CN116428020A - 刷式密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刷式密封结构，套设在转子的外部，所述刷式密封结构包括沿转子的轴向依次相连的前板、刷丝束、以及背板，其中，所述前板与所述刷丝束之间形成有前板侧间隙，所述前板靠近所述刷丝束的一侧设置有能沿着所述转子的轴向移动的活动压环，所述前板上开设有与所述活动压环轴向相对的通气孔。本发明中的活动压环能在气流作用下对刷丝束产生适当的压紧力，避免刷丝出现持续的振动现象，从而避免刷丝柱面出现磨损，保证刷式密封结构的长期有效工作。

Description

刷式密封结构

技术领域

本发明涉及密封结构技术领域，尤其涉及一种刷式密封结构。

背景技术

刷式密封是航空发动机、燃气轮机和汽轮机等透平机械的一种气路密封结构。这种密封结构通过柔性刷丝束与转子表面贴合减少密封的空气泄漏。与传统的迷宫密封相比，刷式密封不需要在转静子之间预留间隙，允许转静子之间发生接触和摩擦，因此刷式密封具有更好的密封性能，刷式密封泄漏量一般仅为相同条件下迷宫密封的1/5～1/10，因此在透平机械领域，刷式密封的应用越来越多。

刷式密封件中的刷丝在气流作用下容易发生振动现象，亦有学者称为“颤振”现象。这种现象不仅会降低刷式密封的性能，导致泄漏量增大，还决定着刷式密封的工作寿命。刷丝与转子的摩擦磨损虽然会导致泄漏间隙增大，但一般不会导致刷式密封的失效。然而刷丝振动导致的刷丝柱面磨损可能使大量刷丝断裂，进而导致密封失效，这种失效模式对于刷式密封是不可接受的。

发明内容

本发明的目的是提供一种刷式密封结构，刷式密封前板上设置有活动压环，该活动压环能在气流作用下对刷丝束产生适当的压紧力，避免刷丝出现持续的振动现象，从而避免刷丝柱面出现显著磨损，最终保证刷式密封的长寿命工作。

本发明的上述实施目的主要由以下技术方案来实现：

本发明提供一种刷式密封结构，套设在转子的外部，所述刷式密封结构包括沿转子的轴向依次相连的前板、刷丝束、以及背板，其中，所述前板与所述刷丝束之间形成有前板侧间隙，所述前板靠近所述刷丝束的一侧设置有能沿着所述转子的轴向移动的活动压环，所述前板上开设有与所述活动压环轴向相对的通气孔。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述活动压环被配置为在流通所述通气孔的气体介质的作用下，顶抵于所述刷丝束。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述前板靠近所述刷丝束的一侧开设有环形凹槽，所述活动压环位于所述环形凹槽内，所述通气孔与所述环形凹槽的槽底连通。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述环形凹槽内设有弹性元件，所述活动压环能弹性抵靠在所述弹性元件上。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述弹性元件为碟形弹簧或者波形弹簧。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述刷丝束靠近所述前板的一侧连接有固定环，所述固定环通过焊接的方式将所述刷丝束固定在所述背板上，所述前板通过连接件与所述固定环相连。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述通气孔为多个，多个所述通气孔沿所述前板的周向方向间隔设置在所述前板上。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述前板的内径和所述背板的内径均大于所述转子的直径，所述刷丝束与所述转子的表面相接触。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述转子与所述刷丝束相接触的部分涂有耐磨涂层。

在本发明的一个较佳的实施方式中，所述活动压环的材质为轻质耐磨的陶瓷材料或碳-碳复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明所述的刷式密封结构的前板上集成了可以及进行轴向浮动的活动压环，在刷式密封结构工作过程中浮动的活动压环可对刷丝束产生压紧效果，同时保证刷丝束仍具有径向退让能力，该压紧效果能够有效避免刷丝束出现振动现象，从而保证刷式密封结构的长寿命工作。

2、本发明在设置通气孔的基础上，通过弹性元件使得活动压环对刷丝束的压紧效果得到进一步增强，刷丝束的振动现象可以得到进一步的抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。在附图中：

