CN108223798B - 一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 - Google Patents
一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108223798B CN108223798B CN201711429479.0A CN201711429479A CN108223798B CN 108223798 B CN108223798 B CN 108223798B CN 201711429479 A CN201711429479 A CN 201711429479A CN 108223798 B CN108223798 B CN 108223798B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fingertip
- core
- finger tip
- core part
- sealing device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/162—Special parts or details relating to lubrication or cooling of the sealing itself
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
本发明属于航空发动机设计领域，涉及用于发动机主流路和二次流路的气体封严装置。其由前挡板(1)、后挡板(2)、芯部镂空指尖片(3)组成。所述芯部镂空指尖片(3)从其内径处开有缝隙，缝隙之间为指身(7)和密封靴(8)，指身(7)和密封靴(8)的芯部镂空。减小密封靴与转子之间的摩擦磨损以及提高指尖密封耐高温性能的同时，基本保留了常规指尖密封的最优性能。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机设计领域，涉及用于发动机主流路和二次流路的气体封严装置。
背景技术
随着航空发动机性能的日益提高，其热力循环参数的增大和结构刚度的降低，都使得发动机中密封装置的工作条件愈发恶劣，提高密封装置性能势在必行，在高温、高压和高速的工况下采用传统的篦齿密封已经无法满足发动机的需求。因此在过去的20年中，表现出了由柔性密封代替篦齿密封的趋势，指尖密封作为一种新型的柔性密封技术，其优良的密封性能和较低的制造成本，受到了国内外密封研究者的广泛关注和深入研究。
指尖密封的设计工作一直集中在如何使指尖片与转子的间隙在工作过程中保持在适当的值。由于指尖片与后挡板之间的摩擦力作用，当转子跳动时，指尖密封无法立即追随转子的运动轨迹，指尖片与密封跑道之间可能出现碰磨也可能出现较大的间隙，因此密封性能会出现大幅下降的趋势，这就是指尖密封的“迟滞效应”。为了保证封严性能，同时提高指尖密封的使用条件和工作寿命。目前普遍采用“压力平衡型指尖密封”的结构改善指尖密封的“迟滞效应”。
国外于2004年公开了采用“压力平衡腔”的发明专利(US6811154B2), 通过降低作用在指尖片的轴向压差来达到减少“迟滞效应”的目的。国内中国航发四川燃气涡轮研究院申请了一种“一种指尖密封结构及其后挡板”发明专利(ZL200910260097.9)。该结构通过在后挡板布置一些特殊结构的均压槽减少迟滞效应并降低空气沿后挡板的泄漏。类似的通过压力平衡改善指尖密封迟滞的方法也体现在清华大学发明专利“一种后挡板带微孔织构非接触式指尖密封装置”(ZL201510156112.0)和发明专利“一种有鳍片的低迟滞接触式指尖密封” (ZL201610878878.4)。
目前的指尖密封装置都是从整体结构出发，通过调整指尖梁的型线，指尖片的形状，后挡板的结构来改善指尖密封的性能，这些都属于被动适应式的密封结构，不能对密封的性能进行主动干预和控制。
发明内容
本发明的目的：提供一种耐高温、高速和高压的指尖密封方案，本方案能显著提高指尖密封的工作能力(允许使用压差、使用温度和摩擦线速度)和封严性能，并使指尖密封具备主动控制的能力，将指尖密封的使用部位从空气系统二次流路密封拓展到主流路级间和叶尖间隙密封。
本发明的技术方案：一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其由前挡板1、后挡板2、芯部镂空指尖片3组成。将芯部镂空指尖片3夹持在前挡板1与后挡板2中间，用铆接、螺栓或焊接固定为一体；其中所述指尖密封装置固定在发动机的支座10或者壳体13上，固定方式可以靠螺栓9、紧配合和焊接等。
所述芯部镂空指尖片3从其内径处开有缝隙，缝隙之间为指身7和密封靴8，指身7和密封靴8的芯部镂空，外部冷气可以通过指身7外径的狭缝进入，从密封靴8底部的出口流出，通过调整外部冷气压力，控制密封靴8底气膜刚度，实现对密封间隙的主动控制。
所述芯部镂空指尖片3上设有若干装配孔11，且相邻指尖片之间成对的装配孔11交错排列。每个芯部镂空指尖片3的指身7间的缝隙正好位于相邻芯部镂空指尖片3指身7的正中位置。
所述芯部镂空指尖片3上开有若干通气孔。
所述芯部镂空指尖片3由金属或复合材料制成。
所述芯部镂空指尖片3、前挡板1和后挡板2采用螺栓9、铆钉4铆接或焊接方式连接。
所述芯部镂空指尖片3与轴或转子6采用间隙配合。
