CN106948873A - 涡轮静子部件间封严结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮部件封严结构设计技术领域，具体提供了一种涡轮静子部件间封严结构，包括封严部件和固定螺栓，封严部件包括从内到外依次套设的至少两层弹片层，弹片层呈筒状，每个弹片层包括周向排布的至少三个弹片，各弹片层的弹片数量相同，同一弹片层中相邻弹片在周向上留有弹片间隙，相邻弹片层的弹片间隙周向错开排布，弹片横截面呈拱形，每个弹片均和相邻弹片层的其中两个相邻弹片贴合接触，封严部件在周向上具有多个公共搭接部，公共搭接部为各弹片层在径向上均相互重叠的部分，公共搭接部的数量是同一弹片层包含的弹片数量的两倍，固定螺栓贯穿公共搭接部并将封严部件的一端固定在第一静子件上，另一端与第二静子件过盈配合。

Description

涡轮静子部件间封严结构

技术领域

本发明涉及涡轮部件封严结构设计技术领域，特别涉及涡轮静子部件间封严结构。

背景技术

航空发动机的研制技术已经达到较高的水平，气动、性能和传热学等方面较难取得大的突破，但在某些结构设计上做些改进，减少发动机漏气损失，就能使部件和发动机的效率得到较大提高，因此封严技术研究也越来越重视。

对于工作条件多为高温高载荷的零部件来说，例如发动机涡轮部件，工作过程中相邻静子部件之间往往因温度、压力、材料的差异而导致变形量不一致，通常采用接触式浮动封严结构设计来保证两部件工作状态相对窜动后没有碰磨风险，同时两部件之间封严可靠无泄漏，防止出现磨损和漏气等情况，对发动机稳定性、寿命和效率有较大影响，因此接触式浮动封严结构设计也是涡轮结构设计中的难点和关键。对于其他工作环境变化较大的机械设备来说，零部件之间的接触式浮动封严也是需要不断研究改进的方向之一。

现有技术一般采用球面封严、涨圈封严、石墨封严或w环封严等接触式浮动封严结构来保证密封和工作裕度，但球面封严的结构尺寸比较大，需要有一定的球面接触面积来保证封严效果，同时接触面之间需要设计间隙来保证装配，封严效果不好；涨圈封严为保证装配冷态间隙比较大，涨圈表面易磨损，拆装不便；石墨封严的结构尺寸偏大，难以用于薄壁件封严；w环封严由于w环压缩量有限，难以用于浮动量要求较大的情况，并且w环成本较高。接触式浮动封严技术迫切需要解决的难题是如何应用于零部件冷热态相对窜动量大、多方向性，且零部件连接部位结构紧凑、封严要求高的情况。

发明内容

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种涡轮静子部件间封严结构，所述封严结构包括封严部件和固定螺栓；

封严部件包括从内到外依次套设的至少两层弹片层，弹片层呈筒状，每个弹片层包括周向排布的至少三个弹片，各弹片层的弹片数量相同，同一弹片层中的相邻弹片在周向上留有弹片间隙，相邻的两个弹片层的弹片间隙周向错开排布，弹片的横截面呈拱形，每个弹片均和相邻弹片层的其中两个相邻弹片贴合接触；

封严部件在周向上具有多个公共搭接部，公共搭接部为各弹片层在径向上均相互重叠的部分，公共搭接部的数量是同一弹片层包含的弹片数量的两倍，固定螺栓贯穿公共搭接部并将封严部件的一端固定在第一静子件上，封严部件的固定在第一静子件的一端为封严固定端，封严部件的另一端与第二静子件过盈接触，封严部件的和第二静子件接触的一端为封严接触端。

优选的，第二静子件的与封严部件相接触的部分为坡面，封严部件的封严接触端被所述坡面撑开，所述封严接触端和所述坡面之间的过盈量根据第一静子件和第二静子件之间的轴向窜动量以及封严部件的工作强度决定。

