提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构

本发明涉及一种对转轴间刷式密封结构，特别提供了一种提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构。

背景技术：

1、刷式密封是广泛应用于航空发动机、燃汽轮机等透平机械领域的关键密封技术，其由前挡板、刷丝与后挡板组成。刷式密封作为传统篦齿密封的升级替代品，封严性能提升80-90％，因此作为先进的密封形式而被广泛应用。刷式密封是一种柔性接触式动密封技术，刷丝具有良好的柔性可以跟随转子偏心运动，同时保持优异的封严性能，另外，刷式密封对转子动力特性还具有改善作用，有利于确保航空发动机组安全稳定地运行。

2、常规刷式密封常应用于单转子系统，刷丝根部安装于外侧静子，刷丝自由端与转子相互配合，刷式密封结构整体保持静止状态。然而在透平机械的对转轴间部位也存在封严需求，且对转轴间工况条件更为苛刻，不仅要追求优异的封严性能，还要对转轴随机发生的径向跳动与轴向窜动具有良好的适应能力。刷式密封相比传统篦齿类非接触式密封的封严性能更优良，刷式密封相比石墨密封对转子的径向跳动适应能力更强，因此，刷式密封由于自身柔性与优良的封严性能等特性，满足对转轴间部位封严需求。

3、然而，在对转轴间部位应用刷式密封存在如下问题：如图2所示，刷丝安装于外侧转子，外侧转子可以带动刷丝高速旋转。在高转速离心作用下，柔性刷丝具有径向朝外扩张的趋势，会导致刷丝尖端与内侧转子之间形成泄漏间隙，使得刷式密封结构的封严性能下降，随着转速升高，刷丝在离心效应下被压的更紧，刷丝尖端到内侧转子表面的环形泄漏间隙将进一步扩大，对整体封严性能的影响进一步扩大。

4、因此，提出一种新型的刷丝束安装在外侧转子的对转轴间刷式密封结构，以提高刷式密封的封严性能，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，以解决现有刷丝束安装在外侧转子的对转轴间刷式密封结构中刷丝因离心效应而与内侧转子产生泄漏间隙、降低封严性能等问题。

2、本发明提供的技术方案是：一种提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，包括：内侧转子、外侧转子、刷丝束、前挡板和后挡板，其中，所述前挡板固定于所述内侧转子的外侧，所述刷丝束和后挡板均固定于所述外侧转子的内侧，所述前档板的自由端与所述外侧转子间隔设置，所述刷丝束沿所述外侧转子的内周倾斜安装，所述刷丝束的自由端与所述内侧转子接触配合，用于对所述内侧转子进行密封，所述后挡板的自由端与所述内侧转子间隔设置。

3、优选，与所述刷丝束的自由端对应的内侧转子的外侧设置有耐磨损涂层。

4、进一步优选，所述后挡板的自由端设置有与所述刷丝束的下游侧对应的过渡段。

5、进一步优选，所述刷丝束的端部与所述外侧转子焊接。

6、本发明提供的提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，刷丝束固定于外侧转子的内侧，前挡板和后挡板分别安装于内侧转子和外侧转子上，可以引导气流路径，改变泄漏气流的主要流向，即：由传统的轴向流动改为轴向与径向混合流动，其中，气流的径向分量指向径向向内的方向，可对倾斜设置的刷丝产生径向向内的气流力，以抵消离心效应下刷丝微元受到径向朝外的离心力(惯性力)，进而避免刷丝尖端与内侧转子之间环形泄漏间隙的形成，提升刷式密封整体的封严性能，抑制离心效应对刷式密封的不利影响，另外，相比于图2所示的传统型旋转刷式密封，本发明提供的对转轴间刷式密封结构在保证气流泄漏路径的轴向分量没有缩短的前提下，增加了气流泄漏路径的径向距离，增加了非均匀刷丝对于泄漏气流的阻力作用，进一步提升了刷式密封结构整体的封严性能。

技术特征：

1.一种提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于，包括：内侧转子(1)、外侧转子(2)、刷丝束(3)、前挡板(4)和后挡板(5)，其中，所述前挡板(4)固定于所述内侧转子(1)的外侧，所述刷丝束(3)和后挡板(5)均固定于所述外侧转子(2)的内侧，所述前档板(4)的自由端与所述外侧转子(2)间隔设置，所述刷丝束(3)沿所述外侧转子(2)的内周倾斜安装，所述刷丝束(3)的自由端与所述内侧转子(1)接触配合，用于对所述内侧转子(1)进行密封，所述后挡板(5)的自由端与所述内侧转子(1)间隔设置。

2.根据权利要求1所述提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：与所述刷丝束(3)的自由端对应的内侧转子(1)的外侧设置有耐磨损涂层(6)。

3.根据权利要求1所述提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板(5)的自由端设置有与所述刷丝束(3)的下游侧对应的过渡段。

4.根据权利要求1所述提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述刷丝束(3)的端部与所述外侧转子(2)焊接。

技术总结
本发明公开了一种提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构，包括内侧转子、外侧转子、刷丝束、前挡板和后挡板，其中，所述前挡板固定于所述内侧转子的外侧，所述刷丝束和后挡板均固定于所述外侧转子的内侧，所述前档板的自由端与所述外侧转子间隔设置，所述刷丝束沿所述外侧转子的内周倾斜安装，所述刷丝束的自由端与所述内侧转子接触配合，用于对所述内侧转子进行密封，所述后挡板的自由端与所述内侧转子间隔设置。该提升封严性能的错位型对转轴间刷式密封结构可以引导气流路径，改变泄漏气流的主要流向，避免刷丝尖端与内侧转子之间环形泄漏间隙的形成，提升刷式密封整体的封严性能。

技术研发人员：赵欢,杨艺潇,孙丹,李玉,任国哲,刘恩宇
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17