CN110439631A - 一种可主动间隙控制的迷宫密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可主动间隙控制的迷宫密封结构，包括：静子密封座、梳齿座、梳齿、转子和间隙调节结构，其中，静子密封座固定设置于转子的外周，梳齿座为多个，沿转子的周向间隙设置，梳齿座的外部环形端设置于静子密封座的环形腔内，间隙调节结构可推动整个梳齿座沿转子的轴向及径向的运动，梳齿为多排，固定设置于梳齿座的内部环形端的内端面，且沿转子的轴向间隔设置，转子的外周沿其轴向间隔设置有多排外伸凸台，所述外伸凸台与梳齿一一对应且可形成环腔。该可主动间隙控制的迷宫密封结构，结构合理，通过间隙调节结构可以主动调整梳齿与转子的径向间隙和轴向间隙，改善了因转子跳动而引起的摩擦及碰撞损失，提高了密封的封严性能。

Description

一种可主动间隙控制的迷宫密封结构

技术领域

本发明涉及应用于旋转机械中的动密封结构，特别提供了一种可主动间隙控制的迷宫密封结构。

背景技术

航空燃气涡轮发动机自诞生之日起，气体和液体的封严就成为主要问题之一，在现代航空动力装置中，迷宫密封作为重要的密封元件得到了非常广泛的应用，其密封性能也极大地影响着发动机性能的开发，对发动机的性能、可靠性、寿命和维护性具有重大影响。迷宫密封是利用通道的突扩和突缩增加流阻以限制流体泄漏的非接触式密封，是航空发动机中广泛使用的一种有效的、长寿命的封严结构，主要用于压气机和涡轮级间、叶片的顶部、冷却流路系统、燃气隔离以及主轴承腔滑油封严系统中的油气隔离等。众所周知，涡轮流道是一条环形通道，燃气压力和温度沿轴向(从前到后)是递减的，每个工作叶片排或静子叶片排都有一个压力差。涡轮转动件和静子件之间不可避免的留有间隙，燃气流体泄漏必然发生，因此需要在这些位置采取封严装置，一是减少工作流体泄漏带来的压力能、热能等能量损失，从而提高涡轮效率，二是提高涡轮这一热端部件的可靠性及耐久性，保证发动机的结构的完整性。航空发动机的实际应用表明，先进的迷宫密封可以有效改善发动机性能。

飞机由静止到起动的过程中，转子的转速会迅速增加，转子的跳动量变化较大，转子与静子间隙变小，易产生磨损；当飞机进入巡航状态时，转子与静子间隙趋于平稳，但此时转子与静子间隙较大，泄漏量大，飞机巡航状态持续周期时间长，燃油消耗大；当飞机进入停车阶段时，转子的跳动量变化较大，转子与静子间隙变小，易产生磨损。

因此，如何解决转子在起动和停车状态下与静子间隔过小而易产生磨损、在稳定状态下与静子间隙过大而易产生泄漏的问题，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可主动间隙控制的迷宫密封结构，以解决传统的迷宫密封结构易磨损、泄漏量较大，密封性能较差等问题。

本发明提供的技术方案是：一种可主动间隙控制的迷宫密封结构，包括：静子密封座、梳齿座、梳齿、转子和间隙调节结构，其中，所述静子密封座固定设置于转子的外周，梳齿座为多个，沿转子的周向间隙设置，梳齿座的外部环形端设置于静子密封座的环形腔内，间隙调节结构可推动整个梳齿座沿转子的轴向及径向的运动，梳齿座的内部环形端位于静子密封座外且与转子的外周配合，梳齿为多排，固定设置于梳齿座的内部环形端的内端面，且沿转子的轴向间隔设置，转子的外周沿其轴向间隔设置有多排外伸凸台，所述外伸凸台与梳齿一一对应且可形成环腔，所述间隙调节结构包括第一弧形锲块、第二弧形楔块、平底螺钉、弹簧和凹形弹片，其中，第一弧形锲块、第二弧形楔块均位于静子密封座的环形腔内且分别与梳齿座的外部环形端的两侧面通过斜面相接，平底螺钉和弹簧相对设置，平底螺钉穿过静子密封座的一侧壁后与第一弧形锲块相抵，弹簧固定于第二弧形楔块与静子密封座的另一侧壁之间，凹形弹片关于梳齿座对称设置，为梳齿座提供远离转子的支撑力，通过拧紧平底螺钉，可推动梳齿座沿转子的轴向运动，当弹簧压缩至极限时，继续拧紧平底螺钉，第一弧形锲块、第二弧形楔块可推动梳齿座克服凹形弹片的支撑力，减小梳齿与转子的径向距离。

