CN208619178U - 刷式密封装置及航空发动机转子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及航空发动机转子密封技术领域，公开了一种刷式密封装置及航空发动机转子系统，具体的，所述刷式密封装置包括刷圈环，所述刷圈环包括第一挡板、第二挡板和密封微丝束，所述第一挡板与所述第二挡板呈套设的环形，所述密封微丝束包括呈环形布置的多根金属微丝，所述密封微丝束的一端固定在第一挡板和第二挡板之间。本实用新型减少了航空发动机的泄漏、提高发动机效率和性能，保障转子系统运行的稳定性。

Description

刷式密封装置及航空发动机转子系统

技术领域

本实用新型涉及航空发动机转子密封技术领域，尤其是涉及一种刷式密封装置及航空发动机转子系统。

背景技术

航空发动机的性能优劣直接决定了航空器的运载能力和机动性能，随着对战术要求和运输性能要求的提高，对发动机性能的要求也进一步表现为大的推重比和较高的推进效率，在对发动机基本结构布局、叶片形式、压气机、涡轮和燃烧室的结构形式以及其他许多方面都做了大量的研究后，使得发动机的性能获得了巨大的提高，这其中，通过减少高温燃气的泄露和压力损失来提高发动机工作效率和推力的技术也得到很大的发展，各种密封装置的出现和不断改进，使得发动机效率不断提高，推力也不断增加。

现代航空发动机使用的涡轮机增压比不断增加，也必须适应更多的运行温度和其他环境条件的恶劣变化，在发动机工作过程中出现的磨损等现象会使发动机泄漏增加、效率降低、性能下降、转子系统稳定性得不到保障，比如传统形式的密封一般有金属蜂窝、金属密集齿、金属疏齿等硬密封，在动静严重偏心时，转子上的密封齿与金属蜂窝等硬密封发生硬接触导致磨损，形成永久的泄漏通道，增大了泄漏量，使得发动机的转子系统不稳定、性能下降、效率降低。因此，研究高效、长寿命、安全运行的密封产品得到了行业研究人员的关注。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种刷式密封装置，以解决现有技术中存在的航空发动机转子的密封组件容易与转子发生硬接触导致磨损，从而降低转子性能以及效率的技术问题。

本实用新型的目的还在于提供一种航空发动机转子系统，以解决现有技术中存在的航空发动机转子的密封组件容易与转子发生硬接触导致磨损，从而降低转子性能以及效率的技术问题。

基于上述第一目的，本实用新型提供了一种刷式密封装置，包括刷圈环，所述刷圈环包括第一挡板、第二挡板和密封微丝束，所述第一挡板与所述第二挡板呈套设的环形，所述密封微丝束包括呈环形布置的多根金属微丝，所述密封微丝束的一端固定在第一挡板和第二挡板之间。

进一步地，所述密封微丝束的轴向与所述第一挡板的夹角为15°～85°之间；或

所述密封微丝束的轴向与所述第二挡板的夹角为15°～85°之间。

进一步地，所述金属微丝的材质为钴基合金或镍基合金，所述第一挡板和所述第二挡板的材质为镍基合金；

所述密封微丝束与所述第一挡板和第二挡板之间焊接连接。

进一步地，所述金属微丝的丝径为0.05mm～0.18mm；

所述密封微丝束的厚度为0.5mm～3.0mm。

进一步地，所述第一挡板和第二挡板的宽度分别不小于1mm，所述第一挡板和第二挡板的厚度分别不小于0.15mm。

进一步地，所述密封微丝束与所述第一挡板和第二挡板之间形成焊接点，所述焊接点覆盖所述密封微丝束靠近第一挡板和第二挡板一端的端面、第一挡板靠近所述密封微丝束的一侧以及所述第二挡板靠近所述密封微丝束的一侧。

