CN204060808U - 一种改善刷丝固定方式的刷式汽封 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种改善刷丝固定方式的刷式汽封，包括汽封基体，还包括镶嵌在汽封基体上的前夹板、后夹板、刷丝和弹性铆固件，所述刷丝装夹在前夹板、后夹板之间；所述弹性铆固件与前夹板相邻；前夹板高于后夹板；前夹板、后夹板装夹刷丝的部分称为固定端，前夹板高出后夹板的部分称为过渡固定端，过渡固定端的刷丝装夹在前夹板和汽封基体的汽封齿之间，且不完全夹紧。本实用新型改善刷丝固定方式的刷式汽封，可改善刷丝的频率特性，有利于解决刷丝颤动的问题，进而解决了刷式汽封掉丝的问题；且具有密封性能稳定的优点，大幅度延长了使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于汽轮机汽封领域，具体涉及一种改善刷丝固定方式的刷式汽封。
背景技术
刷式密封是现代先进透平机械发展的关键技术之一，已经应用于航空发动机、工业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械。
刷式密封的刷丝一般采用直径0.05～0.15mm的耐高温合金丝，刷丝束总厚度0.6～2mm，刷丝与转子径向呈15～60°倾角，倾角顺着转子旋向。刷式密封在转子瞬间大幅径向位移后仍可保持密封间隙不变，进而实现高效密封。
近年来，刷式密封技术被广泛应用于汽轮机汽封，国内已有数百台汽轮发电机组使用了刷式汽封，为国家的节能减排事业作出了贡献。
现有技术中，刷式汽封大多是在传统梳齿汽封的基础上用一道或多道刷齿代替原先的汽封齿，前、后夹板装夹刷丝组成刷齿，刷齿通过冲铆或压铆工艺与汽封连接固定。一般而言，上述前夹板低于后夹板，刷丝自由端伸出后夹板，且设置铆接槽与前夹板相邻(如图1、2所示)。上述结构可使刷丝牢牢固定在汽封上。
然而，刷式汽封的应用实践表明，在汽轮机内部极为复杂的流场和温度场中，易出现掉丝现象，经现场考察与分析，发现现有技术中刷丝的固定方式有待改善。
工程实践和理论分析均表明，刷式汽封的刷丝在汽轮机内部流场中存在不稳定现象，主要表现为刷丝倾角在压差作用下变小而发生内孔收缩现象，目前这种现象被定义为“压力闭合效应”。尽管上述现象在某种程度上是我们希望看到的，但是这种现象的不稳定性最终会导致刷丝自由端过度磨损并伤及转子，刷式汽封很快失效。
上述现象产生过程中，还可能伴随刷丝的颤动现象，进而导致刷丝疲劳断裂，影响刷式汽封的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型提供了一种改善刷丝固定方式的刷式汽封。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种改善刷丝固定方式的刷式汽封，包括汽封基体，还包括镶嵌在汽封基体上的前夹板、后夹板、刷丝和弹性铆固件，所述刷丝装夹在前夹板、后夹板之间；所述弹性铆固件与前夹板相邻；前夹板高于后夹板；前夹板、后夹板装夹刷丝的部分称为固定端，前夹板高出后夹板的部分称为过渡固定端，过渡固定端的刷丝装夹在前夹板和汽封基体的汽封齿之间，且不完全夹紧。
使用中的刷式汽封沿着轴向前后存在压差，由高压侧至低压侧的方向定义为从前向后的方向。
上述前夹板、刷丝、后夹板由前向后依次设置，并通过焊接的方式连接。上述刷丝受前夹板和后夹板夹紧力的作用。
为了提高刷式汽封的承压能力和密封性能，上述刷丝与汽封齿相邻，且设在汽封齿之前。
