CN204061890U - 组合密封结构及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合密封结构及发动机，涉及航空发动机领域，用以减少刷式封严件上刷丝脱落的现象且增加刷式封严件的轴向刚度。该组合密封结构包括刷式封严件和指尖密封件，所述刷式封严件与所述指尖密封件都呈环状；在轴向方向上，所述刷式封严件的刷丝束弯折设置，所述指尖密封件具有抵顶端和自由端，所述指尖密封件的抵顶端抵顶在所述刷丝束的弯折处的内侧，且所述刷丝束的弯折处与所述指尖密封件的抵顶端固定。上述技术方案能在减少刷丝脱落现象的同时增强刷丝束的轴向刚度。

Description

组合密封结构及发动机

技术领域

本实用新型涉及航空发动机领域，具体涉及一种组合密封结构及发动机。

背景技术

随着航空发动机技术的不断提升，高温旋转部件的工作温度与压力也随之增加，为了降低泄漏量的压力损失，提高发动机的气动效率，迷宫密封、蜂窝密封、石墨密封、刷式密封等高效密封装置被广泛采用。

迷宫式密封是一种应用较早的密封方式，通过增大介质的泄露路径和泄露摩阻，减少损失。该结构密封性好，但缺点是造价较高，容易磨损与产生结构倒伏。蜂窝密封作为应用于高压差动静件之间的密封装置，采用封闭蜂窝状网格将气流切割成无数弱小涡流，形成交错阻尼，从而降低压力损失。蜂窝密封在气流压强越大、温度越高、封严位置压差越高和转速越高的情况下，封严效果越好，从而被广泛应用于高转速下的封严。刷式密封作为一种高效阻尼的动密封，无数金属丝的密封刷毛有小弹簧的作用，可以避免碰磨后密封间隙的永久性增大。相同情况下，泄露流量是迷宫密封的1/5—1/10，缺点是制造成本高。

现在已公布的专利中，CN1499045A介绍了一种蒸汽轮机中刷式密封与蜂窝结构相结合的密封装置，该装置采用蜂窝密封结构两侧分别布置刷式密封件的方法，由于刷式密封件的作用，可以在蜂窝密封结构的基础上，进一步减少气流的泄露损失。CN101476622A介绍了一种动静转子件金属指尖蜂窝密封装置，该装置在蜂窝密封件两侧布置指尖封严密封件，由于指尖密封件的使用，阻碍了气流泄露，同样可以在蜂窝密封的基础上进一步减少气流泄露。刷式密封在运行过程中，由于刷毛与高速旋转的转子接触，容易导致刷毛脱落。另外，刷毛由于柔性较大，在高压力作用下，轴向刚度差，容易变形。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：现有技术中采用的刷式密封，其刷丝束上的刷丝容易脱落，且刷丝束的轴向刚度低。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的是提出一种组合密封结构，用以减少刷式封严件上刷丝脱落的现象且增加刷式封严件的轴向刚度。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供了一种组合密封结构，其包括刷式封严件和指尖密封件，所述刷式封严件与所述指尖密封件都呈环状；

在轴向方向上，所述刷式封严件的刷丝束弯折设置，所述指尖密封件具有抵顶端和自由端，所述指尖密封件的抵顶端抵顶在所述刷丝束的弯折处的内侧，且所述刷丝束的弯折处与所述指尖密封件的抵顶端固定。

如上所述的组合密封结构，可选地，

所述刷丝束的中部弯折；

所述指尖密封件的自由端与所述刷丝束的两端平齐；或者，所述指尖密封件的自由端比所述刷丝束的两端短，所述刷丝束的两端之间形成有空隙。

如上所述的组合密封结构，可选地，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端设置有凹槽，所述刷丝束的弯折处贴合所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓，所述刷丝束的弯折处对应形成有凹陷部分，所述刷丝弯折处的外侧卡有紧固件，所述紧固件上对应设置有凸起，所述凸起卡住所述刷丝束的凹陷部分。

如上所述的组合密封结构，可选地，在轴向方向上，所述指尖密封件朝向所述刷丝束的两侧设置有凸起结构，所述刷丝束顶在所述凸起结构上，且所述刷丝束与所述指尖密封件之间形成有空隙。

如上所述的组合密封结构，可选地，所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓为圆滑的曲线或者具有倒圆角。

如上所述的组合密封结构，可选地，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓为下列形状之一：圆形、椭圆形、扇形。

