CN107366557B - 一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，包括：由高压侧向低压侧依次通过铆钉连接的前挡板、高压密封片、低压密封片和后挡板，其中，低压密封片包括指尖梁、密封靴和靴梢小翼，密封靴垂直连接于指尖梁的底端且向低压侧延伸，高压密封片的下部和密封靴的底部均与转子的外表面形成密封间隙，靴梢小翼设置于密封靴轴向靠近低压区的一侧，靴梢小翼沿转子的径向向外延伸。该增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构通过靴梢小翼增强了非接触式指尖密封的流体动压效应，提高了密封靴的升力，使指尖梁随转子跳动具有更好的跟随性，降低了由于转子跳动对密封靴的磨损，增加了指尖密封的寿命，提高了指尖密封的封严特性。

Description

一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构

技术领域

本发明涉及透平机械的动密封领域，特别提供了一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构。

背景技术

随着航空发动机性能的提高，因密封失效而导致发动机故障的情况时有发生，通过改进和发展新的密封结构和技术，较之通过发动机气动部件结构性能改进方案，被证明是收益大而耗资少、提升发动机性能效果显著的一个重要和可行的途径。

篦齿密封是航空发动机中应用广泛的密封结构，但这种密封属于间隙密封，流体泄漏程度较为严重，刷式密封是为弥补篦齿密封的缺陷而提出的一种柔性密封，刷丝的柔顺性能够适应发动机转子和静子之间相对间隙变化，较好的控制了密封间隙，但是长时间运行后存在刷丝折断、刷丝与跑道接触摩擦发热、较为严重的“滞后效应”等问题，同时制造成本过高。

指尖密封是处于篦齿密封和刷式密封之间、性能和成本亦介乎其间的一种柔性密封。指尖密封保留了刷式密封跟随转子运动的柔顺性特点，克服了刷式密封断丝和制造工艺困难的缺点，同时，指尖密封的性能与刷式密封相当，且大大优于篦齿密封。大致可以分为接触式指尖密封和流体动压指尖密封。

然而指尖密封存在的迟滞和磨损是影响指尖密封性能的关键因素，而这两者的性能改善是相互矛盾的，流体动压指尖密封正是为了平衡二者之间的矛盾，在密封靴与转子面之间形成一层压力膜，保证泄漏量较小的前提下，通过对密封靴底面的形状设计来达到较为理想的流体动压效应，但是存在的问题是当转子偏心跳动时，压力膜往往不能及时将密封靴浮起，浮力过小，造成密封靴与转子的接触磨损，影响指尖密封的性能，大大降低了转子和密封靴的使用寿命。

因此，如何对现有的指尖密封结构进行改进，以提高指尖密封的性能，延长转子和密封靴的使用寿命，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，以解决现有指尖密封结构密封性能差、转子和密封靴使用寿命短等问题。

本发明提供的技术方案是：一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，包括：由高压侧向低压侧依次设置的前挡板、高压密封片、低压密封片和后挡板，其中，低压密封片包括指尖梁、密封靴和靴梢小翼，前挡板、高压密封片、低压密封片和后挡板通过铆钉连接，密封靴垂直连接于指尖梁的底端且向低压侧延伸，高压密封片的下部和密封靴的底部均与转子的外表面形成密封间隙，靴梢小翼设置于密封靴轴向靠近低压区的一侧，靴梢小翼沿转子的径向向外延伸。

优选，所述靴梢小翼的径向高度为密封靴轴向宽度的1/10。

进一步优选，所述靴梢小翼的两侧面均为斜面，靴梢小翼的外侧面与垂直密封靴的竖直面的夹角A为15°～20°。

进一步优选，所述高压密封片的轴向厚度为0.2～0.6mm，指尖梁的轴向厚度为0.2～0.5mm。

进一步优选，所述密封靴的径向厚度为0.5～0.9mm，轴向长度为3～7mm。

进一步优选，所述指尖梁与密封靴采用过渡圆角连接。

进一步优选，所述后挡板的保护高度小于前挡板的保护高度。

本发明提供的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，通过翼梢小翼对密封靴上端面气流的阻挡作用，大大增加了密封靴靠近低压侧端部气流的浮升效率，在密封靴的底面与转子的外周面间形成的动压膜将密封靴浮起，有效增加了非接触式指尖密封的流体动压效应，在转子高速旋转时由于偏心产生径向跳动的情况下，本发明可以使指尖梁依然保持较高的柔度，降低“迟滞效应”的同时，增强了密封靴随转子跳动时的跟随性，降低了转子与密封靴底端的接触磨损，大大增加了指尖密封的寿命，从而提高了指尖密封的封严特性。

