专利名称：刷式密封件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使转子相对于静子而密封的刷式密封件，该刷式密封件包括一个用于固定刷子的刷子壳体，该刷子的自由端指向静子或转子，该刷子壳体保持在转子或静子上，并有一支承板。
在已知的刷式密封件中，固定在有一个前部板和一个支承板的刷子壳体内的刷子的自由端抵靠在转子或静子的密封表面上，这样，使转子和静子之间的间隙密封。当用于固定式燃气轮机或飞机发动机中时，可以采用这样的刷式密封件以节省轴向安装空间，并且，与可选用的其它密封件例如迷宫式密封件相比，在普通结构中采用刷式密封件能够有良好的密封效果。
由DE19618475A1可知一种刷式密封件，其中，刷子有角度，以便减小径向安装尺寸。为了改善该较短的、有角度的刷子部分的增加的刚度，在刷子的轴部分区域中提供有一阻挡件，当弹性刷子由于转子的偏心而偏移时，该阻挡件起到弯曲边的作用。这样，可以对刷子的刚度进行调节，同时不会有不能允许的较大径向安装空间。
工作时，因为与通常由钢构成的刷子接触，转子或静子的密封表面出现局部温度增大，这增加了磨损。此外，这能够减小在刷子之间总会出现的少量泄漏。
本发明所基于的问题是提供一种如开始部分所述的普通类型的刷式密封件，其中，刷子的密封效果和磨损特性进一步得到改善。
根据本发明，解决问题的方法的特征在于，在刷子的自由端提供有一个滑动环，以便使转子相对于静子密封。
本发明的优点在于刷式密封件的高弹性和滑动环的优良滑动特性的组合，通过刷式密封件的高弹性，固定在刷子自由端的滑动环能够很好地适应转子或静子的偏移，该转子或静子的偏移通常沿径向，例如在0.2至0.8mm之间(当燃气轮机起动时)，而该滑动环抵靠转子或静子的密封表面，这样，在一定区域内密封住转子和静子之间的间隙。因此，可以避免通常在穿过刷式密封件的刷子的间隙区域中存在的泄漏。因为滑动环的较好的滑动特性，例如与钢刷相比，其在转子或静子的密封表面处的磨损更小，温度升高更少。滑动环由滑动特性比构成刷式密封件的刷子的钢更好的材料构成。因此，在存在压力差时，滑动环支承于低压端支承板上，这也很有利，不会有刷子钩住或出现类似情况。
滑动环可以由碳构成，因为碳环即使在固定式燃气轮机或飞机发动机中的高温条件下也可用，且碳有比构成刷子的钢更好的滑动特性。也可选择，滑动环例如由具有滑动特性的烧结金属构成。
滑动环可以是单件结构或是分段的。当转子中有分段滑动环且通常指向燃气轮机的轴向时，分离线在各滑动环部分之间径向延伸，并沿滑动环的外周等距离布置。分段的滑动环能够增加弹性，尤其是当滑动环刷式密封件中的刷子从其在刷式密封件壳体上的固定位置朝转子或静子而直线延伸时，根据应用的需要，可以使直线形刷子与径向所成的夹角在0°至45°之间。尤其是，当刷子相对于径向而设置并采用滑动环时，还有能很容易使转子的转动反向的优点。
滑动环可以烧结在刷子的自由端。例如，这能通过碳粉等而进行。
也可选择，滑动环在其外周表面有一凹槽，刷子的自由端安装和固定在该凹槽中，例如通过钎焊。
滑动环随后可以通过研磨等方法对其抵靠在转子或静子的密封表面上的内周表面或外周表面进行机械加工，以便提高表面质量。类似的，滑动环也可以通过研磨等方法对其支承于支承板上的侧表面进行机械加工，尤其是在有压力差的情况下，以便提高表面质量。
