CN107091125A - 封严环、圆弧端齿联轴器、以及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种封严环、圆弧端齿联轴器、以及航空发动机。该封严环包括第一密封部和第二密封部、以及位于二者之间的连接部，且所述第一密封部、所述第二密封部、以及所述连接部的截面均为弧形；其中，所述第一密封部的弧形中心与所述第二密封部的弧形中心位于所述封严环的内侧，所述连接部的弧形中心位于所述封严环的外侧。本公开可降低圆弧端齿间的空气泄漏，从而改善发动机性能。

Description

封严环、圆弧端齿联轴器、以及航空发动机

技术领域

本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种封严环、圆弧端齿联轴器、以及航空发动机。

背景技术

航空发动机转子结构工作于高转速、高负荷、高温度的环境中，因此在设计转子的联接结构时，除了需要考虑强度和刚度、质量的轻便性和加工的难易程度等因素，还需特别注意各个零件之间的定心可靠性。随着航空发动机性能的不断提高，其对航空发动机涡轮转子、压气机转子间的联接方式也提出了更高的要求。

圆弧端齿以其传递载荷能力强、结构强度高、自定心好、维护简便、多次拆装不影响其原有精度和可靠性等诸多优点，广泛的应用于航空发动机压气机、涡轮各级转子的定心连接传扭，在航空发动机结构设计中的“单元体”设计理念中具有重要地位。圆弧端齿是端齿盘的一种特殊结构，在垂直于圆弧端齿轴线的平面上，轮齿在端面沿圆周方向分布且具有弧形特征，因此其齿形结构的齿向轮廓为一弧线。但是，圆弧端齿的固有结构特征造成了其齿顶与对象件的齿底之间存在间隙，这种间隙必然会对发动机的空气系统造成影响，甚至造成空气泄漏，从而影响发动机的性能。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此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

本发明的一个目的在于提供一种封严环以及圆弧端齿联轴器，进而至少在一定程度上克服圆弧端齿密封不严的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种航空发动机，进而至少在一定程度上克服发动机的空气系统受到圆弧端齿联轴器密封不严的影响而造成的空气泄漏问题。

根据本公开的一个方面，提供一种封严环，包括第一密封部和第二密封部、以及位于二者之间的连接部，且所述第一密封部、所述第二密封部、以及所述连接部的截面均为弧形；

其中，所述第一密封部的弧形中心与所述第二密封部的弧形中心位于所述封严环的内侧，所述连接部的弧形中心位于所述封严环的外侧。

本公开的一种示例性实施例中，所述第一密封部和所述第二密封部的半径相同。

本公开的一种示例性实施例中，所述连接部的半径大于所述第一密封部的半径。

本公开的一种示例性实施例中，所述第一密封部与所述连接部的连接区域平滑过度，所述第二密封部与所述连接部的连接区域平滑过度。

本公开的一种示例性实施例中，所述第一密封部、所述第二密封部以及所述连接部为一体化成型结构。

根据本公开的一个方面，提供一种圆弧端齿联轴器，包括相互啮合的第一端齿部和第二端齿部，以及上述的封严环；

其中，所述封严环设置在所述第一端齿部和所述第二端齿部装配之后的密封槽中。

本公开的一种示例性实施例中，所述封严环在所述第一端齿部和所述第二端齿部的装配状态下具有轴向压缩量。

本公开的一种示例性实施例中，所述第一端齿部包括环形的第一基体以及设置在所述第一基体的一端面的凸齿结构；

所述第二端齿部包括环形的第二基体以及设置在所述第二基体的一端面的凹齿结构；

其中，所述凸齿结构和所述凹齿结构相对设置且形状互补。

本公开的一种示例性实施例中，所述第一基体的环形内侧设置有第一凹槽，所述第二基体的环形内侧设置有第二凹槽，且所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述第一端齿部和所述第二端齿部装配之后构成所述密封槽。

