CN110067602A - 双前挡板三腔刷式密封结构 - Google Patents

双前挡板三腔刷式密封结构 Download PDF

Info

Publication number
CN110067602A
CN110067602A CN201910328377.2A CN201910328377A CN110067602A CN 110067602 A CN110067602 A CN 110067602A CN 201910328377 A CN201910328377 A CN 201910328377A CN 110067602 A CN110067602 A CN 110067602A
Authority
CN
China
Prior art keywords
front apron
brush
wire bundle
rear baffle
double
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910328377.2A
Other languages
English (en)
Inventor
储成林
陈磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201910328377.2A priority Critical patent/CN110067602A/zh
Publication of CN110067602A publication Critical patent/CN110067602A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/003—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by packing rings; Mechanical seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双前挡板三腔刷式密封结构，所述刷式密封结构包括第一前挡板(1)、第二前挡板(2)、后挡板(5)、熔焊区(7)以及刷丝束(8)；其中，第一前挡板(1)、第二前挡板(2)、后挡板(5)顺序并排排列，所述双前挡板即第一前挡板(1)、第二前挡板(2)之间存在第一前空腔(3)，第二前挡板(2)与刷丝束(8)之间存在第二前空腔(4)，后挡板(5)与刷丝束(8)间存在后空腔(6)，所述第二前挡板(2)与后挡板(5)内径端均有凸起和倒角，所述双前板与后挡板(5)分别位于刷丝束两侧。该技术方案消除和降低常规刷式密封存在的滞后效应，减少刷丝束与转子间的摩擦，提高刷式密封使用寿命，结构简单易于加工。

