CN106939834A - 一种带有移动端盖的内燃波转子及其密封方法 - Google Patents

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Abstract

一种带有移动端盖的内燃波转子及密封方法，属于航空发动机燃烧室密封技术领域。内燃波转子移动端盖密封装置主要包括波转子、固定端盖、移动端盖等结构。固定端盖及布置在固定端盖上的定位组件起到限制移动端盖行程的作用，在定位组件上弹簧的作用下，移动端盖始终与波转子通道上的摩擦片接触，实现内燃波转子的径向和周向密封，移动端盖的移动可以容纳系统的热膨胀，确保转子不会卡死。采用该装置，可以大幅度减小内燃波转子工作过程中由于泄漏原因引起的性能损失及工作不稳定性，同时该方法可以用于航空领域其它旋转系统的密封。

Description

一种带有移动端盖的内燃波转子及其密封方法
技术领域
本发明属于航空发动机领域，特别是一种内燃波转子移动端盖密封方法。
背景技术
内燃波转子是一种新型的非定常燃烧装置，具有大幅度提高推进系统性能的潜在优势，但由于工作过程其主体部分波转子处于旋转状态，就使得泄漏问题成为其固有的技术障碍。而且其工作过程通常采用爆震或爆燃的快速增压燃烧模式，燃烧过程产生的压力非常高，格外凸显了泄漏的影响。资料表明上世纪60年代ABB的内燃波转子项目被迫终止，其中泄漏的影响就是一个重要原因。
由上述分析可知，要开展内燃波转子相关技术研究，必须要解决其固有的泄漏问题。内燃波转子中存在的泄漏现象具有一定的特殊性，一方面高压气流会沿径向泄漏至周围环境，造成发动机整体性能的损失；另一方面会沿周向泄漏至相邻波转子通道，影响内燃波转子的工作稳定性。总之内燃波转子的泄漏主要发生在波转子端面与端盖之间，由于波转子端面尺寸限制，不利于布置“篦齿”等非接触式的密封方式，如专利“基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子及工作方法”，专利号：ZL201310018405.3，提出了一种基于非定常燃烧的内燃波转子结构及方法，该系统中在波转子端面与端盖之间设置了一级篦齿密封结构，但实验过程发现该方法并不能实现很好的密封效果。接触密封通常可以实现较好的密封效果，但是在高温环境下采用接触密封，由于材料的受热膨胀，常出现转子卡死的现象。
发明内容
发明目的：基于现有技术的不足，本发明提供一种内燃波转子移动端盖密封方法，用于解决内燃波转子端面与端盖处密封效果不佳且容易带来转子卡死不良后果的技术问题。
技术方案：
一种带有移动端盖的内燃波转子，波转子通道端面的移动端盖和固定端盖；
所述波转子包括波转子主体和与波转子主体通道端面适配的摩擦片，所述摩擦片贴合并固定于波转子主体的通道端面上；
所述移动端盖覆盖并紧密贴合摩擦片设置，所述移动端盖为外部轮廓为圆形的板状，其内部设置有以移动端盖的圆心为中心均匀布置的若干个相同的承力座；移动端盖上远离摩擦片的一面上的每个承力座上设置有垂直于板面向外的限制杆；
所述固定端盖为圆形板状且外部带有一圈圆环凸台，移动端盖和固定端盖内部均设置有相同的且分别各自贯穿自身所在板面的气流端口，所述固定端盖内部设置有定位组件且每个定位组件与移动端盖的承力座位置一一对应，每个定位组件包括固定在移动端盖上且垂直于移动端盖板面的空心的定位套和与定位套空心部分通过螺纹适配的空心的定位芯，所述定位芯的一个端面固定有与定位芯内腔同轴的弹簧；所述限制杆依次穿过弹簧和定位芯的内腔且与定位芯内腔同轴，所述弹簧在定位芯与定位套的作用下压紧承力座。