所述前挡板1、后挡板2均为环形的板状结构，其作用是对芯部镂空指尖片3进行支撑和保护。
所述后挡板2上开有环形或弧线形的压力平衡腔。
本发明的有益效果：本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封在减小指尖密封气体泄漏量，减小密封靴与转子之间的摩擦磨损以及提高指尖密封耐高温性能的同时，基本保留了常规指尖密封的最优性能。
相较于以往的指尖密封，本发明对指尖密封的密封性能有着明显的提高。第一，目前指尖密封都是通过各种形式的升力靴结构增大靴底的气膜承载力，但升力靴在轴向方向会不可避免的发生翘曲，改变气膜形状，影响气膜承载力。当转子径向跳动时，升力靴与转子就有可能发生碰磨。而带芯部镂空指尖片的指尖密封巧妙的避免了悬臂梁和升力靴结构，通过靴底的气孔增强了密封靴与转子之间的气膜刚度，提高密封靴底部气膜的承压能力，减小密封靴与转子之间的碰磨，并且通过调整外部冷气压力，可以控制靴底气膜刚度，实现对密封间隙的主动控制；第二，外部冷空气可以通过芯部镂空指尖片外径处的狭缝进入指身。通过结构设计，使气流在内部流道产生变向和漩涡，提升冷气对指尖片的冷却效果，增强了指尖密封耐高温能力，使通常用于二次流路密封的指尖密封具备了在发动机主流路处应用的能力。
因此本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置避免了原有指尖密封的缺陷，提高了指尖密封在高温、高压和高速工况下的密封性能和工作寿命，并将指尖密封的应用部位从二次流路密封拓展到发动机主流路。
附图说明
图1是本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置应用于二次流路密封的结构示意图；
图2是本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置应用于叶尖间隙密封的结构示意图；
图3是图1和图2中芯部镂空指尖片3的外部结构示意图；
图4是芯部镂空指尖片3中密封靴8靴底气流出口的结构示意图，a-c图；
图5是芯部镂空指尖片3内部流道的结构示意图；
其中，1-前挡板、2-后挡板、3-芯部镂空指尖片、4-铆钉、5-叶片、6-转子、7-指身、8-密封靴、9-螺栓、10-支座、11-装配孔、12-销钉、13-壳体。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
请参阅图1，其是本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置应用于二次流路密封的结构示意图。所述一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置由前挡板1、后挡板2、芯部镂空指尖片3及螺栓9组成。所述前挡板1是一块环形的板状结构，主要作用是对芯部镂空指尖片3进行支撑和保护。后挡板2也是一块环形的板状结构，主要作用是对芯部镂空指尖片3进行支撑和保护，在与指尖片接触的表面开有均压槽，以减少指尖片受到的轴向载荷。所述芯部镂空指尖片3是一叠采用增材制造方法或其它方法加工的金属或复合材料薄片，外部结构与传统指尖密封的指尖片结构相似，每个薄片的内径处都用加工出一系列的指身7和密封靴8。指身7是一个细长的曲梁结构，在靠近内径处变成与转子6接触的密封靴8。其特点在于指尖片内部是镂空结构，如图5所示，这条内部空气通道从指尖片的外径出发，经过指身到密封靴底部，如图4所示。可以将外部冷气直接引到靴底与转子的间隙中，增强气膜刚度，减少碰磨和磨损，并对指尖片本身进行有效的降温，提高其在高温情况下的工作能力和使用寿命。如图3所示，每个芯部镂空指尖片3还有一系列的成对的装配孔11。装配时将成对的孔交错排列，以便使每层指身7的缝隙被相邻层的指身7覆盖。所述前挡板1、后挡板2及芯部镂空指尖片3采用螺栓、铆钉或焊接的方法连接在一起做成指尖密封组件。所述带芯部镂空指尖片的指尖密封装置用螺栓9固定在发动机的支座10上，密封靴8与发动机转子6配合形成主密封面。本实施方式中，密封直径300mm，单片指尖片厚度0.25mm，内部流路狭缝宽0.05mm，指身数量72个，指身长度50mm，芯部镂空指尖片数量4个，总宽度1mm，指尖片与转子之间的间隙1mm。
请参阅图2，其是本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置应用于叶尖间隙密封的结构示意图。本实施方式中，所述带芯部镂空指尖片的指尖密封装置由前挡板1、后挡板2、芯部镂空指尖片3及铆钉4组成。前挡板1、后挡板2和芯部镂空指尖片3的结构与作用与前述一致。区别在于用于叶尖间隙时，为了匹配叶冠，每片指尖片的内径都不一样，组合在一起形成圆锥形结构而不是通常的圆柱形结构。考虑到结构紧凑和安全性，采用径向销钉12将指尖密封装置固定在发动机的壳体上。本实施方式中，密封直径800mm，指尖片厚度0.25mm，内部流路狭缝宽0.05mm，指身数量200个，指身长度50mm，芯部镂空指尖片数量4个，总宽度1mm，指尖片与叶冠之间的间隙2mm。
