CN110359967A - 一种耐高压差刷式密封装置 - Google Patents

一种耐高压差刷式密封装置 Download PDF

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Abstract

本申请属于航空发动机密封技术领域，涉及一种耐高压差刷式密封装置，包括刷丝，刷丝包括固定端与摩擦端，所述固定端沿周向固定在机匣挡板上，摩擦端自所述固定端沿机匣挡板径向延伸，并接触发动机转子跑道，刷丝与凹槽的侧壁具有间隙；凹槽的位于低压侧的侧壁设置有背板弹性环，背板弹性环与发动机转子同轴，且具有沿轴线方向的前端及后端，所述后端通过波簧固定在所述凹槽侧壁，所述前端延伸至接触所述刷丝，所述接触端位于所述刷丝的固定端及摩擦端之间。本申请通过背板弹性环提高了刷丝在受高压时的等效轴向刚度，对于封严压差具有“自适应”能力，能够很好地适应不同封严压差的使用需求，封严效果较好。

Description

一种耐高压差刷式密封装置
技术领域
本申请属于航空发动机密封技术领域，特别涉及一种耐高压差刷式密封装置。
背景技术
航空发动机转子与机匣形成的环腔分为高压腔与低压腔，两者之间需要通过密封，由于转子相对于机匣转动，因此，该处密封为动密封，一般采用篦齿密封或刷式密封。
刷式密封具有良好的密封性能，其泄漏量仅为同等工况条件下相同密封半径5直齿篦齿密封的一半甚至更低。因此，在高性能航空发动机及燃气轮机中优选刷式密封进行空气流路密封或者平衡轴向力。由于高推比航空发动机使用工况的封严压差较大，传统的刷式密封承压能力有限，如何提高刷式密封具有良好的耐压能力，同时保证良好的密封性能及刷式密封的使用寿命，在以往的设计中一直没有较好的解决办法。
目前，航空发动机使用的刷式密封一般通过采用增大刷丝直径(提高刷丝的刚度)及设置背板与刷丝束的间隙的设计(提供刷丝轴向变形空间)来增大刷式密封的承压能力，该种设计在一定程度上提高了刷式密封的耐压能力。但增大刷丝直径会使刷丝与跑道之间的摩擦力增大，增重刷丝磨损，降低刷式密封的寿命，设置背板与刷丝束的间隙的设计增加了刷式密封在低压差时的泄漏量，使刷式密封封严性能降低。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供了一种耐高压差刷式密封装置，包括刷丝，刷丝包括固定端与摩擦端，所述固定端沿周向固定在机匣挡板上，摩擦端自所述固定端沿机匣挡板径向延伸，并接触发动机转子跑道，从而将机匣挡板与转子跑道形成的环腔分为高压侧与低压侧。
所述挡板具有朝向跑道的凹槽，所述刷丝一端固定在所述凹槽底部，另一端自所述凹槽的槽口凸出，并延伸至接触所述跑道，所述刷丝与凹槽的侧壁具有间隙；
所述凹槽的位于低压侧的侧壁设置有背板弹性环，所述背板弹性环与发动机转子同轴，且具有沿轴线方向的前端及后端，所述后端通过波簧固定在所述凹槽侧壁，所述前端延伸至接触所述刷丝，所述接触端位于所述刷丝的固定端及摩擦端之间。
优选的是，所述挡板机匣挡板包括前板及与前板固定连接的背板上段，前板与背板上段沿发动机转轴线方向前后对接，并将刷丝的固定端固定在两者之间，前板与背板上段靠近转子跑道的一端相互间的间距增大，以与所述刷丝形成间隙，所述背板上段靠近转子跑道的一端可拆卸连接有背板下段，波簧及背板弹性环固定在所述背板上段与背板下段之间。
优选的是，所述背板下段为L型结构，包括竖边与横边，背板下段的竖边固定在背板上段的外壁上，背板下段的横边位于背板上段的底边与转子跑道之间，且背板下段的横边与背板上段的底边与转子跑道之间均具有间隙。