优选，所述静子密封座的切面呈底边开口的矩形，静子密封座的中部形成与梳齿座的外部环形端配合的环形腔，静子密封座的下底面的中心位置形成一条环形开口。

进一步优选，所述静子密封座的下底面上对称设置有弹片滑道，所述凹形弹片的下部设置于所述弹片滑道内，上部与梳齿座的外部环形端固定。

进一步优选，第二弧形楔块与静子密封座上均设置有与弹簧对应的弹簧槽。

进一步优选，所述梳齿座为四个，结构相同。

进一步优选，所述梳齿呈靴状，所述外伸凸台呈倒靴状。

本发明提供的可主动间隙控制的迷宫密封结构的有益效果如下：

1、相对于传统迷宫密封结构，本发明采用主动式机械控制调节平底螺钉，在转子起动与停车状态下，可保证该密封结构泄漏量低、磨损量小，在转子稳定工作状态下，可保持梳齿与转子的最小间隙，进一步减小泄漏量；

2、相对于传统迷宫密封结构，本发明不仅考虑了转子在工作过程中的径向跳动，而且考虑了转子在工作过程中的轴向跳动，最大程度上保护了该密封结构，减少了磨损。

3、相对于传统迷宫密封结构，本发明可以在不拆换密封装置的情况下调节梳齿与转子面之间的径向间隙，可明显提高迷宫密封的密封性能、降低使用成本，具有良好的经济效益。

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为本发明提供的可主动间隙控制的迷宫密封结构在转子起动或停车状态的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明提供的可主动间隙控制的迷宫密封结构在转子稳定工作状态的结构示意图；

图4为图3的B-B剖视图。

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至图4所示，本发明提供了一种可主动间隙控制的迷宫密封结构，包括：静子密封座1、梳齿座2、梳齿3、转子4和间隙调节结构，其中，所述静子密封座1固定设置于转子4的外周，梳齿座2为多个，沿转子4的周向间隙设置，梳齿座2的外部环形端设置于静子密封座1的环形腔内，间隙调节结构可推动整个梳齿座2沿转子4的轴向及径向的运动，梳齿座2的内部环形端位于静子密封座1外且与转子4的外周配合，梳齿3为多排，固定设置于梳齿座2的内部环形端的内端面，且沿转子4的轴向间隔设置，转子4的外周沿其轴向间隔设置有多排外伸凸台41，所述外伸凸台41与梳齿3一一对应且可形成环腔，所述间隙调节结构包括第一弧形锲块5、第二弧形楔块6、平底螺钉7、弹簧8和凹形弹片9，其中，第一弧形锲块5、第二弧形楔块6均位于静子密封座1的环形腔内且分别与梳齿座2的外部环形端的两侧面通过斜面相接，平底螺钉7和弹簧8相对设置，平底螺钉7穿过静子密封座1的一侧壁后与第一弧形锲块5相抵，弹簧8固定于第二弧形楔块6与静子密封座1的另一侧壁之间，凹形弹片9关于梳齿座2对称设置，为梳齿座2提供远离转子4的支撑力，通过拧紧平底螺钉7，可推动梳齿座2沿转子4的轴向运动，当弹簧8压缩至极限时，继续拧紧平底螺钉7，第一弧形锲块5、第二弧形楔块6可推动梳齿座2克服凹形弹片9的支撑力，减小梳齿3与转子4的径向距离，具体地：如图1、图3所示，梳齿座的外部环形端的两侧端面为斜面，第一弧形锲块和第二弧形楔块与梳齿座的外部环形端斜面接触。

该可主动间隙控制的迷宫密封结构，通过间隙调节结构可以主动调整梳齿与转子的径向间隙和轴向间隙，不仅考虑了转子在工作过程中的径向跳动，而且还考虑了转子的轴向移动，在很大程度上改善了因转子跳动而引起的摩擦、碰撞损失；具体地：该可主动间隙控制的迷宫密封结构在保证泄漏量低的前提下，可采用主动机械控制调节平底螺钉，可以实现在转子起动、稳定工作、停车三种状态下迷宫密封与转子面的间隙调节，如图1所示，在转子起动与停车状态下保证泄漏量低的情况下尽量减小磨损量，最大程度保护密封结构，如图3所示，在转子稳定工作状态下，调节平底螺钉，使得梳齿与转子面间隙减小，并形成环腔，进一步减少泄漏量，同时，使磨损量最小化，另外，该可主动间隙控制的迷宫密封结构可以在不拆换密封装置的情况下调节梳齿与转子面之间的径向间隙，可明显提高迷宫密封的密封性能、降低使用成本，具有良好的经济效益。

