CN107060898B - 带积流槽的浮环密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种密封组件，用于轴承腔内润滑油的密封，旋转轴通过设置在轴承腔内的轴承支撑在安装座上，所述密封组件包括：跑道，所述跑道套在所述旋转轴上；浮环，所述浮环在径向上设置在所述安装座与所述跑道之间，所述浮环的径向内表面与所述跑道的径向外表面径向地相对；其中所述浮环的径向内表面中设置有积流槽。积流槽可以用来储存滑油，当发动机高速运转时，积流槽有助于在密封间隙内形成稳定的油膜，提升密封性能；当发动机停止时，积流槽可以用来储存并排走残留的滑油，防止密封间隙内高温结焦影响使用寿命。

Description

带积流槽的浮环密封组件

技术领域

本发明涉及一种适用于航空发动机轴承腔的密封结构。该结构是在浮环上开有积流槽的新型密封结构，能够满足现代高性能航空发动机对轴承腔内润滑油的密封要求。

背景技术

对于现代高性能航空发动机来说，为了追求更高的推重比和热效率，降低耗油率，控制污染物排放并提高工作寿命，需要不断突破密封技术。研究表明，密封泄漏量每减少1％，可使发动机推力增加1％，耗油率降低0.1％。浮环密封的密封间隙相对较小，当发动机正常工作时，密封间隙内形成一层流体膜，用来封严轴承腔内的润滑油。如果旋转轴和浮环相碰时，浮环可上下浮动而不会磨损，因而密封效果较好，且不会在工作中的碰磨使得工作间隙加大。但是，过渡态下，封严气和润滑油的压力与温度均发生变化，密封间隙内的流体膜也随之改变，影响密封性能。当发动机停车后，如果润滑油没有及时全部抽回，而在密封间隙内积存时，就会在高温作用下结焦形成积炭，卡在浮环与旋转轴之间，使浮环不能浮动，在轴的磨损作用下形成大的间隙，引起润滑油量消耗增大进而导致密封失效。

本发明提出了带有积流槽的浮环密封结构，分别克服了上述两方面缺点，整体结构比较简单，加工难度与传统的密封结构无异，但是密封性能却得到大幅提升，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种适用于航空发动机轴承腔润滑油密封的新型浮环密封结构，包括跑道、浮环、金属圈、引流孔和积流槽，共同组成一个浮环密封单元体，其主要特征是：跑道与浮环配对使用，跑道与浮环形成密封间隙δ，而跑道两侧均设计成台阶状，台阶高h。浮环中间设计了一个环形积流槽如图3所示，其高为A，宽度为S，用来收集间隙内多余的润滑油。积流槽底部开有引流孔，用于排出积流槽的内润滑油。

在发动机工作状态下，封严腔内封严气的压力高于轴承腔内润滑油的压力，润滑油不易泄漏。同时，在封严气的作用下，积流槽的润滑油不仅不会从引流孔排出，还会在封严气的作用下，补充密封间隙内的缺失。因此，积流槽的润滑油有助于密封间隙内形成稳定流体膜，从而提高密封性能。当发动机停车后，密封间隙内未及时排除的润滑油汇集到积流槽内，由于封严腔的压力与积流槽的压力相当，在重力作用下，润滑油可以从引流孔排出，防止密封间隙内形成积炭。同时，跑道两侧的台阶设计有助于密封间隙两侧的润滑油顺利排出，最终保证了浮环密封的运行稳定性。

