[實用新型]一種刷絲束具有高承壓低滯后性能的刷式密封結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN205382960U
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙歡;孫丹;劉寧寧;艾延廷;田晶
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F01D11/00
• 分類號: F01D11/00
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務(wù)所(普通合伙) 21229
• 代理人: 李緒巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械中的動密封結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種刷絲束具有高承壓低滯后性能的刷式密封結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

刷式密封是航空發(fā)動機、汽輪機、壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械的關(guān)鍵部件。相對于傳統(tǒng)的迷宮密封，刷式密封不但具有較好的封嚴特性，并且是一種柔性接觸式動密封技術(shù)，能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)子的瞬間徑向變形或偏心運動，此外，刷式密封的刷絲與轉(zhuǎn)子軸形成柔性接觸，可改善轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性，保證機組運行的安全性，因此刷式密封被廣泛應(yīng)用于航空航天、電力、石化等行業(yè)領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)機械中。

刷式密封由前擋板、后擋板及夾裝在兩者之間的緊密排列的刷絲束組成，刷式密封依靠上述排列整齊、緊密的刷絲與轉(zhuǎn)子相貼合來隔斷下游氣體并對上游氣體的泄漏造成阻礙從而達到密封的效果，其流場特性與密封機理如下：刷絲束中刷絲間隙是不均勻的，不均勻性使得均勻的來流進入刷絲束中就變得不均勻，并且從密集的刷絲束區(qū)域向疏松的刷絲束區(qū)域偏流，這些偏流在刷絲之間逐漸形成同向流和射流，并產(chǎn)生隨機的二次流和旋渦流，密封腔內(nèi)的流場變得非常復雜。當射流遇到前面緊密的刷絲束時，就會改變運動方向而變成和主流方向垂直的橫向流，正由于刷絲束破壞流動而確保流動的不均勻性，使流體產(chǎn)生了自密封效應(yīng)，橫向流動有效的促進自密封效應(yīng)的產(chǎn)生，使橫流過刷絲束的總壓降增大從而減少密封的泄漏。

研究表明，傳統(tǒng)刷式密封在受到刷絲束上下游較高氣體壓差的作用下，刷絲發(fā)生軸向彎曲緊貼后擋板，刷絲與后擋板之間的摩擦力阻礙刷絲及時變形，從而刷絲不能及時跟隨轉(zhuǎn)子的升速或者渦動偏心增大等運動狀態(tài)進行變形，出現(xiàn)刷絲剛化效應(yīng)。剛化效應(yīng)會引起刷絲和轉(zhuǎn)子跑道的加速磨損，降低刷式密封的密封性能，縮短使用壽命。另外隨著轉(zhuǎn)子降速或者恢復到較小渦動偏心位置時，刷絲與后擋板之間的摩擦力又阻礙刷絲不能立即復原，刷絲出現(xiàn)懸掛，出現(xiàn)刷絲滯后效應(yīng)。剛化效應(yīng)與滯后效應(yīng)會加速刷絲和轉(zhuǎn)子表面的磨損，降低刷式密封的密封性能，增大氣體泄漏量，縮短使用壽命。并且傳統(tǒng)刷式密封進口與出口間存在明顯直通效應(yīng)，使得流體會以較高的軸向射流流出，造成刷絲自由端部彎曲甚至折斷，嚴重影響刷式密封的封嚴性能和使用壽命。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種刷絲束具有高承壓低滯后性能的刷式密封結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種刷絲束具有高承壓低滯后性能的刷式密封結(jié)構(gòu)，包括熔焊區(qū)、前擋板、后擋板和含有不同直徑刷絲的刷絲束。刷絲束軸向均分為上游、中游和下游三區(qū)域，且每個區(qū)域刷絲束軸向厚度相等，上游刷絲束刷絲直徑和下游刷絲束刷絲直徑相等為D，中游刷絲束刷絲直徑為d，上、下游刷絲束刷絲直徑D大于中游刷絲束刷絲直徑d。中游刷絲束的刷絲密度大于上、下游刷絲束的刷絲密度。

優(yōu)選的，所述上游刷絲束刷絲直徑和下游刷絲束刷絲直徑D為0.15mm～0.3mm，中游刷絲束刷絲直徑d為0.05mm～0.15mm。

優(yōu)選的，所述上、中、下游刷絲束根部通過熔焊工藝被固定，并夾緊于前擋板和后擋板之間形成熔焊區(qū)；所述刷絲束的刷絲一般采用鎳基耐高溫合金絲，刷絲長度為25mm～40mm，刷絲束軸向總厚度5mm～20mm，刷絲與轉(zhuǎn)子徑向呈0～60°安裝角，安裝角順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。

優(yōu)選的，所述后擋板高度為刷絲長度的0.75～0.95倍，前擋板高度為刷絲長度的0.45～0.75倍，前后擋板厚度為3mm～4.5mm。后擋板與轉(zhuǎn)子的徑向距離即后擋板保護高度為1.5mm～3.5mm，刷絲束末排刷絲與后擋板的軸向間隙為0～0.5mm。

本實用新型提出了一種刷絲束具有高承壓低滯后性能的刷式密封結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點如下：

1、結(jié)構(gòu)簡單，不改變傳統(tǒng)刷式密封的基本結(jié)構(gòu)組成，只將刷絲束軸向分為上、中、下游三個區(qū)域，每個區(qū)域刷絲束軸向厚度相等，且上、下游刷絲束刷絲直徑大于中游刷絲束，易于加工；

2、相對傳統(tǒng)刷式密封，上游刷絲束刷絲直徑增大，刷絲剛度增大，上游刷絲束起到遮流作用，有效提高了刷式密封的承壓能力；

3、相對傳統(tǒng)刷式密封，下游刷絲束刷絲直徑增大，刷絲剛度增大，降低刷絲由于高壓差造成的軸向彎曲，進而降低刷絲與后擋板間摩擦，可有效降低刷式密封的剛化效應(yīng)和滯后效應(yīng)；

4、相對傳統(tǒng)刷式密封，中游刷絲束刷絲直徑減小，刷絲密度增大，刷絲束對流體泄漏流動的阻礙作用增強，有效提高刷式密封的封嚴性能。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是刷絲束處的局部示意圖。