一种刷丝受约束的刷式密封制造技术

本发明专利技术公开了一种刷丝受约束的刷式密封，包括上游环、下游环和装夹在上游环和下游环之间的刷丝，还包括一片以上的限位片，限位片为长条形薄片状；限位片一端为固定端、另一端为自由端；限位片设在上游环和下游环之间、且相间设置在整圈刷丝之间，相邻两限位片之间的刷丝定义为刷丝束，限位片的宽度方向沿轴向横穿刷丝束的厚度方向，限位片的固定端设在刷丝的固定端之间。本发明专利技术刷丝受约束的刷式密封主要是针对传统刷式密封不可控的“压力闭合效应”提出的解决方案，不仅大大增强了刷式密封的结构稳定性，而且有利于增加刷丝排列的紧密性，从而减少刷丝间的泄漏，提高刷式密封的密封性能。此外，本发明专利技术提出了一种降低刷式密封的磨损率的新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种刷丝受约束的刷式密封
本专利技术属于旋转机械密封领域，具体涉及一种刷丝受约束的刷式密封。
技术介绍
在旋转机械中，常使用不同类型的密封装置对不同压力室进行密封，这些密封装 置包括篦齿密封、刷式密封、指尖密封、石墨密封等。在大多场合下，常常篦齿密封和刷式密 封二选其一，篦齿密封具有高可靠性和长寿命的优点，而刷式密封具有更好的密封性能。 刷式密封是现代先进透平机械发展的关键技术之一，已经应用于航空发动机、工 业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械中。刷式密封的基本结构至少包括上游环、下游环和刷丝， 且刷丝装夹在上游环和下游环之间。上述刷丝一般采用直径〇. 05?0. 15mm的耐高温合金 丝，刷丝束总厚度0.6?2mm，刷丝与转子径向呈15?60°倾角，倾角顺着转子旋向。刷式 密封在转子瞬间大幅径向位移后仍可保持密封间隙不变，进而实现高效密封。 与传统篦齿密封相比，刷式密封在许多方面具有优势，然而也存在一些问题，导致 其至今仍没能替代传统密封技术，需进一步研究改进。近年来，对刷式密封的研究方兴未 艾，研究主要集中在解决压力闭合效应、刚化效应和迟滞效应。 刷式密封的压力闭合效应是指刷丝倾角在压差作用下变小而发生的内孔收缩 现象。因压差存在，刷丝束内部形成径向气流，如图1所示；这种径向气流会促使刷丝倾角 自发地变小，即刷丝自由端自发地贴近转子，如图4中单根刷丝向转子表面方向靠近。当压 差足够大、径向气流足够强烈时，刷丝会贴紧转子表面，刷式密封与转子零间隙配合。尽管 这种现象在某种程度上是我们希望看到的，但是这种现象的不稳定性最终会导致刷丝自由 端过度磨损并伤及转子，刷式密封很快失效，严重影响刷式密封的使用寿命。 刷式密封的刚化效应和迟滞效应均是由于其承受的高压差造成的。压差使 刷丝锁定在下游环上，刷丝一旦与转子发生碰磨，需克服刷丝与下游环之间较大的摩擦力， 这必然会增大磨损；刷丝一旦退让，由于上述摩擦力的存在，刷丝也不易复位，造成泄漏增 加。 目前，在刷丝上游增设遮流板可在一定程度上减小压力闭合效应的不利影响， 但同时会增大刚化效应和迟滞效应的不利影响。 国外公司为了减小刚化效应和迟滞效应的不利影响，设计出压力平衡型刷 式密封，即在刷丝下游环上增设压力平衡腔，以减小上述摩擦力。然而，压力平衡腔的设计 需格外谨慎，不仅更容易产生压力闭合效应，而且还容易引起刷丝颤动现象。
技术实现思路
本专利技术提供了一种刷丝受约束的刷式密封。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案： 一种刷丝受约束的刷式密封，包括上游环、下游环和装夹在上游环和下游环之间 的刷丝，还包括一片以上的限位片，限位片为长条形薄片状；限位片一端为固定端、另一端 为自由端；限位片设在上游环和下游环之间、且相间设置在整圈刷丝之间，相邻两限位片之 间的刷丝定义为刷丝束，限位片的宽度方向沿轴向横穿刷丝束的厚度方向，限位片的固定 端设在刷丝的固定端之间。 本申请将位于相邻两限位片之间的刷丝定义为刷丝束；本申请中所提轴向均指应 用本专利技术的旋转机械的转子轴向。 上述限位片设置在整圈刷丝之间，限位片的宽度方向沿轴向横穿刷丝束的厚度方 向设置，这样相邻两限位片对位于它们之间的刷丝束形成约束。限位片优选沿着密封周向 均匀分布。 作为一种公知常识，刷丝也为一端固定端、一端自由端，固定端固定在上游环和下 游环之间，即限位片和刷丝均为一端为固定端、且均固定设在上游环和下游环之间，另一端 为均自由端。上述限位片和刷丝一端为固定端、另一端为自由端指的是将限位片和刷丝长 度方向上的一端与另一端。限位片的宽度方向上一边与上游环相邻，另一边与下游环相邻。 限位片受到下游环的约束，其自由端并非完全自由，而是受一定约束，下游环约束限位片， 限位片约束位于相邻限位片之间的刷丝。 优选，上述上游环、下游环、限位片和刷丝通过焊接的方式连接，焊接方式包括熔 焊和钎焊，焊接位置为限位片和刷丝的固定端。 上述改进主要是针对传统刷式密封不可控的压力闭合效应提出的解决方案，可 大大增强刷式密封的结构稳定性，延长刷式密封的使用寿命。 