本发明提出了一种密封组件，用于轴承腔内润滑油的密封，旋转轴通过设置在轴承腔内的轴承支撑在安装座上，密封组件包括：

跑道，跑道套在旋转轴上；

浮环，浮环在径向上设置在安装座与跑道之间，浮环的径向内表面与跑道的径向外表面径向地相对；

其中浮环的径向内表面中设置有积流槽。

根据本发明的密封组件，其中积流槽对中地设置在浮环的径向内表面中。

根据本发明的密封组件，其中积流槽沿着浮环的径向内表面外圆周部分地延伸。

根据本发明的密封组件，其中积流槽是环形槽。

根据本发明的密封组件，其中积流槽的轴向横截面是扇形。

根据本发明的密封组件，其中跑道与旋转轴一起旋转。

根据本发明的密封组件，其中在跑道与浮环之间形成的径向密封间隙在0.02至0.1mm之间。

根据本发明的密封组件，其中跑道包括第一径向外表面和第二径向外表面，第一径向外表面和第二径向外表面在径向上成台阶布置。

根据本发明的密封组件，其中跑道的第一径向外表面和第二径向外表面大致平行。

根据本发明的密封组件，其中浮环设置有与积流槽连通的引流孔，以将积流槽内的润滑油引出。

本发明密封结构提高了密封性能，增强了运行可靠性。

体现在：

1.结构简单，布局合理，加工方便，成本可控；

2.发动机过渡态运行时，积流槽可以有效补充密封间隙内的流体膜，提高了密封性能

3.发动机停车后，密封间隙两端的润滑油可以排走，而密封间隙内的润滑油可以流到积流槽内，避免在密封件周围积存形成积炭导致磨损，保证了浮环密封运行可靠性。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的实施例，本发明将变得更加清楚，其中：

图1为本发明结构的剖视图；

图2为浮环单元体的局部放大图；和

图3为积流槽剖视图。

附图中的附图标记说明如下：

1.旋转轴

2.封严腔

3.跑道

4.挡板

5.螺旋挡圈

6.波形弹簧

7.浮环

8.金属圈

9.安装座

10.轴承腔

11.轴承

12.封严气

13.润滑油

14.引流孔

15.积流槽

16.浮环密封单元体

17.台阶

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图作进一步详细说明。

如图1所示，本发明是一种适用于航空发动机轴承腔的新型浮环密封结构。其中浮环7上开有环形积流槽15是本发明区别于其它密封结构的突出特征。本发明的带积流槽的浮环密封结构由跑道3、挡板4、螺旋挡圈5、波形弹簧6、浮环7、金属圈8、引流孔14、积流槽15和台阶17构成。

航空发动机运行过程中，轴承腔10内的轴承11需要一定量的润滑油13进行润滑冷却，为防止润滑油13泄漏，轴承腔外部布置有密封装置，通过在封严腔2内引入一股压力较高的封严气12来进行密封。当旋转轴旋转时，浮环7可以随跑道3的旋转而上下浮动，避免了转静碰磨，保证了密封结构的运行可靠性。发动机正常运行时，浮环密封的密封性能较好。发动机过渡态下，浮环7上开设的积流槽15内可以储存一定量的润滑油，在跑道3的旋转扰动下以及封严气12的反作用下，该部分润滑油对密封间隙形成补充作用，有助于形成稳定的流体膜，从而提高了密封性能。发动机停车时，密封间隙两端的润滑油可以从台阶17处排走，而密封间隙内的润滑油可以汇集到积流槽15内，并从引流孔14内排走，防止密封间隙内积炭。

浮环密封间隙δ一般小于0.1mm，积流槽15的宽度S一般取0.8～2mm，积流槽15的高度A一般取0.5～1.2mm，积流槽15可以是全环形槽或底部扇形槽，引流孔14直径d一般取0.2～0.5mm。本发明经过了CFD和实验验证，在相同供油量条件下，其密封效果比传统浮环密封的密封效果提高了，提高了20～40％。

通过上述论述，完全有效地实现了本发明的目的。一般情况下，浮环宽度B在4～9mm之间，浮环高度H在4～8mm范围内，浮环密封间隙δ在0.02～0.1mm之间。积流槽宽度S取0.8～2mm，高度A取0.5～1.2mm。台阶高度h取1～3mm之间，台阶可以是直角也可以成倾斜状。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容，浮环宽度B、高度H、积流槽宽度S、高度A、积流槽形状数目、引流孔直径d、倾斜角α以及密封间隙δ等均可以改变，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