图1为本发明所述刷式密封结构的第一状态结构示意图；

图2为本发明所述刷式密封结构的第二状态结构示意图

图3为本发明所述刷式密封结构的第三状态结构示意图；

图4为本发明所述刷式密封结构的另一实施例的结构示意图；

图5为本发明所述刷式密封结构的端面局部视图。

附图标号说明：

10、前板；11、通气孔；12、环形凹槽；20、刷丝束；30、背板；41、前板侧间隙；50、活动压环；60、固定环；61、螺钉；70、转子；71、耐磨涂层；80、弹性元件；A、活动压环厚度；B、距离；β、刷丝倾斜角；ω、转动方向。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，本发明提供一种刷式密封结构，套设在转子70的外部，刷式密封结构包括沿转子70的轴向方向X依次相连的前板10、刷丝束20、以及背板30，其中，前板10与刷丝束20之间形成有前板侧间隙41，前板10靠近刷丝束20的一侧设置有能沿转子70的轴向方向X移动的活动压环50，前板10上开设有与活动压环50轴向相对的通气孔11。活动压环50被配置为在流通通气孔11的气体介质的作用下，顶抵于刷丝束20。

本发明所述的刷式密封结构的活动压环50，在工作过程中可以在流动的气体介质作用下对刷丝束20产生压紧效果，从而抑制刷丝束20的振动现象，延长刷丝束20的使用寿命。

具体的，如图1所示，前板10与背板30均是中间开孔且具有一定厚度的环形结构，前板10与背板30之间固定连接有大量刷丝组成的刷丝束20，刷丝束20整体也呈现一个环状结构，固定连接后的前板10、刷丝束20、以及背板30套设于转子70上用于对转动的转子70的两侧进行密封。前板10的内径和背板30的内径均大于转子70的直径，刷丝束20与所述转子70的表面相接触，也即前板10和背板30不与转子70的表面接触，刷丝束20抵接于转子70的表面。

进一步的，在前板10靠近刷丝束20的侧面开设有环形的环形凹槽12，活动压环50置于该环形凹槽12中，并可以在环形凹槽12中沿着转子70的轴向方向X进行移动。在环形凹槽12的侧壁上开设有沿着转子70的轴向方向X并贯穿前板10的通气孔11；如图2所示，转子70在运行过程中，由于气流的作用，刷丝束20中的刷丝由于振动会呈现松散状态。前板10一侧的流动气流会通过前板10上的通气孔11作用到活动压环50上，活动压环50将从图1所示的状态运动到图3所示的状态，进而对刷丝束20产生压紧效果，刷丝束20将从图2所示的状态松散状态逐渐变换为图3所示的紧实状态。同时由于该活动压环50可在轴向方向X往复活动，因此不会对刷丝的退让变形造成明显的阻碍，保证刷丝束20仍具有沿转子70轴向方向X的退让能力。

如图1所示，前板10与刷丝束20之间的距离B小于活动压环厚度A，该设置可以有效防止活动压环50在运动过程中脱离环形凹槽12进入刷丝束20与前板10之间的前板侧间隙41，进而降低刷丝束20的密封效果。

根据本发明的一个实施方式，如图4所示，环形凹槽12内设有弹性元件80，活动压环50能弹性抵靠在所述弹性元件80上。

本发明在设置通气孔11的基础上，通过弹性元件80使得活动压环50对刷丝束20的压紧效果得到进一步增强，刷丝束20的振动现象可以得到进一步的抑制。

具体的，如图4所示，弹性元件80为一个圆环型结构，设置于环形凹槽12内部，弹性元件80的一端抵靠在环形凹槽12的槽底上，弹性元件80的另一端抵靠在活动压环50上，弹性元件80的作用力沿着转子70的轴向方向X。活动压环50能在弹性元件80的作用下抵靠于刷丝束20，在弹性元件80与通气孔11内气流的双重作用下，活动压环50对刷丝束20的压紧效果进一步增强，刷丝束20的振动现象能够得到进一步的抑制。在本实施例中，弹性元件80为碟形弹簧或者波形弹簧。