进一步地，所述焊接点覆盖所述第一挡板厚度的一半，所述焊接点覆盖所述第二挡板厚度的一半，且所述焊接点的熔深不超过所述第一挡板和第二挡板宽度的3/4。

进一步地，所述刷圈环用于轴外密封，所述刷圈环的内径不小于100mm；

所述刷圈环用于轴间密封，所述刷圈环的外径不小于100mm。

基于上述第二目的，本实用新型还提供了一种航空发动机转子系统，包括转子以及设置在转子外围的上述任一项所述的刷式密封装置。

进一步地，还包括载体，所述载体上设置有装配槽，所述刷圈环设置第一挡板和第二挡板的一端卡设在所述装配槽内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的刷式密封装置，包括刷圈环，所述刷圈环包括第一挡板、第二挡板和密封微丝束，所述第一挡板与所述第二挡板呈套设的环形，所述密封微丝束包括呈环形布置的多根金属微丝，所述密封微丝束的一端固定在第一挡板和第二挡板之间。本实用新型刷式密封装置的刷圈环的主体密封件是密封微丝束，其包括了多根金属微丝，金属微丝远离第一挡板和第二挡板的一端相对自由，从而本实用新型刷式密封装置允许转子与静子之间发生瞬态较大偏心，当金属微丝与转轴轴颈产生柔性接触时，则提供了一个外加的阻尼项，金属微丝匹配转子的振动特性，在转子重新进入稳定运行工况后，及时恢复良好的密封性能，减少航空发动机的泄漏、提高发动机效率和性能，保障转子系统运行的稳定性。

本实用新型提供的航空发动机转子系统，包括转子以及设置在转子外围的上述任一项所述的刷式密封装置。本实用新型航空发动机转子系统相比现有技术，与本实用新型提供的刷式密封装置具有相同的有益效果，通过上述对本实用新型刷式密封装置有益效果的描述也能够直观的获得，在此不再详细赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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他的附图。

图1为本实用新型刷式密封装置的截面图；

图2为本实用新型刷式密封装置的挡板与密封微丝束的夹角示意图；

图3为本实用新型刷式密封装置的轴外密封装配示意图；

图4为本实用新型刷式密封装置的轴间密封装配示意图。

图标：1-刷圈环；2-载体；3-第一挡板；4-密封微丝束；5-第二挡板；6-转子；L1-挡板的宽度；L2-挡板的厚度；L3-密封微丝束的厚度；A-焊接方向；B-轴外密封处；C-轴间密封处；α-密封微丝束的轴向与第二挡板的夹角。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

参见图1至图4所示，本实施例提供了一种刷式密封装置包括刷圈环1，所述刷圈环1包括第一挡板3、第二挡板5和密封微丝束4，所述第一挡板3与所述第二挡板5呈套设的环形，且所述第一挡板3和第二挡板5正对间隔设置，所述密封微丝束4包括呈环形布置的多根金属微丝，所述密封微丝束4的一端固定在第一挡板3和第二挡板5之间，所述密封微丝束4的一端指的是密封微丝束4轴向方向的一端。

密封微丝束4的一端通过第一挡板3和第二挡板5进行了相对固定，密封微丝束4的另一端为相对自由端，在受到作用力时可以以固定端为基准偏转。第一挡板3和第二挡板5间隔形成环形空隙，密封微丝束4是多根金属微丝布置形成的环形，其金属微丝的长度方向与所述第一挡板3和第二挡板5的环形面倾斜设置，第一挡板3和第二挡板5是作为密封微丝束4形状的限位固定结构。

其中，刷圈环1的圆形空隙是用来套设转子6的转轴的，也即，刷圈环1在实际布置时，如图3或4所示，其套设在转子6的外周上。通常情况下，密封微丝束4的轴向大致与转子6的轴向一致布置。第一挡板3和第二挡板5的作用是对密封微丝束4进行固定，密封微丝束4对转子6起主要密封作用。

密封微丝束4可以通过相应的设备对金属微丝密布而成，刷圈环1可以是预先为直线布置的第一挡板3、第二挡板5、密封微丝束4通过相应的设备调整密封方向以及直径后弯折而成的环形。

本实施例刷式密封装置的刷圈环1的主体密封件是密封微丝束4，其包括了多根金属微丝，金属微丝远离第一挡板3和第二挡板5的一端相对自由，从而本实用新型刷式密封装置允许转子6与静子之间发生瞬态较大偏心，当金属微丝与转子转轴轴颈产生柔性接触时，则提供了一个外加的阻尼项，金属微丝匹配转子6的振动特性，在转子6重新进入稳定运行工况后，及时恢复良好的密封性能，减少航空发动机的泄漏、提高发动机效率和性能，保障转子系统运行的稳定性。

如图2所示，本实施例刷式密封装置的刷圈环1的所述密封微丝束的轴向与所述第一挡板的夹角为15°～85°之间；或所述密封微丝束的轴向与第二挡板的夹角α为15°～85°之间。

可以理解的是，所述密封微丝束4的轴向与所述第一挡板3的夹角或密封微丝束4的轴向与第二挡板5的夹角指的是，第一挡板3和第二挡板5的连线也即刷圈环的径向与所述密封微丝束4的轴向之间的夹角，所以在第一挡板3和第二挡板5的基准面平行的条件下，也即，第一挡板3和第二挡板5如图1所示的相应面分别平行的状态，此时密封微丝束4与第一挡板3的夹角、密封微丝束4与第二挡板5的夹角是互补的关系。