本发明提供的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，通过靴梢小翼增强了非接触式指尖密封的流体动压效应，提高了密封靴的升力，使指尖梁随转子跳动具有更好的跟随性，降低了由于转子跳动对密封靴的磨损，增加了指尖密封的寿命，提高了指尖密封的封严特性。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明提供的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构的剖视图；

图2为低压密封片的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。

如图1所示，本发明提供了一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，包括：由高压侧向低压侧依次设置的前挡板1、高压密封片2、低压密封片和后挡板4，其中，如图2所示，低压密封片包括指尖梁31、密封靴32和靴梢小翼33，前挡板1、高压密封片2、低压密封片和后挡板4通过铆钉5连接，密封靴32垂直连接于指尖梁31的底端且向低压侧延伸，高压密封片2的下部和密封靴32的底部均与转子6的外表面形成密封间隙，靴梢小翼33设置于密封靴32轴向靠近低压区的一侧，靴梢小翼33沿转子的径向向外延伸。

该增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构的工作原理如下：来自上游高压侧的气流通过高压密封片和密封靴与转子之间形成的密封间隙流到下游低压侧，并在密封靴与转子之间的密封间隙形成流体动压膜，密封间隙的压力高于密封靴背部的压力，在压力差的作用下使密封靴产生升力，密封靴的低压端设置靴梢小翼，可以阻挡密封靴下表面的高压气流绕到上表面，进而削弱从密封靴下表面到上表面的涡流，使得原本在靴尖的气流也有足够的压差，同样的密封靴可以产生更大的升力，提高了气流利用效率，增强了指尖密封的流体动压效应，当高速旋转的转子径向跳动时，密封靴有更好的跟随性，降低了接触磨损，增加了指尖密封的寿命，从而提高了指尖密封的封严特性。

作为技术方案的改进，所述靴梢小翼33的径向高度为密封靴32轴向宽度的1/10。

作为技术方案的改进，如图1所示，所述靴梢小翼33的两侧面均为斜面，靴梢小翼33的外侧面与垂直密封靴32的竖直面的夹角A为15°～20°。

作为技术方案的改进，所述高压密封片2的轴向厚度为0.2～0.6mm，指尖梁31的轴向厚度为0.2～0.5mm。

作为技术方案的改进，所述密封靴32的径向厚度为0.5～0.9mm，轴向长度为3～7mm。

作为技术方案的改进，所述指尖梁31与密封靴32采用过渡圆角连接。

作为技术方案的改进，所述后挡板4的保护高度小于前挡板1的保护高度，有助于增强低压密封片的轴向刚度。

本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于，包括：由高压侧向低压侧依次设置的前挡板(1)、高压密封片(2)、低压密封片和后挡板(4)，其中，低压密封片包括指尖梁(31)、密封靴(32)和靴梢小翼(33)，前挡板(1)、高压密封片(2)、低压密封片和后挡板(4)通过铆钉(5)连接，密封靴(32)垂直连接于指尖梁(31)的底端且向低压侧延伸，高压密封片(2)的下部和密封靴(32)的底部均与转子的外表面形成密封间隙，靴梢小翼(33)设置于密封靴(32)轴向靠近低压区的一侧，靴梢小翼(33)沿转子的径向向外延伸。

2.按照权利要求1所述的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于：所述靴梢小翼(33)的径向高度为密封靴(32)轴向宽度的1/10。

3.按照权利要求1所述的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于：所述靴梢小翼(33)的两侧面均为斜面，靴梢小翼(33)的外侧面与垂直密封靴(32)的竖直面的夹角A为15°～20°。

4.按照权利要求1所述的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于：所述高压密封片(2)的轴向厚度为0.2～0.6mm，指尖梁(31)的轴向厚度为0.2～0.5mm。

5.按照权利要求1所述的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于：所述密封靴(32)的径向厚度为0.5～0.9mm，轴向长度为3～7mm。

6.按照权利要求1所述的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于：所述指尖梁(31)与密封靴(32)采用过渡圆角连接。

7.按照权利要求1至6任一项所述的增加密封靴升力的低泄漏指尖密封结构，其特征在于：所述后挡板(4)的保护高度小于前挡板(1)的保护高度。

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