如上所述的组合密封结构，可选地，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端的轴向尺寸大于所述指尖密封件的自由端的轴向尺寸。

如上所述的组合密封结构，可选地，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端的轴向最大尺寸为所述指尖密封件的自由端的轴向最小尺寸的1.5倍-3.5倍。

如上所述的组合密封结构，可选地，

所述刷丝束包括的刷丝的直径为0.05mm-0.15mm；和/或，

在轴向方向上，位于所述指尖密封件两侧的所述刷丝束的宽度均为1.5mm-3.5mm。

本实用新型还提供一种发动机，包括转子和静子，其中，所述静子上固定有本实用新型任一技术方案所提供的组合密封结构；

所述组合密封结构的刷式封严件的刷丝束的两端和指尖密封件的自由端都朝向所述转子。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案中，指尖密封件一方面作为刷丝束的安装基座，减少刷丝脱落；另一方面，指尖密封件本身具有密封功能，可以实现采用较少的构件，组合后达到较高的密封效果。第三，指尖密封件布置于刷丝束的中间，形成整体结构，有助于增强整个密封结构的轴向刚度，减少气流上下游压力过大而引起的刷丝强烈轴向变形。可见，本实用新型的技术方案，通过优化布置刷丝束与指尖密封件的位置，同时解决了刷丝脱落的问题以及刷丝轴向刚度弱的问题，还可以用较少的结构实现较多的优化功能，能有效降低泄露，提高气动效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一提供的组合密封结构的示意图；

图2为图1的A-A剖视示意图；

图3为图1的B局部放大示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的组合密封结构的剖视示意图；

图5为本实用新型实施例三提供的组合密封结构的剖视示意图；

图6为本实用新型实施例四提供的组合密封结构的剖视示意图；

图7为本实用新型实施例五提供的组合密封结构的剖视示意图；

附图标记：

1、指尖密封件；               2、刷丝束；

3、紧固件；                   4、上游支板；

5、下游支板；                 6、凸起结构；

11、凹槽；                    21、凹陷部分；

31、凸起。

具体实施方式

下面结合图1～图7对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本实用新型的保护范围之内。

实施例一

参见图1-图3，本实用新型实施例一提供一种组合密封结构，该组合密封优选使用在高温的转动部件(或称为“转子”)和静止部件(或称为“静子”)之间。该组合密封结构包括刷式封严件和指尖密封件1，刷式封严件与指尖密封件1都呈环状。在轴向方向上，刷式封严件的刷丝束2弯折设置，指尖密封件1具有抵顶端和自由端，指尖密封件1的抵顶端抵顶在刷丝束2的弯折处的内侧，即弯折凹陷的那一侧，且刷丝束2的弯折处与指尖密封件1的抵顶端固定。指尖密封件1的抵顶端是指指尖密封件1远离转子的那一端，指尖密封件1的自由端是指指尖密封件1朝向转子的那一端。

上述组合密封结构的刷式封严件与指尖密封件1都呈环状，本文中，轴向方向是指上述组合密封结构自身的轴向方向，可参照图1中示意的X轴的方向，该方向与图2、图4-图7的左右方向一致。

刷式封严件(brush seal)：一种利用耐磨金属丝制作的束状封严结构。

转子转动轴(center line of engine’s rotation)：发动机转子部件工作状态时旋转轴所在的直线。上文所指的轴向方向与此处的转子转动轴的轴线方向平行。

刷式封严件与指尖密封件1可以采用多段弧形结构拼凑形成环状，或是根据装配需要，将该组合密封结构做成整圈结构，具体如何分段可根据实际应用的位置与安装方式而定。若采用多段圆弧拼凑形成环状，刷式封严件和指尖密封件1的各段圆弧优选对应一致，以便于安装。此处的整体呈环状的结构或采用多段弧形结构拼凑形成环状的结构同样适用于本文其他实施例。

参见图3，此处，可选地，指尖密封件1包括围成一圈的数个弹性金属片，相邻的两个弹性金属片之间固定连接。指尖密封件1主要由镍基高温合金做成，从轴向方向上看，弹性金属片的轴向厚度范围0.2mm-0.8mm，优选地，厚度为0.5mm。