优选的是，所述背板下段为槽口式结构，包括第一竖边、第二竖边及底边，背板下段的第一竖边固定在背板上段的外壁上，背板下段的底边位于背板上段的底边与转子跑道之间，且背板下段的底边与背板上段的底边与转子跑道之间均具有间隙，背板下段的第二竖边上具有通孔，所述背板弹性环的前端截面宽度小于后端截面宽度，所述背板弹性环的前端适于穿过所述通孔后接触所述刷丝，所述背板弹性环的后端受波簧的弹力而抵压在所述通孔外。
优选的是，所述背板弹性环上设置有耐磨涂层。
优选的是，所述转子跑道在接触刷丝的位置处设置有耐磨涂层。
本申请改变了刷式密封的轴向刚度，提高航空发动机刷式密封的承压能力、密封性能；与此同时，保持了刷式密封的径向刚度，保证刷丝具有良好弹性，保证刷式密封的可靠性和寿命。
本申请提供的密封装置在低压差的时候相互作用力较小，刷丝的等效轴向刚度较小，刷丝较“软”；在高压差的时候相互作用力较大，刷丝的等效轴向刚度较大，刷丝较“硬”。这样刷丝对于封严压差具有“自适应”能力，能够很好地适应不同封严压差的使用需求，封严效果更好。
附图说明
图1是本申请耐高压差刷式密封装置结构示意图。
图2是本申请耐高压差刷式密封装置的背板弹性环主视图。
图3是本申请图2所示背板弹性环的侧视图。
其中，1-前板，2-刷丝，3-背板上段，4-背板弹性环，5-螺钉，6-波簧，7-背板下段，8-转子跑道，9-耐磨涂层，10-耐磨涂层。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种耐高压差刷式密封装置，如图1及图2所示，包括刷丝2，刷丝2包括固定端与摩擦端，所述固定端沿周向固定在机匣挡板上，摩擦端自所述固定端沿机匣挡板径向延伸，并接触发动机转子跑道8，从而将机匣挡板与转子跑道形成的环腔分为高压侧与低压侧。
本申请的耐高压差刷式密封装置的挡板具有朝向转子跑道8的凹槽，所述刷丝2一端固定在所述凹槽底部，另一端自所述凹槽的槽口凸出，并延伸至接触所述转子跑道8，所述刷丝2与凹槽的侧壁具有间隙；
所述凹槽的位于低压侧的侧壁设置有背板弹性环4，所述背板弹性环4与发动机转子同轴，且具有沿轴线方向的前端及后端，所述后端通过波簧6固定在所述凹槽侧壁，所述前端延伸至接触所述刷丝2，所述接触端位于所述刷丝2的固定端及摩擦端之间。
在一些可选实施方式中，所述挡板机匣挡板包括前板1及与前板1固定连接的背板上段3，前板1与背板上段4沿发动机转轴线方向前后对接，并将刷丝2的固定端固定在两者之间，前板1与背板上段3靠近转子跑道的一端相互间的间距增大，以与所述刷丝2形成间隙，所述背板上段3靠近转子跑道的一端可拆卸连接有背板下段7，波簧6及背板弹性环4固定在所述背板上段3与背板下段7之间。
在一些可选实施方式中，所述背板下段7为L型结构，包括竖边与横边，背板下段7的竖边固定在背板上段3的外壁上，背板下段7的横边位于背板上段3的底边与转子跑道8之间，且背板下段7的横边与背板上段3的底边与转子跑道8之间均具有间隙。
在一些可选实施方式中，所述背板下段7为槽口式结构，参考图1，包括右侧的第一竖边、左侧的第二竖边及底边，背板下段7的第一竖边固定在背板上段3的外壁上，背板下段7的底边位于背板上段3的底边与转子跑道8之间，且背板下段7的底边与背板上段3的底边与转子跑道8之间均具有间隙，背板下段7的第二竖边上具有通孔，所述背板弹性环4的前端截面宽度小于后端截面宽度，所述背板弹性环4的前端适于穿过所述通孔后接触所述刷丝2，所述背板弹性环4的后端受波簧6的弹力而抵压在所述通孔外。
在一些可选实施方式中，所述背板弹性环4上设置有耐磨涂层。特别是针对上述实施例，参考图3，背板弹性环4的前端的三个侧面均设置耐磨涂层10，另外，背板弹性环4与刷丝配合面应设计为圆弧面(图中R示意)且有足够的宽度(H)，防止与刷丝接触的局部应力过高。
在一些可选实施方式中，所述转子跑道8在接触刷丝2的位置处设置有耐磨涂层9。
