一种刷式密封结构的制作方法

本发明涉及应用于旋转机械中的动密封结构设计，特别涉及一种刷式密封结构。

背景技术：

刷式密封是军用、民用航空发动机、燃气轮机空气系统中的气体密封，如：高压压气机出口、高压涡轮导向器出口处，以及压气机级间和涡轮级间的空气密封，可以较好地控制发动机二次气流。相对于传统的迷宫密封，刷式密封不但具有较好的封严特性，并且是一种柔性接触式动密封技术，能够适应转子的瞬间径向变形或偏心运动，此外，刷式密封的刷丝与转子轴形成柔性接触，可改善转子系统的振动特性，保证发动机或机组运行的安全性。因此刷式密封被广泛应用于航空航天、电力等行业领域的旋转机械中。

刷式密封由前板、背板及夹装在两者之间的紧密排列的刷丝束组成，刷式密封依靠上述排列整齐、紧密的刷丝与转子相贴合形成密封面来阻碍上游气体的泄漏从而达到密封的效果；其流场特性与密封机理如下：刷丝束中刷丝间隙是不均匀的，不均匀性使得均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀，并且从密集的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在刷丝之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流，密封腔内的流场变得非常复杂。当射流遇到前面紧密的刷丝束时，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流，正由于刷丝束破坏流动而造成流动的不均匀性，使流体产生了自密封效应，横向流动有效的促进自密封效应的产生，使横流过刷子的总压降增大从而减少密封的泄漏。

研究表明，传统刷式密封由于背板上游侧表面光滑，流体通过刷丝束后在背板的阻挡作用下，在背板与刷丝束间隙中流体径向射流作用较大，高速射流促进刷丝束下游区域刷丝吹向转子，形成刷丝“吹下效应”，加重刷丝与转子的接触磨损。并且传统刷式密封在气体压力作用下，刷丝紧贴背板，与背板之间的摩擦力阻碍刷丝的及时变形，导致刷丝不能及时跟随转子的升速或者偏心增大等运动状态进行变形，出现刷丝刚化效应；刚化效应会引起刷丝和跑道的加速磨损，降低刷式密封的密封性能，缩短使用寿命。另外随着转子降速或者恢复到较小偏心位置时，刷丝与背板之间的摩擦力又阻碍刷丝不能立即复原，刷丝出现悬挂，出现刷丝滞后效应。“吹下效应”、“刚化效应”和“滞后效应”会加速刷丝和转子表面的磨损，降低刷式密封的密封性能，增大气体泄漏量，缩短刷式密封的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种刷式密封结构，以解决上述至少一个技术问题。

本发明的技术方案是：

一种刷式密封结构，包括熔焊区、前板、刷丝束、背板和蜂窝带；前板、刷丝束和背板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，端部与转子贴合，蜂窝带设置在背板的上游内表面

可选的，所述蜂窝带通过真空钎焊焊接在背板的上游内表面。

可选的，所述蜂窝带是由六边形蜂窝芯格组成，蜂窝芯格的对边距为2mm～5mm，芯格壁厚为0.1mm～0.5mm，芯格深度为1mm～3mm。蜂窝带与刷丝束轴向间隙d为0～5mm。

可选的，所述蜂窝带与刷丝束轴向间隙为0～5mm。

可选的，所述刷丝束的挡板根部通过熔焊工艺被固定，并与前板和背板之间形成所述熔焊区。

可选的，所述刷丝束的刷丝采用直径0.05～0.15mm的高温合金丝，刷丝长度为25mm～40mm，刷丝束轴向总厚度0.5～20mm。

可选的，所述背板高度为所述刷丝束的刷丝长度的0.75～0.95倍，所述前板高度为所述刷丝长度的0.45～0.75倍，所述前板和背板厚度为3～4.5mm。

发明效果：

本发明结构简单，不改变传统刷式密封的基本结构组成，只在传统刷式密封背板上游侧设置蜂窝带，该新型刷式密封结构简单，易于加工

2、本发明背板径向设置的蜂窝带具有高效的切分效应，促进背板与刷丝束间隙射流流体的边界层分离，将间隙射流流体引入蜂窝芯格中，流体在蜂窝芯格形成较强的漩涡，使得蜂窝芯格充分发挥能量耗散作用，降低径向射流流动，进而降低刷丝“吹下效应”，减少刷丝与转子的接触磨损

3、本发明背板径向设置蜂窝带结构，当刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴背板时，蜂窝芯格有效降低刷丝与背板的接触面积，进而降低刷丝与背板间的摩擦力，可有效降低刷式密封的刚化效应和滞后效应。

附图说明

图1是本发明刷式密封结构的结构示意图；

图2是本发明刷式密封结构的局部放大图；

图3是图2的A-A向剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图3对本发明刷式密封结构做进一步详细说明。

本发明提供了一种背板具有蜂窝带的刷式密封结构，包括熔焊区1、前板2、背板3、刷丝束4、蜂窝带5以及转子6。

刷丝束4根部通过焊接工艺被固定，与前板2和背板3形成熔焊区1；背板3上游内表面周向有蜂窝带5，蜂窝带5与刷丝束4轴向间隙d为1mm；蜂窝带5是在真空钎焊炉中通过真空钎焊技术焊接在背板3的上游内表面。

进一步，蜂窝带5是由六边形蜂窝芯格51组成，蜂窝芯格51的对边距为3mm，芯格壁厚为0.2mm，芯格深度为1mm。

与传统刷式密封相比，本发明的蜂窝带结构能促进刷式密封刷丝束与背板间隙射流流体的边界层分离，将间隙射流流体引入蜂窝带芯格中，流体在芯格形成较强的漩涡，使得蜂窝芯格充分发挥能量耗散作用，降低径向射流流动，进而降低刷丝“吹下效应”，减少刷丝与转子的接触磨损。且当刷丝束由于轴向气流作用发生轴向弯曲，紧贴背板时，可以降低刷丝束与背板的接触面积，有效降低刷丝束与背板间的摩擦力，进而降低刷丝出现悬挂而产生刚化效应和滞后效应。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。