[發明專利]可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構及其應用

在審

• 申請號: 202310288628.5
• 申請日: 2023-03-23
• 公開（公告）號: CN116241664A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 孫丹;楊藝瀟;趙歡;張國臣;任國哲;徐文峰
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 李丹

本發明公開了一種可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構及其應用，其中，所述刷式密封結構包括：前擋板、后擋板和刷絲束，其中，所述刷絲束夾緊設置于所述前擋板和后擋板之間，所述后擋板的前端沿其徑向由內向外間隔設置有多個環形的壓力平衡腔，所述壓力平衡腔均通過設置于所述后擋板上的氣流通道與刷式密封結構的下游連通。該刷式密封結構，可有效抑制滯后效應和吹下效應，提升刷式密封動態封嚴性能，延長刷式密封整體使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種應用于旋轉機械中的密封結構，特別提供了一種可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構及其應用。

背景技術

刷式密封是廣泛應用于航空發動機、汽輪機、壓縮機等透平機械領域的關鍵密封技術，其由前擋板、刷絲束與后擋板組成。刷式密封因泄漏量只有傳統迷宮密封的10～20％，因此作為迷宮密封的替代品而被廣泛應用。刷式密封是一種柔性接觸式動密封技術，柔性刷絲可以跟隨偏心狀態的轉子運動，可改善轉子動力學特性，具有較好的動態封嚴性能，有利于保證航空發動機組安全穩定運行，因此，刷式密封對航空航天等行業的透平機械密封領域具有重要作用。

然而，刷式密封存在滯后效應與吹下效應。軸向壓差的存在使刷絲束與后擋板間產生摩擦力，降低刷絲束與轉子的動態跟隨性能，使刷絲束運動滯后于轉子，在刷絲尖端與轉子面之間產生額外泄漏間隙，對整體封嚴性能造成不利影響。刷絲束上下端面間的徑向壓差將導致吹下效應，致使刷絲束尖端緊貼于轉子表面，增大兩者間接觸力，加劇刷絲束尖端與轉子面摩擦生熱問題，容易導致刷絲束高溫粘連熔斷、疲勞斷裂等故障，影響刷式密封的使用壽命。

鑒于此，研制一種可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構，以提高刷式密封動態封嚴性能和使用壽命，成為亟待解決的問題。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構及其應用，以解決現有刷式密封結構流場因軸向與徑向壓差導致滯后效應與吹下效應，進而影響刷式密封動態封嚴性能與使用壽命的問題。

本發明一方面提供了可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構，包括：前擋板、后擋板和刷絲束，其中，所述刷絲束夾緊設置于所述前擋板和后擋板之間，所述后擋板的前端沿其徑向由內向外間隔設置有多個環形的壓力平衡腔，所述壓力平衡腔均通過設置于所述后擋板上的氣流通道與刷式密封結構的下游連通。

優選，位于外側的壓力平衡腔對應的氣體流道的進氣口面積大于或等于位于其內側的壓力平衡腔對應的氣體流道的進氣口面積，位于外側的壓力平衡腔對應的氣體流道的出氣口面積大于或等于位于其內側的壓力平衡腔對應的氣體流道的出氣口面積。

進一步優選，所述壓力平衡腔對應的氣流通道的進氣口和出氣口均沿所述后擋板的周向均勻布設。

進一步優選，所述壓力平衡腔對應的氣流通道的進氣口和出氣口一一對應，每個壓力平衡腔對應的氣流通道個數相同且不同壓力平衡腔對應的氣流通道沿后擋板的徑向對應設置。

進一步優選，每個壓力平衡腔對應的氣流通道個數相同且不同壓力平衡腔對應的氣流通道沿后擋板的徑向對應設置，位于內側的多個壓力平衡腔對應的在同一徑向方向上的氣流通道共用一個出氣口。

進一步優選，每個壓力平衡腔對應的氣流通道個數相同且不同壓力平衡腔對應的氣流通道沿后擋板的徑向對應設置，所有壓力平衡腔對應的在同一徑向方向上的氣流通道共用一個出氣口。

進一步優選，所述后擋板前端面的拐角處均為圓弧過渡形狀。

進一步優選，所述后擋板的前端面與刷絲束的軸向距離沿轉子的徑向由內向外逐漸減小。

進一步優選，所述壓力平衡腔為2-5個。

本發明還提供了上述可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構的應用，具體為：利用上述的可抑制滯后效應與吹下效應的刷式密封結構對轉子進行密封。