如图1所示，当不存在封严压差时，波簧6中的预紧力使背板弹性环4紧贴背板前沿，使刷丝保持直立。随着封严压差不断增大，作用在刷丝2上的压力推动刷丝根部向右运动，在此过程中刷丝保持与背板弹性环4紧密贴合。
在刷丝根部向右运动过程中，轴向受力方面，背板弹性环4平衡掉一定的由于封严压差造成的压力，使得刷丝的变形量在同等压差的情况下比较小，相当于增大了刷丝刚度，提高了刷式密封的承压能力；径向受力方面，刷丝的内径没有增大，保证了刷丝与跑道8之间较小的摩擦力，从而保证了刷丝的使用寿命。
本申请实现了径向和轴向相异的刷丝刚度，同时保证了径向刷丝与跑道8的“弹性接触”，有实现了轴向的刚度提升以增大刷式密封的耐压能力，而且，随着封严压差的变化，背板弹性环4与刷丝之间的压力是变化的，在低压差的时候相互作用力较小，刷丝的等效轴向刚度较小，刷丝较“软”；在高压差的时候相互作用力较大，刷丝的等效轴向刚度较大，刷丝较“硬”。这样刷丝对于封严压差具有“自适应”能力，能够很好地适应不同封严压差的使用需求，封严效果较好。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种耐高压差刷式密封装置，包括刷丝(2)，刷丝(2)包括固定端与摩擦端，所述固定端沿周向固定在机匣挡板上，摩擦端自所述固定端沿机匣挡板径向延伸，并接触发动机转子跑道(8)，从而将机匣挡板与转子跑道形成的环腔分为高压侧与低压侧，其特征在于：
所述挡板具有朝向转子跑道(8)的凹槽，所述刷丝(2)一端固定在所述凹槽底部，另一端自所述凹槽的槽口凸出，并延伸至接触所述转子跑道(8)，所述刷丝(2)与凹槽的侧壁具有间隙；
所述凹槽的位于低压侧的侧壁设置有背板弹性环(4)，所述背板弹性环(4)与发动机转子同轴，且具有沿轴线方向的前端及后端，所述后端通过波簧(6)固定在所述凹槽侧壁，所述前端延伸至接触所述刷丝(2)，所述接触端位于所述刷丝(2)的固定端及摩擦端之间。
2.如权利要求1所述的耐高压差刷式密封装置，其特征在于，所述挡板机匣挡板包括前板(1)及与前板(1)固定连接的背板上段(3)，前板(1)与背板上段(4)沿发动机转轴线方向前后对接，并将刷丝(2)的固定端固定在两者之间，前板(1)与背板上段(3)靠近转子跑道的一端相互间的间距增大，以与所述刷丝(2)形成间隙，所述背板上段(3)靠近转子跑道的一端可拆卸连接有背板下段(7)，波簧(6)及背板弹性环(4)固定在所述背板上段(3)与背板下段(7)之间。
3.如权利要求2所述的耐高压差刷式密封装置，其特征在于，所述背板下段(7)为L型结构，包括竖边与横边，背板下段(7)的竖边固定在背板上段(3)的外壁上，背板下段(7)的横边位于背板上段(3)的底边与转子跑道(8)之间，且背板下段(7)的横边与背板上段(3)的底边与转子跑道(8)之间均具有间隙。
4.如权利要求2所述的耐高压差刷式密封装置，其特征在于，所述背板下段(7)为槽口式结构，包括第一竖边、第二竖边及底边，背板下段(7)的第一竖边固定在背板上段(3)的外壁上，背板下段(7)的底边位于背板上段(3)的底边与转子跑道(8)之间，且背板下段(7)的底边与背板上段(3)的底边与转子跑道(8)之间均具有间隙，背板下段(7)的第二竖边上具有通孔，所述背板弹性环(4)的前端截面宽度小于后端截面宽度，所述背板弹性环(4)的前端适于穿过所述通孔后接触所述刷丝(2)，所述背板弹性环(4)的后端受波簧(6)的弹力而抵压在所述通孔外。
5.如权利要求1所述的耐高压差刷式密封装置，其特征在于，所述背板弹性环(4)上设置有耐磨涂层。
6.如权利要求1所述的耐高压差刷式密封装置，其特征在于，所述转子跑道(8)在接触刷丝(2)的位置处设置有耐磨涂层(9)。
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