專利名稱：一種低滯后繞固型刷式密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于密封技術(shù)，涉及一種刷式密封裝置，可適用于如燃氣渦輪發(fā)動機主、次流路的氣/氣，油/氣密封。
背景技術(shù)：
在燃氣渦輪發(fā)動機的二次流路中廣泛采用篦齒式密封，石墨封嚴和刷式密封等三種封嚴形式。這三種結(jié)構(gòu)存在各自的特點篦齒密封是一種間隙封嚴，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用范圍最廣，壽命長，但是封嚴性能較差。篦齒密封不能適應轉(zhuǎn)子的離心或熱膨脹，因此在設(shè)計時必須保持轉(zhuǎn)、靜子之間足夠的間隙，從而降低了封嚴性能。石墨密封的耐壓能力和耐溫能力相對較低，其耐久性也不能滿足長壽命的要求，限制其在民用航空發(fā)動機內(nèi)的應用。刷式密封發(fā)明初衷是為取代篦齒密封，解決封嚴性能較差的問題。典型的刷式密封國內(nèi)外已有部分相關(guān)專利。典型結(jié)構(gòu)之一有Rolls-royce公司的焊接型刷式密封結(jié)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)最簡單，由前、后擋板，夾合中間的刷絲束，并通過圓周方向的激光或電子束焊接形成一體，該結(jié)構(gòu)形式也是目前應用最普遍的一類刷環(huán)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)刷式密封因焊接加工方式，僅適用于金屬材料刷絲。在焊縫附近的熱影響區(qū)域，刷絲材料特性發(fā)生變化，導致刷絲變脆及產(chǎn)生根切，降低刷絲強度，使其在工作中易發(fā)生斷絲。MTU公司的毛刷式密封(專利號98805179. 6)，公開了一種非焊接型刷式密封。其中，前板和支承板之間夾持著刷絲束，刷絲束自由端越過支承板內(nèi)孔向內(nèi)緣伸出，與轉(zhuǎn)子接觸，以保持最小間隙密封。在初始安裝狀態(tài)下，該結(jié)構(gòu)密封的沿徑向的刷絲束自由端與轉(zhuǎn)子軸向垂直，不與支承板貼合。刷絲束自由端是通過運行過程中的工作壓差作用，貼合低壓側(cè)的支承板。隨著工作壓差的增大，刷絲束與支承板接觸壓力增大，而刷絲束與支承板之間形成的閉合腔的壓力并不會隨高壓側(cè)壓力增大而顯著增加，不能減小刷絲與支承板的接觸力，從而使刷絲應對轉(zhuǎn)子跳動而向外側(cè)變形退讓后的恢復能力降低，刷絲束與轉(zhuǎn)子形成更大的間隙，導致封嚴性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的改進前述類型的刷式密封，形成具有低滯后性能的刷式密封結(jié)構(gòu)， 使其在更大壓差、強烈紊流、高轉(zhuǎn)子偏移等情況下，具有良好的封嚴性能和使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案一種低滯后繞固型刷式密封裝置，包括刷環(huán)，刷式密封座2， 卡圈4 ；刷環(huán)由刷絲束組件，前擋板7，后擋板3組成；刷絲束組件由刷絲8、芯線5、套管6組成；通過卡圈4將刷環(huán)固定于密封座2上，形成轉(zhuǎn)、靜子之間的接觸密封；套管6開有均勻分布的套管引氣槽9，刷絲束8呈一定角度纏繞于芯線5上，并通過套管6卡緊將其固定，套管卡緊受力兩側(cè)設(shè)計有方向引導邊10，初始安裝狀態(tài)下與y向形成偏角，以使刷絲束自由端與后擋板密封壩11保持貼合，形成具有初始接觸應力的二次封嚴；刷環(huán)將封嚴流路隔離成高壓腔PH、低壓腔PL，同時在刷式密封內(nèi)形成P1、P2兩個腔，通過套管引氣槽9，將Pl腔內(nèi)的高壓氣體引入P2形成壓力平衡腔；后擋板3內(nèi)徑大于轉(zhuǎn)子1外徑，之間形成的間隙為后擋板保護高度H2，前擋板內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子外緣距離Hl略大于H2 ；刷絲束貼合后擋板密封壩11， 并伸出直至與轉(zhuǎn)子1外圓接觸，形成接觸封嚴；刷絲束8后傾是通過套管6上的方向引導邊10進行角度控制和角度限制，方向引導邊10與y向形成8 15°角度，使刷絲束8與密封壩11貼合；為減小刷絲束8與后擋板3的密封壩11的接觸面積，密封壩11的寬度L2不宜過大，應在0. 7 1. 