Description

双前挡板三腔刷式密封结构
技术领域
本发明涉及一种双前板三腔式刷式密封，属于透平机械中动密封结构部件技术领域。
背景技术
封严件用于对转动部件和非转动部件间的泄露进行控制，是航空发动机、燃气轮机等机械中重要的组成部分之一，良好的密封效果可以减少发动机内部气流泄漏和油耗，从而提高发动机推力并且降低耗油率。刷式密封作为一种新型接触式气路密封，泄漏量通常不超过传统迷宫密封泄漏量的1/3，这是因为刷式密封具有柔性密排刷丝，可以在发动机中动静部件瞬态剧烈偏心时保证良好的密封性能，从而大大提高透平机械的效率和稳定性。自刷式密封问世以来，已越来越多地应用于航空发动机、燃气轮机等透平机械中。
完整的常规刷式密封结构包括密封环与转子上的相应跑道，密封环由前挡板、后挡板以及两者之间的刷丝束构成，后挡板存在一定保护高度，为减少刷丝对轴表面的磨损，与刷环对偶的跑道表面喷涂有耐磨涂层，为避免转子工作时径向偏心运动对刷式密封造成变形破损，刷丝与刷环之间存在一定角度的安装角。高压空气从前挡板下方流入刷丝束，由于刷丝间隙的不均匀性，空气在刷丝束中主要沿转子轴向，部分沿转子径向产生不均匀流动，并产生随机二次流和漩涡流，这种流动的复杂性和不均匀性使流体产生自密封效应，从而减少流体泄漏。
密封性能与使用寿命是刷式密封最核心的两个指标。航空发动机技术的不断革新，对发动机压力与转速等参数提出了更高的要求，刷式密封的一些不足也越来越明显，目前当务之急是解决刷式密封的滞后效应与刚化效应。实验研究发现，转子工作时会由于振动或热膨胀效应而偏心，与之接触的刷封和刷丝束径向移动，当转子恢复初始位置时，刷式密封上下游轴向压差载荷使得刷丝间、刷丝与后挡板间紧密贴合并产生摩擦力，不能恢复到原始形状，刷丝束尖端与转子间隙增大从而导致泄漏量增大，密封性能降低，这种现象称为刷丝“滞后效应”。轴向压差载荷引起的刷丝间摩擦力增大以及刷丝束紧密聚合，导致刷丝束刚度提高，产生“刚化效应”，大大加剧刷丝尖端与转子间摩擦磨损，刷丝尖端温度甚至会接近刷丝材料熔点，严重影响刷式密封使用寿命。
发明内容
技术问题：本发明是针对目前刷式密封结构存在的滞后效应问题，提供一种双前板三腔式刷式密封结构，该技术方案消除和降低常规刷式密封的刷丝刚化效应和刷丝滞后效应，提高刷式密封使用寿命。与常规刷式密封相比，双前板三腔式刷式密封结多了一层前挡板和三个腔室，实验结果表明，三腔式设计大幅减弱气流在刷丝束两侧横向压差，从而减小刷丝与背板间摩擦力，避免刷丝由于紧密贴合背板而无法及时跟随转子径向偏移，有效缓解了滞后效应，具有更好的密封性能。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种双前挡板三腔刷式密封结构技术方案如下：所述刷式密封结构包括第一前挡板、第二前挡板、后挡板、熔焊区以及刷丝束；其中，第一前挡板、第二前挡板、后挡板顺序并排排列，所述双前挡板即第一前挡板、第二前挡板之间存在第一前空腔，第二前挡板与刷丝束之间存在第二前空腔，后挡板与刷丝束间存在后空腔，所述第二前挡板与后挡板内径端均有凸起和倒角，所述双前板与后挡板分别位于刷丝束两侧。
其中，所述第一前挡板厚度为0.5～0.9mm，保护高度为2mm～4mm且不超过第二前挡板保护高度；第二前挡板厚度为0.4mm～0.8mm，保护高度为3mm～4mm；后挡板的厚度为0.3mm～0.7mm，保护高度为1mm～3mm且不超过第一前挡板保护高度，
所述第一前空腔轴向间距为1mm～2.5mm，第二前空腔轴向间距为0.5mm～0.9mm，后空腔轴向间距为1mm～1.5mm。
所述第一前挡板、第二前挡板、后挡板和刷丝束根部通过电子束焊接在刷环上。
所述刷丝束与后挡板内径端凸起部分轴向间距小于0.3mm
所述刷丝束刷丝采用直径0.05mm～0.20mm的高温合金丝材，刷丝长度为20mm～40mm，刷丝束轴向总厚度可以在0.5mm～5mm内调整。
有益效果：与现有结构相比，本发明的优势如下：1)本发明结构简单易加工，不改变传统刷式密封基本结构组成，只增加一层前挡板和三个空腔；2)本发明前挡板1可以有效改变高压气流流动方向，引导气流进入前空腔2，减弱气流横向流动，降低滞后效应，提高密封性能；3)本发明后空腔可以有效提高刷丝束与后挡板间距离，避免接触产生摩擦力，从而降低滞后效应，后背板内径端凸起可以有效减少气流直接泄漏，提高密封性能。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图中有：第一前挡板1，第二前挡板2，第一前空腔3、第二前空腔4、后挡板5、后空腔6、熔焊区7、刷丝束8。