在本发明的一可行实施例中，刷丝束20靠近前板10的一侧连接有固定环60，固定环60通过焊接的方式将刷丝束20固定在的背板30上，前板10通过连接件与固定环60相连。

具体的，如图1所示，固定环60为一个具有一定厚度的环状结构，其内径小于前板10和背板30的内径，外径与前板10和背板30的外径相同，在安装固定时，前板10、固定环60、刷丝束20、以及背板30沿着转子70的轴向方向X叠加在一起，前板10与固定环60通过连接件紧固连接，在本实施例中，前板10通过螺钉61与固定环60相连，刷丝束20通过焊接的方式分别与背板30和固定环60相连，固定环60将刷丝束20固定在背板30上。

在本发明的一可行实施例中，通气孔11为多个，多个通气孔11沿前板10的周向方向间隔设置在前板10上。通气孔11沿着前板10的周向均匀布置可以保证活动压环50能作用到整个环形的刷丝束20上，使得刷丝束20在周向任意位置处的振动现象都能够得到有效抑制。

在本发明的一可行实施例中，刷丝束20的刷丝在刷丝束20的环面内倾斜排布。

具体的，如图5所示，刷丝束20内部的刷丝呈一定的倾斜角度布置，该刷式密封结构进行安装时，刷丝的倾斜方向与转子70的转动方向ω保持一致，防止刷丝束20中的刷丝的端部直接与转子70的表面相抵，不仅可以减小转子70表面的磨损，而且可以延长刷丝束20的使用寿命，保证其具有良好的密封效果；在本实施例中，刷丝束20中的刷丝与转子70半径之间的刷丝倾斜角β为45度。

在本发明的一可行实施例中，前板10的内径和背板30的内径均大于转子70的直径，刷丝束20与转子70的表面相接触，转子70与刷丝束20相接触的部分涂有耐磨涂层71。在刷丝束20与转子70接触的表面涂覆耐磨涂层71可以减小转子70的磨损，防止转子70引过度磨损而影响刷丝束20的密封效果。

在本发明的一可行实施例中，活动压环50的材质为轻质耐磨的陶瓷材料或碳-碳复合材料。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刷式密封结构，套设在转子的外部，其特征在于，所述刷式密封结构包括沿转子的轴向依次相连的前板、刷丝束、以及背板，其中，所述前板与所述刷丝束之间形成有前板侧间隙，所述前板靠近所述刷丝束的一侧设置有能沿着所述转子的轴向移动的活动压环，所述前板上开设有与所述活动压环轴向相对的通气孔。

2.根据权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，所述活动压环被配置为在流通所述通气孔的气体介质的作用下，顶抵于所述刷丝束。

3.根据权利要求2所述的刷式密封结构，其特征在于，所述前板靠近所述刷丝束的一侧开设有环形凹槽，所述活动压环位于所述环形凹槽内，所述通气孔与所述环形凹槽的槽底连通。

4.根据权利要求3所述的刷式密封结构，其特征在于，所述环形凹槽内设有弹性元件，所述活动压环能弹性抵靠在所述弹性元件上。

5.根据权利要求4所述的刷式密封结构，其特征在于，所述弹性元件为碟形弹簧或者波形弹簧。

6.根据权利要求3所述的刷式密封结构，其特征在于，所述刷丝束靠近所述前板的一侧连接有固定环，所述固定环通过焊接的方式将所述刷丝束固定在所述背板上，所述前板通过连接件与所述固定环相连。

7.根据权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，所述通气孔为多个，多个所述通气孔沿所述前板的周向方向间隔设置在所述前板上。

8.根据权利要求2所述的刷式密封结构，其特征在于，所述前板的内径和所述背板的内径均大于所述转子的直径，所述刷丝束与所述转子的表面相接触。

9.根据权利要求8所述的刷式密封结构，其特征在于，所述转子与所述刷丝束相接触的部分涂有耐磨涂层。

10.根据权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，所述活动压环的材质为轻质耐磨的陶瓷材料或碳-碳复合材料。

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