优选的，所述封严结构还包括封严环；

封严环可拆卸地固定在第二静子件上，封严环和第二静子件之间形成凹槽，所述凹槽的开口端面向第一静子件，封严部件的封严接触端被封严环的径向压紧力压紧在所述凹槽内；

所述封严接触端的端面和所述凹槽的槽底之间留有距离，该距离根据第一静子件和第二静子件之间的轴向窜动量和径向窜动量决定。

优选的，所述封严结构还包括多个卡套，卡套周向均布在封严部件的封严固定端并通过所述固定螺栓固定在第一静子件上。

优选的，每个弹片的形状和尺寸均相同，弹片的形状为长方形或正方形。

优选的，封严部件包括三层弹片层。

优选的，每层弹片层包括五个弹片。

优选的，每个弹片上开有两个和固定螺栓配合使用的螺栓孔。

本发明提供的涡轮静子部件间封严结构，具有如下有益效果：

1、当工作过程中零部件之间产生轴向、径向大尺寸相对位移量时，封严部件依靠弹片间隙的涨大、缩小实现随两静子件相对位置的变化而变化，可以较好的实现零部件之间的接触式封严，防止工作过程中漏气；

2、封严部件与零件之间有一定紧度，与其它封严结构相比，无需采取预留间隙设计，可以保证封严要求；

3、封严部件采用多层结构设计，减小了其与零部件之间的磨损量，且内层弹片出现磨损时方便更换；

4、可根据不同的工况环境，采取封严环或卡套来对工况进行对应封严，增强封严密封效果。

附图说明

图1是涡轮静子部件间封严结构的结构示意图；

图2-1是单层弹片层的俯视示意图；

图2-2是具有两层弹片层的封严部件的俯视示意图；

图2-3是具有三层弹片层的封严部件的俯视示意图；

图2-4是装配封严部件的局部示意图；

图3是弹片的正视示意图；

图4是涡轮静子部件间封严结构另一种实施方式的结构示意图；

图5是涡轮静子部件间封严结构又一种实施方式的结构示意图。

附图标记：封严部件1，弹片层2，弹片3，弹片间隙4，螺栓孔5，固定螺栓6，第一静子件7，第二静子件8，封严环9，卡套10，公共搭接部11。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1所示，本发明提供了一种涡轮静子部件间封严结构，包括封严部件1和固定螺栓6；

如图2-1及图2-2所示，封严部件1包括从内到外依次套设的至少两层弹片层2，本实施例中，弹片层2的数量为两层，还可以如图2-3所示设置三层弹片层2，弹片层2的层数根据现场工况和需求来决定；弹片层2呈筒状，每个弹片层2包括周向排布的至少三个弹片3，各弹片层2的弹片3数量相同，本实施例中，每个弹片层2包含的弹片3数量为五个；同一弹片层2中的相邻弹片3在周向上留有弹片间隙4，相邻的两个弹片层2的弹片间隙4周向错开排布，即相邻的两个弹片层2的弹片间隙4在径向上不重叠；

由于有弹片间隙4的存在，因此一层弹片层2并不是一个整环结构，减小了封严部件1和静子件之间的接触面积，也就减少了表面磨损量，同时至少两层的弹片层2也能保证封严效果，弹片3若出现磨损后也方便更换。

弹片3的横截面呈拱形，每个弹片3均和相邻弹片层2的其中两个相邻弹片3贴合接触，以图2-2为例，内层弹片层2的每个弹片3均和外层弹片层2的两个相邻弹片3贴合接触，外层弹片层2的每个弹片3均和内层弹片层2的两个相邻弹片3贴合接触。

如图2-4所示，封严部件1在周向上具有多个公共搭接部11，公共搭接部11为各弹片层2在径向上均相互重叠的部分，公共搭接部11的数量是同一弹片层2包含的弹片3数量的两倍，本实施例中，由于每个弹片层2包含五个弹片3，因此公共搭接部11共有十个，固定螺栓6贯穿公共搭接部11并将封严部件1的一端固定在第一静子件7上，若每个公共搭接部11通过一个固定螺栓6固定，则本实施例中共需十个固定螺栓6。

本实施例中，每个弹片3的形状和尺寸均相同，但这只是一种优选情况，只要能够有足够长度的搭接量来形成公共搭接部11，使封严部件1能够顺利安装在第一静子件7上，并且同一弹片层2的各弹片3之间还能留有一定的弹片间隙4，避免同一弹片层2的各弹片3之间有碰磨风险，则可以允许弹片3的形状和尺寸不完全相同，同时，弹片3的材料优选采用0Cr18Ni9不锈钢。