根据本公开的一个方面，提供一种航空发动机，包括上述的圆弧端齿联轴器。

本公开示例性实施方式所提供的封严环，由两个弧形的密封部以及二者之间的连接部构成。在采用该封严环对圆弧端齿联轴器进行密封时，第一密封部和第二密封部会受到轴向的压缩力而产生一定的压缩量，该压缩量的存在，使得第一密封部与圆弧端齿联轴器的第一周向接触区域，以及第二密封部与圆弧端齿联轴器的第二周向接触区域，会产生趋向于圆弧半径变大的形变，从而促使该封严环与圆弧端齿联轴器的第一端齿部和第二端齿部紧密的贴合在一起，这样便能起到良好的密封作用，从而实现圆弧端齿之间的气体封严。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中封严环的剖面单侧结构示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中封严环的受力示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中圆弧端齿联轴器的安装过程示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中圆弧端齿联轴器的装配状态示意图。

附图标记：

10-封严环；101-第一密封部；102-第二密封部；103-连接部；104-第一周向接触区域；105-第二周向接触区域；21-第一端齿部；211-第一基体；212-凸齿结构；213-第一凹槽；22-第二端齿部；221-第二基体；222-凹齿结构；223-第二凹槽；23-密封槽。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。附图中各层的厚度和形状不反映真实比例，仅是为了便于说明本公开的内容。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

本示例实施方式提供了一种封严环，用于在圆弧端齿联轴器的第一端齿部和第二端齿部装配之后实现对第一端齿部的齿顶与第二端齿部的齿底之间的密封。

如图1所示，显示了一具体实施例中封严环10轴向剖面的单侧结构示意，封严环10的结构可以包括：第一密封部101、第二密封部102、以及位于二者之间的连接部103，且第一密封部101、第二密封部102、以及连接部103的截面可以均为弧形。本领域技术人员应该理解的是，封严环10整体采用连接的板件，以对待密封件进行有效密封。

第一密封部101的弧形中心与第二密封部102的弧形中心均位于封严环10的内侧，即该封严环10的截面形状设置有开口的一侧，也是第一密封部101和第二密封部102相对于连接部103弯曲的一侧；连接部103的弧形中心位于封严环10的外侧，即该封严环10的截面形状未设置开口的一侧，也是第一密封部101和第二密封部102与待封严件相接触的一侧。所称截面，因为封严环10实质是一个空心的环形，本领域技术人员应该理解的是，封严环10实体是沿周向延伸的长条形状，截面是截断封严环10周向长条形状显示的形状，也就是与图1中封严环10剖面的单侧结构示意相同。

其中，所述封严环10可以具有弹性的材料制成，且所述第一密封部101和所述第二密封部102均与待封严件，例如圆弧端齿联轴器形成紧密接触。

需要说明的是：本实施例仅限定了第一密封部101、第二密封部102、以及连接部103的形状为弧形，至于其为圆弧形、椭圆弧形、还是其它曲线的一部分形状，这里不做具体限定，只需保证第一密封部101和第二密封部102的弯曲方向相同、且与连接部103的弯曲方向相背即可。

本公开示例性实施方式所提供的封严环，由两个弧形的密封部以及二者之间的连接部构成。如图2所示，在采用该封严环10对圆弧端齿联轴器进行密封时，第一密封部101和第二密封部102会受到轴向的压缩力而产生一定的压缩量，该压缩量的存在使得第一密封部101与圆弧端齿联轴器的第一周向接触区域104，以及第二密封部102与圆弧端齿联轴器的第二周向接触区域105，均会产生趋向于圆弧半径变大的形变，从而促使该封严环10与圆弧端齿联轴器的第一端齿部和第二端齿部紧密的贴合在一起，这样便能起到良好的密封作用，从而实现圆弧端齿之间的气体封严。

