[發明專利]一種迷宮組合式多級刷式密封結構

在審

• 申請號: 202210812235.5
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115199756A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 馬英群;趙慶軍;趙巍;劉賓賓;項效镕;隋秀明
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F16J15/447
• 分類號: F16J15/447
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 原春香

本發明公開了一種迷宮組合式多級刷式密封結構，尤其涉及一種兆帕級超高壓差封嚴環境的利用單級刷式密封和迷宮密封靈活優化搭配組合實現滿足超高壓差封嚴需求的高可靠性和高壽命迷宮組合式多級刷式密封結構，可廣泛應用于渦輪基組合循環發動機、火箭基組合循環發動機、空氣渦輪火箭組合動力發動機、航空發動機、燃氣渦輪或汽輪機等葉輪旋轉機械的空氣系統、輪緣封嚴以及軸承腔封嚴。

技術領域

本發明屬于非接觸式迷宮密封和接觸式刷式密封領域，涉及一種迷宮組合式多級刷式密封結構，尤其涉及一種兆帕級超高壓差封嚴環境的利用單級刷式密封和迷宮密封靈活優化搭配組合實現滿足超高壓差封嚴需求的高可靠性和高壽命迷宮組合式多級刷式密封結構，可廣泛應用于渦輪基組合循環發動機、火箭基組合循環發動機、空氣渦輪火箭組合動力發動機、航空發動機、燃氣渦輪或汽輪機等葉輪旋轉機械的空氣系統、輪緣封嚴以及軸承腔封嚴。

背景技術

刷式密封是一種具有優良封嚴性能的接觸式動密封技術，其泄漏量只有傳統迷宮密封的1/5～1/10。傳統迷宮密封由于固有間隙的存在，封嚴性能有限，在控制泄漏時會產生氣流激振力，易誘發轉子渦動失穩。傳統迷宮密封與轉子之間會發生碰磨，使得密封間隙永久性增大，造成泄漏損失變大。刷式密封主要由前擋板、后擋板和刷絲束組成，前擋板主要起到保護刷絲束作用，后擋板主要是支撐刷絲束，防止在高速氣流作用下刷絲發生大變形，并且刷絲束沿轉子周向具有一定的傾角，可以減少刷絲束與轉子之間的磨損，同時在轉子發生跳動時，柔性刷絲可隨轉子一起運動而減少氣體的泄漏。

刷式密封主要分為單級和多級兩種形式。單級刷式密封由于結構的原因承壓能力有限，很難滿足高壓差工況下的密封要求，造成密封失效使其壽命降低。在大壓差條件下為了能夠延長刷式密封的使用壽命，需要使用多級刷式密封。然而在實際應用中發現，多級刷式密封各級壓降存在不均衡性問題，其主要原因是各級逐級不均勻增大的體積流量，各級壓降隨體積流量的逐級不均勻增加而增大；某級刷絲因承擔大部分壓降導致負荷增加而提前失效，直接影響其封嚴特性和使用壽命。

目前解決多級刷式密封級間壓降不均主要有三種措施，一是通過增大下游級流道截面積，二是改變刷絲束與轉子表面間徑向間隙，三是改變刷絲之間間隙。這三種措施的基本原理均為增加刷絲束區域流通面積，使該級體積流量增加幅度減小，導致進出口體積流量和壓降減小，可以改善壓降的分配提高刷式密封的使用壽命。這三種方法雖然均衡了多級刷式密封各級級間壓降，但也以犧牲封嚴性能增加泄漏量為代價。

此外，目前多級刷式密封是通過多個單級刷式密封簡單串聯實現的，上游級單級刷式密封后擋板與下游級單級刷式密封前擋板配合安裝，導致相鄰兩級刷絲間存在兩個擋板結構，從而致使整個多級刷式密封結構軸向距離增加。同時，這種通過多個單級刷式密封簡單串聯的多級刷式密封結構，每相鄰兩個單級刷式密封之間接觸配合面在較大封嚴壓差下會產生徑向泄漏流，進一步降低封嚴效果。

發明內容

(一)發明解決的技術問題

為實現葉輪旋轉機械在超高封嚴壓差環境下的高可靠性和高壽命封嚴，解決現有多級刷式密封結構無法同時實現級間壓降均衡分配以提高使用壽命的同時又進一步提高其封嚴性能的問題，克服現有單級串聯式多級刷式密封結構軸向尺寸大以及相鄰單級刷式密封接觸配合面在較大封嚴壓差下所存在的徑向泄漏問題，本發明提供了一種迷宮組合式多級刷式密封結構，尤其適用于渦輪基組合循環發動機、火箭基組合循環發動機、空氣渦輪火箭組合動力發動機、航空發動機、燃氣渦輪或汽輪機等葉輪旋轉機械的空氣系統、輪緣封嚴以及軸承腔封嚴，在兆帕級超高壓差封嚴環境下可同時實現超高氣動流阻的封嚴能力和多級刷式密封級間壓降均衡分配的高可靠性與高壽命。此外，還可有效降低多級刷式密封結構軸向長度以及實現相鄰兩個單級刷式密封結構間徑向泄漏流的有效抑制。

(二)本發明解決其技術問題所采用的技術方案

一種迷宮組合式多級刷式密封結構，包括一安裝套筒以及沿軸向排列設置在所述安裝套筒內的多個密封件，所述密封件包括若干級刷式密封單元、若干迷宮封嚴環、一定距環和一壓緊螺母，其特征在于，