[实用新型]一种改善刷丝固定方式的刷式汽封

说明书

技术领域

本实用新型属于汽轮机汽封领域，具体涉及一种改善刷丝固定方式的刷式汽封。 

背景技术

刷式密封是现代先进透平机械发展的关键技术之一，已经应用于航空发动机、工业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械。 

刷式密封的刷丝一般采用直径0.05～0.15mm的耐高温合金丝，刷丝束总厚度0.6～2mm，刷丝与转子径向呈15～60°倾角，倾角顺着转子旋向。刷式密封在转子瞬间大幅径向位移后仍可保持密封间隙不变，进而实现高效密封。 

近年来，刷式密封技术被广泛应用于汽轮机汽封，国内已有数百台汽轮发电机组使用了刷式汽封，为国家的节能减排事业作出了贡献。 

现有技术中，刷式汽封大多是在传统梳齿汽封的基础上用一道或多道刷齿代替原先的汽封齿，前、后夹板装夹刷丝组成刷齿，刷齿通过冲铆或压铆工艺与汽封连接固定。一般而言，上述前夹板低于后夹板，刷丝自由端伸出后夹板，且设置铆接槽与前夹板相邻(如图1、2所示)。上述结构可使刷丝牢牢固定在汽封上。 

然而，刷式汽封的应用实践表明，在汽轮机内部极为复杂的流场和温度场中，易出现掉丝现象，经现场考察与分析，发现现有技术中刷丝的固定方式有待改善。 

工程实践和理论分析均表明，刷式汽封的刷丝在汽轮机内部流场中存在不稳定现象，主要表现为刷丝倾角在压差作用下变小而发生内孔收缩现象，目前这种现象被定义为“压力闭合效应”。尽管上述现象在某种程度上是我们希望看到的，但是这种现象的不稳定性最终会导致刷丝自由端过度磨损并伤及转子，刷式汽封很快失效。 

上述现象产生过程中，还可能伴随刷丝的颤动现象，进而导致刷丝疲劳断裂，影响刷式汽封的使用寿命。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种改善刷丝固定方式的刷式汽封。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种改善刷丝固定方式的刷式汽封，包括汽封基体，还包括镶嵌在汽封基体上的前夹板、后夹板、刷丝和弹性铆固件，所述刷丝装夹在前夹板、后夹板之间；所述弹性铆固件与前夹板相邻；前夹板高于后夹板；前夹板、后夹板装夹刷丝的部分称为固定端，前夹板高出后夹板的部分称为过渡固定端，过渡固定端的刷丝装夹在前夹板和汽封基体的汽封齿之间，且不完全夹紧。 

使用中的刷式汽封沿着轴向前后存在压差，由高压侧至低压侧的方向定义为从前向后的方向。 

上述前夹板、刷丝、后夹板由前向后依次设置，并通过焊接的方式连接。上述刷丝受前夹板和后夹板夹紧力的作用。 

为了提高刷式汽封的承压能力和密封性能，上述刷丝与汽封齿相邻，且设在汽封齿之前。 

申请人经研究发现，现有技术中，多排刷丝装夹在前、后夹板之间，所受夹紧力使前排刷丝存在向前散开的现象，采用常规的冲铆或压铆工艺会进一步促使前排刷丝向前散开，前排刷丝在夹紧处、尤其在装夹的边缘位置受损；虽然刷式汽封使用过程中前后存在压差，刷丝在压差作用下向后与汽封齿靠接，但仍然存在向前散开的趋势；这种趋势是刷丝固定端所受夹紧力造成的，会改变前排刷丝的频率特性，在不稳定流场下更易发生颤动现象，加之刷丝受夹紧力的损伤，很容易出现刷丝固定端断裂的问题，前排刷丝尤为严重。而本申请在刷丝自由端和固定端之间增设过渡固定端，并采用弹性铆固件装配代替传统冲铆或压铆工艺，这种固定方式可改善刷丝的频率特性，有利于解决刷丝颤动的问题，进而解决了刷式汽封掉丝的问题。 

采用本实用新型的刷式汽封结构，更易于制造和维护。传统的冲铆或压铆工艺是不可逆的，加工过程中若发现问题只能重新加工汽封，而本实用新型可直接取出弹性铆固件和刷齿而不破坏汽封本身，这既有利于降低生产成本又能提高生产质量，且在机组一个大修周期后只要更换核心部件(弹性铆固件和刷齿)即可恢复初始密封性能。上述刷齿由前、后夹板装夹刷丝组成。 

上述前夹板高出后夹板，指前夹板和后夹板一端齐平，另一端前夹板长出后夹板。 

上述过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间留有一倍刷丝直径以下的间隙。 

优选，过渡固定端的刷丝与汽封基体的汽封齿之间间隙不大于0.076mm。 

为了进一步解决刷丝不稳定的问题，在刷丝之间增设有限位片，限位片为长条形金属 薄片，限位片的长度等于刷丝的长度，宽度在轴向上的投影不小于刷丝束自由端的厚度。 

顺着轴向汽流方向，长度方向与转子径向呈夹角α等于刷丝倾角，宽度方向与转子轴向呈夹角β为5～15° 

上述改进彻底解决了刷丝的不稳定问题。