参见图1，刷丝束2包括的刷丝的直径为0.05mm-0.15mm，优选地，刷丝直径为0.08mm。此直径的刷丝，具有较强的密封效果且刚度也较佳。

刷丝束2与指尖密封件1之间的固定方式有多种，比如采用后文的紧固件3实现固定，或是使用紧固圈先固定在刷丝束2的弯折处，再将紧固圈与指尖密封件1焊接固定。

上述技术方案提供的组合密封结构，同时具有刷丝束2和指尖密封件1，刷丝束2和指尖密封件1都能起到密封作用，且指尖密封增强了刷丝束2的刚度，故密封效果好、轴向刚度高。并且，此处，刷丝束2是整体弯折后“骑”着固定在在指尖密封件1上。位于指尖密封件1两侧的刷丝束2是一个整体，这样可以避免因刷丝束2的一端与指尖密封件1焊接造成的刷丝束2的刷丝易脱落的问题。另外，在使用过程中，沿着组合密封结构的轴向方向，组合密封结构一侧为上游、另一侧为下游，在该轴向方向上，刷丝束2由指尖密封件1支撑，指尖密封件1的刚度高于刷丝束2的刚度，故可以提高刷丝束2的轴向刚度。

参见图2，此处具体地，刷丝束2的中部弯折；指尖密封件1的自由端与刷丝束2的两端平齐。需要说明的是，指尖密封件1的自由端也可以比刷丝束2的两端短，刷丝束2的两端之间形成有空隙。图2示意的是指尖密封件1的自由端与刷丝束2的两端平齐的情形。

参见图2，指尖密封件1的抵顶端的外轮廓为圆滑的曲线，但是不局限于此。指尖密封件1位于整个密封结构的中间位置，指尖密封件1的截面结构如图2所示，该抵顶端优选满足圆滑过渡，进一步地，该过渡为弧形与直线相切的形式，以减少指尖密封件1与刷丝束2的摩擦，防止磨断刷丝。其他视图中(图4-图7)，指尖密封件1的抵顶端同样采用圆滑过渡或者倒圆角的方式，原理同此处。

参见图2，在轴向方向上，位于指尖密封件1两侧的刷丝束2的宽度均为1.5mm-3.5mm，由于刷丝束2是整体弯折形成了靠在指尖密封件1两侧的部分，故两侧的刷丝束2的宽度是一致的。采用这种宽度的刷丝束2能较好地满足高温的转动部件和静止部件之间的密封要求。

此处，刷丝束2和指尖密封件1之间优选采用下述方式实现固定：组合密封结构还包括紧固件3，紧固件3具有开口，刷丝束2的弯折处的外侧，即凸出的那一侧卡紧在该开口中。指尖密封件1的抵顶端被刷丝束2的弯折处包覆，所以指尖密封件1的抵顶端也位于紧固件3的开口中。设置紧固件3，可简化刷丝束2与指尖密封件1之间的固定，使得整个组合密封结构紧凑简单，节省材料，密封效果好、效率高；还可以使得整个组合密封结构能较简单地安装在高压动、静件之间。

上述组合密封结构在使用过程中，主要起密封作用的是刷丝束2的两端和指尖密封件1的自由端，刷丝束2的弯折处和指尖密封件1的抵顶端可以与静止部件牢固固定。

为增强固定效果和保护刷丝，组合密封结构还可包括上游支板4和下游支板5，上游支板4卡在紧固件3位于上游的一侧，下游支板5卡在紧固件3位于下游的一侧，上游支板4与下游支板5之间固定连接。上游支板4和下游支板5的具体结构以及两者之间的固定方式可以根据实际情况选定。

气流上游位置处的上游支板4与气流下游的下游支板5包围紧固件3，形成保护指尖密封件1与刷丝束2的结构；同时，上游支板4和下游支板5有利于形成压力平衡。

上述组合密封结构，主要用于燃气轮机高压动、静件之间的密封，可以实现减少刷丝掉毛现象，同时增强刷丝束的轴向刚度。刷丝束的轴向变形小，有利于缩小气流泄露截面积，降低气流泄露损失。

实施例二

本实施例的技术方案与上述实施例一的技术方案具有以下不同：参见图4，在本实施例中，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端的轴向尺寸大于指尖密封件1自由端的轴向尺寸。即在图4中，指尖密封件1表现为上大下小的结构。在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端的外轮廓形状为流线型结构，在图4中以采用水滴形为例。

