[发明专利]一种迷宫组合式多级刷式密封结构

说明书

本发明公开了一种迷宫组合式多级刷式密封结构，尤其涉及一种兆帕级超高压差封严环境的利用单级刷式密封和迷宫密封灵活优化搭配组合实现满足超高压差封严需求的高可靠性和高寿命迷宫组合式多级刷式密封结构，可广泛应用于涡轮基组合循环发动机、火箭基组合循环发动机、空气涡轮火箭组合动力发动机、航空发动机、燃气涡轮或汽轮机等叶轮旋转机械的空气系统、轮缘封严以及轴承腔封严。

技术领域

本发明属于非接触式迷宫密封和接触式刷式密封领域，涉及一种迷宫组合式多级刷式密封结构，尤其涉及一种兆帕级超高压差封严环境的利用单级刷式密封和迷宫密封灵活优化搭配组合实现满足超高压差封严需求的高可靠性和高寿命迷宫组合式多级刷式密封结构，可广泛应用于涡轮基组合循环发动机、火箭基组合循环发动机、空气涡轮火箭组合动力发动机、航空发动机、燃气涡轮或汽轮机等叶轮旋转机械的空气系统、轮缘封严以及轴承腔封严。

背景技术

刷式密封是一种具有优良封严性能的接触式动密封技术，其泄漏量只有传统迷宫密封的1/5～1/10。传统迷宫密封由于固有间隙的存在，封严性能有限，在控制泄漏时会产生气流激振力，易诱发转子涡动失稳。传统迷宫密封与转子之间会发生碰磨，使得密封间隙永久性增大，造成泄漏损失变大。刷式密封主要由前挡板、后挡板和刷丝束组成，前挡板主要起到保护刷丝束作用，后挡板主要是支撑刷丝束，防止在高速气流作用下刷丝发生大变形，并且刷丝束沿转子周向具有一定的倾角，可以减少刷丝束与转子之间的磨损，同时在转子发生跳动时，柔性刷丝可随转子一起运动而减少气体的泄漏。

刷式密封主要分为单级和多级两种形式。单级刷式密封由于结构的原因承压能力有限，很难满足高压差工况下的密封要求，造成密封失效使其寿命降低。在大压差条件下为了能够延长刷式密封的使用寿命，需要使用多级刷式密封。然而在实际应用中发现，多级刷式密封各级压降存在不均衡性问题，其主要原因是各级逐级不均匀增大的体积流量，各级压降随体积流量的逐级不均匀增加而增大；某级刷丝因承担大部分压降导致负荷增加而提前失效，直接影响其封严特性和使用寿命。

目前解决多级刷式密封级间压降不均主要有三种措施，一是通过增大下游级流道截面积，二是改变刷丝束与转子表面间径向间隙，三是改变刷丝之间间隙。这三种措施的基本原理均为增加刷丝束区域流通面积，使该级体积流量增加幅度减小，导致进出口体积流量和压降减小，可以改善压降的分配提高刷式密封的使用寿命。这三种方法虽然均衡了多级刷式密封各级级间压降，但也以牺牲封严性能增加泄漏量为代价。

此外，目前多级刷式密封是通过多个单级刷式密封简单串联实现的，上游级单级刷式密封后挡板与下游级单级刷式密封前挡板配合安装，导致相邻两级刷丝间存在两个挡板结构，从而致使整个多级刷式密封结构轴向距离增加。同时，这种通过多个单级刷式密封简单串联的多级刷式密封结构，每相邻两个单级刷式密封之间接触配合面在较大封严压差下会产生径向泄漏流，进一步降低封严效果。

发明内容

(一)发明解决的技术问题

为实现叶轮旋转机械在超高封严压差环境下的高可靠性和高寿命封严，解决现有多级刷式密封结构无法同时实现级间压降均衡分配以提高使用寿命的同时又进一步提高其封严性能的问题，克服现有单级串联式多级刷式密封结构轴向尺寸大以及相邻单级刷式密封接触配合面在较大封严压差下所存在的径向泄漏问题，本发明提供了一种迷宫组合式多级刷式密封结构，尤其适用于涡轮基组合循环发动机、火箭基组合循环发动机、空气涡轮火箭组合动力发动机、航空发动机、燃气涡轮或汽轮机等叶轮旋转机械的空气系统、轮缘封严以及轴承腔封严，在兆帕级超高压差封严环境下可同时实现超高气动流阻的封严能力和多级刷式密封级间压降均衡分配的高可靠性与高寿命。此外，还可有效降低多级刷式密封结构轴向长度以及实现相邻两个单级刷式密封结构间径向泄漏流的有效抑制。

(二)本发明解决其技术问题所采用的技术方案

一种迷宫组合式多级刷式密封结构，包括一安装套筒以及沿轴向排列设置在所述安装套筒内的多个密封件，所述密封件包括若干级刷式密封单元、若干迷宫封严环、一定距环和一压紧螺母，其特征在于，