一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构的制作方法
【专利摘要】一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、刷丝束、后挡板和环形凸台。前挡板和后挡板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，自由端与转子贴合。多组环形凸台设置在后挡板的内表面，环形凸台与后挡板内表面垂直。本实用新型结构简单，易于加工；环形凸台可以有效降低刷丝与后挡板的接触面积，进而降低刷丝与后挡板间摩擦力，可有效降低密封的刚化效应和滞后效应；环形凸台结构可将后挡板处径向流动引入凸台间间隙中，流体在凸台间间隙形成较强漩涡，使得流体能量大量耗散，降低径向流动，有效提高密封的封严特性。
【专利说明】
一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种应用于旋转机械中的动密封结构，尤其涉及一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构。
【背景技术】
[0002]刷式密封是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件。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、石化等行业领域的旋转机械中。
[0003]刷式密封由前挡板、后挡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来隔断下游气体并对上游气体的泄漏造成阻碍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确保流动的不均匀性，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，使横流过刷丝束的总压降增大从而减少密封的泄漏。
[0004]研究表明，传统刷式密封在受到刷丝束上下游较高气体压差的作用下，刷丝发生轴向弯曲紧贴后挡板，刷丝与后挡板之间的摩擦力阻碍刷丝及时变形，从而刷丝不能及时跟随转子的升速或者涡动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转子跑道的加速磨损，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涡动偏心位置时，刷丝与后挡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。刚化效应与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，缩短使用寿命。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出了一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、刷丝束、后挡板和环形凸台。前挡板和后挡板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，自由端与转子贴合。环形凸台设置在后挡板的内表面，并与后挡板内表面垂直。
[0007]优选的，所述环形凸台在转子轴向-径向平面看为矩形，所述环形凸台与后挡板内表面垂直，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm，环形凸台的轴向高度为轴向间隙的0.5?I倍，并且每个环形凸台轴向高度相等，相邻环形凸台之间间距W为3mm?6mm，并且是等间距，每个环形凸台径向厚度I为2mm?4mm，在后挡板内表面径向布置3?5个环形凸台。
[0008]优选的，所述环形凸台在转子轴向-径向平面看为三角形，所述环形凸台与后挡板内表面垂直，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm，环形凸台的轴向高度为轴向间隙的0.5?I倍，并且每个环形凸台轴向高度相等，相邻环形凸台之间间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个环形凸台径向厚度I为2mm?4mm，在后挡板内表面径向布置3?5个环形凸台。
[0009]优选的，所述环形凸台在转子轴向-径向平面看为上游边长小于下游边长的多边形，所述环形凸台与后挡板内表面垂直，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm，环形凸台的轴向高度为轴向间隙的0.5?I倍，并且每个环形凸台轴向高度相等，相邻环形凸台之间间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个环形凸台径向厚度I为2mm?4mm，在后挡板内表面径向布置3?5个环形凸台。
[0010]优选的，所述刷丝束根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板和后挡板之间形成恪焊区；所述刷丝一般采用直径0.05mm?0.15mm的镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm?40mm，刷丝束轴向总厚度5mm?20mm，刷丝与转子径向呈30?60°安装角，安装角顺着转子旋转方向。
[0011 ]优选的，所述刷式密封后挡板高度为刷丝长度的0.75?0.95倍，前挡板高度为刷丝长度的0.45?0.75倍，前后挡板厚度为3mm?4.5mm，后挡板与转子的径向距离即后挡板保护高度为1.5mm?3.5_。
[0012]本实用新型提出了一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，其主要优点如下:
[0013]1、结构简单，不改变传统刷式密封的基本结构组成，只在传统刷式密封后挡板内表面径向均匀设置多组轴向等高的环形凸台；
[0014]2、在后挡板内表面径向设置多组环形凸台，当刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴后挡板时，环形凸台有效降低刷丝与后挡板的接触，进而降低刷丝与后挡板间摩擦力，可有效降低密封的刚化效应和滞后效应；
[0015]3、环形凸台结构可将后挡板与刷丝束间隙内径向流动引入相邻凸台的间隙中，流体在相邻凸台间隙形成较强漩涡，使得流体能量大量耗散，有效提高密封的封严特性。
【附图说明】