密封微丝束4与挡板之间形成一定的倾斜角度，这样可以促使密封微丝束4的在背离所述挡板延伸时，有一定的外展方向，密封微丝束4相对于挡板可以面向转子6方向倾斜，这样在挡板与载体2进行固定时，挡板相对于密封微丝束4远离所述挡板的一端距离转子6的径向距离较远，从而不会影响密封微丝束4与转子6的布置。

本实施例所述金属微丝的材质可选为钴基合金或镍基合金，所述第一挡板3和所述第二挡板5的材质为镍基合金，所述密封微丝束4与所述第一挡板3和第二挡板5之间焊接连接。其中，金属微丝和第一挡板3、第二挡板5的材质应当都是耐高温的，也即，金属微丝、第一挡板3、第二挡板5的材质能够承受转子6产生的高温也不会发生形变或引起强度降低。

具体而言，第一挡板3和第二挡板5先呈直线正对放置、密封微丝束4放置第一挡板3和第二挡板5之间，相对的角度可控在15°～85°之间，固定好相应位置后，由图中焊接方向A实施焊接，熔固三者形成刷圈环1的直线状态，而后在通过相应设备将直线状态的刷圈环1弯曲成环形。第一挡板3、第二挡板5以及密封微丝束4焊接时形成的焊点的熔宽覆盖整个密封微丝束4的端面，并覆盖第一挡板3和第二挡板5各一半的厚度，以确保三者通过光束焊接后有足够的材料自变成焊料，产生自流动自焊接，又不超过第一挡板3和第二挡板5的四分之三宽度，以确保有效焊深中已排除了焊接本身特性产生的针孔尺寸。

其中，焊接点覆盖第一挡板3和第二挡板5的厚度的位置，如图1所示，焊接点覆盖的是第一挡板3靠近所述密封微丝束4的一侧以及所述第二挡板5靠近所述密封微丝束4的一侧。

钴基合金是一种钴、铬、钨、镍基合金材料，它具有高强度耐磨和良好的抗氧化性能，材料中所含的镍，具有良好的耐磨性和可焊接性，所含的钨则提高了钴基合金的熔点达到耐高温需求，钴基合金具有高韧性和低脆性的优良性能，以及钴本身具有良好的自润滑性和热稳定性，良好的焊接性也可确保该母材焊接自熔后不易脱落。钴基合金具有耐高温高压的性能，可以确保金属微丝材料在恶劣的运行环境下不会改变材料的优秀特性。其中第一挡板3与第二挡板5的材料选用镍基合金材料，两挡板选用宽度≥1.0mm、厚度≥0.15mm之间的尺寸，镍基合金材料本身优秀的可焊接性，与密封微丝束4的钴基合金材料形成异种材料焊接搭配的方式，很大的提高了焊接质量，减少产品在运行过程中因焊接质量而导致的质量安全事故。

如图1所示，其中，挡板的宽度L1指的是第一挡板3和第二挡板5大致沿所述密封微丝束4轴向的延伸距离；挡板的厚度L2指的是第一挡板3或第二挡板5沿刷圈环1径向的距离。密封微丝束的厚度L3也是刷圈环1的厚度，是刷圈环1内径和外径之间的距离。

本实用新型刷式密封装置的金属微丝的丝径可选为0.05mm～0.18mm；所述密封微丝束4的厚度也即刷圈环1的径向宽度维持在0.5mm～3.0mm之间。

本实用新型的所述第一挡板3、第二挡板5的宽度、厚度以及金属微丝的丝径、金属微丝束的厚度等是基于目前的加工工艺以及密封强度等作出的优化选择，其加工方便、密封性好、固定牢固。

在实际应用装配时，如图3和图4所示，刷圈环1装配于载体2上，载体2形式频繁多变，多因不同发动机安装需求所定，为便于安装的多功能性，同一刷圈环1的第一挡板3第二挡板5的尺寸可以自由搭配，在宽度≥1.0mm、厚度≥0.15mm的尺寸范围内可以不用保持一致，提高了安装的便捷性和多功能性。