弹片3的形状为长方形或正方形，本实施例中选用长方形的弹片3，其示意图如图3所示，弹片3上开有两个和固定螺栓6配合使用的螺栓孔5，同一弹片层2的各弹片3的螺栓孔5周向排布在弹片层2上，每层弹片层2的相对应的螺栓孔5均同轴，并形成公共搭接部11，以使固定螺栓6贯穿径向位置相同的螺栓孔5。

本实施例中涡轮静子部件间封严结构的结构示意图如图1所示，该封严结构可用于燃气轮机排气段内流道的封严，封严部件1的固定在第一静子件7的一端为封严固定端，封严部件1的另一端与第二静子件8过盈接触，封严部件1的和第二静子件8接触的一端为封严接触端；

第二静子件8的与封严部件1相接触的部分为坡面，封严部件1的封严接触端被所述坡面撑开，封严接触端和第二静子件8之间的过盈接触依靠封严接触端被撑开来实现，封严接触端和第二静子件8坡面之间的过盈量根据第一静子件7和第二静子件8之间的轴向窜动量以及封严部件1的工作强度决定，通过计算轴向窜动量和封严部件1的结构强度等参数，来决定封严接触端和第二静子件8坡面之间的过盈量及接触面积；

当第一静子件7和第二静子件8之间发生轴向窜动时，封严部件1和第二静子件8的接触面积减小且过盈量减小，但封严部件1不脱离第二静子件8并能继续保证封严密封效果，因为封严部件1的封严接触端是被撑开的，因此在发生轴向窜动时，封严部件1会有恢复原状的趋势，而封严部件1通过弹片间隙4的涨大、缩小实现在撑开、缩回后仍能继续紧贴第二静子件8，以保证封严密封效果。

实施例二：

本发明提供了另一种涡轮静子部件间封严结构，包括封严部件1和固定螺栓6，还包括多个卡套10，本实施例中涡轮静子部件间封严结构的结构示意图如图4所示，该封严结构可用于高压涡轮试验件外流道的封严，封严部件1的固定在第一静子件7的一端为封严固定端，封严部件1的另一端与第二静子件8过盈接触，封严部件1的和第二静子件8接触的一端为封严接触端；

第二静子件8的与封严部件1相接触的部分为坡面，封严部件1的封严接触端被所述坡面撑开，封严接触端和第二静子件8之间的过盈接触依靠封严接触端被撑开来实现，封严接触端和第二静子件8坡面之间的过盈量根据第一静子件7和第二静子件8之间的轴向窜动量以及封严部件1的工作强度决定，通过计算轴向窜动量和封严部件1的结构强度等参数，来决定封严接触端和第二静子件8坡面之间的过盈量及接触面积，此时根据现场环境和工况可选择安装卡套10；

卡套10周向均布在封严部件1的封严固定端并通过所述固定螺栓6固定在第一静子件7上，优选的，卡套10采用刚性强的材料制作，用于紧固封严部件1，防止封严部件1最外层的弹片层2的周向边缘翘起，并且卡套10使固定螺栓6的螺栓头不直接与封严部件1相接触，增加了接触面积和封严部件1的稳固性；

当第一静子件7和第二静子件8之间发生轴向窜动时，封严部件1和第二静子件8的接触面积减小且过盈量减小，但封严部件1不脱离第二静子件8并能继续保证封严密封效果，因为封严部件1的封严接触端是被撑开的，因此在发生轴向窜动时，封严部件1会有恢复原状的趋势，而封严部件1通过弹片间隙4的涨大、缩小实现在撑开、缩回后仍能继续紧贴第二静子件8，以保证封严密封效果。

本实施例中涡轮静子部件间封严结构的封严部件1和固定螺栓6等其它部分均与实施例一相同，不再赘述。

实施例三：

本发明提供了又一种涡轮静子部件间封严结构，包括封严部件1和固定螺栓6，还包括封严环9，封严部件1的固定在第一静子件7的一端为封严固定端，封严部件1的另一端与第二静子件8过盈接触，封严部件1的和第二静子件8接触的一端为封严接触端；