本发明的工作原理是在波转子端面与固定端盖之间安装移动端盖，在固定端盖上圆环凸台与定位组件的限制下，移动端盖可以且只能在轴向运动，移动端盖在弹簧的作用下始终与摩擦片接触，实现接触密封，这里移动端盖一般选择耐磨性能优良的材料制作。
进一步的，在本发明中，所述定位芯内腔设置有平行于定位芯轴向的滚珠槽，所述滚珠槽内嵌有滚珠，所述滚珠的距离定位芯中轴的距离与限制杆的半径相当。通过滚珠与限制杆之间形成滚动摩擦，减少了摩擦损耗。
进一步的，在本发明中，所述定位芯的另一个端面为螺帽状，便于旋拧。
进一步的，在本发明中，定位芯的外壁上的外螺纹长度大于定位套内腔上的内螺纹的长度，使旋拧定位芯时能起到调节弹簧形变量的目的。
上述带有移动端盖的内燃波转子的密封方法，在安装固定端盖和移动端盖时，首先预估系统因热膨胀导致的移动端盖移动而挤压弹簧产生的形变量△x2，然后在满足移动端盖与摩擦片之间的摩擦力f＝μNK(△x1+△x2)S小于内燃波转子系统的驱动力的前提下，调节弹簧的初始形变量为△x1，安装完成，上述公式中，μ为移动端盖与摩擦片之间的最大静摩擦系数，K为弹簧的弹性系数，N为弹簧个数。这样弹簧至少可以容纳△x2的热膨胀，确保内燃波转子不会卡死。
有益效果：
本发明与现有技术相比的优点如下：
1、与非接触密封方式相比，移动端盖密封方法结构简单，容易实现且制作成本低；
2、移动端盖始终与波转子通道端盖接触，同时解决了内燃波转子的轴向和周向泄漏问题，且密封效果好；
3、移动端盖与波转子端面的压紧程度可调，且采用弹簧压紧移动端盖的方式，可以容纳系统的热膨胀，避免因摩擦力过大导致转子卡死，保证系统运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为波转子示意图；
图3为移动端盖示意图；
图4为固定端盖示意图；
图5为定位套内芯示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
本发明针对内燃波转子泄漏问题，提出一种移动端盖密封装置和方法，具体实施过程如下：
主要包括波转子1、固定端盖2及移动端盖3等部分，其中波转子1包含波转子主体1a及摩擦片1b，波转子主体1a通道两端布置波转子主体连接法兰5，摩擦片1b外围布置摩擦片连接法兰4，波转子主体连接法兰5上均匀布置螺纹孔7，摩擦片法兰4上均匀布置与螺纹孔7相应的沉孔6，安装过程采用内六角螺钉将波转子主体1a和摩擦片1b连接成整体的波转子1结构，内六角螺钉陷入沉孔6内，保证摩擦片1b的摩擦面没有凸起。
所述移动端盖3覆盖并紧密贴合摩擦片1b设置，移动端盖3为一开有气流端口8的圆形的板状，其内侧以移动端盖3的圆心为中心均匀布置承力座9，移动端盖3上远离摩擦片1b的一面上的每个承力座9上设置有垂直于板面向外的限制杆10。
固定端盖2为圆形板状且内部开有与移动端盖3相同的气流端口8，固定端盖2外部带有一圈圆环凸台12，固定端盖2的内部均匀布置与承力座9一一对应的定位组件11，定位组件11包含定位套13和定位芯14两部分，其中定位套13内侧设置内螺纹15，定位芯14外侧设置外螺纹16，通过螺纹配合，定位芯14安装在定位套13内。定位芯14一端外形制作成螺帽状，便于旋拧定位芯14，另一端端面上固定弹簧19，制作过程要求定位芯14的外螺纹16长度大于定位套13的内螺纹长度15，保证旋拧内芯14过程可以有效调节弹簧19形变量。定位芯14内侧均匀布置滚珠槽17，滚柱槽17内放置一系列滚珠18，系统安装过程移动端盖3上的限制杆10经过弹簧19插入内芯14，并且限制杆10与同一位置处的弹簧19、定位芯13都同轴设置，限制杆10与滚珠18接触，这样移动端盖3沿轴向运动时实际上是限制杆10与滚珠18之间的相对运动，既限制了移动端盖3的运动方向，又有效减小了摩擦。