为了节省安装空间，刷子可以包括固定在刷子壳体中的轴部分和与该轴部分成一定角度的刷子部分，该刷子部分的自由端指向转子或静子，这时，支承板有基本平行于刷子轴部分的纵向部分和与其成一定角度并基本平行于弯角刷子部分的支承部分。
为了提高具有弯角刷子部分的刷式密封件的弹性(该弯角刷子部分包括刷子的自由端)，可以在刷子的轴部分和支承板之间提供有一个具有作为弯曲边的阻挡件的自由弯曲空间。这样，在刷子的自由端上的滑动环能适应转子或静子在大约0.2至0.7mm之间的任何偏移，例如当固定式燃气轮机或飞机发动机起动时。具有刷子自由端的弯角刷子部分和支承板的弯角支承部分可以与刷子的轴部分和支承板的纵向部分基本垂直。
为了进一步提高密封效果，尤其是当刷式密封件用于潮湿环境例如蒸汽中时，刷子可以用硅、silicard或Teflon分散体等浸渍，因为硅、silicard或Teflon自身能沉积在刷子上，能基本密封中间的自由空间，但是刷子在一定限度内保持可活动和有弹性。所用装置将根据所产生的温度的函数来选择。
本发明的另外实施例在从属权利要求中介绍。
将参考附图并利用实施例对本发明进行详细介绍。附图中
图1所示为本发明的刷式密封件的一个实施例的剖视图；图2所示为本发明的刷式密封件的另一可选实施例的剖视图；图3所示为本发明的刷式密封件的、具有弯角刷子部分的一个实施例的剖视图；图4所示为本发明的刷式密封件的、具有弯角刷子部分的另一可选图1示意表示了刷式密封件的一个实施例的剖视图，该整个刷式密封件以1表示，用于通过密封以外周表面U表示的转子2和静子18例如壳体之间的间隙19而使具有不同压力P1和P2的空间相互密封。该刷式密封件1大量应用于固定式燃气轮机或飞机发动机中。沿燃气轮机的轴向延伸的中心线在图1和2中以A表示。压力P1大于压力P2。刷式密封件1包括刷子壳体3和刷子6，该刷子壳体3有低压端支承板4和高压端盖板5，该刷子6以合适方式固定在刷子壳体3内。刷子6通常由钢构成。在本实施例中，刷子6缠绕在一个核心件上并被夹持在布置于支承板4和盖板5之间的保持环内，且朝转子2直线延伸。支承板4和盖板5环绕转子2延伸并有一内孔，这样，环绕转子2的环形间隙19将由该刷式密封件1密封。
为了优化刷式密封件1的密封效果和刷子6的磨损特性，如剖视图所示，在刷子的自由端7上提供有滑动环8，该滑动环8由滑动特性比构成刷子6的钢更好的材料构成。滑动环8的内径在工作时与转子2在最大转速和最高温度时的外径相对应，因此，作为具有极好的滑动环密封效果的封闭部件，能够在一定区域内密封环形间隙19。这样，通常在刷式密封件1的各刷子6之间出现的空气或蒸汽的少量泄漏也能够避免。滑动环8的周面密封抵靠在转子2上，而当它支承于静止位置时，尤其是有压力差存在时，滑动环8的侧表面抵靠在支承表面4上，滑动环8通常通过研磨等方法进行机械加工。也可选择，在滑动环通过例如烧结制造时，使得该滑动环8的所述表面为足够光滑的表面，以便用于密封表面。
图2示意表示了刷式密封件的另一可选实施例的剖视图，该整个刷式密封件以1表示，基本包括刷子壳体3，线形刷子6保持在该刷子壳体3内，且该刷子壳体3包括支承板4和盖板5。刷子6的自由端7指向转子2的外周表面U，并有一滑动环8，该滑动环8的内周表面抵靠转子2的密封表面延伸，并作为封闭部件在一定区域内使环形间隙19相对于转子2密封。滑动环8的内径基本等于转子2在固定式燃气轮机或飞机发动机中以最大转速和最高温度工作时的外径。