申请人经研究发现，现有技术中，多排刷丝装夹在前、后夹板之间，所受夹紧力使前排刷丝存在向前散开的现象，采用常规的冲铆或压铆工艺会进一步促使前排刷丝向前散开，前排刷丝在夹紧处、尤其在装夹的边缘位置受损；虽然刷式汽封使用过程中前后存在压差，刷丝在压差作用下向后与汽封齿靠接，但仍然存在向前散开的趋势；这种趋势是刷丝固定端所受夹紧力造成的，会改变前排刷丝的频率特性，在不稳定流场下更易发生颤动现象，加之刷丝受夹紧力的损伤，很容易出现刷丝固定端断裂的问题，前排刷丝尤为严重。而本申请在刷丝自由端和固定端之间增设过渡固定端，并采用弹性铆固件装配代替传统冲铆或压铆工艺，这种固定方式可改善刷丝的频率特性，有利于解决刷丝颤动的问题，进而解决了刷式汽封掉丝的问题。
采用本实用新型的刷式汽封结构，更易于制造和维护。传统的冲铆或压铆工艺是不可逆的，加工过程中若发现问题只能重新加工汽封，而本实用新型可直接取出弹性铆固件和刷齿而不破坏汽封本身，这既有利于降低生产成本又能提高生产质量，且在机组一个大修周期后只要更换核心部件(弹性铆固件和刷齿)即可恢复初始密封性能。上述刷齿由前、后夹板装夹刷丝组成。
上述前夹板高出后夹板，指前夹板和后夹板一端齐平，另一端前夹板长出后夹板。
上述过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间留有一倍刷丝直径以下的间隙。
优选，过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间间隙不大于0.076mm。
为了进一步解决刷丝不稳定的问题，在刷丝之间增设有限位片，限位片为长条形金属 薄片，限位片的长度等于刷丝的长度，宽度在轴向上的投影不小于刷丝束自由端的厚度。
顺着轴向汽流方向，长度方向与转子径向呈夹角α等于刷丝倾角，宽度方向与转子轴向呈夹角β为5～15°
上述改进彻底解决了刷丝的不稳定问题。
上述限位片至少一片以上，沿周向均布，并贴紧汽封齿，把整圈刷丝分割成若干刷丝束，上述限位片贴紧汽封齿产生静摩擦力，进而静摩擦力对刷丝形成约束。
上述相邻限位片在周向上间距2～20mm。
申请人经研究发现，上述限位片对刷丝形成约束，使刷丝在流场中保持稳定，可消除“压力闭合效应”的不利影响。转子与刷丝一旦碰磨，刷丝和限位片同时柔性退让，刷丝的倾角和限位片的径向夹角α同时增大；在径向汽流力的作用下，刷丝自由端所构成的内孔有收缩的趋势，即径向夹角α有变小的趋势，此时，轴向夹角β的存在会使限位片与汽封齿接触的部分产生一阻止径向夹角α变小的静摩擦力。
上述弹性铆固件优选为毛细扁管或U型弹簧。进一步优选为毛细扁管。
上述弹性铆固件在装配过程中不会对刷丝夹紧力产生不利影响，在检验并确认装配及加工无误后，点焊弹性铆固件和前夹板，防止弹性铆固件松脱。
优选，前夹板高出后夹板1～3mm。这样可进一步增加刷丝的平稳性，且进一步避免刷丝散开的现象。
本实用新型未提及的技术均为现有技术。
本实用新型改善刷丝固定方式的刷式汽封，可改善刷丝的频率特性，有利于解决刷丝颤动的问题，进而解决了刷式汽封掉丝的问题；且具有密封性能稳定的优点，大幅度延长了使用寿命。
附图说明
图1是传统刷式汽封径向截面结构示意图。
图2是上述传统刷式汽封装配后刷丝向前散开的示意图。
图3是实施例1刷丝和限位片自由端端面的排列结构示意图。
图4是实施例1刷丝和限位片与转子表面的配合示意图。
图5是实施例2刷式汽封径向截面结构示意图。
图6是实施例2刷式汽封装配后刷丝状态示意图。
图7是实施例3刷式汽封装配后刷丝状态示意图。
图8是实施例2和3刷丝与转子表面的配合示意图。
图9是刷式汽封实际应用中存在的径向汽流示意图。
图10是刷丝在径向汽流作用下发生内孔收缩现象(即“压力闭合效应”)的示意图。
