一種複合刷式密封結構的製作方法
2023-06-12 23:34:36 3
本發明涉及應用於旋轉機械中的動密封結構設計，特別涉及一種複合刷式密封結構。
背景技術：
刷式密封是航空發動機、汽輪機、壓縮機等旋轉機械的關鍵部件。相對於傳統的迷宮密封，刷式密封不但具有較好的封嚴特性，並且是一種柔性接觸式動密封技術，能夠適應轉子的瞬間徑向變形或偏心運動，此外，刷式密封的刷絲與轉子軸形成柔性接觸，可改善轉子系統的振動特性，保證機組運行的安全性。因此刷式密封被廣泛應用於航空航天、電力、石化等行業領域的旋轉機械中。
刷式密封由前擋板、後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、緊密的刷絲與轉子相貼合來隔斷下遊氣體並對上遊氣體的洩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：刷子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，並且從密集的刷絲束區域向疏鬆的刷絲束區域偏流，這些偏流在刷絲之間逐漸形成同向流和射流，並產生隨機的二次流和旋渦流，密封腔內的流場變得非常複雜。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，正由於刷絲束破壞流動而確保流動的不均勻性，使流體產生了自密封效應，橫向流動有效的促進自密封效應的產生，使橫流過刷子的總壓降增大從而減少密封的洩漏。
研究表明，傳統刷式密封在受到刷絲束上下遊較高氣體壓差的作用下，刷絲發生軸向彎曲緊貼後擋板，刷絲與後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子的升速或者渦動偏心增大等運動狀態進行變形，出現刷絲剛化效應。剛化效應會引起刷絲和轉子跑道的加速磨損，降低刷式密封的密封性能，縮短使用壽命。另外，隨著轉子降速或者恢復到較小渦動偏心位置時，刷絲與後擋板之間的摩擦力又阻礙刷絲不能立即復原，刷絲出現懸掛，出現刷絲滯後效應。剛化效應與滯後效應會加速刷絲和轉子表面的磨損，降低刷式密封的密封性能，增大氣體洩漏量，縮短使用壽命。並且傳統刷式密封進口與出口間存在明顯直通效應，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。
技術實現要素：
本發明的目的是提供了一種複合刷式密封結構，以解決上述至少一個技術問題。
本發明的技術方案是：
一種複合刷式密封結構，其特徵在於：包括熔焊區、前擋板、後擋板、刷絲束、前擋板密封齒、後擋板密封齒、前圓盤、後圓盤和轉子；所述前擋板和後擋板通過熔焊區連接，刷絲束根部固定在熔焊區上，端部與轉子貼合；所述前擋板密封齒設置在前擋板上遊外表面，所述後擋板密封齒設置在後擋板下遊外表面；所述前擋板密封齒和後擋板密封齒周向呈環形並與前擋板和後擋板表面垂直；所述前圓盤位於轉子的上遊表面，所述後圓盤位於轉子的下遊表面，前圓盤與前擋板平行，後圓盤與後擋板平行。
可選的，所述前擋板密封齒的徑向高度h1為前擋板高度的0.5～1倍，後擋板下密封齒的徑向高度h2為後擋板高度的0.5～1倍。
可選的，所述前擋板密封齒和後擋板密封齒徑向厚度為0.5mm～2mm，前擋板密封齒的軸向高度l1為1mm～3mm，後擋板密封齒的軸向高度l2為1mm～3mm，並且每個密封齒軸向高度相等，相鄰密封齒之間是等間距的。
可選的，所述前擋板密封齒與前圓盤的軸向間距m1為1mm～2mm，後擋板密封齒與後圓盤的軸向間距m2為1mm～2mm。
可選的，所述前圓盤和後圓盤的軸向厚度w1與w2分別為對應前後擋板厚度的0.5～1.5倍。