需要说明的是，本实施例及后文的实施例三、四、五所对应的视图方向都与实施例一中的A-A剖视图，即图2的视图方向一致，后文不再赘述。

参见图4，指尖密封件1的抵顶端的外轮廓为圆滑的曲线。

当然，指尖密封件1被刷丝束2的抵顶端的外轮廓也可以为下列形状之一：圆形、椭圆形、扇形。

参见图4，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端的轴向最大尺寸为指尖密封件1自由端的轴向最小尺寸的1.5倍-3.5倍。以图4所示的方向为例，指尖密封件1的抵顶端的轴向最大尺寸是指指尖密封件1的抵顶端在图4中左右方向上的最大尺寸。指尖密封件1自由端的轴向最小尺寸是指指尖密封件1在图4中左右方向上的最小尺寸。采用上述比例，可以使得紧固件3牢固地固定住刷丝束2和指尖密封件1。

实施例三

参见图5，与上述实施例二的技术方案相同，在本实施例中，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端的轴向尺寸也大于指尖密封件1自由端的轴向尺寸。但是，与实施例二的技术方案不同的是，本实施例中，指尖密封件1的自由端比刷丝束2的两端短，刷丝束2的两端之间形成有空隙，参见图5。

采用上述结构，指尖密封件1的自由端并未直接与转子接触。该结构有利于在刷丝束2的中间空隙处形成压力过渡区域，该区域可有效减弱上、下游两侧的压差梯度，从而减少刷丝变形。进一步地，当转子径向间隙变化较大产生偏心而与指尖密封件1接触时，位于中间位置的指尖密封件1可以发挥填补空隙的作用，增强密封效果。

参见图5，指尖密封件1的抵顶端的外轮廓也为圆滑的曲线。

参见图5，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端的轴向最大尺寸为指尖密封件1自由端的轴向最小尺寸的1.5倍-3.5倍，优选地，厚度比选2倍。以图5所示的方向为例，指尖密封件1的抵顶端的轴向最大尺寸是指指尖密封件1的抵顶端在图5中左右方向上的最大尺寸。指尖密封件1自由端的轴向最小尺寸是指指尖密封件1在图5中左右方向上的最小尺寸。采用这种结构，可以使得紧固件3更稳固地固定刷丝束2和指尖密封件1。

需要说明的是，在本实施例中，指尖密封件1被刷丝束2的抵顶端的外轮廓也可以采用上述实施例中的水滴形结构，参见图4示意的结构；或者采用下述实施例中的带有凹槽11的结构，参见图7示意的结构。

实施例四

与上述实施例二的技术方案相同，参见图6，在本实施例中，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端的轴向尺寸也大于指尖密封件1自由端的轴向尺寸。但是，本实施例中，指尖密封件1的抵顶端具体采用下述结构：

参见图6，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端设置有凹槽11，刷丝束2的弯折处贴合指尖密封件1该端的外轮廓，刷丝束2的弯折处对应形成有凹陷部分21，紧固件3上对应设置有凸起31，凸起31卡住刷丝束2的凹陷部分21。

参见图6，指尖密封件1的抵顶端的外轮廓具有倒圆角。

参见图6，本实施例中将指尖密封件1的抵顶端的形状做成如图6所示的形状，该抵顶端沿组合密封结构的周向方向设置有凹槽11，刷丝束2的弯折处贴合指尖密封件1的抵顶端形状，故在刷丝束2的弯折处对应形成有凹陷部分21，该凹陷部分21被紧固件3中间的凸起31紧压住刷丝束2后填满，形成配合。刷丝束2通过“骑”在指尖密封件1的上、下游两侧，刷丝的两端分别位于指尖密封件1的左、右两侧，即上、下游。在每根刷丝的中间位置区域，被折成多段压在指尖密封件1的凹槽11中，凹陷部分21与凸起31的配合增大了刷丝束2与紧固件3以及刷丝束2与指尖密封件1的接触面积，从而增大了摩擦力，让刷丝束2更加稳固地安装在指尖密封件1的抵顶端。

需要说明的是，在本实施例中，指尖密封件1的自由端也可以比刷丝束2的两端短，刷丝束2的两端之间形成有空隙。图6示意的是指尖密封件1的自由端与刷丝束2的两端平齐的情形。

实施例五

参见图7，与实施例四的技术方案所采用的指尖密封件1的抵顶端的结构类似，本实施例中，在轴向方向上，指尖密封件1的抵顶端设置有凹槽11，刷丝束2的弯折处贴合指尖密封件1该端的外轮廓，刷丝束2的弯折处对应形成有凹陷部分21，紧固件3上对应设置有凸起31，凸起31卡住刷丝束2的凹陷部分21。

