可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构

本发明涉及一种应用于透平机械中对转轴间的密封结构，特别提供了一种可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构。

背景技术：

1、刷式密封是广泛应用于航空发动机、燃汽轮机等透平机械领域的先进密封形式，其由前挡板、刷丝与后挡板组成。刷式密封的泄漏量只有传统篦齿密封的10～20％，作为高性能的密封形式而被广泛应用。刷式密封是一种柔性接触式动密封技术，由于刷丝自身良好的柔性，其跟随偏心状态的转子运动，具有优良的封严性能，对转子动力特性具有明显改善作用，有利于保证航空发动机组安全平稳的运行，因此，刷式密封对航空航天等透平机械密封领域具有重要作用。

2、常规刷式密封常应用于单转子部位，且安装于外侧静子，刷式密封结构整体保持静止状态。然而，在透平机械的对转轴间部位，也存在封严需求，并且工况条件更为苛刻，密封结构不仅要在高线速度下保持优良的封严性能，而且要对转子的径向跳动具有高适应能力。

3、然而，在对转轴间部位应用刷式密封存在如下问题：当刷丝安装于内侧转子时，内侧转子可以带动刷丝高速旋转。在高转速离心作用下，柔性刷丝具有径向朝外扩张的趋势，会导致刷丝尖端与外侧转子表面之间接触力与摩擦力均增大，容易出现刷丝高温粘连与疲劳断裂等故障，影响刷式密封结构的整体耐久封严性能与使用寿命。

4、因此，提出一种可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，以避免刷丝自由端因离心效应而与外侧转子剧烈磨擦，延长刷式密封结构使用寿命，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，以解决现有刷丝束安装在内侧转子的对转轴间刷式密封结构中刷丝因离心效应易磨损、使用寿命短等等问题。

2、本发明提供的技术方案是：一种可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，包括：内侧转子、外侧转子、刷丝束、刷丝束固定件和旋转驱动结构，其中，所述刷丝束沿所述内侧转子的周向由多个刷丝束单元组成，所述刷丝束固定件沿所述内侧转子的周向由多个刷丝束固定件单元组成，所述刷丝束单元与所述刷丝束固定件单元一一对应，所述刷丝束单元的中部绕设于转轴上并通过所述刷丝束固定件单元夹紧固定，所述内侧转子的外侧沿其周向设置有安装槽，所述刷丝束固定件单元配合安装于所述安装槽内且能够在所述旋转驱动结构的驱动下在所述安装槽内旋转，初始安装状态时，所述刷丝束所在的平面与所述内侧转子的轴向垂直且所述刷丝束的端部与所述外侧转子过盈配合。

3、优选，所述刷丝束固定件单元包括前挡板、后挡板和过渡连接段，其中，所述过渡连接段的截面为开口的圆形，所述开口的圆形的直径大于前挡板与后挡板之间的间距。

4、进一步优选，所述安装槽与所述过渡连接段适配，所述过渡连接段限位安装于所述安装槽内。

5、进一步优选，所述旋转驱动结构与所述刷丝束固定件单元一一对应设置，所述旋转驱动结构包括第一驱动齿轮和齿条，所述齿条分别与所述第一驱动齿轮及所述过渡连接段的外周啮合，用于在所述在第一驱动齿轮的带动下调整所述刷丝束固定件单元的旋转角度。

6、进一步优选，所述刷丝束固定件单元的后挡板连接一弧形支撑件，所述内侧转子上设置有与所述弧形支撑件一一对应的弧形槽，所述弧形支撑件配合插设于所述弧形槽内且可在第二驱动齿轮的带动下与所述旋转驱动结构同步调整刷丝束固定件单元的旋转角度。