滑动环8在其外周表面上有凹槽9，且成U形截面形状。刷子6的自由端7装于滑动环8的凹槽9内，并通过合适的粘接方法例如钎焊而固定在滑动环8上。刷子6保持弹性，在转子2偏移时能退让(give way)，并能使滑动环8与刷子6一起运动。
图3示意表示了刷式密封件的一个实施例的剖视图，该刷式密封件具有弯角刷子部分12，整个该刷式密封件以1表示，并包括刷子壳体3，该刷子壳体3有一支承板4’，该支承板4’包括一个纵向部分13和一个与该纵向部分成一夹角的支承部分14。该弯角刷子部分12的弯角基本为直角，以便节省普通结构中用于刷子6’的轴部分15的径向安装空间。在刷子6’的轴部分15和支承板4’之间提供有一个具有弯曲边17的自由弯曲空间16；在转子2偏移的情况下能使轴部分15偏移到自由弯曲空间16内，例如在燃气轮机起动时。这些措施使得刷子6’组合有安装空间小和弹性高的优点。
在弯角刷子部分12的自由端7’上提供有一滑动环8，该滑动环8通过外周表面U而密封抵靠在转子2的密封表面上。密封环8由滑动特性比构成刷子6’的钢更好的材料构成。作为在弯角刷子部分12的自由端7’上的封闭部件，滑动环8由碳构成，并通过烧结制成。为了优化密封效果，滑动环8的内周表面通常通过研磨等方法机械加工，以便获得具有尽可能小的粗糙度的表面。支承于支承板4’的支承部分14上的滑动环8的侧表面随后通过研磨等方法机械加工，以便在低压端获得尽可能平的接触表面，并避免刷子6’不希望地粘接到支承板4’上。
图4所示为与图3类似的刷式密封件，具有包括纵向部分13和支承部分14的支承板4’和刷子6’，该刷子6’包括固定在刷子壳体3内的轴部分15和基本与该轴部分15成直角的弯角刷子部分12。该弯角刷子部分12的自由端7’指向转子2的外周表面U。在弯角刷子部分12的自由端7’上的滑动环8成单件结构，并作为单独的部件而制造。滑动环8在其外周表面上有一凹槽9，弯角刷子部分12的自由端7’装在该凹槽9内并通过合适的方法固定，例如钎焊。
图5示意表示了图4所示的刷式密封件1的实施例的剖视图。该密封件与图3所示实施例的不同点主要在于没有在支承板4’和刷子6轴部分15之间的自由弯曲空间16。图4和5所示的刷式密封件实施例是通过将弯角刷子部分设置成与径向所成的角度高达45°而产生弹性特性，这样，当转子2偏移时，刷子6’的轴部分15扭曲，并由于它们的返回力而随后再次回到初始位置。在图5和6中，转子2的旋转方向以箭头表示。
对于如图3所示在支承板4’和刷子6’的轴部分15之间有自由弯曲空间16的刷式密封件1实施例，弯角刷子部分12也能设置成与径向的夹角大约为45°。当转子2偏移时，该刷式密封件特别有弹性，因为一方面，刷子6’的轴部分15能够通过弯入自由弯曲空间16中并扭转而退让，另一方面，可以通过双重的返回力而随后回到其初始位置。利用刷式密封件1的弹性特征，即使在转子2偏移的情况下，在弯角刷子部分12的自由端7’处的滑动环8也能够作为封闭部件而保证对环形间隙19进行最优地密封。
图6示意表示了刷式密封件1沿图4的剖面线的视图，在该可选结构中，该刷式密封件有分段的滑动环8，即有分成几个部分的滑动环8。该滑动环8由分离线10分割成多个等尺寸的滑动环部分11。通过利用刷式密封件1的刷子6或6’的弹性特性，该分段的滑动环8适用于静子(未示出)或转子2的任何偏移，例如当燃气轮机起动时。该分段的滑动环8也特别适合于图1和2所示的具有直线形刷子6的刷式密封件1，该刷式密封件1的刷子6通常设置成与径向的夹角大约为45°。