5mm范圍內(nèi)；刷絲束8的自由段長度Ll在10 15mm范圍內(nèi)；后擋板保護高度H2不宜小于1mm，前擋板內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子外緣距離Hl不應小于H2 ；前擋板7、后擋板3夾緊刷絲束組件，刷絲束與芯線橫斷面(xoy平面)呈45°角纏繞芯線5，并用套管6，通過其方向引導邊10卡緊刷絲束8形成刷環(huán)；套管6設(shè)計有長為 1 3mm的方向引導邊10 ；套管引氣槽9，其尺寸為寬10 15mm，深0. 2 0. 3mm，周向均布8 16個；另一種形成壓力平衡腔的刷式密封方案中，套管不帶引氣槽設(shè)計，而是在前、后擋板上，夾持刷絲束組件的位置設(shè)計引氣槽；前擋板7通過周向均布8個寬20mm、高0. 2 0. 3mm的凸臺12，在凸臺之間形成8段前擋板引氣槽13，后擋板3在夾持刷環(huán)位置處加工8 段寬20mm、深0. 2 0. 3mm的后擋板引氣槽14。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明密封裝置能適應更大的工作條件，對于高封嚴壓差，由于壓力平衡腔的壓力平衡作用，刷絲束的柔性減低較小，使其剛度基本控制在初始安裝條件下的設(shè)計值；刷絲隨動性能受工作條件影響更小，密封的封嚴性能、使用壽命也更加穩(wěn)定；繞固型刷式密封結(jié)構(gòu)較焊接型減少了加工成本，同時也適合非金屬刷絲材料的選擇，為軸承腔等油/氣封嚴提供了新的密封裝置選擇。


圖1是本發(fā)明低滯后繞固型刷式密封實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例一的刷絲束組件形成刷環(huán)前的示意圖；圖3是本發(fā)明低滯后繞固型刷式密封實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實施例二的前、后擋板引氣槽分布示意圖。其中，1-轉(zhuǎn)子，2-密封座，3-后擋板，4-卡圈，5-芯線，6-套管，7-前擋板，8-刷絲 (束)，9_套管引氣槽，10-方向引導邊，11-密封壩，12-凸臺，13-前擋板引氣槽，14-后擋板引氣槽。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明圖1示出了低滯后繞固型刷式密封結(jié)構(gòu)實施方案一。通過卡圈4將刷環(huán)固定于密封座2上，形成轉(zhuǎn)子1、靜子之間的接觸密封。以轉(zhuǎn)子軸心方向為χ向，垂直于轉(zhuǎn)子軸線的徑向為y向。刷式密封主要包括卡圈4、刷環(huán)、密封座2。刷環(huán)由前擋板7、后擋板3、刷絲束組件構(gòu)成。刷絲束組件由刷絲8、芯線5、套管6組成。刷式密封將流路分隔為高壓腔PH、低壓腔PL。同時，刷式密封組件的前擋板7、刷絲束、后擋板3又使流經(jīng)刷式密封內(nèi)的氣流形成穩(wěn)流腔Pl和壓力平衡腔P2。
套管開有均勻分布的套管引氣槽9，刷絲束8呈一定角度纏繞于芯線5上，并通過套管6卡緊將其固定，套管夾緊受力兩側(cè)設(shè)計有方向引導邊10，初始安裝狀態(tài)下方向引導邊10與y向形成偏角，以使刷絲束自由端與密封壩保持貼合。通過套管上均布的套管引氣槽9將穩(wěn)流腔Pl內(nèi)的高壓氣體引入P2內(nèi)形成壓力平衡腔。后擋板內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子外表面形成的間隙為后擋板保護高度H2，前擋板與轉(zhuǎn)子外表面形成的間隙Hl不小于H2。通過Hl進入Pl的高壓氣體，起著降低渦旋擾動、穩(wěn)定氣流的作用，將渦流對刷絲的擾亂影響減小，避免刷絲束工作過程中的不規(guī)則損傷。后擋板的內(nèi)緣與刷絲束接觸形成的密封壩11，起著二次密封作用，其寬度不宜過大，為0. 7 1. 5mm。前擋板內(nèi)緣近刷絲側(cè)的凸起，起著限制進入穩(wěn)流腔的氣體流量作用。圖2示出了刷絲束組件彎曲成刷環(huán)前的示意圖，包括芯線5、套管6、刷絲8。套管上加工有等距分布的套管引氣槽9。刷絲與芯線橫斷面(xoy平面)呈45°角纏繞于芯線 5上，并通過套管6卡緊。方向引導邊10卡緊刷絲相對zoy平面傾斜8 15°。圖3示出了低滯后繞固型刷式密封結(jié)構(gòu)實施方案二。套管6不帶引氣槽設(shè)計，而是在前、后擋板上，夾持刷絲束組件的位置設(shè)計引氣槽。圖4示出了低滯后繞固型刷式密封結(jié)構(gòu)實施方案二中的前擋板7的凸臺、后擋板3 的引氣槽分布示意圖。