该可主动间隙控制的迷宫密封结构在转子稳定工作状态下的调节过程如下：当转子稳定工作时，拧紧平底螺钉，压缩弹簧，在平底螺钉提供的轴向力的作用下，梳齿座与弧形锲块共同平移，梳齿与外伸凸台形成环腔，当弹簧被压缩至极限时，继续拧紧平底螺钉，由于弧形锲块与梳齿座为斜面接触，将产生径向分力，梳齿座将沿转子径向向内移动，此时，梳齿与转子面的间隙减少，可进一步降低泄漏量。

作为技术方案的改进，如图1、图3所示，所述静子密封座1的切面呈底边开口的矩形，静子密封座1的中部形成与梳齿座2的外部环形端配合的环形腔，静子密封座1的下底面的中心位置形成一条环形开口。

作为技术方案的改进，所述静子密封座1的下底面上对称设置有弹片滑道，所述凹形弹片9的下部设置于所述弹片滑道内，上部与梳齿座2的外部环形端固定。

作为技术方案的改进，第二弧形楔块6与静子密封座1上均设置有与弹簧8对应的弹簧槽，此时，当第二弧形楔块运动至与静子密封座相抵接时，通过继续拧紧平底螺钉，即可调整梳齿与转子的距离。

作为技术方案的改进，如图2、图4所示，所述梳齿座2为四个，结构相同。

作为技术方案的改进，如图1、图3所示，所述梳齿3呈靴状，所述外伸凸台41呈倒靴状，梳齿的靴形设计与外伸凸台的倒靴形设计相互配合，在转子稳定工作状态下，二者形成环形空腔，可进一步减小泄漏量。

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 (6)

1.一种可主动间隙控制的迷宫密封结构，其特征在于，包括：静子密封座(1)、梳齿座(2)、梳齿(3)、转子(4)和间隙调节结构，其中，所述静子密封座(1)固定设置于转子(4)的外周，梳齿座(2)为多个，沿转子(4)的周向间隙设置，梳齿座(2)的外部环形端设置于静子密封座(1)的环形腔内，间隙调节结构可推动整个梳齿座(2)沿转子(4)的轴向及径向的运动，梳齿座(2)的内部环形端位于静子密封座(1)外且与转子(4)的外周配合，梳齿(3)为多排，固定设置于梳齿座(2)的内部环形端的内端面，且沿转子(4)的轴向间隔设置，转子(4)的外周沿其轴向间隔设置有多排外伸凸台(41)，所述外伸凸台(41)与梳齿(3)一一对应且可形成环腔，所述间隙调节结构包括第一弧形锲块(5)、第二弧形楔块(6)、平底螺钉(7)、弹簧(8)和凹形弹片(9)，其中，第一弧形锲块(5)、第二弧形楔块(6)均位于静子密封座(1)的环形腔内且分别与梳齿座(2)的外部环形端的两侧面通过斜面相接，平底螺钉(7)和弹簧(8)相对设置，平底螺钉(7)穿过静子密封座(1)的一侧壁后与第一弧形锲块(5)相抵，弹簧(8)固定于第二弧形楔块(6)与静子密封座(1)的另一侧壁之间，凹形弹片(9)关于梳齿座(2)对称设置，为梳齿座(2)提供远离转子(4)的支撑力，通过拧紧平底螺钉(7)，可推动梳齿座(2)沿转子(4)的轴向运动，当弹簧(8)压缩至极限时，继续拧紧平底螺钉(7)，第一弧形锲块(5)、第二弧形楔块(6)可推动梳齿座(2)克服凹形弹片(9)的支撑力，减小梳齿(3)与转子(4)的径向距离。

2.按照权利要求1所述可主动间隙控制的迷宫密封结构，其特征在于：所述静子密封座(1)的切面呈底边开口的矩形，静子密封座(1)的中部形成与梳齿座(2)的外部环形端配合的环形腔，静子密封座(1)的下底面的中心位置形成一条环形开口。

3.按照权利要求2所述可主动间隙控制的迷宫密封结构，其特征在于：所述静子密封座(1)的下底面上对称设置有弹片滑道，所述凹形弹片(9)的下部设置于所述弹片滑道内，上部与梳齿座(2)的外部环形端固定。

4.按照权利要求1所述可主动间隙控制的迷宫密封结构，其特征在于：第二弧形楔块(6)与静子密封座(1)上均设置有与弹簧(8)对应的弹簧槽。

5.按照权利要求1所述可主动间隙控制的迷宫密封结构，其特征在于：所述梳齿座(2)为四个，结构相同。

6.按照权利要求1所述可主动间隙控制的迷宫密封结构，其特征在于：所述梳齿(3)呈靴状，所述外伸凸台(41)呈倒靴状。