CN205382960U

CN205382960U - 一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构

Info

Publication number: CN205382960U
Application number: CN201620017435.1U
Authority: CN
Inventors: 赵欢; 孙丹; 刘宁宁; 艾延廷; 田晶
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2026-01-08

Abstract

一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、后挡板和含有不同直径刷丝的刷丝束。所述刷丝束轴向分为上游、中游和下游三区域，且每个区域刷丝束轴向厚度相等，上游刷丝束直径和下游刷丝束刷丝直径相等为D，中游刷丝束刷丝直径为d，并且上、下游刷丝束刷丝直径D大于中游刷丝束刷丝直径d；中游刷丝束的刷丝密度大于上、下游刷丝束的刷丝密度。本实用新型结构简单，易于加工；有效提高了刷丝束的承压能力；降低刷丝由于高压差造成的轴向弯曲，进而降低刷丝与后挡板间摩擦，可有效降低密封的刚化效应和滞后效应；刷丝束中游区域刷丝直径减小，刷丝密度增大，刷丝束对流体泄漏流动的阻碍作用增强，有效提高刷式密封封严性能。

Description

一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种应用于旋转机械中的动密封结构，尤其涉及一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构。

背景技术

刷式密封是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件。相对于传统的迷宫密封，刷式密封不但具有较好的封严特性，并且是一种柔性接触式动密封技术，能够适应转子的瞬间径向变形或偏心运动，此外，刷式密封的刷丝与转子轴形成柔性接触，可改善转子系统的振动特性，保证机组运行的安全性，因此刷式密封被广泛应用于航空航天、电力、石化等行业领域的旋转机械中。

刷式密封由前挡板、后挡板及夹装在两者之间的紧密排列的刷丝束组成，刷式密封依靠上述排列整齐、紧密的刷丝与转子相贴合来隔断下游气体并对上游气体的泄漏造成阻碍从而达到密封的效果，其流场特性与密封机理如下：刷丝束中刷丝间隙是不均匀的，不均匀性使得均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀，并且从密集的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在刷丝之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流，密封腔内的流场变得非常复杂。当射流遇到前面紧密的刷丝束时，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流，正由于刷丝束破坏流动而确保流动的不均匀性，使流体产生了自密封效应，横向流动有效的促进自密封效应的产生，使横流过刷丝束的总压降增大从而减少密封的泄漏。

研究表明，传统刷式密封在受到刷丝束上下游较高气体压差的作用下，刷丝发生轴向弯曲紧贴后挡板，刷丝与后挡板之间的摩擦力阻碍刷丝及时变形，从而刷丝不能及时跟随转子的升速或者涡动偏心增大等运动状态进行变形，出现刷丝刚化效应。刚化效应会引起刷丝和转子跑道的加速磨损，降低刷式密封的密封性能，缩短使用寿命。另外随着转子降速或者恢复到较小涡动偏心位置时，刷丝与后挡板之间的摩擦力又阻碍刷丝不能立即复原，刷丝出现悬挂，出现刷丝滞后效应。刚化效应与滞后效应会加速刷丝和转子表面的磨损，降低刷式密封的密封性能，增大气体泄漏量，缩短使用寿命。并且传统刷式密封进口与出口间存在明显直通效应，使得流体会以较高的轴向射流流出，造成刷丝自由端部弯曲甚至折断，严重影响刷式密封的封严性能和使用寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出了一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、后挡板和含有不同直径刷丝的刷丝束。刷丝束轴向均分为上游、中游和下游三区域，且每个区域刷丝束轴向厚度相等，上游刷丝束刷丝直径和下游刷丝束刷丝直径相等为D，中游刷丝束刷丝直径为d，上、下游刷丝束刷丝直径D大于中游刷丝束刷丝直径d。中游刷丝束的刷丝密度大于上、下游刷丝束的刷丝密度。

优选的，所述上游刷丝束刷丝直径和下游刷丝束刷丝直径D为0.15mm～0.3mm，中游刷丝束刷丝直径d为0.05mm～0.15mm。

优选的，所述上、中、下游刷丝束根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板和后挡板之间形成熔焊区；所述刷丝束的刷丝一般采用镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm～40mm，刷丝束轴向总厚度5mm～20mm，刷丝与转子径向呈0～60°安装角，安装角顺着转子旋转方向。

