刷式密封结构及具有其的涡轮转子的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种刷式密封结构及具有其的涡轮转子，包括支撑环、刷式跑道和刷毛。该支撑环具有在轴向上相对的第一支撑板和第二支撑板，该第一支撑板和该第二支撑板在径向外端相连。该刷式跑道伸入到支撑环内，与该第一支撑板和该第二支撑板间隔相对。该刷毛从该第一支撑板和该第二支撑板伸出，包围且接触该刷式跑道位于该支撑环内的各个表面。本实用新型的刷式密封结构可降低刷毛径向或轴向位移造成的气体泄漏。
【专利说明】刷式密封结构及具有其的涡轮转子
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械密封领域，尤其是涉及一种刷式密封结构及具有其的涡轮转子。
【背景技术】
[0002]密封装置是现代叶轮机械的重要零部件，密封的性能成为影响叶轮机械性能的主要因素之一。现代叶轮机械发展要求密封结构具有较好的封严性能和较高的使用寿命。
[0003]目前，在机器的固定部分和旋转部分之间的密封结构存在很多形式，例如刷式密封、迷宫式密封和蜂窝密封等。这些密封形式都是用来阻塞固定部件和旋转部件之间的气体流动。在涡轮机中，密封结构用来防止固定部件和旋转部件之间过多的气体流动，以便减小气体泄漏并因此提高涡轮机的工作效率。刷式密封是涡轮机中所采用的一种密封结构类型，它通常用于燃气轮机和蒸汽轮机的压缩机和涡轮，以便减小固定部件和旋转部件之间的泄漏气流量。
[0004]刷式密封结构通常包含多个相对于旋转轴线的大致径向上延伸的刚性刷毛，这些刷毛夹在一对环形支撑板之间。这对支撑板在其径向最外端相连。这种密封结构是固定的，刷毛的外端通常从支撑板之间沿径向向内的方向朝向旋转轴线而向外延伸，以便与诸如压缩机转子或涡轮转子等旋转部件的环形表面相接触。
[0005]由于在刷式密封结构上有时存在着较大的气压差，刷式密封结构的刷毛会发生偏转。刷毛在涡轮机轴向上的偏转会增大刷毛端部和旋转部件之间的间隙。这样，由于容许气体在刷毛内端的周围流动，因而降低了密封的有效性。此外，轴颈离心长大、密封受热长大等因素也可使刷式密封结构的刷毛发生径向的偏移，从而使气体泄漏，密封的有效性降低。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种刷式密封结构，可降低刷毛径向或轴向位移造成的气体泄漏。
[0007]本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种刷式密封结构，包括支撑环、刷式跑道和刷毛。该支撑环具有在轴向上相对的第一支撑板和第二支撑板，该第一支撑板和该第二支撑板在径向外端相连。该刷式跑道伸入到支撑环内，与该第一支撑板和该第二支撑板间隔相对。该刷毛从该第一支撑板和该第二支撑板伸出，包围且接触该刷式跑道位于该支撑环内的各个表面。
[0008]在本实用新型的一实施例中，该刷毛与该第一支撑板和该第二支撑板成一大于0°的角度。
[0009]在本实用新型的一实施例中，该支撑环呈U形，且该刷式跑道伸入该支撑环内的部分为片状。
[0010]在本实用新型的一实施例中，该支撑环呈C形，且该刷式跑道伸入该支撑环内的部分呈T形。
[0011]在本实用新型的一实施例中，在该刷式跑道的径向外延设有扰流齿。
[0012]在本实用新型的一实施例中，该支撑环由多瓣弯曲部组合而成。
[0013]在本实用新型的一实施例中，该刷式跑道由多瓣弯曲部组合而成。
[0014]本实用新型还提出一种涡轮转子，包括如上所述的刷式密封结构。
[0015]本实用新型的刷式密封结构通过支撑环和刷毛形成半包围结构来包围刷式跑道，从而即使刷毛或者整个密封件相对于刷式跑道有轴向或者径向偏移，二者之间的配合仍然较为紧密，降低直至避免了气体的泄漏。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作详细说明，其中:
[0017]图1示出根据本实用新型一实施例的涡轮机部件截面的示意性半视图。
[0018]图2示出本实用新型一实施例的刷式密封结构图。
[0019]图3示出本实用新型另一实施例的刷式密封结构图。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型的实施例描述刷式密封结构。这一刷式密封结构被设计成径向刷式密封形式，可降低刷毛径向或轴向位移造成的气体泄漏。
[0021]首先参见图1，其为根据本实用新型一实施例的涡轮机部件的截面的示意性半视图。涡轮机部件的转子具有三个盘10、12和14。这三个盘10、12和14通过第一环形法兰16在公共轴线上依次组装。各第一环形法兰16承载环形成行的可移动叶片18。三个叶片18在其径向内端通过燕尾形或类似形状的根部安装在盘10、12和14的外周边。整个转子通过驱动锥20连接到驱动轴(图未示)，驱动锥20利用第二环形法兰22紧固在两个盘12和14的第一环形法兰16之间。
[0022]两个环形板24分别安装在盘10、12和14之间，用于将各叶片18沿轴向保持在盘10、12和14上。每个环形板24包括径向壁26，径向壁26沿轴向被夹紧在两个相邻盘的环形法兰16之间。
[0023]在成行的静止导叶28下端沿径向向内延伸，并在其上连接用于支撑刷式密封件30或30’的支撑件32或32’。支撑环34或34’用于固定刷毛36或36’。刷式密封件30或30’在面向由环形板24承载的刷式跑道38或38’的外侧上沿径向布置。刷式跑道38或38’被设计为通过抵靠摩擦与刷毛36或36’配合，以形成刷式密封并限制空气沿径向流过这些密封件30或30’。