参见图7，进一步地，本实施例中，在轴向方向上，指尖密封件1朝向刷丝束2的两侧设置有凸起结构6，刷丝束2的其中一段顶在凸起结构6上，且刷丝束2与指尖密封件1之间形成有空隙。需要说明的是，此种情形下，指尖密封件1的自由端与刷丝束2的两端可以平齐(即图7示意的情形)，或者指尖密封件1的自由端比刷丝束2的两端短。若指尖密封件1的自由端与刷丝束2的两端平齐，那么只在刷丝束2与指尖密封件1之间形成空隙。若指尖密封件1的自由端比刷丝束2的两端短，那么除了在刷丝束2与指尖密封件1之间形成空隙外，刷丝束2的两端之间也形成有空隙。各个空隙的作用原理类似。

参见图7，在指尖密封件1朝向刷丝束2的两侧较靠近中间的位置，上、下游两侧分别布置一个凸起结构6，该凸起结构6的形状的截面形状可以为矩形，也可以为弓形，优选地，为弓形。该凸起结构6形成支撑刷丝束2的作用，同时该凸起结构6与刷丝束2之间形成的空隙有利于形成气流回旋区，降低刷丝上、下游两侧的压力差梯度，减少刷丝变形，增强密封效果。

另外，参见图7，指尖密封件1的抵顶端的外轮廓具有倒圆角。

本实用新型另一实施例还提供一种发动机，包括转子和静子，其中，静子上固定有本实用新型任一技术方案所提供的组合密封结构。组合密封结构的刷式封严件的刷丝束2的两端和指尖密封件1的自由端都朝向转子，用于实现密封。

采用上述结构的组合密封结构，同时具有刷式封严件和指尖密封件1，能有效实现转子和静子之间密封的同时，减少刷丝束2的脱丝现象且能增强刷丝束2的轴向刚度。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种组合密封结构，其特征在于，包括刷式封严件和指尖密封件，所述刷式封严件与所述指尖密封件都呈环状； 

在轴向方向上，所述刷式封严件的刷丝束弯折设置，所述指尖密封件具有抵顶端和自由端，所述指尖密封件的抵顶端抵顶在所述刷丝束的弯折处的内侧，且所述刷丝束的弯折处与所述指尖密封件的抵顶端固定。 

2.根据权利要求1所述的组合密封结构，其特征在于， 

所述刷丝束的中部弯折； 

所述指尖密封件的自由端与所述刷丝束的两端平齐；或者，所述指尖密封件的自由端比所述刷丝束的两端短，所述刷丝束的两端之间形成有空隙。 

3.根据权利要求1或2所述的组合密封结构，其特征在于，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端设置有凹槽，所述刷丝束的弯折处贴合所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓，所述刷丝束的弯折处对应形成有凹陷部分，所述刷丝弯折处的外侧卡有紧固件，所述紧固件上对应设置有凸起，所述凸起卡住所述刷丝束的凹陷部分。 

4.根据权利要求1或2所述的组合密封结构，其特征在于，在轴向方向上，所述指尖密封件朝向所述刷丝束的两侧设置有凸起结构，所述刷丝束顶在所述凸起结构上，且所述刷丝束与所述指尖密封件之间形成有空隙。 

5.根据权利要求1或2所述的组合密封结构，其特征在于，所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓为圆滑的曲线。 

6.根据权利要求5所述的组合密封结构，其特征在于，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓为下列形状之一：圆形、椭圆形、扇形。 

7.根据权利要求1或2所述的组合密封结构，其特征在于，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端的轴向尺寸大于所述指尖密封件的自由端的轴向尺寸。 

8.根据权利要求7所述的组合密封结构，其特征在于，在轴向方向上，所述指尖密封件的抵顶端的轴向最大尺寸为所述指尖密封件的自由端的轴向最小尺寸的1.5倍-3.5倍。 

9.根据权利要求1或2所述的组合密封结构，其特征在于， 

所述刷丝束包括的刷丝的直径为0.05mm-0.15mm；和/或， 

在轴向方向上，位于所述指尖密封件两侧的所述刷丝束的宽度均为1.5mm-3.5mm。 

10.根据权利要求5所述的组合密封结构，其特征在于，所述指尖密封件的抵顶端的外轮廓具有倒圆角。 

11.一种发动机，包括转子和静子，其特征在于，所述静子上固定有权利要求1-10任一所述的组合密封结构； 

所述组合密封结构的刷式封严件的刷丝束的两端和指尖密封件的自由端都朝向所述转子。