如图3所示，当刷圈环1通过相应设备调整刷圈的直径与密封方向后，可应用于轴外密封，所述刷圈环1用于轴外密封，所述刷圈环1的内径不小于100mm。图3中黑色圆形物为所需密封的转子6，所标轴外密封处B围绕转子6一圈，当在转子6动静严重偏心情况，该密封装置就会在与转轴轴颈产生柔性接触时，提供了一个外加的阻尼项，该密封装置匹配转子6的振动特性，在转子6重新进入稳定运行工况后，及时恢复良好的密封性能，从而达到减少航空发动机的泄漏、提高发动机效率和性能，保障转子系统运行的稳定性。

如图4所示，两处黑色圆形物为所需密封的转子6，当刷圈半成品通过相应设备调整刷圈的直径与密封方向后，除了应用于轴外密封，同时也可以应用于轴间密封，比如两转子6之间的尾部油槽；所述刷圈环1用于轴间密封，所述刷圈环1的外径不小于100mm。图4中所标轴间密封处C，弥补了同时运行的两转子6之间空白无任何密封的缺陷，从而达到有泄漏时减少泄露，无密封条件时增加密封装置，以此更加直接的减少航空发动机的泄漏、提高发动机效率和性能。

综上所述，本实用新型刷式密封装置具有耐高温、热稳定性等明显优势，具有直接取代硬密封的性能，并且其与转子6之间为柔性密封不会对转子6产生磨损。

实施例二

本实施例提供一种航空发动机转子系统包括转子6、载体2以及套设在转子6外围的实施例一所述的刷式密封装置。所述载体2上设置有装配槽，所述刷圈环1设置第一挡板3和第二挡板5的一端卡设在所述装配槽内。

其中，刷式密封装置的具体结构、原理、使用方法等均在实施例一中进行了详细描述，在此不再赘述。载体2的作用是将刷式密封装置进行相对固定，保证刷式密封装置相对位置的稳定，载体2为刷圈环1装配时候附着的载体，载体2的装配槽形式繁多，但装配槽相应尺寸与刷圈环1的挡板相匹配。

本实用新型航空发动机转子系统相比现有技术，与本实用新型提供的刷式密封装置具有相同的有益效果，通过上述对本实用新型刷式密封装置有益效果的描述也能够直观的获得，在此不再详细赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种刷式密封装置，其特征在于，包括刷圈环，所述刷圈环包括第一挡板、第二挡板和密封微丝束，所述第一挡板与所述第二挡板呈套设的环形，所述密封微丝束包括呈环形布置的多根金属微丝，所述密封微丝束的一端固定在第一挡板和第二挡板之间。

2.根据权利要求1所述的刷式密封装置，其特征在于，所述密封微丝束的轴向与所述第一挡板的夹角为15°～85°之间；或

所述密封微丝束的轴向与所述第二挡板的夹角为15°～85°之间。

3.根据权利要求1所述的刷式密封装置，其特征在于，所述金属微丝的材质为钴基合金或镍基合金，所述第一挡板和所述第二挡板的材质为镍基合金；

所述密封微丝束与所述第一挡板和第二挡板之间焊接连接。

4.根据权利要求1所述的刷式密封装置，其特征在于，所述金属微丝的丝径为0.05mm～0.18mm；

所述密封微丝束的厚度为0.5mm～3.0mm。

5.根据权利要求1所述的刷式密封装置，其特征在于，所述第一挡板和第二挡板的宽度分别不小于1mm，所述第一挡板和第二挡板的厚度分别不小于0.15mm。

6.根据权利要求3所述的刷式密封装置，其特征在于，所述密封微丝束与所述第一挡板和第二挡板之间形成焊接点，所述焊接点覆盖所述密封微丝束靠近第一挡板和第二挡板一端的端面、第一挡板靠近所述密封微丝束的一侧以及所述第二挡板靠近所述密封微丝束的一侧。

7.根据权利要求6所述的刷式密封装置，其特征在于，所述焊接点覆盖所述第一挡板厚度的一半，所述焊接点覆盖所述第二挡板厚度的一半，且所述焊接点的熔深不超过所述第一挡板和第二挡板宽度的3/4。

8.根据权利要求1所述的刷式密封装置，其特征在于，所述刷圈环用于轴外密封，所述刷圈环的内径不小于100mm；

所述刷圈环用于轴间密封，所述刷圈环的外径不小于100mm。

9.一种航空发动机转子系统，其特征在于，包括转子以及设置在转子外围的权利要求1-8任一项所述的刷式密封装置。

10.根据权利要求9所述的航空发动机转子系统，其特征在于，还包括载体，所述载体上设置有装配槽，所述刷圈环设置第一挡板和第二挡板的一端卡设在所述装配槽内。