[0024]在一实施例中，支撑环34或34’可以分别分割成几瓣弯曲部通过组合安装形成支撑环。类似地，刷式跑道38或38’也可以分别分割成几瓣弯曲部，通过组合安装形成刷式跑道。
[0025]大致上呈柱形的上游和下游扰流部40形成为从叶片18的根部沿轴向突出，并通过阻碍效应与内平台42的上游和下游边缘配合，以限制热气体从涡轮机部件沿径向向内流过径向刷式密封件。
[0026]图1中示出了两种类型的刷式密封件30或30’，每个径向刷式密封件30或30’均装配特定类型的刷式跑道38或38’。因此涡轮机部件具有两种径向刷式密封结构A和B。下面进一步描述两种径向刷式密封结构的实施例。
[0027]图2示出本实用新型一实施例的刷式密封结构的剖视图。结合参考图1和图2所示，本实用新型一实施例的刷式密封结构A包括刷式密封件30和刷式跑道38。刷式密封件30进一步包括支撑环34和刷毛36。支撑环34具有在轴向上相对的第一支撑板34a和第二支撑板34b。第一支撑板34a和第二支撑板34b在径向外端相连。刷式跑道38伸入到支撑环34内，与第一支撑板34a和第二支撑板34b间隔相对。刷毛36从第一支撑板34a和第二支撑板34b伸出，包围且接触刷式跑道38位于支撑环34内的各个表面。
[0028]本实施例的特点是，支撑环34呈U形，从而具有开口。与之配合的刷式跑道38伸入支撑环34内的部分为片状。刷毛36以一定角度(大于0° )安装在第一支撑板34a和第二支撑板34b。从图中可以看到，刷毛36遍布第一支撑板34a和第二支撑板34b，从而能够包围刷式跑道38位于支撑环34内的各个表面。刷毛36相对于支撑板的角度最好大，例如在60-90°之间。
[0029]图3示出本实用新型另一实施例的刷式密封结构的剖视图。结合参考图1和图3所示，本实用新型另一实施例的刷式密封结构B包括刷式密封件30’和刷式跑道38’。刷式密封件30’进一步包括支撑环34’和刷毛36’。支撑环34’具有在轴向上相对的第一支撑板34a’和第二支撑板34b’。第一支撑板34a’和第二支撑板34b’在径向外端相连。刷式跑道38’伸入到支撑环34’内，与第一支撑板34a’和第二支撑板34b’间隔相对。刷毛36’从第一支撑板34a’和第二支撑板34b’伸出，包围且接触刷式跑道38’位于支撑环34’内的各个表面。
[0030]本实施例的特点是，支撑环34呈C形，两个第一支撑板34a’和第二支撑板34b’在开口处收拢。与之配合的刷式跑道38伸入支撑环34内的部分为T形。刷毛36’以一定角度(大于0° )安装在第一支撑板34a’和第二支撑板34b’。从图中可以看到，刷毛36遍布第一支撑板34a’和第二支撑板34b’，从而能够包围刷式跑道38’位于支撑环34’内的各个表面。刷毛36’相对于支撑板的角度最好大，例如在60-90°之间。
[0031]较佳地，在刷式跑道38’的径向外沿装有一定高度的扰流齿44。扰流齿44可对气流产生强劲阻尼，同时减轻刷毛36’尖端所承受压力，优化密封效果。扰流齿44的高度及数量可以根据需要设定。
[0032]本实用新型的上述实施例中，通过支撑环和刷毛形成半包围结构来包围刷式跑道，从而即使刷毛或者整个密封件相对于刷式跑道有轴向或者径向偏移，二者之间的配合仍然较为紧密，降低直至避免了气体的泄漏。
[0033]虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种刷式密封结构，其特征在于包括: 支撑环，该支撑环具有在轴向上相对的第一支撑板和第二支撑板，该第一支撑板和该第二支撑板在径向外端相连； 刷式跑道，伸入到支撑环内，与该第一支撑板和该第二支撑板间隔相对；以及刷毛，从该第一支撑板和该第二支撑板伸出，包围且接触该刷式跑道位于该支撑环内的各个表面。
2.如权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，该刷毛与该第一支撑板和该第二支撑板成一大于0°的角度。
3.如权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，该支撑环呈U形，且该刷式跑道伸入该支撑环内的部分为片状。
4.如权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，该支撑环呈C形，且该刷式跑道伸入该支撑环内的部分呈T形。
5.如权利要求4所述的刷式密封结构，其特征在于，在该刷式跑道的径向外延设有扰流齿。
6.如权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，该支撑环由多瓣弯曲部组合而成。
7.如权利要求1所述的刷式密封结构，其特征在于，该刷式跑道由多瓣弯曲部组合而成。
8.一种涡轮转子，其特征在于包括如权利要求1-7任一项所述的刷式密封结构。
【文档编号】F01D11/02GK204200281SQ201420484556
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】鲁亮, 韩品连, 徐芳, 石随林 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司