系统安装完成后首先需要根据工作环境预估系统的热膨胀量△x2，再根据驱动系统的驱动力，旋拧定位组件11的定位芯14，调节弹簧19的初始形变量△x1，保证移动端盖3与摩擦片1b之间的最大摩擦力f＝μNK(△x1+△x2)S要小于内燃波转子系统的驱动力。此时弹簧19的弹力NK△x1作用于移动端盖3的承力座9上，使移动端盖3与波转子1的摩擦片1b之间紧密接触，实现接触密封，移动端盖3和摩擦片1b采用耐磨材料，可以延长系统使用寿命。当系统受热发生热膨胀时，移动端盖3沿轴向移动△x2位移，弹簧19的作用力为NK(△x1+△x2)，其产生的摩擦力仍不会致使转子卡死，确保了系统的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带有移动端盖的内燃波转子，其特征在于：包括波转子(1)和依次设置于波转子(1)通道端面的移动端盖(3)和固定端盖(2)；
所述波转子(1)包括波转子主体(1a)和与波转子主体(1a)通道端面适配的摩擦片(1b)，所述摩擦片(1b)贴合并固定于波转子主体(1a)的通道端面上；
所述移动端盖(3)覆盖并紧密贴合摩擦片(1b)设置，所述移动端盖(3)为外部轮廓为圆形的板状，其内部设置有以移动端盖(3)的圆心为中心均匀布置的若干个相同的承力座(9)；移动端盖(3)上远离摩擦片(1b)的一面上的每个承力座(9)上设置有垂直于板面向外的限制杆(10)；
所述固定端盖(2)为圆形板状且外部带有一圈圆环凸台(12)，移动端盖(3)和固定端盖(2)内部均设置有相同的且分别各自贯穿自身所在板面的气流端口(8)，所述固定端盖(2)内部设置有定位组件且每个定位组件(11)与移动端盖(3)的承力座(9)位置一一对应，每个定位组件(11)包括固定在移动端盖(3)上且垂直于移动端盖(3)板面的空心的定位套(13)和与定位套(13)空心部分通过螺纹适配的空心的定位芯(14)，所述定位芯(14)的一个端面固定有与定位芯(14)内腔同轴的弹簧(19)；所述限制杆(10)依次穿过弹簧(19)和定位芯(14)的内腔且与定位芯(14)内腔同轴，所述弹簧(19)在定位芯与定位套(11)的作用下压紧承力座(9)。
2.根据权利要求1所述的带有移动端盖的内燃波转子，其特征在于：所述定位芯(14)内腔设置有平行于定位芯(14)轴向的滚珠槽(17)，所述滚珠槽(17)内嵌有滚珠(18)，所述滚珠(18)的距离定位芯(14)中轴的距离与限制杆(10)的半径相当。
3.根据权利要求1所述的带有移动端盖的内燃波转子，其特征在于：所述定位芯(14)的另一个端面为螺帽状。
4.根据权利要求1所述的带有移动端盖的内燃波转子，其特征在于：定位芯(14)的外壁上的外螺纹(16)长度大于定位套(13)内腔上的内螺纹(16)的长度。
5.一种权利要求1所述的带有移动端盖的内燃波转子的密封方法，其特征在于：在安装固定端盖(2)和移动端盖(3)时，首先预估系统因热膨胀导致的移动端盖(3)移动而挤压弹簧(19)产生的形变量△x2，然后在满足移动端盖(3)与摩擦片(1b)之间的摩擦力f＝μNK(△x1+△x2)S小于内燃波转子系统的驱动力的前提下，调节弹簧(19)的初始形变量为△x1，安装完成；上述公式中，μ为移动端盖(3)与摩擦片(1b)之间的最大静摩擦系数，K为弹簧(19)的弹性系数，N为弹簧(19)个数。
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