泄漏气流通道的出口被静子的内壁封堵，当转子转动时，流过第一级刷式密封件的高压气流经压力气流通道进入压力腔，推动弧形密封座向转子方向移动，移动过程中，泄漏气流通道的出口可与外界连通。
优选，弧形密封座为6个，其中，位于上部的三个弧形密封座两两之间设置有周向压缩弹簧，位于下部的三个弧形密封座两两之间设置有周向压缩弹簧。
进一步优选，周向压缩弹簧的一端与弧形密封座固定连接，另一端限位插设于另一弧形密封座上的弹簧孔内。
进一步优选，所述压力气流通道沿转子的径向设置，每个弧形密封座上间隔设置有多个压力气流通道。
进一步优选，每个弧形密封座上设置2～3个压力气流通道，所述泄漏气流通道与压力气流通道一一对应设置。
进一步优选，所述第一级刷式密封件和第二级刷式密封件的级间距为6～8mm。
进一步优选，所述压力气流通道和泄漏气流通道的直径为1～2mm。
进一步优选，所述弧形密封座的径向可移动范围为2～3mm。
进一步优选，第一级刷式密封件和第二级刷式密封件焊接于弧形密封座的下部。
进一步优选，第一级刷式密封件和第二级刷式密封件的刷丝厚度为1.5～1.8mm。
本发明提供的可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，结构简单，在不改变传统刷式密封基本结构组成的基础上，便于拆卸更换安装，安装步骤清晰，容易控制；相对于传统刷式密封结构，本发明可以动态调节刷丝束与转子面之间的径向间隙，提升封严性能，同时，还可以将流过第一级刷式密封件的高压气流通过泄漏气流通道排出，进而降低第二级刷式密封所承担的压降，减少刷丝磨损和断裂，有效提高刷式密封性能，明显改善两级刷式密封的级间不均衡性；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，并且部分零件为标准件，不需要单独设计制造，可大大简化制造工序，便于拆卸、更换和维修，降低使用成本。
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为本发明提供的可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构安装状态的结构示意图；
图2为本发明提供的可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构工作状态的结构示意图；
图3为弧形密封座的示意图。
图4为图3的A-A剖面示意图
图5为图3的B-B剖面示意图。
图6为转子静止状态时静子与弧形密封座的位置示意图。
图7为转子转动状态时静子与弧形密封座的位置示意图。
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至图7所示，本发明提供了一种可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，包括：静子1、多个可对接成圆环的弧形密封座2、第一级刷式密封件3和第二级刷式密封件4，其中，静子1的内周设置有切面呈燕尾型的第一凹槽和切面呈梯形的第二凹槽，所述第二凹槽内设置有轴向压缩弹簧11和环状的滑移块12，对接成圆环的弧形密封座2配合设置于静子1内周的第一凹槽内且其一侧面与滑移块12的侧面相贴，弧形密封座2的外周与静子1形成压力腔6，内周固定连接第一级刷式密封件3和第二级刷式密封件4，所述弧形密封座2上还设置压力气流通道21和泄漏气流通道22，所述压力气流通道21一端与压力腔6连通，另一端与第一级刷式密封件3和第二级刷式密封件4的级间环形区域连通，所述泄漏气流通道22与压力气流通道21连通，当转子8静止时，弧形密封座2在轴向压缩弹簧11的弹力作用下远离转子8，可以避免转子在启机过程中因剧烈跳动对刷丝造成破坏，此时，泄漏气流通道22的出口被静子1的内壁封堵，当转子8转动时，流过第一级刷式密封件3的高压气流经压力气流通道21进入压力腔6，推动弧形密封座2向转子8方向移动，移动过程中，泄漏气流通道22的出口可与外界连通。
该可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构的工作原理如下：该刷式密封结构工作时，高压气流首先流过第一级刷式密封件，进而通过压力气流通道进入到压力腔，弧形密封座在径向压差的作用下将向转子方向偏移，以减小密封间隙，提升封严性能，在弧形密封座向转子方向偏移的过程中，刷式密封件与转子间的密封间隙会逐渐减小，泄漏气流通道的出口的开度将不断增大，使位于第一级刷式密封件和第二级刷式密封件的级间环形区域内的高压气流从泄漏气流通道的出口排出，有效降低第二级刷式密封件所承担的压降，泄漏气流通道的气流可随着压比的增大而增大，进而达到动态平衡级间不均衡性、避免第二级刷式密封失效的效果。