根据本发明的一个实施例的一种密封组件，用于轴承腔内润滑油的密封，旋转轴通过设置在轴承腔内的轴承支撑在安装座上，密封组件包括：

跑道3，跑道3套在旋转轴1上；

浮环，浮环在径向上设置在安装座与跑道之间，浮环的径向内表面与跑道的径向外表面径向地相对；

其中浮环的径向内表面中设置有积流槽；

其中跑道3包括第一径向外表面和第二径向外表面，第一径向外表面和第二径向外表面在径向上成台阶17布置。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中跑道3与旋转轴1一起旋转。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中在跑道3与浮环7之间形成的径向密封间隙在0.02至0.1mm之间。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中跑道3的第一径向外表面和第二径向外表面大致平行。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中第二径向外表面成角度地从跑道的第一径向外表面轴向地延伸。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中浮环7的径向内表面中设置有积流槽15。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中积流槽15对中地设置在浮环7的径向内表面中。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中积流槽15是全环形槽。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中积流槽15是底部扇形槽。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中在积流槽15与浮环7的轴向外表面之间设置有引流孔14。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中跑道3与旋转轴1一起旋转。跑道3与旋转轴1之间包括但不限于过盈连接。参照附图1所示，跑道3包括环状第一部分，环状第一部分与旋转轴1过盈连接使得跑道3能够与旋转轴1一起旋转。跑道3还包括环状第二部分，跑道的环状第二部分从跑道的环状第一部分径向地向外延伸。跑道的环状第二部分的外部径向表面上设置有径向地向外延伸的环状第三部分。如附图2所示，环状第三部分在轴向上的总宽度大致与浮环7在轴向上的宽度一致。如附图1和2所示，跑道3的环状第二部分在轴向上的宽度大于浮环4在轴向上的宽度。因而，跑道3的环状第二部分和跑道3的环状第一部分之间成台阶布置。即，跑道3包括设置在环状第二部分上的第一径向外表面和设置在环状第三部分上的第二径向外表面，第一径向外表面和第二径向外表面在径向上成台阶17布置。

参照附图3所示，根据本发明的一个实施例的密封组件，其中浮环装置包括浮环7和金属圈8。金属圈8在保证浮环7在径向上固定的同时，还要保证在变工况条件下，浮环7可以随跑道3的旋转而上下浮动。

在浮环7的轴向两个外表面上分别地设置有突起，在朝向轴承腔10的一侧上的突起抵靠着安装座9，在朝向封严腔2的一侧上的突起抵靠着环状挡板装置。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中在浮环7与安装座9之间轴向地设置有环状挡板装置。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中环状挡板装置的内表面与浮环7接触，环状挡板装置的外表面被弹簧6加载。

根据本发明的一个实施例的密封组件，其中弹簧6是波形弹簧。

参照附图1所示，环状挡板装置包括从封严腔2到轴承腔10依次设置的螺旋挡圈5，波形弹簧6和挡板4。挡板4在轴向上接触浮环7的朝向封严腔2的一侧上的突起，螺旋挡圈5和波形弹簧6在轴向上为浮环7提供弹性支撑。

已经参照示范性实施例描述了本发明。不过，显而易见，本领域技术人员在上述描述的教导下可明显得出多种可选择的变型和改变。因而，本发明包含落入所附权利要求的精神和范围之内的所有可选择的变型和改变。

虽然已经通过对于结构部件和/或方法作用特定的语言描述了本主题，但是应该理解本文中公开的概念不受限于描述的特定实施例。而是，在上文描述的特定的部件和作用被作为示例形式公开。公开的概念的修改形式的其它示例在没有脱离公开的概念的范围的情况下也是可能的。

Claims (7)

1.一种密封组件，用于航空发动机的轴承腔内润滑油的密封，旋转轴通过设置在轴承腔内的轴承支撑在安装座上，所述密封组件包括：

跑道，所述跑道套在所述旋转轴上，在所述跑道的一轴向端部处具有径向突出部，所述径向突出部包括第一径向外表面和第二径向外表面，所述第一径向外表面和所述第二径向外表面在径向上成台阶布置；

浮环，所述浮环在径向上设置在所述安装座与所述跑道之间，所述浮环的径向内表面与所述跑道的径向突出部的径向外表面径向地相对；

其中所述浮环的两个轴向外表面上分别地设置有突起，在朝向轴承腔的一侧上的突起抵靠着安装座，其中所述浮环的径向内表面中部设置有积流槽，在所述积流槽的底部与浮环的轴向外表面之间设置有引流孔；

当发动机停车后，在所述跑道和所述浮环之间的间隙内的润滑油汇集到所述积流槽并经过所述引流孔排出，间隙两端的润滑油从所述跑道的径向突出部的台阶上排出。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述积流槽沿着所述浮环的径向内表面圆周部分地延伸。

3.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述积流槽是环形槽。

4.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述积流槽是位于浮环内侧的扇形槽。

5.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述跑道与所述旋转轴一起旋转。

6.根据权利要求1所述的密封组件，其中在所述跑道与浮环之间形成的径向密封间隙在0.02至0.1mm之间。

7.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述跑道的第一径向外表面和第二径向外表面大致平行。