前擋板7通過周向均布8個寬20mm、高0. 2 0. 3mm的凸臺12，在凸臺之間形成8段前擋板引氣槽13，后擋板3在夾持刷環(huán)位置處加工8段寬20mm、深0. 2 0. 3mm的后擋板引氣槽14。本發(fā)明給出低滯后繞固型刷式密封結(jié)構(gòu)的部分尺寸參數(shù)值或取值范圍，應當指出的是尺寸參數(shù)選取應當根據(jù)刷式密封設(shè)計、使用要求，通過結(jié)構(gòu)強度、性能、壽命評估后，進行綜合選擇取舍。同時，本發(fā)明給出低滯后繞固型刷式密封的兩種實施方案，在不脫離本發(fā)明敘述的相同低滯后性能設(shè)計原理下，可以進行各種變化和修改形成多種實施方案。
權(quán)利要求
1.一種低滯后繞固型刷式密封裝置，包括刷環(huán)，刷式密封座O)，卡圈；刷環(huán)由刷絲束組件，前擋板(7)，后擋板C3)組成；刷絲束組件由刷絲(8)、芯線(5)、套管(6)組成； 通過卡圈(4)將刷環(huán)固定于密封座( 上，形成轉(zhuǎn)、靜子之間的接觸密封。
2.如權(quán)利要求1所述的低滯后繞固型刷式密封裝置，其特征是，套管(6)開有均勻分布的套管引氣槽(9)，刷絲束(8)呈一定角度纏繞于芯線(5)上，并通過套管(6)卡緊將其固定，套管卡緊受力兩側(cè)設(shè)計有方向引導邊(10)，初始安裝狀態(tài)下與y向形成偏角，以使刷絲束自由端與后擋板密封壩(11)保持貼合，形成具有初始接觸應力的二次封嚴；刷環(huán)將封嚴流路隔離成高壓腔PH、低壓腔PL，同時在刷式密封內(nèi)形成P1、P2兩個腔，通過套管引氣槽(9)，將Pl腔內(nèi)的高壓氣體引入P2形成壓力平衡腔；后擋板(3)內(nèi)徑大于轉(zhuǎn)子(1)外徑，之間形成的間隙為后擋板保護高度H2，前擋板內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子外緣距離Hl略大于H2;刷絲束貼合后擋板密封壩(11)，并伸出直至與轉(zhuǎn)子(1)外圓接觸，形成接觸封嚴。
3.不如權(quán)利要求2所述的低滯后繞固型刷式密封裝置，其特征是，刷絲束(8)后傾通過套管(6)上的方向引導邊(10)進行角度控制和角度限制，方向引導邊(10)與y向形成8 15°角度，使刷絲束⑶與密封壩(11)貼合；密封壩(11)的寬度L2在0.7 1.5mm范圍內(nèi)；刷絲束(8)的自由段長度Ll在10 15mm范圍內(nèi)；后擋板保護高度H2不小于1mm，前擋板內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子外緣距離Hl不小于H2。
4.如權(quán)利要求2所述的低滯后繞固型刷式密封裝置，其特征是，所述刷絲束(8)與芯線橫斷面(xoy平面)呈45°角纏繞芯線(5)；套管(6)設(shè)計有長為1 3mm的方向引導邊(10)；套管引氣槽(9)尺寸為寬10 15mm，深0.2 0.3mm，周向均布8 16個。
5.如權(quán)利要求1所述的低滯后繞固型刷式密封裝置，其特征是，前擋板(7)通過周向均布8個寬20mm、高0. 2 0. 3mm的凸臺(12)，在凸臺之間形成8段前擋板引氣槽(13)，后擋板C3)在夾持刷環(huán)位置處加工8段寬20mm、深0. 2 0. 3mm的后擋板引氣槽(14)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低滯后繞固型刷式密封裝置，包括刷環(huán)，刷式密封座(2)，卡圈(4)；刷環(huán)由刷絲束組件，前擋板(7)，后擋板(3)組成；刷絲束組件由刷絲(8)、芯線(5)、套管(6)組成；通過卡圈(4)將刷環(huán)固定于密封座(2)上，形成轉(zhuǎn)、靜子之間的接觸密封。本發(fā)明密封裝置能適應更大的工作條件，對于高封嚴壓差，刷絲束的柔性減低較小，使其剛度基本控制在初始安裝條件下的設(shè)計值；刷絲隨動性能受工作條件影響更小，密封的封嚴性能、使用壽命也更加穩(wěn)定；繞固型刷式密封結(jié)構(gòu)較焊接型減少了加工成本，同時也適合非金屬刷絲材料的選擇，為軸承腔等油/氣封嚴提供了新的密封裝置選擇。
文檔編號F01D11/00GK102425461SQ201110458368
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者吳瑕, 周連杰, 徐鵬飛, 李貴林, 汪凱, 胡海濤, 趙亞飛 申請人:中國燃氣渦輪研究院