作为技术方案的改进，如图1、图2所示，所述弧形密封座2为6个，其中，位于上部的三个弧形密封座2两两之间设置有周向压缩弹簧5，位于下部的三个弧形密封座2两两之间设置有周向压缩弹簧5，所述周向压缩弹簧可保证弧形密封座之间的稳定性，还可以辅助轴向压缩弹簧，使弧形密封座回到初始位置。
作为技术方案的改进，周向压缩弹簧5的一端与弧形密封座2固定连接，另一端限位插设于另一弧形密封座2上的弹簧孔内。
作为技术方案的改进，所述压力气流通道21沿转子8的径向设置，每个弧形密封座2上间隔设置有多个压力气流通道21。
作为技术方案的改进，每个弧形密封座2上设置2～3个压力气流通道21，所述泄漏气流通道22与压力气流通道21一一对应设置。
作为技术方案的改进，所述第一级刷式密封件3和第二级刷式密封件4的级间距为6～8mm。
作为技术方案的改进，所述压力气流通道21和泄漏气流通道22的直径为1～2mm。
作为技术方案的改进，所述弧形密封座2的径向可移动范围为2～3mm。
作为技术方案的改进，第一级刷式密封件3和第二级刷式密封件4焊接于弧形密封座2的下部。
作为技术方案的改进，第一级刷式密封件3和第二级刷式密封件4的刷丝厚度为1.5～1.8mm。
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 (8)
1.可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于，包括：静子（1）、多个可对接成圆环的弧形密封座（2）、第一级刷式密封件（3）和第二级刷式密封件（4），其中，静子（1）的内周设置有切面呈燕尾型的第一凹槽和切面呈梯形的第二凹槽，所述第二凹槽内设置有轴向压缩弹簧（11）和环状的滑移块（12），对接成圆环的弧形密封座（2）配合设置于静子（1）内周的第一凹槽内且其一侧面与滑移块（12）的侧面相贴，弧形密封座（2）的外周与静子（1）形成压力腔（6），内周固定连接第一级刷式密封件（3）和第二级刷式密封件（4），所述弧形密封座（2）上还设置压力气流通道（21）和泄漏气流通道（22），所述压力气流通道（21）一端与压力腔（6）连通，另一端与第一级刷式密封件（3）和第二级刷式密封件（4）的级间环形区域连通，所述泄漏气流通道（22）与压力气流通道（21）连通，当转子（8）静止时，弧形密封座（2）在轴向压缩弹簧（11）的弹力作用下远离转子（8），此时，泄漏气流通道（22）的出口被静子（1）的内壁封堵，当转子（8）转动时，流过第一级刷式密封件（3）的高压气流经压力气流通道（21）进入压力腔（6），推动弧形密封座（2）向转子（8）方向移动，移动过程中，泄漏气流通道（22）的出口可与外界连通，弧形密封座（2）为6个，其中，位于上部的三个弧形密封座（2）两两之间设置有周向压缩弹簧（5），位于下部的三个弧形密封座（2）两两之间设置有周向压缩弹簧（5），所述压力气流通道（21）沿转子（8）的径向设置，每个弧形密封座（2）上间隔设置有多个压力气流通道（21）。
2.按照权利要求1所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：周向压缩弹簧（5）的一端与弧形密封座（2）固定连接，另一端限位插设于另一弧形密封座（2）上的弹簧孔内。
3.按照权利要求1所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：每个弧形密封座（2）上设置2~3个压力气流通道（21），所述泄漏气流通道（22）与压力气流通道（21）一一对应设置。
4.按照权利要求1所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：所述第一级刷式密封件（3）和第二级刷式密封件（4）的级间距为6～8mm。
5.按照权利要求1所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：所述压力气流通道（21）和泄漏气流通道（22）的直径为1～2mm。
6.按照权利要求1所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：所述弧形密封座（2）的径向可移动范围为2～3mm。
7.按照权利要求1所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：第一级刷式密封件（3）和第二级刷式密封件（4）焊接于弧形密封座（2）的下部。
8.按照权利要求1至7中任一项所述可动态调节级间不均衡性的两级刷式密封结构，其特征在于：第一级刷式密封件（3）和第二级刷式密封件（4）的刷丝厚度为1.5~1.8mm。
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