下游环上、且与限位片和刷丝相邻的侧面上设有限位槽，限位片上设有伸入限位 槽的凸起，凸起上至少有一点与限位槽内壁接触。 为了获得较佳的限位效果，上述限位片与限位槽内壁的接触点应尽量靠近限位片 和刷丝的自由端。 上述限位槽优选为沿下游环整圈设置的圆环状，且与刷式密封的内孔同心，并使 限位片与圆环的内环可接触。这样不仅方便加工，且能减小刚化效应和迟滞效应的 不利影响。 通过上述改进，所述限位片可在一定范围内挠性变形，伸入限位槽内的凸起至少 有一点可与限位槽内壁接触，限位片的接触点定义为限位点。 上述凸起上至少有一点与限位槽内壁接触，包括限位片在自由状态下至少有一点 与限位槽内壁接触，也包括自由状态下，限位片与限位槽保持一定距离，但在一定的径向气 流作用下，限位片上至少有一点与限位槽内壁接触。 作为本申请的一种改进，所述限位点在限位片自由状态时刚好与限位槽内壁接 触。 申请人:经研究发现，上述限位点可限制限位片朝接近转子表面的方向挠曲变形，进而限 制刷丝朝接近转子表面的方向挠曲变形。采用上述技术方案，刷丝在径向气流作用下仍可 保持结构稳定可控，消除传统刷式密封压力闭合效应的不利影响。上述限位槽的设计不 仅起到限位的作用，还可平衡刷丝束前后压差，同时减小刚化效应和迟滞效应的不利 影响。 作为本申请的另一种改进，上述限位点在限位片自由状态时与限位槽内壁分离并 保持一定距离。优选，上述限位点与限位槽内壁的垂直距离为〇. 1?1mm。 申请人:经研究发 现，在足够强的径向气流作用下，刷丝和限位片可朝接近转子表面的方向挠曲变形，即刷式 密封内孔收缩。所述挠曲变形的极限位置为限位点与限位槽内壁刚好接触的位置。采用上 述技术方案，在刷式密封上下游压差比较小时，可保持其内孔较大，对应密封间隙较大；而 在刷式密封上下游压差变大时，其内孔逐渐缩小，对应密封间隙逐渐变小；当所述限位点与 限位槽内壁已经接触时，继续增大刷式密封上下游压差，其内孔大小保持不变，对应密封间 隙保持不变。上述受压力驱动的变间隙特性在某些旋转机械中尤为重要，比如汽轮机，汽轮 机在启停机阶段（汽封前后压差较小），由于过临界转速、汽缸受热不均导致变形等因素的 存在，需要较大的密封间隙才能保证汽封装置不被碰磨；而并网带负荷运行阶段（汽封前 后压差较大），机组状态较为稳定，过大的密封间隙将导致机组效率下降，此时刷式密封受 压力驱动而间隙缩小，可提升汽轮机运行的经济性。 作为本申请的另一种改进，相邻两限位片之间的刷丝相互平行。 上述刷丝优选为圆柱状刷丝，上述刷丝相互平行，指圆柱状刷丝的轴线在自由状 态下相互平行，此时刷丝较容易形成紧密叉排，减小刷丝束的孔隙率。 作为本申请的一种改进，上述限位片长度近似等于刷丝长度，沿着限位片长度方 向宽度不同、厚度相同。 作为本申请的另一种改进，限位片沿着长度方向上的厚度不同，且呈楔形，从固定 端到自由端厚度逐渐减小。 申请人:经研究发现，采用上述技术方案，组成单个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刷丝受约束的刷式密封，包括上游环、下游环和装夹在上游环和下游环之间的刷丝，其特征在于：还包括一片以上的限位片，限位片为长条形薄片状；限位片一端为固定端、另一端为自由端；限位片设在上游环和下游环之间、且相间设置在整圈刷丝之间，相邻两限位片之间的刷丝定义为刷丝束，限位片的宽度方向沿轴向横穿刷丝束的厚度方向，限位片的固定端设在刷丝的固定端之间。

【技术特征摘要】
1. 一种刷丝受约束的刷式密封，包括上游环、下游环和装夹在上游环和下游环之间的 刷丝，其特征在于：还包括一片以上的限位片，限位片为长条形薄片状；限位片一端为固定 端、另一端为自由端；限位片设在上游环和下游环之间、且相间设置在整圈刷丝之间，相邻 两限位片之间的刷丝定义为刷丝束，限位片的宽度方向沿轴向横穿刷丝束的厚度方向，限 位片的固定端设在刷丝的固定端之间。2. 如权利要求1所述的刷丝受约束的刷式密封，其特征在于：下游环上、且与限位片和 刷丝相邻的侧面上设有限位槽，限位片上设有伸入限位槽的凸起，凸起上至少有一点与限 位槽内壁接触。3. 如权利要求1或2所述的刷丝受约束的刷式密封，其特征在于：限位片的固定端宽 度等于刷丝束的厚度；限位片自由端的宽度不小于刷丝束的厚度。4. 如权利要求1或2所述的刷丝受约束的刷式密封，其特征在于：相邻两限位片之间 的刷丝之间相互平行。5. 如权利要求1或2所述的刷丝受约束的刷式密封，其特征在于：限位片沿着长度方 向上的厚度不同，且呈楔形，从固定端到自由端厚度逐渐减小。6. 如权利要求5所述的刷丝受约束的刷式密封，其特征在于：限位片...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦红旗，石伟伟，
申请(专利权)人：南京博沃科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32