一种复合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，特别涉及一种复合刷式密封结构。

背景技术：

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。

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：刷子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。并且传统刷式密封进口与出口间存在明显直通效应，使得流体会以较高的轴向射流流出，造成刷丝自由端部弯曲甚至折断，严重影响刷式密封的封严性能和使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种复合刷式密封结构，以解决上述至少一个技术问题。

本发明的技术方案是：

一种复合刷式密封结构，其特征在于：包括熔焊区、前挡板、后挡板、刷丝束、前挡板密封齿、后挡板密封齿、前圆盘、后圆盘和转子；所述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，端部与转子贴合；所述前挡板密封齿设置在前挡板上游外表面，所述后挡板密封齿设置在后挡板下游外表面；所述前挡板密封齿和后挡板密封齿周向呈环形并与前挡板和后挡板表面垂直；所述前圆盘位于转子的上游表面，所述后圆盘位于转子的下游表面，前圆盘与前挡板平行，后圆盘与后挡板平行。

可选的，所述前挡板密封齿的径向高度h1为前挡板高度的0.5～1倍，后挡板下密封齿的径向高度h2为后挡板高度的0.5～1倍。

可选的，所述前挡板密封齿和后挡板密封齿径向厚度为0.5mm～2mm，前挡板密封齿的轴向高度l1为1mm～3mm，后挡板密封齿的轴向高度l2为1mm～3mm，并且每个密封齿轴向高度相等，相邻密封齿之间是等间距的。

可选的，所述前挡板密封齿与前圆盘的轴向间距m1为1mm～2mm，后挡板密封齿与后圆盘的轴向间距m2为1mm～2mm。

可选的，所述前圆盘和后圆盘的轴向厚度w1与w2分别为对应前后挡板厚度的0.5～1.5倍。

可选的，，所述刷丝束的末排刷丝与后挡板的轴向间隙d为0～5mm。

可选的，所述刷丝束根部通过熔焊工艺被固定，并夹紧与前挡板和后挡板之间形成熔焊区；所述刷丝一般采用直径0.05～0.15mm的镍基耐高温合金丝，刷丝长度为25mm～40mm，刷丝束轴向总厚度0.5～20mm，刷丝与转子径向呈30～60°安装角，安装角顺着转子旋转方向。

可选的，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3～4.5mm。

发明效果：

1、本发明结构简单，不改变传统刷式密封的基本结构组成，只在传统刷式密封系统转子面设计圆盘，并且在前挡板上游侧表面和后挡板下游侧表面径向设置多组密封齿，易于加工；

2、本发明在刷式密封前挡板上游区域设计转子圆盘具有高承压作用，可以有效降低刷丝束前后轴向气流压力，减弱刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴后挡板，进而可有效降低密封的刚化效应和滞后效应，减少刷式密封磨损，提高刷式密封性能。并且前后圆盘结构增加了密封间隙射流流体的流动阻力，降低了引起密封泄漏的直通效应，提高了新型刷式密封系统的封严性能；

3、本发明前、后挡板设置多组密封齿，起到迷宫密封的作用，密封齿结构可将挡板与转子圆盘间隙中的径向流动引入密封齿间隙中，流体在密封齿间隙形成较强漩涡，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。

附图说明

图1是本发明复合刷式密封结构的结构示意图。

图2是本发明复合刷式密封结构的局部示意图。

图3是复合刷式密封结构中转子的结构示意图。

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对本发明复合刷式密封结构做进一步详细说明。

本发明提供了一种转子含圆盘的复合刷式密封结构，可以包括熔焊区1、前挡板2、后挡板3、刷丝束4、前挡板密封齿5、后挡板密封齿9、前圆盘6、后圆盘7以及转子8。

前挡板2上游外表面径向设计有前挡板密封齿5，前挡板密封齿5径向高度h1为前挡板2高度的0.5倍；后挡板3下游外表面径向设计有后挡板密封齿9，后挡板密封齿9的径向高度h2为后挡板3高度的0.5倍。

前挡板密封齿5和后挡板密封齿9周向呈环形并与前后挡板表面垂直，且每个密封齿径向厚度为0.5mm；前挡板密封齿5的轴向高度l1为1mm，后挡板密封齿9的轴向高度l2为1mm，并且每个密封齿轴向高度相等，相邻密封齿之间是等间距。另外，前挡板密封齿5与前圆盘6的轴向间距m1为1mm，后挡板密封齿9与后圆盘7的轴向间距m2为1mm。

前圆盘6位于刷式密封上游转子8表面，后圆盘7位于刷式密封下游转子8表面，前圆盘6与刷式密封前挡板2平行，后圆盘7与刷式密封后挡板3平行。前后圆盘的轴向厚度w1与w2分别为对应前后挡板厚度的0.6倍，刷丝束4末排刷丝与后挡板3的轴向间隙d为1mm。

与传统刷式密封相比，本发明的圆盘结构增加了密封间隙射流流体的流动阻力，降低了引起密封泄漏的直通效应，提高了新型刷式密封系统的封严性能。并且圆盘结构具有高承压作用，可以有效降低刷丝束前后轴向气流压力，减弱刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴后挡板，进而可有效降低密封的刚化效应和滞后效应，减少刷式密封磨损，提高刷式密封性能。并且前后挡板径向设置多组密封齿，起到迷宫密封的作用，密封齿结构可将挡板与圆盘间的径向流动引入密封齿间隙中，流体在密封齿间隙形成较强漩涡，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。

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。