应当理解的是，假设仅包括第一密封部和第二密封部，且为了保证这两个密封部之间的连接部位不会因应力集中而发生弯折甚至断裂，该两个密封部之间平直地平滑过度。这种结构当然也可以作为封严环以克服圆弧端齿密封不严的问题，但这种两段式弧形连接结构的封严效果显然没有本公开的三段式弧形连接结构的封严效果好。这是由于两段式弧形连接结构的封严环与待封严件例如圆弧端齿联轴器的接触区域仅为一处，即封严环在与待封严件装配之后的最凸出部位，一旦该凸出部位无法正对圆弧端齿的齿顶与齿底之间的间隙，还是会产生密封不严而造成漏气。本实施例中的三段式弧形连接结构的封严环，其与待封严件例如圆弧端齿联轴器的接触区域包括两处，即两个密封部分别与圆弧端齿联轴器相接触的部位，且该封严环的密封效果是通过受力产生形变，以使该两个密封部与圆弧端齿联轴器的第一端齿部和第二端齿部之间紧密贴合而实现的，密封效果显著。

本示例实施方式中，第一密封部101和第二密封部102的半径选择为相同。即，第一密封部101和第二密封部102可以为形状尺寸完全一致且镜像对称的两个密封部。以便于提供相平衡的密封回弹力，使得封严环10在动态情形下，仍能保持平稳，避免封严环10位置偏移失效。

其中，第一密封部101和第二密封部102的形状可以为优弧、劣弧、或者半圆。但无论该两个密封部的弧形为以上的哪一种情况，均应保证每个弧形密封部与圆弧端齿联轴器之间存在一轴向接触点A以及一周向接触点B，以便于实现圆弧端齿之间的气体封严。

基于此，由于第一密封部101和第二密封部102的半径相同且对称设置于连接部103的两侧，因此二者相对于圆弧端齿联轴器的第一端齿部和第二端齿部具有相同的接触面积，从而能够达到相同的密封效果。此外，具有对称结构的封严环制备工艺相对简单且易于实现。

在此基础上，所述连接部103的半径优选大于所述第一密封部101或者所述第二密封部102的半径。

由此可以，第一密封部101和第二密封部102的弯曲程度相对较大，而连接部103的弯曲程度相对较小，这样便可以保证连接部103具有足够的强度以支撑该两个密封部发生形变，从而将密封部受到的轴向压缩力转换为其半径变大的形变应力，以避免轴向压缩力稍大就导致连接部103受压而过度变形的情况。

进一步的，为了保证连接部位的可靠性，各个密封部与连接部103的连接区域应保持平滑过度，从而防止由应力集中所引起的过度变形甚至断裂。

具体而言，第一密封部101在靠近连接部103处的切线与连接部103在靠近第一密封部101处的切线之间的夹角越小越好，第二密封部102在靠近连接部103处的切线与连接部103在靠近第二密封部102处的切线之间的夹角越小越好。

本示例实施方式中，所述封严环10可以选择采用高温合金材料以一体化成型工艺制备而得；即，第一密封部101、第二密封部102、以及连接部103可以具有一体化成型结构。

其中，所述封严环10的材质可以为弹性材质例如高温合金板材，如此制得的封严环10既能承受一定的温度，同时还具有一定的变形可靠性，且成本较低、易于更换。举例而言，封严环10选择采用镍基高温合金材料，先利用辊压成型为条状件，之后，两端对接后采用焊接形成圆形。镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50％)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。具体实施例中，封严环10选择采用镍基高温合金中的变形高温合金，使用温度范围为900～1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85％,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40％。当然，也可以选择由GH4169合金或GH220合金制成。

本示例实施方式还提供了一种圆弧端齿联轴器，如图3所示，包括相互啮合的第一端齿部21和第二端齿部22，以及上述的封严环10；其中，所述第一端齿部21可以为凸齿部，所述第二端齿部22可以为凹齿部，或者二者也可以互换，这里不做具体限定。

具体而言，所述第一端齿部21可以包括环形的第一基体211以及设置在第一基体211的一端面的凸齿结构212；所述第二端齿部22可以包括环形的第二基体221以及设置在第二基体221的一端面的凹齿结构222；其中，所述凸齿结构212和所述凹齿结构222相对设置且形状互补。

