一种后挡板具有台阶式环形凸台的刷式密封结构制造技术

一种后挡板具有台阶式环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、刷丝束、后挡板和台阶式环形凸台。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。多组台阶式环形凸台设置在后挡板的内表面，且与后挡板内表面垂直。后挡板出口处第一个环形凸台的轴向高度最高，其余环形凸台的轴向高度沿着径向依次降低。本发明专利技术结构简单，易于加工；台阶式环形凸台可以有针对性的减小刷丝与后挡板之间的摩擦力，进而有效降低密封的刚化效应和滞后效应；台阶式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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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台阶式环形凸台的刷式密封结构。
技术介绍
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。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。可以设想，如果可以从根源提出解决办法，减小由压差造成的刷丝与后挡板间的摩擦力，必然效果明显。通过计算流体力学和悬臂梁弯曲变形理论(将刷丝简化为悬臂梁)计算分析传统刷式密封靠近后挡板处刷丝所受到压力分布特性和刷丝弯曲变形规律，可得到传统刷式密封后挡板处刷丝受到的压力分布和刷丝弯曲变形有如下规律，参考图1和图2:在后挡板保护高度以上区域，沿着刷丝自由端到固定端方向，后挡板处流场压力逐渐增大，进而在压力作用下刷丝弯曲变形量逐渐增大，如果可以有针对性的降低刷丝与后挡板的接触，可以显著降低刷丝与后挡板的摩擦力，则可以很大程度降低刷丝产生刚化效应和滞后效应。
技术实现思路
:本专利技术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台阶式环形凸台的刷式密封结构。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种后挡板具有台阶式环形凸台的刷式密封结构，包括熔焊区、前挡板、刷丝束、后挡板和台阶式环形凸台。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。台阶式环形凸台设置在后挡板的内表面，且与后挡板内表面垂直。优选的，所述台阶式环形凸台在转子轴向-径向平面看为矩形，所述矩形凸台轴向高度依次降低，第一个矩形凸台轴向高度hi最高，hi为刷丝束与后挡板轴向间隙的0.4?I倍，其余矩形凸台的轴向高度hn沿着径向依次降低0.1mm?0.3mm，所述相邻矩形凸台间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个矩形凸台径向厚度I为2mm?4mm。优选的，所述台阶式环形凸台在转子轴向-径向平面看为三角形，所述三角形凸台轴向高度依次降低，第一个三角形凸台轴向高度In最高，In为刷丝束与后挡板轴向间隙的0.4?I倍，其余三角形凸台的轴向高度hn沿着径向依次降低0.1mm?0.3mm，所述相邻三角形凸台间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个三角形凸台径向厚度I为2mm?4mm。优选的，所述台阶式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，所述多边形凸台轴向高度依次降低，第一个多边形凸台轴向高度hi最高，In为刷丝束与后挡板轴向间隙的0.4?I倍，其余多边形凸台的轴向高度匕沿着径向依次降低0.1mm?0.3mm，所述相邻多边形凸台之间间距w为3mm?6mm，并且是等间距，每个多边形凸台径向厚度I为2mm?4mm。优选的，所述刷丝束末排刷丝与后挡板的轴向间隙为O?0.5mm。优选的，所述的环形凸台为3?8个。优选的，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。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。本专利技术提出了一种后挡板具有台阶式环形凸台的刷式密封结构，其主要优点如下: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若干台阶式环形凸台；2、在后挡板内表面径向设置台阶式环形凸台，当刷丝由于高压差发生轴向弯曲紧贴后挡板时，台阶式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；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】:图1是传统刷式密封后挡板处刷丝周围径向压力分布图。图2是传统刷式密封后挡板处刷丝弯曲变形量变化规律图。图3(a)是本专利技术实施例1的结构示意图。图3(b)是本专利技术实施例1的结构局部放大图。图3(c)是图3(a)的A-A向剖视图。图4(a)是本专利技术实施例2的结构示意图。图4(b)是本专利技术实施例2的结构局部放大图。图4(c)是图4(a)的B-B向剖当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后挡板具有台阶式环形凸台的刷式密封结构，其特征在于：包括熔焊区、前挡板、刷丝束、后挡板和台阶式环形凸台；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；台阶式环形凸台设置在后挡板的内表面，且与后挡板表面垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欢，孙丹，刘宁宁，李胜远，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21