可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构

技术领域

本发明涉及一种刷式密封结构，特别提供了一种可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构。

背景技术

刷式密封被定义为径向自适应丝状密封。近年来，刷式密封已被应用于多种机械场景中。与传统迷宫式密封相比，刷式密封的主要优点是大大降低了泄漏量，相比传统迷宫密封泄漏量可降低80％～90％，刷式密封作为一种柔性接触式动密封技术，它的柔性刷丝能够跟随偏心状态的转子运动，能够适应旋转部件的偏移，改善转子的动力学特性，拥有较好的动态封严性能，然而，对于接触式密封而言，较强的密封性能往往伴随着较强的摩擦磨损，这对密封结构抗摩擦磨损性能也提出了更高要求。

因此，提出一种可有效平衡摩擦磨损和密封性能的刷式密封结构，使其可随压差变化自动调节密封能力，减小密封结构的摩擦磨损，延长密封结构的使用寿命，成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构，以解决现有刷式密封结构无法有效平衡摩擦磨损和密封性能的问题。

本发明提供的技术方案是：一种可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构，包括沿转子轴向依次设置的前挡板、刷丝束和后挡板，所述刷丝束由根部到端部朝向上游高压侧倾斜设置，所述刷丝束的端部与转子间隙配合且能够在上游高压侧的高压气流的推动下与转子过盈配合。

优选，所述刷丝束相对于与转子垂直的平面向上游高压侧偏转0.5～30度。

进一步优选，沿上游高压侧向下游低压侧的方向，所述刷丝束相邻层刷丝间距逐渐减小，相邻层刷丝的间距的变化范围为0.005～0.02mm。

进一步优选，沿上游高压侧向下游低压侧的方向，所述刷丝束中各层刷丝长度逐渐增大且与转子的径向间隙为0.05～0.5mm。

进一步优选，所述前挡板和后挡板由外周到内周均朝向上游高压侧倾斜设置。

进一步优选，所述后挡板的前端设置有环形的压力平衡腔。

进一步优选，所述后挡板与所述刷丝束接触位置的随形弧面根据所述刷丝束在均布载荷作用下的挠曲线方程确定，设下游低压侧刷丝上点到固定端的距离为x，刷丝对应点相对于初始位置的挠度为y，上述关系满足

进一步优选，所述刷丝束为绕箍式刷丝束，所述刷丝束的中部绕设于转轴上并通过“Ω”型绕箍夹紧，所述前挡板与后挡板配合夹持所述绕箍且所述绕箍能够以所述绕箍的中心为圆心实现小角度自由旋转。

进一步优选，所述绕箍的自由旋转角度为1～3度。

进一步优选，所述刷丝束沿周向由多个刷丝束单元组成，所述绕箍沿周向由多个绕箍单元组成，所述刷丝束单元与所述绕箍单元一一对应。

本发明提供的可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构，结构合理，在保证高压差下密封性能的同时可有效减小低压差下密封件的摩擦磨损，提升刷式密封动态封严抗磨损能力。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明提供的可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构的剖面图；

图2为本发明提供的可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构的爆炸图；

图3为刷丝束单元与绕箍单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。

如图1、图2所示，本发明提供了一种可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构，包括沿转子轴向依次设置的前挡板1、刷丝束2和后挡板3，所述刷丝束2由根部到端部朝向上游高压侧倾斜设置，所述刷丝束2的端部与转子6间隙配合且能够在上游高压侧的高压气流的推动下与转子6过盈配合。

该可随压差变化自适应调节密封能力的刷式密封结构通过将刷丝束沿转子轴向倾斜设置使其可以根据刷丝束在不同压差工况影响下的形变量自动调节刷丝束对于转子的径向接触压力，进而调节密封件的密封能力和对于密封件的摩擦磨损强度，当上下游压差较大时，刷丝束受到压差给予的轴向均布载荷也较强，因而将增加刷丝束的轴向形变，进而增强刷丝束对旋转部件的压力，最终达到增强密封能力的效果，当上下游压差较小时，刷丝束受到压差给予的均布载荷也较弱，因而刷丝束的轴向形变将减小，进而减小刷丝束对旋转部件的压力，最终达到减小摩擦磨损强度的效果。

