[发明专利]一种空心丝刷式密封装置

说明书

本发明属于航空发动机设计领域，涉及用于航空发动机、燃气轮机等旋转机械空气和燃气流路的气体封严装置。由前挡板(5)、后挡板(1)和若干空心丝(6)组成，本发明的目的是提供一种具有耐温能力高、低摩擦、低泄漏的刷式密封方案，本方案通过对刷丝采取强制冷却措施、对摩擦面提供气体润滑，能显著提高刷式密封装置的工作能力(使用温度和摩擦线速度)和封严性能。

技术领域

本发明属于航空发动机设计领域，涉及用于航空发动机、燃气轮机等旋转机械空气和燃气流路的气体封严装置。

背景技术

英国牛津大学于1990年提出“压力平衡型低滞后效应的刷式密封”的专利设计，通过后挡板的压力平衡腔的设计改善了刷丝的滞后效应。90年代中期，在GE90发动机上已将原高压压气机出口、低压涡轮盘腔中的篦齿密封换装了单级低滞后效应的刷式密封。德国MTU公司在非焊接式(绕固式)刷封，以及刷丝材料方面进行了开创性研究，于1985年申请了一种名为“MTU刷式密封”的专利。同时也创造性的进行了将刷式密封应用于轴承腔封严的研究，并将最新的“MTU刷封”应用于EJ200发动机的主轴及二次流路封严中。但是这些传统意义上的刷式密封结构都存在共同的问题：1)使用温度较低，受限于刷丝材料的耐温能力很难在高压涡轮叶尖、级间等高温空气流路中实际应用；2)刷丝与跑道存在固有的磨损，工作一段时间后由于刷丝和跑道的磨损，泄漏量增大，降低封严效果和使用寿命。

发明内容

本发明的目的：本发明的目的是提供一种具有耐温能力高、低摩擦、低泄漏的刷式密封方案，本方案通过对刷丝采取强制冷却措施、对摩擦面提供气体润滑，能显著提高刷式密封装置的工作能力(使用温度和摩擦线速度)和封严性能。

本发明的技术方案：一种空心丝刷式密封装置，由前挡板(5)、后挡板(1)和若干空心丝(6)组成，层层重叠、沿圆周紧密排列的空心丝(6)被前挡板(5)和后挡板(1)加持在中间。其中所述空心丝刷式密封装置采用卡圈(4)、紧配合或焊接等方式固定在发动机的机匣壳体(3)上。所述空心丝(6)为带有通气孔(9)的细丝，空心丝(6)以一定倾角倾向转轴(7)切向。

所述前挡板(5)是环形结构的壳体，与后挡板(1)焊接或粘结成一体后形成集气腔(10)，所述集气腔(10)外侧开有通气孔(8)，用于将冷气引入集气腔(10)。

所述通气孔(9)与集气腔(10)相贯通。

所述后挡板(1)是环形结构的平板，用于承受轴向气体负荷。

所述防转销(2)用于防止空心丝刷式密封装置周向转动。

本发明的有益效果：空心丝刷式密封的优势在于：通过将冷气引入空心丝(6)内部，对其芯部进行强制冷却；冷气从空心丝(6)内部吹出，对转轴(7)表面进行冷却，降低刷式密封工作温度，提高了刷式密封的使用环境温度范围，继而提高整个密封装置的使用寿命；通过控制冷气从空心丝(6)内部吹出的压力，可以使空心丝(6)和转轴(7)之间形成流体静压气膜，降低空心丝(6)与转轴(7)之间的磨损和摩擦生热，同时降低空气泄漏量。空心丝刷式密封的结构简单，易于实现。采用这种结构对密封装置的加工成本和重量影响很小，但是可以提高刷式密封的使用温度、减少约1％左右的气流泄漏量，从而使发动机的燃油消耗量(SFC)下降1％、直接使用成本0.4～0.6％。空心丝刷式密封不仅可以应用到航空发动机上，而且可以方便的应用于各种旋转或静止的高低压腔之间的密封，具有非常广阔的应用前景

附图说明

图1是本发明空心丝刷式密封结构示意图；

图2是空心丝装夹示意图；

图3是空心丝刷式密封应用位置示意图；

图4是不同引气压力下刷丝端部与跑道之间所形成的流体动压膜示意图；

图5是前挡板结构示意图；

图6是前后挡板组件结构示意图。