7、本发明提供的可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，刷丝束通过刷丝束固定件配合安装于所述内侧转子的外侧且能够在旋转驱动结构的驱动下旋转，因此，可以通过旋转驱动结构改变刷丝束整体长度在转子径向方向上的分量，初始安装状态时，刷丝束所在的平面与内侧转子的轴向垂直且刷丝束的端部与外侧转子过盈配合(如图1所示)，当内侧转子高速旋转时，刷丝沿内侧转子径向向外扩张，导致刷丝尖端与外侧转子之间的接触力增加、摩擦磨损加剧，此时，通过旋转驱动结构主动控制所有刷丝束固定件单元同步旋转，增大刷丝束与转子轴线垂直面(转子径向平面)的角度(如图2所示)，使刷丝束相对于与内侧转子轴线垂直的平面向上游高压侧偏转，减小刷丝束整体长度在转子径向方向上的分量，即可减少刷丝与外侧转子的接触、减少刷丝磨损，延长刷式密封的使用寿命，抑制离心效应对刷式密封摩擦磨损性能与使用寿命的不利影响。

8、该可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，可通过驱动刷丝束固定件单元来减小刷丝束整体长度在转子径向方向上的分量，减少刷丝与外侧转子的接触、减少刷丝磨损，延长刷式密封的使用寿命。

技术特征：

1.一种可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，其特征在于，包括：内侧转子(1)、外侧转子(2)、刷丝束(3)、刷丝束固定件和旋转驱动结构，其中，所述刷丝束(3)沿所述内侧转子(1)的周向由多个刷丝束单元组成，所述刷丝束固定件沿所述内侧转子(1)的周向由多个刷丝束固定件单元组成，所述刷丝束单元与所述刷丝束固定件单元一一对应，所述刷丝束单元的中部绕设于转轴上并通过所述刷丝束固定件单元夹紧固定，所述内侧转子(1)的外侧沿其周向设置有安装槽，所述刷丝束固定件单元配合安装于所述安装槽内且能够在所述旋转驱动结构的驱动下在所述安装槽内旋转，初始安装状态时，所述刷丝束(3)所在的平面与所述内侧转子(1)的轴向垂直且所述刷丝束(3)的端部与所述外侧转子(2)过盈配合。

2.根据权利要求1所述可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述刷丝束固定件单元包括前挡板(41)、后挡板(42)和过渡连接段(43)，其中，所述过渡连接段(43)的截面为开口的圆形，所述开口的圆形的直径大于前挡板(41)与后挡板(42)之间的间距。

3.根据权利要求2所述可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述安装槽与所述过渡连接段(43)适配，所述过渡连接段(43)限位安装于所述安装槽内。

4.根据权利要求2所述可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述旋转驱动结构与所述刷丝束固定件单元一一对应设置，所述旋转驱动结构包括第一驱动齿轮(51)和齿条(52)，所述齿条(52)分别与所述第一驱动齿轮(51)及所述过渡连接段(43)的外周啮合，用于在所述在第一驱动齿轮(51)的带动下调整所述刷丝束固定件单元的旋转角度。

5.根据权利要求2所述可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，其特征在于：所述刷丝束固定件单元的后挡板(42)连接一弧形支撑件(6)，所述内侧转子(1)上设置有与所述弧形支撑件(6)一一对应的弧形槽(11)，所述弧形支撑件(6)配合插设于所述弧形槽(11)内且可在第二驱动齿轮(7)的带动下与所述旋转驱动结构同步调整刷丝束固定件单元的旋转角度。

技术总结本发明公开了一种可主动减少刷丝磨损的对转轴间刷式密封结构，包括内侧转子、外侧转子、刷丝束、刷丝束固定件和旋转驱动结构，其中，所述刷丝束沿所述内侧转子的周向由多个刷丝束单元组成，所述刷丝束固定件沿所述内侧转子的周向由多个刷丝束固定件单元组成，所述刷丝束单元与所述刷丝束固定件单元一一对应，所述刷丝束单元通过所述刷丝束固定件单元夹紧固定，所述刷丝束固定件单元配合安装于内侧转子上且能够在旋转驱动结构的驱动下旋转，进而改变刷丝束整体长度在转子径向方向上的分量，减少刷丝与外侧转子的接触、减少刷丝磨损，延长刷式密封的使用寿命。技术研发人员：孙丹,杨艺潇,陈鑫义,吴新洲,宋志豪,任国哲受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12