本發(fā)明涉及應用于旋轉機械中的動密封結構設計，特別涉及一種復合刷式密封結構。

背景技術：

刷式密封是航空發(fā)動機、汽輪機、壓縮機等旋轉機械的關鍵部件。相對于傳統(tǒng)的迷宮密封，刷式密封不但具有較好的封嚴特性，并且是一種柔性接觸式動密封技術，能夠適應轉子的瞬間徑向變形或偏心運動，此外，刷式密封的刷絲與轉子軸形成柔性接觸，可改善轉子系統(tǒng)的振動特性，保證機組運行的安全性。因此刷式密封被廣泛應用于航空航天、電力、石化等行業(yè)領域的旋轉機械中。

刷式密封由前擋板、后擋板及夾裝在兩者之間的緊密排列的刷絲束組成，刷式密封依靠上述排列整齊、緊密的刷絲與轉子相貼合來隔斷下游氣體并對上游氣體的泄漏造成阻礙從而達到密封的效果，其流場特性與密封機理如下：刷子中刷絲間隙是不均勻的，不均勻性使得均勻的來流進入刷絲束中就變得不均勻，并且從密集的刷絲束區(qū)域向疏松的刷絲束區(qū)域偏流，這些偏流在刷絲之間逐漸形成同向流和射流，并產(chǎn)生隨機的二次流和旋渦流，密封腔內的流場變得非常復雜。當射流遇到前面緊密的刷絲束時，就會改變運動方向而變成和主流方向垂直的橫向流，正由于刷絲束破壞流動而確保流動的不均勻性，使流體產(chǎn)生了自密封效應，橫向流動有效的促進自密封效應的產(chǎn)生，使橫流過刷子的總壓降增大從而減少密封的泄漏。

研究表明，傳統(tǒng)刷式密封在受到刷絲束上下游較高氣體壓差的作用下，刷絲發(fā)生軸向彎曲緊貼后擋板，刷絲與后擋板之間的摩擦力阻礙刷絲及時變形，從而刷絲不能及時跟隨轉子的升速或者渦動偏心增大等運動狀態(tài)進行變形，出現(xiàn)刷絲剛化效應。剛化效應會引起刷絲和轉子跑道的加速磨損，降低刷式密封的密封性能，縮短使用壽命。另外，隨著轉子降速或者恢復到較小渦動偏心位置時，刷絲與后擋板之間的摩擦力又阻礙刷絲不能立即復原，刷絲出現(xiàn)懸掛，出現(xiàn)刷絲滯后效應。剛化效應與滯后效應會加速刷絲和轉子表面的磨損，降低刷式密封的密封性能，增大氣體泄漏量，縮短使用壽命。并且傳統(tǒng)刷式密封進口與出口間存在明顯直通效應，使得流體會以較高的軸向射流流出，造成刷絲自由端部彎曲甚至折斷，嚴重影響刷式密封的封嚴性能和使用壽命。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種復合刷式密封結構，以解決上述至少一個技術問題。

本發(fā)明的技術方案是：

一種復合刷式密封結構，其特征在于：包括熔焊區(qū)、前擋板、后擋板、刷絲束、前擋板密封齒、后擋板密封齒、前圓盤、后圓盤和轉子；所述前擋板和后擋板通過熔焊區(qū)連接，刷絲束根部固定在熔焊區(qū)上，端部與轉子貼合；所述前擋板密封齒設置在前擋板上游外表面，所述后擋板密封齒設置在后擋板下游外表面；所述前擋板密封齒和后擋板密封齒周向呈環(huán)形并與前擋板和后擋板表面垂直；所述前圓盤位于轉子的上游表面，所述后圓盤位于轉子的下游表面，前圓盤與前擋板平行，后圓盤與后擋板平行。

可選的，所述前擋板密封齒的徑向高度h1為前擋板高度的0.5～1倍，后擋板下密封齒的徑向高度h2為后擋板高度的0.5～1倍。

可選的，所述前擋板密封齒和后擋板密封齒徑向厚度為0.5mm～2mm，前擋板密封齒的軸向高度l1為1mm～3mm，后擋板密封齒的軸向高度l2為1mm～3mm，并且每個密封齒軸向高度相等，相鄰密封齒之間是等間距的。