具体实施方式
下面结合说明书附图用实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发明。
实施例1：参见图1是一种双前挡板三腔刷式密封结构，所述刷式密封包括第一前挡板1，第二前挡板2，第一前空腔3、第二前空腔4、后挡板5、后空腔6、熔焊区7、刷丝束8。所述第一前挡板1、第二前挡板2与后挡板5分别位于刷丝束8两侧，所述第二前挡板2与后挡板5内径端均有凸起和倒角。所述双前板之间存在第一前空腔，第二前挡板2与刷丝束8之间存在第二前空腔4，后挡板与刷丝束间存在后空腔。第一前空腔作用是减弱高压气体进入刷丝束前的横向流动，第二前空腔和后空腔作用是减小刷丝束横向压差，避免刷丝束与后挡板摩擦，在转子偏心时刷丝束及时贴合转子，降低滞后效应。
实施例2：参见图1，作为本发明的一种改进，所述第一前挡板1厚度为0.5～0.9mm，保护高度为2mm～4mm且不超过第二前挡板保护高度；第二前挡板厚度为0.4mm～0.8mm，保护高度为3mm～4mm；后挡板厚度为0.3mm～0.7mm，保护高度为1mm～3mm且不超过第一前挡板保护高度；第一前空腔轴向间距为1mm～2.5mm，第二前空腔轴向间距为0.5mm～0.9mm，后空腔轴向间距为1mm～1.5mm；刷丝束与后挡板内径端凸起部分轴向间距小于0.3mm。三挡板各自保护高度以及三腔室各自轴向间距尺寸根据转子形状以及应用部位进行调节，以达到最佳密封效果。
本发明还可以将实施例2所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种双前挡板三腔刷式密封结构，其特征在于，所述刷式密封结构包括第一前挡板(1)、第二前挡板(2)、后挡板(5)、熔焊区(7)以及刷丝束(8)；其中，第一前挡板(1)、第二前挡板(2)、后挡板(5)顺序并排排列，所述双前挡板即第一前挡板(1)、第二前挡板(2)之间存在第一前空腔(3)，第二前挡板(2)与刷丝束(8)之间存在第二前空腔(4)，后挡板(5)与刷丝束(8)间存在后空腔(6)，所述第二前挡板(2)与后挡板(5)内径端均有凸起和倒角，所述双前板与后挡板(5)分别位于刷丝束两侧。
2.根据权利要求1所述的双前挡板三腔刷式密封结构，其特征在于，所述第一前挡板(1)厚度为0.5～0.9mm，保护高度为2mm～4mm且不超过第二前挡板(2)保护高度；第二前挡板(2)厚度为0.4mm～0.8mm，保护高度为3mm～4mm；后挡板(5)的厚度为0.3mm～0.7mm，保护高度为1mm～3mm且不超过第一前挡板(1)保护高度。
3.根据权利要求1所述的双前挡板三腔刷式密封结构，其特征在于，所述第一前空腔(3)轴向间距为1mm～2.5mm，第二前空腔(4)轴向间距为0.5mm～0.9mm，后空腔(6)轴向间距为1mm～1.5mm。
4.根据权利要求2所述的双前挡板三腔刷式密封结构，其特征在于，所述第一前挡板(1)、第二前挡板(2)、后挡板(5)和刷丝束(8)根部通过电子束焊接在刷环上。
5.根据权利要求1所述的双前挡板三腔刷式密封结构，其特征在于，所述刷丝束(8)与后挡板(5)内径端凸起部分轴向间距小于0.3mm。
6.根据权利要求1或5所述的双前挡板三腔刷式密封结构，其特征在于，所述刷丝束(8)刷丝采用直径0.05mm～0.20mm的高温合金丝材，刷丝长度为20mm～40mm，刷丝束轴向总厚度可以在0.5mm～5mm内调整。
CN201910328377.2A 2019-04-23 2019-04-23 双前挡板三腔刷式密封结构 Pending CN110067602A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328377.2A CN110067602A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 双前挡板三腔刷式密封结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328377.2A CN110067602A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 双前挡板三腔刷式密封结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110067602A true CN110067602A (zh) 2019-07-30

