CN117703537A - 减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，包括内侧转子、外侧转子、刷丝束、前挡板和后挡板，其中，所述前挡板和刷丝束均固定于所述内侧转子的外侧，所述后挡板固定于所述外侧转子的内侧，所述前档板的自由端与所述外侧转子间隔设置，所述刷丝束沿所述内侧转子的周向倾斜安装，所述刷丝束的自由端与所述外侧转子接触配合，所述后挡板的自由端与所述内侧转子间隔设置。该减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构可以引导气流路径，改变泄漏气流的主要流向，抑制离心效应对刷式密封的不利影响，减少刷丝磨损，延长刷丝使用寿命，还可以提升刷丝高度段的封严性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种对转轴间刷式密封结构，特别提供了一种减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构。
背景技术
刷式密封是广泛应用于航空发动机、燃汽轮机等透平机械领域的关键密封技术，其由前挡板、刷丝与后挡板组成。刷式密封作为传统篦齿密封的升级替代品，封严性能提升80-90％，因此作为先进的密封形式而被广泛应用。刷式密封是一种柔性接触式动密封技术，刷丝具有良好的柔性可以跟随转子偏心运动，同时保持优异的封严性能，另外，刷式密封对转子动力特性还具有改善作用，有利于确保航空发动机组安全稳定地运行。
常规刷式密封常应用于单转子系统，刷丝根部安装于外侧静子，刷丝自由端与转子相互配合，刷式密封结构整体保持静止状态。然而在透平机械的对转轴间部位也存在封严需求，且对转轴间工况条件更为苛刻，不仅要追求优异的封严性能，还要对转轴随机发生的径向跳动与轴向窜动具有良好的适应能力。刷式密封相比传统篦齿类非接触式密封的封严性能更优良，刷式密封相比石墨密封对转子的径向跳动适应能力更强，因此，刷式密封由于自身柔性与优良的封严性能等特性，满足对转轴间部位封严需求。
然而，在对转轴间部位应用刷式密封存在如下问题：如图4、图5所示，刷丝安装于内侧转子，内侧转子带动刷丝高速旋转。在高转速离心作用下，柔性刷丝具有径向朝外扩张的趋势，会导致刷丝尖端与外转子表面之间接触力与摩擦力均增大，容易出现刷丝高温粘连与疲劳断裂等故障，影响刷式密封结构的整体耐久封严性能与使用寿命。
因此，提出一种新型的刷丝束安装在内侧转子的对转轴间刷式密封结构，以避免刷丝自由端因离心效应而与外侧转子剧烈磨擦、降低刷式密封结构使用寿命，成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，以解决现有刷丝束安装在内侧转子的对转轴间刷式密封结构中刷丝因离心效应易磨损、使用寿命短等问题。
本发明提供的技术方案是：一种减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，包括：内侧转子、外侧转子、刷丝束、前挡板和后挡板，其中，所述前挡板和刷丝束均固定于所述内侧转子的外侧，所述后挡板固定于所述外侧转子的内侧，所述前档板的自由端与所述外侧转子间隔设置，所述刷丝束沿所述内侧转子的周向倾斜安装，所述刷丝束的自由端与所述外侧转子接触配合，用于对所述外侧转子进行密封，所述后挡板的自由端与所述内侧转子间隔设置。
优选，所述后挡板与所述外侧转子通过轴承转动连接。
进一步优选，所述轴承为圆锥滚子轴承，且所述圆锥滚子轴承的小端朝向所述后挡板的后方设置。
进一步优选，与所述刷丝束的自由端对应的外侧转子的内侧设置有耐磨损涂层。
进一步优选，所述后挡板的自由端设置有与所述刷丝束的下游侧对应的过渡段。
进一步优选，所述刷丝束的端部与所述内侧转子焊接。
本发明提供的减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，刷丝束固定于内侧转子的外侧，前挡板和后挡板分别安装于内侧转子和外侧转子上，可以引导气流路径，改变泄漏气流的主要流向，即：由传统的轴向流动改为轴向与径向混合流动，其中，气流的径向分量指向径向向内的方向，可对刷丝产生径向向内的气流力，以抵消离心效应下刷丝微元受到径向朝外的离心力(惯性力)，进而降低刷丝尖端与外侧转子表面之间的接触力与摩擦力，减少刷丝磨损，延长刷丝使用寿命，抑制离心效应对刷式密封的不利影响，另外，相比于图4、图5所示的传统型旋转刷式密封，本发明提供的对转轴间刷式密封结构在保证气流泄漏路径的轴向分量没有缩短的前提下，增加了气流泄漏路径的径向距离，增加了非均匀刷丝对于泄漏气流的阻力作用，提升了刷丝高度段的封严性能。
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为本发明提供的减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构的一种实施例的剖面图；
图2为本发明提供的减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构的又一种实施例的剖面图；