图中，1为传统刷式汽封前夹板，2为传统刷式汽封后夹板，3为向前散开的刷丝，4为铆接槽，5为本实用新型的前夹板，6为本实用新型的后夹板，7为本实用新型的刷丝，8为毛细扁管，9为U型弹簧，10为转子表面，11为刷丝倾角，12为径向汽流，13为“压力闭合效应”显现时刷丝形态，14为限位片，15为汽封齿顶部，a1为传统刷式汽封固定端，b1为传统刷式汽封自由端，a2为本实用新型固定端，b2为本实用新型自由端，c为本实用新型过渡固定端，α为限位片径向夹角，β为限位片轴向夹角。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图3～4所示的改善刷丝固定方式的刷式汽封，包括汽封基体及镶嵌在汽封基体上的前夹板、后夹板、刷丝和弹性铆固件，所述刷丝装夹在前夹板、后夹板之间；所述弹性铆固件与前夹板相邻，且为毛细扁管；前夹板高出后夹板2mm；前夹板、后夹板装夹刷丝的部分称为固定端，前夹板高出后夹板的部分称为过渡固定端，过渡固定端的刷丝装夹在前夹板和汽封基体的汽封齿之间，过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间留有一倍刷丝直径以下的间隙。
在刷丝之间增设有限位片，限位片为长条形金属薄片，限位片的长度等于刷丝的长度，宽度在轴向上的投影不小于刷丝束自由端的厚度；顺着轴向汽流方向，长度方向与转子径向呈夹角α等于刷丝倾角，宽度方向与转子轴向呈夹角β为10°；相邻限位片在周向上间距10mm左右。
上述刷丝的直径为0.076mm，长度为16mm，丝束总厚度为1.2mm，刷丝倾角为45°；上述限位片厚度为0.08mm，长度为16mm，宽度为1.5mm，径向夹角α为45°。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：刷丝之间没有增设限位片，前夹板高出后夹板1mm，宽度方向与转子轴向呈夹角β为5°；相邻限位片在周向上间距3mm左右。
实施例3
与实施例2基本相同，所不同的是：弹性铆固件为U型弹簧；前夹板高出后夹板3mm，宽度方向与转子轴向呈夹角β为15°；相邻限位片在周向上间距20mm左右。
上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种改善刷丝固定方式的刷式汽封，包括汽封基体，其特征在于：还包括镶嵌在汽封基体上的前夹板、后夹板、刷丝和弹性铆固件，所述刷丝装夹在前夹板、后夹板之间；所述弹性铆固件与前夹板相邻；前夹板高于后夹板；前夹板、后夹板装夹刷丝的部分称为固定端，前夹板高出后夹板的部分称为过渡固定端，过渡固定端的刷丝装夹在前夹板和汽封基体的汽封齿之间，且不完全夹紧。
2.如权利要求1所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间留有一倍刷丝直径以下的间隙。
3.如权利要求1所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间间隙不大于0.076mm。
4.如权利要求1～3任意一项所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：在刷丝之间增设有限位片，限位片为长条形金属薄片，限位片的长度等于刷丝的长度，宽度在轴向上的投影不小于刷丝束自由端的厚度。
5.如权利要求4所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：顺着轴向汽流方向，长度方向与转子径向呈夹角α等于刷丝倾角，宽度方向与转子轴向呈夹角β为5～15°。
6.如权利要求4所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：相邻限位片在周向上间距2～20mm。
7.如权利要求1～3任意一项所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：弹性铆固件为毛细扁管或U型弹簧。
8.如权利要求1～3任意一项所述的改善刷丝固定方式的刷式汽封，其特征在于：前夹板高出后夹板1～3mm。
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