Family

ID=67368323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910328377.2A Pending CN110067602A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 双前挡板三腔刷式密封结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110067602A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112761735A (zh) * 2021-01-26 2021-05-07 大连海事大学 一种高稳定性的带导流板刷式密封结构
CN114295235A (zh) * 2021-12-24 2022-04-08 西安交通大学 一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6357752B1 (en) * 1999-10-15 2002-03-19 General Electric Company Brush seal
US20060220321A1 (en) * 2005-04-01 2006-10-05 Crudgington Peter F Brush Seals
US20070063448A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-22 General Electric Company Seals for turbines and turbo machinery
CN102425461A (zh) * 2011-12-27 2012-04-25 中国燃气涡轮研究院 一种低滞后绕固型刷式密封装置
CN104454030A (zh) * 2014-11-14 2015-03-25 中国航空动力机械研究所 一种耐高压的低滞后刷式密封装置
EP3059397A1 (en) * 2013-11-22 2016-08-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal device, rotary machine, and method for manufacturing shaft seal device
CN106246240A (zh) * 2016-07-29 2016-12-21 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 一种刷式密封结构
CN106761955A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 江苏鑫信润科技有限公司 F型横齿双腔式刷式汽封
CN108679227A (zh) * 2018-05-24 2018-10-19 西安交通大学 一种前挡板带喷嘴的耐高压低迟滞刷式密封结构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6357752B1 (en) * 1999-10-15 2002-03-19 General Electric Company Brush seal
US20060220321A1 (en) * 2005-04-01 2006-10-05 Crudgington Peter F Brush Seals
US20070063448A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-22 General Electric Company Seals for turbines and turbo machinery
CN102425461A (zh) * 2011-12-27 2012-04-25 中国燃气涡轮研究院 一种低滞后绕固型刷式密封装置
EP3059397A1 (en) * 2013-11-22 2016-08-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal device, rotary machine, and method for manufacturing shaft seal device
CN104454030A (zh) * 2014-11-14 2015-03-25 中国航空动力机械研究所 一种耐高压的低滞后刷式密封装置
CN106246240A (zh) * 2016-07-29 2016-12-21 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 一种刷式密封结构
CN106761955A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 江苏鑫信润科技有限公司 F型横齿双腔式刷式汽封
CN108679227A (zh) * 2018-05-24 2018-10-19 西安交通大学 一种前挡板带喷嘴的耐高压低迟滞刷式密封结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112761735A (zh) * 2021-01-26 2021-05-07 大连海事大学 一种高稳定性的带导流板刷式密封结构
CN114295235A (zh) * 2021-12-24 2022-04-08 西安交通大学 一种接触式刷式密封刷丝尖端温度测量方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8919781B2 (en) Self-adjusting non-contact seal
CN110067602A (zh) 双前挡板三腔刷式密封结构
CN102425461B (zh) 一种低滞后绕固型刷式密封装置
CA2905936C (en) Self-adjusting non-contact seal
CN108757055B (zh) 一种带刷式密封条的迷宫密封结构
CN205382960U (zh) 一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构
CN205382961U (zh) 一种具有弹性支撑片的新型刷式密封结构
CN104454031A (zh) 一种迷宫密封和刷式密封结构的复合密封结构
CN104454030A (zh) 一种耐高压的低滞后刷式密封装置
CN108679227B (zh) 一种前挡板带喷嘴的耐高压低迟滞刷式密封结构
CN203499823U (zh) 刷式密封装置
CN105443161A (zh) 一种转子含圆盘且自同心的刷式密封结构
CN106246239A (zh) 一种复合刷式密封结构
US9416674B1 (en) Floating air riding seal for a turbine
CN203836218U (zh) 采用曲线形密封齿的密封装置及旋转机械用密封装置
CN107559052B (zh) 一种新型单侧绕芯夹紧式刷式密封结构
CN105443164A (zh) 一种后挡板具有台阶式环形凸台的刷式密封结构
CN208294653U (zh) 发动机转子组件及发动机
CN107630721A (zh) 一种等分圆周拼接式刷式密封
CN107939974B (zh) 一种可调式磁阻尼抑颤刷式密封结构
CN108757052B (zh) 一种高压指尖与碳纤维刷丝组合密封装置
CN113090341B (zh) 一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置
CN203962050U (zh) 一种航空发动机叶片及航空发动机
CN205663900U (zh) 一种高温高压特殊调节阀
CN202707152U (zh) 一种浮动刷密封结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190730

RJ01 Rejection of invention patent application after publication