本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種刷絲受約束的刷式密封，包括上游環(huán)、下游環(huán)和裝夾在上游環(huán)和下游環(huán)之間的刷絲，還包括一片以上的限位片，限位片為長(zhǎng)條形薄片狀；限位片一端為固定端、另一端為自由端；限位片設(shè)在上游環(huán)和下游環(huán)之間、且相間設(shè)置在整圈刷絲之間，相鄰兩限位片之間的刷絲定義為刷絲束，限位片的寬度方向沿軸向橫穿刷絲束的厚度方向，限位片的固定端設(shè)在刷絲的固定端之間。本發(fā)明專利技術(shù)刷絲受約束的刷式密封主要是針對(duì)傳統(tǒng)刷式密封不可控的“壓力閉合效應(yīng)”提出的解決方案，不僅大大增強(qiáng)了刷式密封的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且有利于增加刷絲排列的緊密性，從而減少刷絲間的泄漏，提高刷式密封的密封性能。此外，本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種降低刷式密封的磨損率的新途徑。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種刷絲受約束的刷式密封
本專利技術(shù)屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封領(lǐng)域，具體涉及一種刷絲受約束的刷式密封。
技術(shù)介紹
在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，常使用不同類型的密封裝置對(duì)不同壓力室進(jìn)行密封，這些密封裝 置包括篦齒密封、刷式密封、指尖密封、石墨密封等。在大多場(chǎng)合下，常常篦齒密封和刷式密 封二選其一，篦齒密封具有高可靠性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，而刷式密封具有更好的密封性能。 刷式密封是現(xiàn)代先進(jìn)透平機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，已經(jīng)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工 業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)等葉輪機(jī)械中。刷式密封的基本結(jié)構(gòu)至少包括上游環(huán)、下游環(huán)和刷絲， 且刷絲裝夾在上游環(huán)和下游環(huán)之間。上述刷絲一般采用直徑〇. 05?0. 15mm的耐高溫合金 絲，刷絲束總厚度0.6?2mm，刷絲與轉(zhuǎn)子徑向呈15?60°傾角，傾角順著轉(zhuǎn)子旋向。刷式 密封在轉(zhuǎn)子瞬間大幅徑向位移后仍可保持密封間隙不變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效密封。 與傳統(tǒng)篦齒密封相比，刷式密封在許多方面具有優(yōu)勢(shì)，然而也存在一些問題，導(dǎo)致 其至今仍沒能替代傳統(tǒng)密封技術(shù)，需進(jìn)一步研究改進(jìn)。近年來，對(duì)刷式密封的研究方興未 艾，研究主要集中在解決壓力閉合效應(yīng)、剛化效應(yīng)和遲滯效應(yīng)。 刷式密封的壓力閉合效應(yīng)是指刷絲傾角在壓差作用下變小而發(fā)生的內(nèi)孔收縮 現(xiàn)象。因壓差存在，刷絲束內(nèi)部形成徑向氣流，如圖1所示；這種徑向氣流會(huì)促使刷絲傾角 自發(fā)地變小，即刷絲自由端自發(fā)地貼近轉(zhuǎn)子，如圖4中單根刷絲向轉(zhuǎn)子表面方向靠近。當(dāng)壓 差足夠大、徑向氣流足夠強(qiáng)烈時(shí)，刷絲會(huì)貼緊轉(zhuǎn)子表面，刷式密封與轉(zhuǎn)子零間隙配合。盡管 這種現(xiàn)象在某種程度上是我們希望看到的，但是這種現(xiàn)象的不穩(wěn)定性最終會(huì)導(dǎo)致刷絲自由 端過度磨損并傷及轉(zhuǎn)子，刷式密封很快失效，嚴(yán)重影響刷式密封的使用壽命。 刷式密封的剛化效應(yīng)和遲滯效應(yīng)均是由于其承受的高壓差造成的。壓差使 刷絲鎖定在下游環(huán)上，刷絲一旦與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，需克服刷絲與下游環(huán)之間較大的摩擦力， 這必然會(huì)增大磨損；刷絲一旦退讓，由于上述摩擦力的存在，刷絲也不易復(fù)位，造成泄漏增 加。 目前，在刷絲上游增設(shè)遮流板可在一定程度上減小壓力閉合效應(yīng)的不利影響， 但同時(shí)會(huì)增大剛化效應(yīng)和遲滯效應(yīng)的不利影響。 國(guó)外公司為了減小剛化效應(yīng)和遲滯效應(yīng)的不利影響，設(shè)計(jì)出壓力平衡型刷 式密封，即在刷絲下游環(huán)上增設(shè)壓力平衡腔，以減小上述摩擦力。然而，壓力平衡腔的設(shè)計(jì) 需格外謹(jǐn)慎，不僅更容易產(chǎn)生壓力閉合效應(yīng)，而且還容易引起刷絲顫動(dòng)現(xiàn)象。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種刷絲受約束的刷式密封。 為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案： 一種刷絲受約束的刷式密封，包括上游環(huán)、下游環(huán)和裝夾在上游環(huán)和下游環(huán)之間 的刷絲，還包括一片以上的限位片，限位片為長(zhǎng)條形薄片狀；限位片一端為固定端、另一端 為自由端；限位片設(shè)在上游環(huán)和下游環(huán)之間、且相間設(shè)置在整圈刷絲之間，相鄰兩限位片之 間的刷絲定義為刷絲束，限位片的寬度方向沿軸向橫穿刷絲束的厚度方向，限位片的固定 端設(shè)在刷絲的固定端之間。 本申請(qǐng)將位于相鄰兩限位片之間的刷絲定義為刷絲束；本申請(qǐng)中所提軸向均指應(yīng) 用本專利技術(shù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子軸向。 上述限位片設(shè)置在整圈刷絲之間，限位片的寬度方向沿軸向橫穿刷絲束的厚度方 向設(shè)置，這樣相鄰兩限位片對(duì)位于它們之間的刷絲束形成約束。限位片優(yōu)選沿著密封周向 均勻分布。 作為一種公知常識(shí)，刷絲也為一端固定端、一端自由端，固定端固定在上游環(huán)和下 游環(huán)之間，即限位片和刷絲均為一端為固定端、且均固定設(shè)在上游環(huán)和下游環(huán)之間，另一端 為均自由端。上述限位片和刷絲一端為固定端、另一端為自由端指的是將限位片和刷絲長(zhǎng) 度方向上的一端與另一端。限位片的寬度方向上一邊與上游環(huán)相鄰，另一邊與下游環(huán)相鄰。 限位片受到下游環(huán)的約束，其自由端并非完全自由，而是受一定約束，下游環(huán)約束限位片， 限位片約束位于相鄰限位片之間的刷絲。 優(yōu)選，上述上游環(huán)、下游環(huán)、限位片和刷絲通過焊接的方式連接，焊接方式包括熔 焊和釬焊，焊接位置為限位片和刷絲的固定端。 上述改進(jìn)主要是針對(duì)傳統(tǒng)刷式密封不可控的壓力閉合效應(yīng)提出的解決方案，可 大大增強(qiáng)刷式密封的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)刷式密封的使用壽命。 下游環(huán)上、且與限位片和刷絲相鄰的側(cè)面上設(shè)有限位槽，限位片上設(shè)有伸入限位 槽的凸起，凸起上至少有一點(diǎn)與限位槽內(nèi)壁接觸。 為了獲得較佳的限位效果，上述限位片與限位槽內(nèi)壁的接觸點(diǎn)應(yīng)盡量靠近限位片 和刷絲的自由端。 上述限位槽優(yōu)選為沿下游環(huán)整圈設(shè)置的圓環(huán)狀，且與刷式密封的內(nèi)孔同心，并使 限位片與圓環(huán)的內(nèi)環(huán)可接觸。這樣不僅方便加工，且能減小剛化效應(yīng)和遲滯效應(yīng)的 不利影響。 通過上述改進(jìn)，所述限位片可在一定范圍內(nèi)撓性變形，伸入限位槽內(nèi)的凸起至少 有一點(diǎn)可與限位槽內(nèi)壁接觸，限位片的接觸點(diǎn)定義為限位點(diǎn)。 上述凸起上至少有一點(diǎn)與限位槽內(nèi)壁接觸，包括限位片在自由狀態(tài)下至少有一點(diǎn) 與限位槽內(nèi)壁接觸，也包括自由狀態(tài)下，限位片與限位槽保持一定距離，但在一定的徑向氣 流作用下，限位片上至少有一點(diǎn)與限位槽內(nèi)壁接觸。 作為本申請(qǐng)的一種改進(jìn)，所述限位點(diǎn)在限位片自由狀態(tài)時(shí)剛好與限位槽內(nèi)壁接 觸。 申請(qǐng)人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述限位點(diǎn)可限制限位片朝接近轉(zhuǎn)子表面的方向撓曲變形，進(jìn)而限 制刷絲朝接近轉(zhuǎn)子表面的方向撓曲變形。采用上述技術(shù)方案，刷絲在徑向氣流作用下仍可 保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可控，消除傳統(tǒng)刷式密封壓力閉合效應(yīng)的不利影響。上述限位槽的設(shè)計(jì)不 僅起到限位的作用，還可平衡刷絲束前后壓差，同時(shí)減小剛化效應(yīng)和遲滯效應(yīng)的不利 影響。 作為本申請(qǐng)的另一種改進(jìn)，上述限位點(diǎn)在限位片自由狀態(tài)時(shí)與限位槽內(nèi)壁分離并 保持一定距離。優(yōu)選，上述限位點(diǎn)與限位槽內(nèi)壁的垂直距離為〇. 