可選的，所述前擋板密封齒與前圓盤的軸向間距m1為1mm～2mm，后擋板密封齒與后圓盤的軸向間距m2為1mm～2mm。

可選的，所述前圓盤和后圓盤的軸向厚度w1與w2分別為對應前后擋板厚度的0.5～1.5倍。

可選的，，所述刷絲束的末排刷絲與后擋板的軸向間隙d為0～5mm。

可選的，所述刷絲束根部通過熔焊工藝被固定，并夾緊與前擋板和后擋板之間形成熔焊區(qū)；所述刷絲一般采用直徑0.05～0.15mm的鎳基耐高溫合金絲，刷絲長度為25mm～40mm，刷絲束軸向總厚度0.5～20mm，刷絲與轉子徑向呈30～60°安裝角，安裝角順著轉子旋轉方向。

可選的，所述刷式密封后擋板高度為刷絲長度的0.75～0.95倍，前擋板高度為刷絲長度的0.45～0.75倍，前后擋板厚度為3～4.5mm。

發(fā)明效果：

1、本發(fā)明結構簡單，不改變傳統(tǒng)刷式密封的基本結構組成，只在傳統(tǒng)刷式密封系統(tǒng)轉子面設計圓盤，并且在前擋板上游側表面和后擋板下游側表面徑向設置多組密封齒，易于加工；

2、本發(fā)明在刷式密封前擋板上游區(qū)域設計轉子圓盤具有高承壓作用，可以有效降低刷絲束前后軸向氣流壓力，減弱刷絲由于高壓差發(fā)生軸向彎曲緊貼后擋板，進而可有效降低密封的剛化效應和滯后效應，減少刷式密封磨損，提高刷式密封性能。并且前后圓盤結構增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封泄漏的直通效應，提高了新型刷式密封系統(tǒng)的封嚴性能；

3、本發(fā)明前、后擋板設置多組密封齒，起到迷宮密封的作用，密封齒結構可將擋板與轉子圓盤間隙中的徑向流動引入密封齒間隙中，流體在密封齒間隙形成較強漩渦，使得流體能量大量耗散，降低徑向流動，有效提高密封的封嚴特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明復合刷式密封結構的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明復合刷式密封結構的局部示意圖。

圖3是復合刷式密封結構中轉子的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

下面結合附圖1至圖3對本發(fā)明復合刷式密封結構做進一步詳細說明。

本發(fā)明提供了一種轉子含圓盤的復合刷式密封結構，可以包括熔焊區(qū)1、前擋板2、后擋板3、刷絲束4、前擋板密封齒5、后擋板密封齒9、前圓盤6、后圓盤7以及轉子8。

前擋板2上游外表面徑向設計有前擋板密封齒5，前擋板密封齒5徑向高度h1為前擋板2高度的0.5倍；后擋板3下游外表面徑向設計有后擋板密封齒9，后擋板密封齒9的徑向高度h2為后擋板3高度的0.5倍。

前擋板密封齒5和后擋板密封齒9周向呈環(huán)形并與前后擋板表面垂直，且每個密封齒徑向厚度為0.5mm；前擋板密封齒5的軸向高度l1為1mm，后擋板密封齒9的軸向高度l2為1mm，并且每個密封齒軸向高度相等，相鄰密封齒之間是等間距。另外，前擋板密封齒5與前圓盤6的軸向間距m1為1mm，后擋板密封齒9與后圓盤7的軸向間距m2為1mm。

前圓盤6位于刷式密封上游轉子8表面，后圓盤7位于刷式密封下游轉子8表面，前圓盤6與刷式密封前擋板2平行，后圓盤7與刷式密封后擋板3平行。前后圓盤的軸向厚度w1與w2分別為對應前后擋板厚度的0.6倍，刷絲束4末排刷絲與后擋板3的軸向間隙d為1mm。

與傳統(tǒng)刷式密封相比，本發(fā)明的圓盤結構增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封泄漏的直通效應，提高了新型刷式密封系統(tǒng)的封嚴性能。并且圓盤結構具有高承壓作用，可以有效降低刷絲束前后軸向氣流壓力，減弱刷絲由于高壓差發(fā)生軸向彎曲緊貼后擋板，進而可有效降低密封的剛化效應和滯后效應，減少刷式密封磨損，提高刷式密封性能。并且前后擋板徑向設置多組密封齒，起到迷宮密封的作用，密封齒結構可將擋板與圓盤間的徑向流動引入密封齒間隙中，流體在密封齒間隙形成較強漩渦，使得流體能量大量耗散，降低徑向流動，有效提高密封的封嚴特性。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。