上述两个实施方式揭示了本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置的两个较佳实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在上述实施方式所揭示的基础上还可以作进一步的改进。如本发明一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置中芯部镂空指尖片3的层数可根据实际需求添加或减少，指尖片厚度、内部狭缝的结构(如图5所示)，出口形式(如图4所示)也可以根据实际工况进行调整，与支座或壳体的安装方式和结构形式也可根据结构空间大小和性能需要确定，指尖片与转子或叶冠之间的间隙也可根据实际需要进行调整。
Claims (9)
1.一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其由前挡板(1)、后挡板(2)、芯部镂空指尖片(3)组成；将芯部镂空指尖片(3)夹持在前挡板(1)与后挡板(2)中间，用铆接、螺栓或焊接固定为一体；其特征在于：所述芯部镂空指尖片(3)从其内径处开有缝隙并从外径开有狭缝，内径处缝隙之间形成指身(7)和密封靴(8)，狭缝贯穿指身(7)和密封靴(8)的芯部，从发动机的支座(10)或者壳体(13)引来的流体通过狭缝进入指身(7)，从密封靴(8)底部的出口流出，在密封靴(8)底形成流体隔离层，实现对密封间隙的主动控制。
2.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述指尖密封装置固定在发动机的支座(10)或者壳体(13)上，固定方式靠螺栓(9)、紧配合和焊接。
3.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述芯部镂空指尖片(3)上设有若干装配孔(11)，且相邻芯部镂空指尖片(3)之间成对的装配孔(11)交错排列。
4.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：每个芯部镂空指尖片(3)的指身(7)间的缝隙位于相邻芯部镂空指尖片(3)指身(7)的正中位置。
5.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述芯部镂空指尖片(3)上开有若干通气孔。
6.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述芯部镂空指尖片(3)由金属或复合材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述前挡板(1)、后挡板(2)均为环形的板状结构。
8.根据权利要求1或7所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述后挡板(2)上开有环形或弧线形的压力平衡腔。
9.根据权利要求1所述的一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置，其特征在于：所述芯部镂空指尖片(3)与轴或转子(6)采用间隙配合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711429479.0A CN108223798B (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711429479.0A CN108223798B (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108223798A CN108223798A (zh) | 2018-06-29 |
| CN108223798B true CN108223798B (zh) | 2020-01-14 |
Family
ID=62647975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711429479.0A Active CN108223798B (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108223798B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109973662B (zh) * | 2019-04-13 | 2020-06-02 | 江西理工大学南昌校区 | 一种高低温箱横置三自由度低速穿箱轴气体密封装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076590A (en) * | 1990-11-26 | 1991-12-31 | The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | High temperature, flexible pressure-actuated, brush seal |
| US5108116A (en) * | 1991-05-31 | 1992-04-28 | Allied-Signal Inc. | Laminated finger seal with logarithmic curvature |
| US6533284B2 (en) * | 2001-02-06 | 2003-03-18 | General Electric Company | Apparatus for cooling brush seals and seal components |