1?1mm。 申請(qǐng)人:經(jīng)研究發(fā) 現(xiàn)，在足夠強(qiáng)的徑向氣流作用下，刷絲和限位片可朝接近轉(zhuǎn)子表面的方向撓曲變形，即刷式 密封內(nèi)孔收縮。所述撓曲變形的極限位置為限位點(diǎn)與限位槽內(nèi)壁剛好接觸的位置。采用上 述技術(shù)方案，在刷式密封上下游壓差比較小時(shí)，可保持其內(nèi)孔較大，對(duì)應(yīng)密封間隙較大；而 在刷式密封上下游壓差變大時(shí)，其內(nèi)孔逐漸縮小，對(duì)應(yīng)密封間隙逐漸變小；當(dāng)所述限位點(diǎn)與 限位槽內(nèi)壁已經(jīng)接觸時(shí)，繼續(xù)增大刷式密封上下游壓差，其內(nèi)孔大小保持不變，對(duì)應(yīng)密封間 隙保持不變。上述受壓力驅(qū)動(dòng)的變間隙特性在某些旋轉(zhuǎn)機(jī)械中尤為重要，比如汽輪機(jī)，汽輪 機(jī)在啟停機(jī)階段（汽封前后壓差較小），由于過臨界轉(zhuǎn)速、汽缸受熱不均導(dǎo)致變形等因素的 存在，需要較大的密封間隙才能保證汽封裝置不被碰磨；而并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行階段（汽封前 后壓差較大），機(jī)組狀態(tài)較為穩(wěn)定，過大的密封間隙將導(dǎo)致機(jī)組效率下降，此時(shí)刷式密封受 壓力驅(qū)動(dòng)而間隙縮小，可提升汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 作為本申請(qǐng)的另一種改進(jìn)，相鄰兩限位片之間的刷絲相互平行。 上述刷絲優(yōu)選為圓柱狀刷絲，上述刷絲相互平行，指圓柱狀刷絲的軸線在自由狀 態(tài)下相互平行，此時(shí)刷絲較容易形成緊密叉排，減小刷絲束的孔隙率。 作為本申請(qǐng)的一種改進(jìn)，上述限位片長(zhǎng)度近似等于刷絲長(zhǎng)度，沿著限位片長(zhǎng)度方 向?qū)挾炔煌⒑穸认嗤? 作為本申請(qǐng)的另一種改進(jìn)，限位片沿著長(zhǎng)度方向上的厚度不同，且呈楔形，從固定 端到自由端厚度逐漸減小。 申請(qǐng)人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用上述技術(shù)方案，組成單個(gè)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種刷絲受約束的刷式密封，包括上游環(huán)、下游環(huán)和裝夾在上游環(huán)和下游環(huán)之間的刷絲，其特征在于：還包括一片以上的限位片，限位片為長(zhǎng)條形薄片狀；限位片一端為固定端、另一端為自由端；限位片設(shè)在上游環(huán)和下游環(huán)之間、且相間設(shè)置在整圈刷絲之間，相鄰兩限位片之間的刷絲定義為刷絲束，限位片的寬度方向沿軸向橫穿刷絲束的厚度方向，限位片的固定端設(shè)在刷絲的固定端之間。
【技術(shù)特征摘要】
1. 一種刷絲受約束的刷式密封，包括上游環(huán)、下游環(huán)和裝夾在上游環(huán)和下游環(huán)之間的 刷絲，其特征在于：還包括一片以上的限位片，限位片為長(zhǎng)條形薄片狀；限位片一端為固定 端、另一端為自由端；限位片設(shè)在上游環(huán)和下游環(huán)之間、且相間設(shè)置在整圈刷絲之間，相鄰 兩限位片之間的刷絲定義為刷絲束，限位片的寬度方向沿軸向橫穿刷絲束的厚度方向，限 位片的固定端設(shè)在刷絲的固定端之間。2. 如權(quán)利要求1所述的刷絲受約束的刷式密封，其特征在于：下游環(huán)上、且與限位片和 刷絲相鄰的側(cè)面上設(shè)有限位槽，限位片上設(shè)有伸入限位槽的凸起，凸起上至少有一點(diǎn)與限 位槽內(nèi)壁接觸。3. 如權(quán)利要求1或2所述的刷絲受約束的刷式密封，其特征在于：限位片的固定端寬 度等于刷絲束的厚度；限位片自由端的寬度不小于刷絲束的厚度。4. 如權(quán)利要求1或2所述的刷絲受約束的刷式密封，其特征在于：相鄰兩限位片之間 的刷絲之間相互平行。5. 如權(quán)利要求1或2所述的刷絲受約束的刷式密封，其特征在于：限位片沿著長(zhǎng)度方 向上的厚度不同，且呈楔形，從固定端到自由端厚度逐漸減小。6. 如權(quán)利要求5所述的刷絲受約束的刷式密封，其特征在于：限位片...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋紅旗，石偉偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京博沃科技發(fā)展有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32
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