基于这种相互啮合的凸齿结构212和凹齿结构222所组成的圆弧端齿联轴器，其凸齿结构212的齿顶与凹齿结构222的齿底之间必然存在一定的间隙。如图4所示，为了保证良好的气体封严性，本实施例可分别在第一端齿部21和第二端齿部22的结构中设置凹槽，以在二者装配之后形成用于设置封严环10的密封槽23。

基于此，参考图3和图4所示，所述第一基体211的环形内侧可以设置第一凹槽213，所述第二基体221的环形内侧可以设置第二凹槽223，且第一凹槽213和第二凹槽223可在第一端齿部21和第二端齿部22装配之后构成所述密封槽23。

需要说明的是：虽然密封槽23是在第一端齿部21和第二端齿部22装配之后才形成的，但封严环10的安装是在这两个端齿部装配的过程中进行的。其安装过程如下：先将封严环10装入第一端齿部21例如凸齿部的第一凹槽213中，再将第二端齿部22例如凹齿部的第二凹槽223对准第一凹槽213的位置进行安装，以实现第一端齿部21和第二端齿部22的组装，其装配状态见图4所示。

这样一来，在第一端齿部21和第二端齿部22装配形成圆弧端齿联轴器之后，所述封严环10便可设置于密封槽23中，从而能够有效的防止气体泄漏。

为了确保良好的气体封严效果，本示例实施方式优选所述封严环10在第一端齿部21和第二端齿部22的装配状态下应具有一定的轴向压缩量，以使所述封严环10的两个密封部产生趋向于圆弧半径变大的形变，从而使得该封严环10与圆弧端齿联轴器的第一端齿部21和第二端齿部22紧密的贴合在一起，这样便能起到良好的密封效果，从而实现圆弧端齿之间的气体封严。

本示例实施方式还提供了一种航空发动机，包括上述的圆弧端齿联轴器。其中，所述圆弧端齿联轴器具体可以应用于航空发动机压气机、航空发动机涡轮转子等部位，具有良好的气体封严效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种封严环，其特征在于，包括第一密封部和第二密封部、以及位于二者之间的连接部，且所述第一密封部、所述第二密封部以及所述连接部的截面均为连续的弧形；

其中，所述第一密封部的弧形中心与所述第二密封部的弧形中心位于所述封严环的内侧，所述连接部的弧形中心位于所述封严环的外侧。

2.根据权利要求1所述的封严环，其特征在于，所述第一密封部和所述第二密封部的半径相同。

3.根据权利要求2所述的封严环，其特征在于，所述连接部的半径大于所述第一密封部的半径。

4.根据权利要求1所述的封严环，其特征在于，所述第一密封部与所述连接部的连接区域平滑过度，所述第二密封部与所述连接部的连接区域平滑过度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的封严环，其特征在于，所述第一密封部、所述第二密封部以及所述连接部由高温合金材料一体化成型。

6.一种圆弧端齿联轴器，其特征在于，包括相互啮合的第一端齿部和第二端齿部，以及权利要求1-5任一项所述的封严环；

其中，所述封严环设置在所述第一端齿部和所述第二端齿部装配之后的密封槽中。

7.根据权利要求6所述的联轴器，其特征在于，所述封严环在所述第一端齿部和所述第二端齿部的装配状态下具有轴向压缩量。

8.根据权利要求6所述的联轴器，其特征在于，所述第一端齿部包括环形的第一基体以及设置在所述第一基体的一端面的凸齿结构；

所述第二端齿部包括环形的第二基体以及设置在所述第二基体的一端面的凹齿结构；

其中，所述凸齿结构和所述凹齿结构相对设置且形状互补。

9.根据权利要求8所述的联轴器，其特征在于，所述第一基体的环形内侧设置有第一凹槽，所述第二基体的环形内侧设置有第二凹槽，且所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述第一端齿部和所述第二端齿部装配之后构成所述密封槽。

10.一种航空发动机，包括权利要求6-9任一项所述的圆弧端齿联轴器。