图3为本发明提供的减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构的另一种实施例的剖面图；
图4为现有刷丝束安装在内侧转子的对转轴间刷式密封结构的剖面图；
图5为现有刷丝束安装在内侧转子的对转轴间刷式密封结构的侧视图。
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。
现有刷丝束安装在内侧转子的对转轴间刷式密封结构在高转速离心效应的作用下，刷丝束的自由端受到径向朝外的离心力(惯性力)，会导致使得刷丝束自由端与外侧转子之间的摩擦磨损加剧。
针对上述问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，包括内侧转子1、外侧转子2、刷丝束3、前挡板4和后挡板5，其中，所述前挡板4和刷丝束3均固定于所述内侧转子1的外侧，所述后挡板5固定于所述外侧转子2的内侧，所述前档板4的自由端与所述外侧转子2间隔设置，所述刷丝束3沿所述内侧转子1的周向倾斜安装，所述刷丝束3的自由端与所述外侧转子2接触配合，用于对所述外侧转子2进行密封，所述后挡板5的自由端与所述内侧转子1间隔设置。
该减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，刷丝束固定于内侧转子的外侧，前挡板和后挡板分别安装于内侧转子和外侧转子上，可以引导气流路径，改变泄漏气流的主要流向，即：由传统的轴向流动改为轴向与径向混合流动，其中，气流的径向分量指向径向向内的方向，可对刷丝产生径向向内的气流力，以抵消离心效应下刷丝微元受到径向朝外的离心力(惯性力)，进而降低刷丝尖端与外侧转子表面之间的接触力与摩擦力，减少刷丝磨损，延长刷丝使用寿命，抑制离心效应对刷式密封的不利影响，另外，相比于图4、图5所示的传统型旋转刷式密封，本发明提供的对转轴间刷式密封结构在保证气流泄漏路径的轴向分量没有缩短的前提下，增加了气流泄漏路径的径向距离，增加了非均匀刷丝对于泄漏气流的阻力作用，提升了刷丝高度段的封严性能。
为了避免后侧刷丝束与后挡板在接触面上发生摩擦，作为技术方案的改进，如图2所示，所述后挡板5与所述外侧转子2通过轴承6转动连接，以此允许后挡板在刷丝束的间接作用下发生被动旋转，降低刷丝束与后挡板之间的周向转速差，从而优化刷丝束与后挡板之间的摩擦磨损问题，提升该对转轴间刷式密封结构的使用寿命。
作为技术方案的改进，如图3所示，所述轴承6为圆锥滚子轴承，且所述圆锥滚子轴承的小端朝向所述后挡板5的后方设置，所述圆锥滚子轴承在避免刷丝束与后挡板之间发生摩擦的同时，还可以在刷丝束与后挡板之间发生间接接触时为后挡板提供更好的轴向支撑力，增加结构整体的可靠性。
作为技术方案的改进，如图1至图3所示，与所述刷丝束3的自由端对应的外侧转子2的内侧设置有耐磨损涂层7。
作为技术方案的改进，所述后挡板5的自由端设置有与所述刷丝束3的下游侧对应的过渡段，用于减少应力集中，提升刷丝的使用寿命。
作为技术方案的改进，所述刷丝束3的端部与所述内侧转子1焊接。
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做出各种变化。
Claims (6)
1.一种减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于，包括：内侧转子(1)、外侧转子(2)、刷丝束(3)、前挡板(4)和后挡板(5)，其中，所述前挡板(4)和刷丝束(3)均固定于所述内侧转子(1)的外侧，所述后挡板(5)固定于所述外侧转子(2)的内侧，所述前档板(4)的自由端与所述外侧转子(2)间隔设置，所述刷丝束(3)沿所述内侧转子(1)的周向倾斜安装，所述刷丝束(3)的自由端与所述外侧转子(2)接触配合，用于对所述外侧转子(2)进行密封，所述后挡板(5)的自由端与所述内侧转子(1)间隔设置。
2.根据权利要求1所述减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板(5)与所述外侧转子(2)通过轴承(6)转动连接。
3.根据权利要求1所述减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述轴承(6)为圆锥滚子轴承，且所述圆锥滚子轴承的小端朝向所述后挡板(5)的后方设置。
4.根据权利要求1所述减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：与所述刷丝束(3)的自由端对应的外侧转子(2)的内侧设置有耐磨损涂层(7)。
5.根据权利要求1所述减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板(5)的自由端设置有与所述刷丝束(3)的下游侧对应的过渡段。
6.根据权利要求1所述减少刷丝磨损的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述刷丝束(3)的端部与所述内侧转子(1)焊接。
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