[0016]图1(a)是本实用新型实施例1的结构示意图。
[0017]图1(b)是本实用新型实施例1的结构局部放大图。
[0018]图1(c)图1(a)的A-A向剖视图。
[0019]图2(a)是本实用新型实施例2的结构示意图。
[0020]图2(b)是本实用新型实施例2的结构局部放大图。
[0021]图2(c)图2(a)的B-B向剖视图。
[0022]图中，I为熔焊区，2为前挡板，3为后挡板，4为刷丝束，5为环形凸台，6为转子。【具体实施方式】:
[0023]实施例1
[0024]如图1(a)-图1(c)所示:一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区I，前挡板2，后挡板3，刷丝束4，环形凸台5，转子6。所述刷丝束4根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板2和后挡板3之间形成熔焊区I;所述环形凸台5通过熔焊工艺与后挡板3焊接在一起，所述环形凸台5在转子轴向-径向平面看为矩形，若干环形凸台5沿径向在后挡板3内表面径向排列分布，环形凸台5与后挡板3表面垂直，刷丝束4末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm，环形凸台5的轴向高度为后挡板3与刷丝束4末排刷丝轴向间隙的0.5?I倍，相邻环形凸台5间距w为3mm?6_，在后挡板3内表面径向设计3?5个环形凸台5，环形凸台5厚度L为2mm?4mm。
[0025]实施例2
[0026]如图2(a)-图2(c)所示:一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区I，前挡板2，后挡板3，刷丝束4，环形凸台5，转子6。所述刷丝束4根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板2和后挡板3之间形成熔焊区I;所述环形凸台5通过熔焊工艺与后挡板3焊接在一起，所述环形凸台5在转子轴向-径向平面看为三角形，若干环形凸台5沿径向在后挡板3内表面径向排列分布，环形凸台5与后挡板3表面垂直，刷丝束4末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm，环形凸台5的轴向高度为后挡板3与刷丝束4末排刷丝轴向间隙的0.5?I倍，相邻环形凸台5间距w为3mm?6mm，在后挡板3内表面径向设计3?5个环形凸台5，环形凸台5厚度L为2mm?4mm。
[0027]与传统刷式密封相比，当刷丝束由于轴向气流作用发生轴向弯曲而紧贴后挡板时，环形凸台可以降低刷丝束与后挡板的接触面积，有效降低刷丝束与后挡板间的摩擦力，进而降低刷丝出现悬挂而产生刚化效应和滞后效应;且环形凸台结构可将后挡板处径向流动引入凸台之间间隙中，流体在凸台间间隙形成较强漩涡，使得流体能量大量耗散，降低流体的径向流动，有效提高密封的封严特性。
【主权项】
1.一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、刷丝束、后挡板和环形凸台；前挡板和后挡板通过熔焊区连接，刷丝束根部固定在熔焊区上，自由端与转子贴合，多组环形凸台设置在后挡板的内表面，环形凸台与后挡板内表面垂直。2.如权利要求1所述的一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，其特征在于:所述环形凸台在转子轴向-径向平面看为矩形，所述环形凸台与后挡板内表面垂直，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5 mm，环形凸台的轴向高度为轴向间隙的0.5?I倍，并且每个环形凸台轴向高度相等，相邻环形凸台之间间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个环形凸台径向厚度I为2mm?4mm，在后挡板内表面径向布置3?5个环形凸台。3.如权利要求1所述的一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，其特征在于:所述环形凸台在转子轴向-径向平面看为三角形，所述环形凸台与后挡板内表面垂直，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5 mm，环形凸台的轴向高度为轴向间隙的0.5?I倍，并且每个环形凸台轴向高度相等，相邻环形凸台之间间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个环形凸台径向厚度I为2mm?4mm，在后挡板内表面径向布置3?5个环形凸台。4.如权利要求1所述的一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，其特征在于:所述环形凸台在转子轴向-径向平面看为上游边长小于下游边长的多边形，所述环形凸台与后挡板内表面垂直，刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm，环形凸台的轴向高度为轴向间隙的0.5?I倍，并且每个环形凸台轴向高度相等，相邻环形凸台之间间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个环形凸台径向厚度I为2mm?4mm，在后挡板内表面径向布置3?5个环形凸台。5.如权利要求1所述的一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，其特征在于:所述刷丝束根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧于前挡板和后挡板之间形成熔焊区；所述刷丝束的刷丝米用直径0.05mm?0.15mm的镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm?40mm，刷丝束轴向总厚度5mm?20mm，刷丝与转子径向呈30?60°安装角，安装角顺着转子旋转方向。6.如权利要求3所述的一种后挡板具有环形凸台的刷式密封结构，其特征在于:所述后挡板高度为刷丝长度的0.75?0.95倍，前挡板高度为刷丝长度的0.45?0.75倍，前后挡板厚度为3mm?4.5mm。
【文档编号】F16J15/16GK205479337SQ201620017312
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月8日
【发明人】孙丹, 刘宁宁, 艾延廷, 白伟刚, 李胜远
【申请人】沈阳航空航天大学