可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构

本发明涉及刷式密封领域，特别提供了一种可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构。

背景技术：

1、刷式密封作为一种先进的非接触式动密封，在寿命长的基础上又具有良好的封严性能，是航空发动机等旋转机械的关键部件，作为传统篦齿密封的最简单有效的替代产品，刷式密封在防止工作介质泄漏和节能减耗等方面起到关键作用。

2、随着航空发动机及燃气轮机等透平机械向高性能方向发展，密封结构上下游压差不断增大，刷式密封承受气流力不断增大，如图5所示，刷式密封结构的刷丝3在气流力的作用下会产生向前和向后的扰动，增大与前挡板1和后挡板2的摩擦力，引起浮升效应和滞后效应，影响刷式密封的封严性能和使用寿命。

3、因此，提出一种可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，以提高刷式密封的封严性能和使用寿命，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可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，以解决传统刷式密封结构的刷丝因气流力扰动而引起浮升效应和滞后效应，进而影响刷式密封的密封性能及使用寿命的问题。

2、本发明提供的技术方案是：一种可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，包括：前挡板、后挡板、刷丝束、第一弹性限位结构和第二弹性限位结构，其中，所述刷丝束设置于所述前挡板与后挡板之间，所述第一弹性限位结构和第二弹性限位结构分别设置于所述刷丝束的上游和下游，用于限制所述刷丝束的前排刷丝和后排刷丝在气流力扰动下沿刷式密封结构的轴向产生位移。

3、优选，所述第一弹性限位结构包括上游弹簧阵列和上游限位环，所述上游弹簧阵列沿所述前挡板的周向设置，所述上游弹簧阵列的一端与所述前挡板的后端面固定连接，所述上游限位环对应连接于所述上游弹簧阵列的自由端，自然状态下，所述上游限位环的后端面与所述前排刷丝接触且无相互作用力。

4、进一步优选，所述上游限位环沿其周向均匀设置有通气孔。

5、进一步优选，所述第二弹性限位结构包括下游弹簧阵列、固定环、连杆和下游限位环，所述下游弹簧阵列沿所述后挡板的周向设置，所述下游弹簧阵列的一端与所述后挡板固定连接，所述连杆沿所述后挡板的周向均匀设置，所述下游弹簧阵列的另一端及所述连杆的一端均与所述固定环连接，所述下游限位环对应连接于所述连杆的自由端，自然状态下，所述下游限位环的前端面与所述后排刷丝接触且无相互作用力。

6、进一步优选，所述下游限位环沿其周向均匀设置有通气孔。

7、进一步优选，所述下游弹簧阵列和固定环均设置于所述后挡板的后端，所述后挡板上设置有与所述连杆一一对应的通孔，所述通孔内间隔设置有凸台，用于减小所述后挡板与所述连杆的接触面积。

8、进一步优选，所述凸台与所述连杆接触的表面涂有耐磨涂层。

9、进一步优选，所述后挡板内设置有环形空腔，所述下游弹簧阵列和固定环均设置于所述环形空腔内。

10、进一步优选，所述前排刷丝和后排刷丝的直径大于中间刷丝的直径。

11、进一步优选，所述后挡板的前端设置有压力平衡腔。

12、本发明提供的可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，通过第一弹性限位结构和第二弹性限位结构可限制所述刷丝束的前排刷丝和后排刷丝在气流力扰动下沿刷式密封结构的轴向产生位移，进而减小刷丝与转轴的径向间隙以及刷丝与前后挡板的摩擦力，降低前排刷丝的浮升效应以及后排刷丝的滞后效应，提高刷式密封的封严性能和使用寿命。

技术特征：

1.一种可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于，包括：前挡板(1)、后挡板(2)、刷丝束(3)、第一弹性限位结构(4)和第二弹性限位结构(5)，其中，所述刷丝束(3)设置于所述前挡板(1)与后挡板(2)之间，所述第一弹性限位结构(4)和第二弹性限位结构(5)分别设置于所述刷丝束(3)的上游和下游，用于限制所述刷丝束(3)的前排刷丝和后排刷丝在气流力扰动下沿刷式密封结构的轴向产生位移。

2.按照权利要求1所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述第一弹性限位结构(4)包括上游弹簧阵列(41)和上游限位环(42)，所述上游弹簧阵列(41)沿所述前挡板(1)的周向设置，所述上游弹簧阵列(41)的一端与所述前挡板(1)的后端面固定连接，所述上游限位环(42)对应连接于所述上游弹簧阵列(41)的自由端，自然状态下，所述上游限位环(42)的后端面与所述前排刷丝接触且无相互作用力。

3.按照权利要求2所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述上游限位环(42)沿其周向均匀设置有通气孔。

4.按照权利要求1所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述第二弹性限位结构(5)包括下游弹簧阵列(51)、固定环(52)、连杆(53)和下游限位环(54)，所述下游弹簧阵列(51)沿所述后挡板(2)的周向设置，所述下游弹簧阵列(51)的一端与所述后挡板(2)固定连接，所述连杆(53)沿所述后挡板(2)的周向均匀设置，所述下游弹簧阵列(51)的另一端及所述连杆(53)的一端均与所述固定环(52)连接，所述下游限位环(54)对应连接于所述连杆(53)的自由端，自然状态下，所述下游限位环(54)的前端面与所述后排刷丝接触且无相互作用力。

5.按照权利要求4所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述下游限位环(54)沿其周向均匀设置有通气孔。

6.按照权利要求4所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述下游弹簧阵列(51)和固定环(52)均设置于所述后挡板(2)的后端，所述后挡板(2)上设置有与所述连杆(53)一一对应的通孔，所述通孔内间隔设置有凸台，用于减小所述后挡板(2)与所述连杆(53)的接触面积。

7.按照权利要求6所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述凸台与所述连杆(53)接触的表面涂有耐磨涂层。

8.按照权利要求4所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板(2)内设置有环形空腔(21)，所述下游弹簧阵列(51)和固定环(52)均设置于所述环形空腔(21)内。

9.按照权利要求1所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述前排刷丝和后排刷丝的直径大于中间刷丝的直径。

10.按照权利要求1所述可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，其特征在于：所述后挡板(2)的前端设置有压力平衡腔(22)。

技术总结
本发明公开了一种可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，包括：前挡板、后挡板、刷丝束、第一弹性限位结构和第二弹性限位结构，其中，所述刷丝束设置于所述前挡板与后挡板之间，所述第一弹性限位结构和第二弹性限位结构分别设置于所述刷丝束的上游和下游。该可抑制刷丝浮升效应和滞后效应的刷式密封结构，可限制所述刷丝束的前排刷丝和后排刷丝在气流力扰动下沿刷式密封结构的轴向产生位移，进而减小刷丝与转轴的径向间隙以及刷丝与前后挡板的摩擦力，降低前排刷丝的浮升效应以及后排刷丝的滞后效应，提高刷式密封的封严性能和使用寿命。

技术研发人员：孙丹,刘恩宇,李玉,赵欢,徐文峰,温帅方
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