在所有的实施例中，刷子6、6’可以由硅、silicard或Teflon分散体等浸渍以进一步提高密封效果，尤其是当该刷式密封件1用于潮湿环境例如蒸汽中时，因为硅、silicard或Teflon能沉积在刷子6、6’上，能基本密封中间的自由空间，但是刷子6、6’在一定限度内保持可活动和有特性，因此能适应静子18或转子2的偏移。所用装置将根据温度升高的函数来选择。
权利要求
1.用于使转子(2)相对于静子(18)密封的刷式密封件，包括一个用于固定刷子(6、6’)的刷子壳体(3)，该刷子的自由端(7、7’)指向静子(18)或转子(2)，该刷子壳体(3)保持在转子(2)或静子(18)上，并有一支承板(4、4’)，其特征在于刷子(6、6’)的自由端(7、7’)有一滑动环(8)。
2.根据权利要求1所述的刷式密封件，其特征在于该滑动环(8)由碳或烧结金属构成。
3.根据权利要求1或2所述的刷式密封件，其特征在于该滑动环(8)是分段的。
4.根据前述任意一个权利要求所述的刷式密封件，其特征在于该滑动环(8)烧结到刷子(6、6’)的自由端(7、7’)上。
5.根据前述任意一个权利要求所述的刷式密封件，其特征在于该滑动环(8)沿其外周表面有凹槽(9)，刷子(6、6’)的自由端(7、7’)安装并固定在该凹槽(9)内。
6.根据前述任意一个权利要求所述的刷式密封件，其特征在于对密封抵靠转子(2)或静子(18)的周面和/或滑动环(8)的支承在支承板(4)上的侧表面进行机械加工。
7.根据前述任意一个权利要求所述的刷式密封件，其特征在于刷子(6、6’)在其整个长度上是直线形的。
8.根据权利要求1至7中任意一个所述的刷式密封件，其特征在于刷子(6’)包括轴部分(15)和与该轴部分(15)成一定角度的刷子部分(12)，该刷子部分(12)的自由端(7’)指向转子(2)或静子(18)。
9.根据权利要求8所述的刷式密封件，其特征在于支承板(4’)有纵向部分(13)和与该纵向部分成一定角度的支承部分(14)。
10.根据权利要求8或9所述的刷式密封件，其特征在于该弯角刷子部分(12)与刷子(6’)的轴部分(15)所成的角度基本为直角，支承部分(14)与支承板(4’)的纵向部分(15)所成的角度基本为直角。
11.根据权利要求8至10中任意一个所述的刷式密封件，其特征在于在刷子(6’)的轴部分(15)和支承板(4’)之间构成有自由弯曲空间(16)，该自由弯曲空间(16)有作为弯曲边的阻挡件(17)。
12.根据前述任意一个权利要求所述的刷式密封件，其特征在于刷子(6、6’)设置成与径向的夹角高达45°。
13.根据前述任意一个权利要求所述的刷式密封件，其特征在于刷子(6、6’)由硅酮、silicard或Teflon分散物进行浸渍。
全文摘要
本发明涉及用于使转子(2)相对于静子(18)密封的刷式密封件,包括:一个用于固定刷子(6、6’)的刷子壳体(3),该刷子的自由端(7、7’)指向静子(18)或转子(2),该刷子壳体(3)保持在转子(2)或静子(18)上,并有一支承板(4、4’),其中,刷子(6、6’)的自由端(7、7’)有一滑动环(8),以便提高密封效果和减小磨损。
文档编号F02C7/28GK1345397SQ00804199
公开日2002年4月17日 申请日期2000年12月13日 优先权日1999年12月23日
发明者阿尔方斯·盖尔, 克莱门斯·维尔纳 申请人:Mtu飞机发动机有限公司