本实施例中涡轮静子部件间封严结构的结构示意图如图5所示，该封严结构可用于燃气轮机排气段外流道的封严，第二静子件8的与封严部件1相接触的部分为平面，封严环9可拆卸地固定在第二静子件8上，优选的，封严环9通过螺栓固定在第二静子件8上，封严环9和第二静子件8之间形成凹槽，所述凹槽的开口端面向第一静子件7，封严部件1的封严接触端被封严环9的径向压紧力压紧在所述凹槽内，通过径向压紧力保证封严部件1与第二静子件8过盈接触，保证封严效果，同时封严接触端能够在所述凹槽内轴向移动；

所述封严接触端的端面和所述凹槽的槽底之间留有距离，该距离根据第一静子件7和第二静子件8之间的窜动量决定，同时所述封严接触端伸入所述凹槽内的距离也需能够保证所述封严接触端不会脱离所述凹槽，以保证封严效果。

当第一静子件7和第二静子件8之间发生轴向窜动时，封严部件1的所述封严接触端被轴向拉动，若是两静子件互相远离，则所述封严接触端的端面远离所述凹槽槽底，若是两静子件互相靠近，则所述封严接触端的端面靠近所述凹槽槽底；

当第一静子件7和第二静子件8之间发生径向窜动时，封严部件1的所述封严接触端依旧是被轴向拉动，若是两静子件径向互相远离，则所述封严接触端的端面远离所述凹槽槽底，若是两静子件径向互相靠近，则所述封严接触端的端面靠近所述凹槽槽底。

本实施例中涡轮静子部件间封严结构的封严部件1和固定螺栓6等其它部分均与实施例一相同，不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：所述封严结构包括封严部件(1)和固定螺栓(6)；

封严部件(1)包括从内到外依次套设的至少两层弹片层(2)，弹片层(2)呈筒状，每个弹片层(2)包括周向排布的至少三个弹片(3)，各弹片层(2)的弹片(3)数量相同，同一弹片层(2)中的相邻弹片(3)在周向上留有弹片间隙(4)，相邻的两个弹片层(2)的弹片间隙(4)周向错开排布，弹片(3)的横截面呈拱形，每个弹片(3)均和相邻弹片层(2)的其中两个相邻弹片(3)贴合接触；

封严部件(1)在周向上具有多个公共搭接部(11)，公共搭接部(11)为各弹片层(2)在径向上均相互重叠的部分，公共搭接部(11)的数量是同一弹片层(2)包含的弹片(3)数量的两倍，固定螺栓(6)贯穿公共搭接部(11)并将封严部件(1)的一端固定在第一静子件(7)上，封严部件(1)的固定在第一静子件(7)的一端为封严固定端，封严部件(1)的另一端与第二静子件(8)过盈接触，封严部件(1)的和第二静子件(8)接触的一端为封严接触端。

2.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：第二静子件(8)的与封严部件(1)相接触的部分为坡面，封严部件(1)的封严接触端被所述坡面撑开，所述封严接触端和所述坡面之间的过盈量根据第一静子件(7)和第二静子件(8)之间的轴向窜动量以及封严部件(1)的工作强度决定。

3.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：所述封严结构还包括封严环(9)；

封严环(9)可拆卸地固定在第二静子件(8)上，封严环(9)和第二静子件(8)之间形成凹槽，所述凹槽的开口端面向第一静子件(7)，封严部件(1)的封严接触端被封严环(9)的径向压紧力压紧在所述凹槽内；

所述封严接触端的端面和所述凹槽的槽底之间留有距离，该距离根据第一静子件(7)和第二静子件(8)之间的轴向窜动量和径向窜动量决定。

4.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：所述封严结构还包括多个卡套(10)，卡套(10)周向均布在封严部件(1)的封严固定端并通过所述固定螺栓(6)固定在第一静子件(7)上。

5.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：每个弹片(3)的形状和尺寸均相同，弹片(3)的形状为长方形或正方形。

6.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：封严部件(1)包括三层弹片层(2)。

7.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：每层弹片层(2)包括五个弹片(3)。

8.根据权利要求1所述的涡轮静子部件间封严结构，其特征在于：每个弹片(3)上开有两个和固定螺栓(6)配合使用的螺栓孔(5)。