作为技术方案的改进，如图1所示，所述刷丝束2相对于与转子6垂直的平面向上游高压侧偏转0.5～30度。

作为技术方案的改进，沿上游高压侧向下游低压侧的方向，所述刷丝束2相邻层刷丝间距逐渐减小，相邻层刷丝的间距的变化范围为0.005～0.02mm。

作为技术方案的改进，如图1所示，沿上游高压侧向下游低压侧的方向，所述刷丝束2中各层刷丝长度逐渐增大且与转子6的径向间隙为0.05～0.5mm，该设置可以确保在大压差工况下所造成的刷丝的形变不会导致上游刷丝与转子的过盈量过大，可延长密封件的使用寿命。

作为技术方案的改进，如图1所示，所述前挡板1和后挡板3由外周到内周均朝向上游高压侧倾斜设置，所述前挡板和后挡板外端面优选呈竖直形状，可避免密封件因外形角度过大而无法与发动机良好贴合、占用空间过大的问题，提高密封件在实际应用场景安装的互换性，所述后挡板与刷丝束的夹角优选为1～2度，所述后挡板的高度优选为1.1～3.0mm。

作为技术方案的改进，如图1所示，所述后挡板3的前端设置有环形的压力平衡腔，优选，所述压力平衡腔的截面呈7字型，所述压力平衡腔可避免后端面局部厚度过小而导致的后挡板强度不足的可能性，提高了后挡板可承受的轴向压差，所述后挡板的前端面的拐角处优选为圆弧过渡形状，可避免刷丝束在轴向压差的作用下紧贴于后挡板压力平衡腔凸台边缘处而导致应力集中问题，减少刷丝束疲劳断裂与脱落故障，提升刷式密封的使用寿命。

为减小刷丝束与后挡板间轴向压差，降低刷丝束与后挡板间接触力与摩擦力，提高刷丝束与转子的动态跟随性，抑制滞后效应，作为技术方案的改进，如图1所示，所述后挡板3与所述刷丝束2接触位置的随形弧面根据所述刷丝束2在均布载荷作用下的挠曲线方程确定，设下游低压侧刷丝上点到固定端的距离为x，刷丝对应点相对于刷丝初始位置的挠度为y，上述关系满足

作为技术方案的改进，如图1、图3所示，所述刷丝束2为绕箍式刷丝束，所述刷丝束2的中部绕设于转轴上并通过“Ω”型绕箍4夹紧，所述前挡板1与后挡板3配合夹持所述绕箍4且所述绕箍4能够以所述绕箍4的中心为圆心实现小角度自由旋转，当遇到转子发生径向跳动的情况，刷丝束可根据转子跳动方向自调节轴向角度，避免转子径向跳动对密封件带来额外的磨损，延长刷式密封整体使用寿命，优选，所述绕箍4的自由旋转角度为1～3度，所述刷丝束在所述绕箍内的厚度优选为1.0～2.5mm。

作为技术方案的改进，如图3所示，所述刷丝束2沿周向由多个刷丝束单元组成，所述绕箍4沿周向由多个绕箍单元组成，所述刷丝束单元与所述绕箍单元一一对应。

优选，如图2所示，所述前挡板和后挡板采用多边形结构且靠近刷丝束的一侧沿其周向设置有与绕箍配合的圆弧形槽，安装时，由刷丝束单元与绕箍单元组成的刷丝束元件依次配合安装于所述圆弧形槽内，之后，通过固定安装于前挡板和后挡板的径向外侧的紧固件5将前挡板与后挡板位置固定，实现对刷丝束元件的限位夹持，其中，紧固件优选通过铆接方式与前挡板与后挡板固定。

本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。