可選的，，所述刷絲束的末排刷絲與後擋板的軸向間隙d為0～5mm。
可選的，所述刷絲束根部通過熔焊工藝被固定，並夾緊與前擋板和後擋板之間形成熔焊區；所述刷絲一般採用直徑0.05～0.15mm的鎳基耐高溫合金絲，刷絲長度為25mm～40mm，刷絲束軸向總厚度0.5～20mm，刷絲與轉子徑向呈30～60°安裝角，安裝角順著轉子旋轉方向。
可選的，所述刷式密封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，前後擋板厚度為3～4.5mm。
發明效果：
1、本發明結構簡單，不改變傳統刷式密封的基本結構組成，只在傳統刷式密封系統轉子面設計圓盤，並且在前擋板上遊側表面和後擋板下遊側表面徑向設置多組密封齒，易於加工；
2、本發明在刷式密封前擋板上遊區域設計轉子圓盤具有高承壓作用，可以有效降低刷絲束前後軸向氣流壓力，減弱刷絲由於高壓差發生軸向彎曲緊貼後擋板，進而可有效降低密封的剛化效應和滯後效應，減少刷式密封磨損，提高刷式密封性能。並且前後圓盤結構增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封洩漏的直通效應，提高了新型刷式密封系統的封嚴性能；
3、本發明前、後擋板設置多組密封齒，起到迷宮密封的作用，密封齒結構可將擋板與轉子圓盤間隙中的徑向流動引入密封齒間隙中，流體在密封齒間隙形成較強漩渦，使得流體能量大量耗散，降低徑向流動，有效提高密封的封嚴特性。
附圖說明
圖1是本發明複合刷式密封結構的結構示意圖。
圖2是本發明複合刷式密封結構的局部示意圖。
圖3是複合刷式密封結構中轉子的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護範圍的限制。
下面結合附圖1至圖3對本發明複合刷式密封結構做進一步詳細說明。
本發明提供了一種轉子含圓盤的複合刷式密封結構，可以包括熔焊區1、前擋板2、後擋板3、刷絲束4、前擋板密封齒5、後擋板密封齒9、前圓盤6、後圓盤7以及轉子8。
前擋板2上遊外表面徑向設計有前擋板密封齒5，前擋板密封齒5徑向高度h1為前擋板2高度的0.5倍；後擋板3下遊外表面徑向設計有後擋板密封齒9，後擋板密封齒9的徑向高度h2為後擋板3高度的0.5倍。
前擋板密封齒5和後擋板密封齒9周向呈環形並與前後擋板表面垂直，且每個密封齒徑向厚度為0.5mm；前擋板密封齒5的軸向高度l1為1mm，後擋板密封齒9的軸向高度l2為1mm，並且每個密封齒軸向高度相等，相鄰密封齒之間是等間距。另外，前擋板密封齒5與前圓盤6的軸向間距m1為1mm，後擋板密封齒9與後圓盤7的軸向間距m2為1mm。
前圓盤6位於刷式密封上遊轉子8表面，後圓盤7位於刷式密封下遊轉子8表面，前圓盤6與刷式密封前擋板2平行，後圓盤7與刷式密封后擋板3平行。前後圓盤的軸向厚度w1與w2分別為對應前後擋板厚度的0.6倍，刷絲束4末排刷絲與後擋板3的軸向間隙d為1mm。
與傳統刷式密封相比，本發明的圓盤結構增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封洩漏的直通效應，提高了新型刷式密封系統的封嚴性能。並且圓盤結構具有高承壓作用，可以有效降低刷絲束前後軸向氣流壓力，減弱刷絲由於高壓差發生軸向彎曲緊貼後擋板，進而可有效降低密封的剛化效應和滯後效應，減少刷式密封磨損，提高刷式密封性能。並且前後擋板徑向設置多組密封齒，起到迷宮密封的作用，密封齒結構可將擋板與圓盤間的徑向流動引入密封齒間隙中，流體在密封齒間隙形成較強漩渦，使得流體能量大量耗散，降低徑向流動，有效提高密封的封嚴特性。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。