优选的，所述后挡板高度为刷丝长度的0.75～0.95倍，前挡板高度为刷丝长度的0.45～0.75倍，前后挡板厚度为3mm～4.5mm。后挡板与转子的径向距离即后挡板保护高度为1.5mm～3.5mm，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为0～0.5mm。

本实用新型提出了一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，其主要优点如下：

1、结构简单，不改变传统刷式密封的基本结构组成，只将刷丝束轴向分为上、中、下游三个区域，每个区域刷丝束轴向厚度相等，且上、下游刷丝束刷丝直径大于中游刷丝束，易于加工；

2、相对传统刷式密封，上游刷丝束刷丝直径增大，刷丝刚度增大，上游刷丝束起到遮流作用，有效提高了刷式密封的承压能力；

3、相对传统刷式密封，下游刷丝束刷丝直径增大，刷丝刚度增大，降低刷丝由于高压差造成的轴向弯曲，进而降低刷丝与后挡板间摩擦，可有效降低刷式密封的刚化效应和滞后效应；

4、相对传统刷式密封，中游刷丝束刷丝直径减小，刷丝密度增大，刷丝束对流体泄漏流动的阻碍作用增强，有效提高刷式密封的封严性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是刷丝束处的局部示意图。

图3是图1的A-A向剖视图。

图中，1为熔焊区，2为前挡板，3为后挡板，4为上游刷丝束，5为下游刷丝束，6为中游刷丝束，7为转子。

具体实施方式

如图1-图3所示：一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，包括熔焊区1，前挡板2，后挡板3，上游刷丝束4，下游刷丝束5，中游刷丝束刷丝6，转子7。所述上游刷丝束4，下游刷丝束5，中游刷丝束6的根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板2和后挡板3之间形成熔焊区1；上游刷丝束4的刷丝直径和下游刷丝束5的刷丝直径相等为D，中游刷丝束6刷丝直径为d，所述刷丝直径D为0.15mm～0.3mm，d为0.05mm～0.15mm。中游刷丝束6的刷丝密度大于上游刷丝束4和下游刷丝束5。

与传统刷式密封相比，上游刷丝束刷丝直径增大，刷丝刚度增大，上游刷丝起到遮流作用，有效提高了刷式密封的承压能力。下游刷丝束刷丝直径增大，刷丝刚度增大，降低刷丝由于高压差造成的轴向弯曲，进而降低刷丝与后挡板间摩擦，可有效降低刷式密封的刚化效应和滞后效应。并且相对传统刷式密封，中游刷丝束刷丝直径减小，刷丝密度增大，刷丝束对流体泄漏流动的阻碍作用增强，有效提高刷式密封封严性能。

Claims

1.一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，其特征在于：包括熔焊区、前挡板、后挡板和含有不同直径刷丝的刷丝束；所述刷丝束轴向均分为上游、中游和下游三区域，且每个区域刷丝束轴向厚度相等，上游刷丝束刷丝直径和下游刷丝束刷丝直径相等为D，中游刷丝束刷丝直径为d，并且上、下游刷丝束刷丝直径D大于中游刷丝束刷丝直径d；中游刷丝束的刷丝密度大于上、下游刷丝束的刷丝密度。

2.如权利要求1所述的一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，其特征在于：所述上游刷丝束刷丝直径和下游刷丝束刷丝直径D为0.15mm～0.3mm，中游刷丝束刷丝直径d为0.05mm～0.15mm。

3.如权利要求1所述的一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，其特征在于：所述刷丝束根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板和后挡板之间形成熔焊区；所述刷丝束的刷丝采用直径0.05mm～0.15mm的镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm～40mm，刷丝束轴向总厚度5mm～20mm，刷丝与转子径向呈0～60°安装角，安装角顺着转子旋转方向。

4.如权利要求3所述的一种刷丝束具有高承压低滞后性能的刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板高度为刷丝长度的0.75～0.95倍，前挡板高度为刷丝长度的0.45～0.75倍，前后挡板厚度为3mm～4.5mm，后挡板与转子的径向距离即后挡板保护高度为1.5mm～3.5mm，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为0～0.5mm。