| US7052015B2 (en) * | 2002-08-06 | 2006-05-30 | United Technologies Corporation | Cooling arrangement for brush seal |
| EP1892442A1 (de) * | 2006-08-18 | 2008-02-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Bürstendichtung für eine Strömungsmaschine |
| CN101749429B (zh) * | 2009-12-25 | 2011-09-14 | 中国燃气涡轮研究院 | 一种指尖密封结构及其后挡板 |
| CN101749055A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-06-23 | 中国燃气涡轮研究院 | 渐开线型指尖密封结构 |
| CN204921054U (zh) * | 2015-07-24 | 2015-12-30 | 西安理工大学 | 一种变刚度柔性指尖密封 |
| CN105545375B (zh) * | 2015-12-14 | 2017-03-08 | 中国燃气涡轮研究院 | 双梁指尖密封装置 |
-
2017
- 2017-12-26 CN CN201711429479.0A patent/CN108223798B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108223798A (zh) | 2018-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105545375A (zh) | 双梁指尖密封装置 | |
| EP2657482B1 (en) | Flow path structure and gas turbine exhaust diffuser | |
| EP2256383B1 (en) | Face seal for gas turbine engine | |
| US6595741B2 (en) | Pre-swirl nozzle carrier | |
| CA2949010A1 (en) | Bearing outer race retention during high load events | |
| JP2018532085A (ja) | 気体軸受又はこれに関連する改良 | |
| CN102388224A (zh) | 在压缩机的串联转子中具有惯性过滤器的排气装置 | |
| US20100329873A1 (en) | Retaining and sealing ring assembly | |
| US20140000265A1 (en) | Transition duct for a gas turbine | |
| CN102418568B (zh) | 指尖密封装置 | |
| JP2006504023A (ja) | タービンまたはコンプレッサのシートメタル製静止シュラウド | |
| US5584652A (en) | Ceramic turbine nozzle | |
| JP2014530333A (ja) | 動的潤滑軸受及び軸受の動的潤滑方法 | |
| CN108223798B (zh) | 一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 | |
| EP1076159A2 (en) | Stator vane blank and method of forming the vane blank | |
| CN202417610U (zh) | 涡轮叶片尾缘劈缝冷却结构及具有该冷却结构的涡轮叶片 | |
| JP5716189B2 (ja) | タービン動翼 | |
| CN102317634A (zh) | 具有低的径向间隙损失和扩压器损失的用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机 | |
| CN109695479B (zh) | 一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片 | |
| CN102365425A (zh) | 密封板和动叶片系统 | |
| CN204371494U (zh) | 微型涡喷发动机轴流涡轮盘轴 | |
| US20150260102A1 (en) | Heat exchanger for a turbo engine | |
| CN202040204U (zh) | 高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承 | |
| CA1300030C (en) | Vane assembly for a gas turbine | |
| EP3048344B1 (en) | Seal housing pre-taper |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |