CN106369166A - 指尖密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种指尖密封装置，所述指尖密封装置包括前挡板、后挡板和设于所述前挡板和所述后挡板之间的若干指尖片；所述前挡板、所述后挡板和所述指尖片均用于套设在转子上，还包括柔性的遮流片，所述遮流片设于所述前挡板和所述指尖片之间，所述遮流片的内径小于所述前挡板的内径，且所述遮流片的内径大于所述指尖片的内径。本发明的指尖密封装置提高密封性能，减小磨损。

Description

指尖密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，尤其涉及一种应用于透平机械的指尖密封装置。

背景技术

随着航空产业的发展，人们对航空发动机性能的要求不断提高，其中，气体流路密封的泄漏是影响发动机性能的重要因素，使得密封装置成为航空发动机中必不可少的重要功能部件，现有的密封方式包括篦齿密封、刷式密封和指尖密封。其中，指尖密封因其优异的密封性能获得了广泛的应用。现有的指尖密封装置通常包括前挡板、若干层指尖片及后挡板，一般采用螺栓、销钉或焊接的方法将它们连接起来。在使用时可将前挡板、若干层指尖片及后挡板套设于转子上，且若干层的指尖片与转子柔性接触，形成密封界面，从而达到密封效果。

但现有指尖密封装置在密封性能上存在着“滞后效应”，即由于转子在离心长大或热膨胀时将指尖片推离了初始位置，当转子回到初始位置后，由于高压气流对指尖片的冲击较大，导致各个指尖片之间以及指尖片与后挡板之间的摩擦力较大，从而阻碍了指尖片恢复到初始位置，从而导致指尖片和转子之间形成较大的间隙，造成泄漏，导致密封效果不佳。

同时，在高压气流的作用下，指尖片之间以及指尖片和后挡板之间有较大的摩擦力，使指尖片与后挡板之间极易出现大的磨损，从而缩短使用寿命。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可提高密封性能的指尖密封装置。

本发明的再一目的在于，提供一种可减小磨损的指尖密封装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种指尖密封装置，包括前挡板、后挡板和设于所述前挡板和后挡板之间的若干指尖片；所述前挡板、所述后挡板和所述指尖片均用于套设在转子上，还包括柔性的遮流片，所述遮流片设于所述前挡板和所述指尖片之间，所述遮流片的内径小于所述前挡板的内径，且所述遮流片的内径大于所述指尖片的内径。

根据本发明的一实施方式，所述遮流片沿周向设有多个缝隙。

根据本发明的一实施方式，所述遮流片为环形结构，多个所述缝隙均从所述遮流片内缘沿所述遮流片的径向延伸。

根据本发明的一实施方式，所述后挡板与靠近所述后挡板的所述指尖片间形成有腔体，所述腔体靠近所述转子设置。

根据本发明的一实施方式，所述后挡板靠近所述指尖片的侧面上形成有凹槽，所述腔体由所述凹槽与靠近所述后挡板的所述指尖片围成。

根据本发明的一实施方式，所述腔体为环形结构，所述环形结构与所述后挡板同轴设置，且所述腔体靠近所述转子的一侧为开放结构。

根据本发明的一实施方式，所述指尖片具有外圆周和内圆周，且沿着所述内圆周形成有多个指尖梁，多个所述指尖梁均包括梁体和位于所述梁体末端的靴部，相邻两个所述指尖梁的所述梁体间形成有圆弧形的第一间隙，相邻两个所述指尖梁的所述靴部间形成有径向延伸的第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙一一对应的连通。

根据本发明的一实施方式，所述指尖片有多个，且任一所述指尖片的指尖梁遮挡与其相邻的指尖片的所述第一间隙和所述第二间隙。

根据本发明的一实施方式，所述后挡板的厚度大于所述前挡板。

根据本发明的一实施方式，所述前挡板、所述后挡板和所述遮流片的材料均为镍基高温合金材料。

由上述技术方案可知，本发明的指尖密封装置的优点和积极效果在于：所述前挡板、所述遮流片、所述指尖片和所述后挡板依次套设于所述转子上，由于所述遮流片的内径小于所述前挡板的内径，且所述遮流片的内径大于所述指尖片的内径，使得所述遮流片不完全覆盖所述指尖片，所述前挡板不完全覆盖所述遮流片，由于所述遮流片具有柔性，在高压气体的作用下，可发生形变，从而对高压气流进行阻挡和缓冲，降低高压气流对所述指尖片的冲击，有利于减小各个指尖片之间以及指尖片与后挡板之间的摩擦力，从而防止因“滞后效应”引起的泄漏，提高密封性能，也起到了保护所述指尖片的作用。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是本发明指尖密封装置一实施方式的结构示意图；

图2是图1中的遮流片的示例结构示意图；

图3是图2的A部的放大图；

图4是图1中的指尖片的示例结构示意图；

图5为图4的B部的放大图。

其中，附图标记说明如下：

1-前挡板；2-后挡板；3-指尖片；31-外圆周；32-内圆周；33-指尖梁；331-梁体；332-靴部；34-第一间隙；35-第二间隙；4-遮流片；41-缝隙；5-腔体；6-转子；7-连接件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在说明本发明或本发明优选实施例的元件时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

图1是本发明指尖密封装置一实施方式的结构示意图；如图1所示，本发明实施例的指尖密封装置，主要包括前挡板1、后挡板2和若干指尖片3；在前挡板1和指尖片3之间设置有柔性的遮流片4，遮流片4的内径小于前挡板1的内径，且遮流片4的内径大于指尖片3的内径，使得前挡板1不完全覆盖遮流片4，遮流片4不完全覆盖指尖片3，也就是说，在使用时，前挡板1、遮流片4、指尖片3和后挡板2依次套设于转子6上时，前挡板1内缘与转子6间的距离小于遮流片4内缘与转子6间的距离，遮流片4内缘与转子6间的距离小于指尖片3内缘与转子6间的距离，当高压气流从前挡板1向后挡板2流动时，部分高压气流可吹至遮流片4上，还有部分高压气流可吹至指尖片3未被遮流片4覆盖的区域并穿过指尖片3。

在本实施方式中，遮流片4上可选择开设缝、孔和凹槽等结构；也可选择保持表面平滑，而未开设风缝、孔和凹槽等结构；图2是图1中的遮流片的示例结构示意图；图3是图2的A部的放大图；如图2和图3所示，一种具体示例是，为了便于引导气流，进一步减小气流对指尖片3的扰乱，可在遮流片4上沿周向开设多个缝隙41，使得气流既可从指尖片3上未被遮流片4覆盖的区域流至指尖片3，又可穿过多个缝隙41流至指尖片3上，避免指尖片3上未被遮流片4覆盖的区域承受过大压力而变形或损坏，也可降低遮流片4承受的气压，保证遮流片4正常工作，同时，也提高了气流通过的效率，此外，由于多个缝隙41可使遮流片4发生形变的能力增强，有利于进一步提高缓冲能力。其中，多个缝隙41也可选择多种设置方式，例如：各个缝隙41均可水平设置、竖直设置或者以预定角度倾斜设置，但不限于上述几种设置方式，但尽量选择区别于指尖片3上缝隙的设置形式，即使选择相同形状，布置时也可选择两者错位布置。

如图2中所示例的方式，多个缝隙41可沿遮流片4的周向均匀分布于遮流片4上，使遮流片4的受力更加平衡，避免遮流片4因受力不均而损坏，有利于保证遮流片4的正常工作。

在本实施方式中，遮流片4可采用环形结构，且遮流片4可套设于转子6上，遮流片4形状可为圆形、方形等形状。同时，由于使缝隙41水平设置、竖直设置或者以预定角度倾斜设置的加工难度较大，因而可选择将多个缝隙41均从遮流片4内缘沿遮流片4的径向开设，即多个缝隙41呈辐射状设置，且缝隙41在遮流片4的内缘处为开口状态，即缝隙41可为U形结构或者V形结构等，多个缝隙41使得遮流片4内缘在与高压气流接触时，更易发生形变，使缓冲效果进一步得到提升，且仍然具有阻挡高压气流、保护指尖片3的作用，有利于保护指尖片3。

在本实施方式中，多个缝隙41的宽度不作限定，但若缝隙41过宽，则导致遮流片4上可阻挡气流的面积过小，从而使阻挡和缓冲作用降低，也使遮流片4的强度降低，不利于使用，若缝隙41的宽度过小，则需要使用较为精密的设备和工艺进行加工，使加工难度增加，制造成本升高。举例来讲，缝隙41的宽度可选择为1mm，或者也可选择为0.9mm、1.1mm等接近1mm的数值，但不以此为限，这样既便与制造，又可保证遮流片4阻挡和缓冲作用，同时也保证了遮流片4的强度。

参照图1所示，在本实施方式中，可在后挡板2与靠近后挡板2的指尖片3间形成有腔体5，且腔体5靠近转子6设置。由于腔体5的存在，使得腔体5所在的区域，指尖片3和后挡板2不接触。使得后挡板2和指尖片3的接触面减小，在工作时，能进一步减小后挡板2和指尖片3间的摩擦力，避免因摩擦力过大而导致指尖片3无法恢复初始位置引起的“滞后效应”。有利于减小在指尖片3和转子6间出现的间隙，防止因“滞后效应”引起的泄漏，从而进一步提高了密封性能。同时，由于后挡板2和指尖片3的接触面减小，也有利于进一步减小后挡板2和指尖片3的磨损，延长使用寿命。

在本实施方式中，在工作时，前挡板1远离指尖片3的一侧可为高压侧，即高压气流的来源侧，后挡板2远离指尖片3的一侧可为低压侧。前挡板1、后挡板2和各个指尖片3均可采用环形结构，且均可套设于转子6上。前挡板1和后挡板2的内径大于转子6，在安装时，可将若干指尖片3设于前挡板1和后挡板2之间，并使用连接件7依次穿过前挡板1、各个指尖片3和后挡板2并进行连接。连接件7有多种选择，例如：螺栓、销钉以及其它可起到相同功能的连接件。

在本实施方式中，腔体5有多种形成方式，例如，可在指尖片3和后挡板2相对的表面上均形成凹槽，相对的凹槽之间围成的区域即为腔体5。也可以仅在后挡板2或指尖片3上可形成凹槽，同样可形成腔体5。还可以使指尖片3和/或后挡板2背向弯曲，也可形成腔体5。但由于在后挡板2上设置凹槽的加工难度相对较低，便于制造，且在安装时，指尖片3覆盖凹槽即可围成腔体5，便于操作，因此，如图1所示，可优选在后挡板2靠近指尖片3的表面上开设凹槽，指尖片3覆盖所述凹槽，从而围成腔体1，方便制造和安装。

在本实施方式中，腔体5可采用环形结构，且所述环形结构与后挡板2同轴设置。且可使腔体5靠近转子6的一侧为开放结构。在使用时，所述环形结构环绕转子6设置，腔体5可以使指尖片3与后挡板2的接触面减小。由于腔体5靠近转子6的一侧为开放结构，即腔体5靠近转子6的表面不封闭，在使用时，所述环形结构环绕转子6设置，气流可进入腔体5，通过腔体5对气体的容纳，在一定程度上起到平衡气压的作用。为了形成环形结构的腔体5，可使凹槽为环形槽结构，且所述环形槽结构与后挡板2同轴设置，指尖片3与所述环形槽结构可围成腔体5。

图4是图1中的指尖片的示例结构示意图；图5为图4的B部的放大图。如图4和图5所示，在本实施方式中，指尖片3可采用圆环形结构，且具有外圆周31和内圆周32。内圆周32即为指尖片3的内缘，沿着内圆周32形成有多个圆弧形的指尖梁33，即从内圆周32出发沿圆弧形轨迹向外圆周31延伸。多个指尖梁33均包括梁体331和位于梁体331末端的靴部332，且相邻两个指尖梁33的梁体331间形成有圆弧形的第一间隙34，相邻两个指尖梁33的靴部332间形成有沿指尖片3的径向延伸的第二间隙35，从而使指尖梁33被相互分隔开。在工作时，指尖片3套设于转子6上，且指尖梁33与转子6柔性接触，具体是靴部332与转子接触，当转子6径向移动时，可挤压指尖梁33的靴部332，使指尖梁33发生变形，转子6恢复初始位置时，指尖梁33也恢复初始位置。在此过程中，由于圆弧形的第一间隙34和径向延伸的第二间隙35将指尖梁33互相分隔，增加了指尖片3的柔顺性，即各个指尖梁3更加容易发生形变，使得指尖片3能跟随转子6移动，并保持与转子6的接触，避免出现因刚性接触导致的磨损，防止密封间隙增大，可进一步提高密封性能。需要说明的是，指尖梁33还可为其他形状，例如：椭圆弧形的指尖梁33，从内圆周32出发沿椭圆弧形轨迹向外圆周31延伸而形成；渐开线形的指尖梁33，从内圆周32出发沿渐开线形的轨迹向外圆周31延伸而形成；切线形的指尖梁33从内圆周32出发沿内圆周32的切线向外圆周31延伸而形成，但不限于此。

在本实施方式中，指尖片3的数量不作限制，可为一个或多个。但为了提高密封性能，优选采用多个指尖片3，即至少两个指尖片3，且多个指尖片3层叠设置于前挡板1和后挡板2之间，其中，当采用多个指尖片3时，可使相邻两个指尖片3错开设置，使得任一指尖片3的指尖梁33可遮挡住与其相邻的指尖片3的第一间隙34和第二间隙35，避免在第一间隙34和第二间隙35处造成泄漏，从而进一步提高密封性能。

在本实施方式中，后挡板2的厚度大于前挡板1的厚度，前挡板1用于夹持指尖片3，后挡板2用于承受压力差以支撑指尖片3，后挡板2较厚，可避免变形，前挡板1较薄，有利于节省材料，降低重量，需要说明的是，在满足使用要求的前提下，后挡板2的厚度也可与前挡板1的厚度相同。

在本实施方式中，前挡板1、后挡板2和遮流片4的材料均可采用高温合金材料，例如：镍基高温合金材料、铁基镍基高温合金材料等，以满足在高温工况下正常工作的需求，其中，由于镍基高温合金材料的抗高温能力和耐腐蚀的能力较强，且具有良好的疲劳性能，因此，前挡板1、后挡板2和遮流片4均可采用镍基高温合金材料，在本实施方式中，前挡板1、后挡板2和遮流片4可同时采用镍基高温合金材料，也可分别采用不同的材料。

本发明实施例提供的指尖密封装置，由于遮流片4的内径小于前挡板1的内径，且遮流片4的内径大于指尖片3的内径，使得遮流片4不完全覆盖指尖片3，前挡板1不完全覆盖遮流片4，部分高压气流可吹至遮流片4未被前挡板1覆盖的区域，还有部分高压气流可吹至指尖片3未被遮流片4覆盖的区域并穿过指尖片3，由于遮流片4具有柔性，在高压气体的作用下，可发生形变，从而对高压气流进行阻挡和缓冲，降低高压气流对指尖片3的冲击，有利于减小各个指尖片3之间以及指尖片3与后挡板2之间的摩擦力，从而防止因“滞后效应”引起的泄漏，提高密封性能，也起到了保护指尖片3的作用。同时，由于摩擦力减小，也有利于减小后挡板2和指尖片3间的磨损，延长使用寿命。

本发明实施例所述的指尖密封装置的其它组成部件已为公知技术，在此不再赘述。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (10)

1.一种指尖密封装置，包括前挡板(1)、后挡板(2)和设于所述前挡板(1)和所述后挡板(2)之间的若干指尖片(3)；所述前挡板(1)、所述后挡板(2)和所述指尖片(3)均用于套设在转子(6)上，其特征在于，还包括柔性的遮流片(4)，所述遮流片(4)设于所述前挡板(1)和所述指尖片(3)之间，所述遮流片(4)的内径小于所述前挡板(1)的内径，且所述遮流片(4)的内径大于所述指尖片(3)的内径。

2.根据权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述遮流片(4)沿周向设有多个缝隙(41)。

3.根据权利要求2所述的指尖密封装置，其特征在于，所述遮流片(4)为环形结构，多个所述缝隙(41)均从所述遮流片(4)内缘沿所述遮流片(4)的径向延伸。

4.根据权利要求1至3任一项所述的指尖密封装置，其特征在于，所述后挡板(2)与靠近所述后挡板(2)的所述指尖片(3)间形成有腔体(5)，且所述腔体(5)靠近所述转子(6)设置。

5.根据权利要求4所述的指尖密封装置，其特征在于，所述后挡板(2)靠近所述指尖片(3)的侧面上形成有凹槽，所述腔体(5)由所述凹槽与靠近所述后挡板(2)的所述指尖片(3)围成。

6.根据权利要求5所述的指尖密封装置，其特征在于，所述腔体(5)为环形结构，所述环形结构与所述后挡板(2)同轴设置，且所述腔体(5)靠近所述转子(6)的一侧为开放结构。

7.根据权利要求4所述的指尖密封装置，其特征在于，所述指尖片(3)具有外圆周(31)和内圆周(32)，且沿着所述内圆周(32)形成有多个指尖梁(33)，多个所述指尖梁(33)均包括梁体(331)和位于所述梁体(331)末端的靴部(332)，相邻两个所述指尖梁(33)的所述梁体(331)间形成有圆弧形的第一间隙(34)，相邻两个所述指尖梁(33)的所述靴部(332)间形成有径向延伸的第二间隙(35)，所述第一间隙(34)和所述第二间隙(35)一一对应的连通。

8.根据权利要求7所述的指尖密封装置，其特征在于，所述指尖片(3)有多个，且任一所述指尖片(3)的所述指尖梁(33)均遮挡与其相邻的指尖片(3)的所述第一间隙(34)和所述第二间隙(35)。

9.根据权利要求4所述的指尖密封装置，其特征在于，所述后挡板(2)的厚度大于所述前挡板(1)。

10.根据权利要求4所述的指尖密封装置，其特征在于，所述前挡板(1)、所述后挡板(2)和所述遮流片(4)的材料均为镍基高温合金材料。