CN111271134B - 一种蜂窝-篦齿封严结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蜂窝‑篦齿封严结构，包括转轴,转轴外同轴套设有蜂窝衬套,蜂窝衬套的内环面由多个蜂窝腔构成，转轴上设置有多个轴向排布的封严篦齿，封严篦齿外周面与蜂窝衬套内环面间隙配合，蜂窝腔朝气流来流方向倾斜一定角度，使得蜂窝腔的入口部分朝向气流来流方向，增加气流侵入蜂窝腔的能力。相邻蜂窝芯格之间通过内部的射流小孔连通，使得上游蜂窝腔压力较高的气流通过圆形通孔2进入下游蜂窝腔内，下游蜂窝腔内涡流受到挤压产生肾形涡，强化了掺混，耗散增强。本发明通过改进、优化蜂窝的结构，从而强化篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散，进一步达到降低流体泄漏的目的。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机密封的领域，具体而言，涉及一种蜂窝-篦齿封严结构。
背景技术
在航空发动机等旋转机械中，由于旋转的转子件和静子衬套之间留有一定的间隙，导致气体在转静件之间发生泄漏，这股泄漏流会引起主流流体的流量减少，从而导致发动机的效率降低，甚至会产生叶片振动、变形等问题，影响发动机的性能与寿命。篦齿封严是应用于航空发动机等旋转机械中的一种结构简单、性能可靠的非接触式动封严结构。它利用篦齿与封严环面这一特殊的组合结构，消耗流体的动能，增加流阻，最终减少流体泄漏。
随着航空发动机循环参数的提高，发动机的封严系统的泄漏问题日益突出，篦齿封严的工作条件日趋恶劣，面临结构刚度降低、封严效率低、转子流体激振等一系列问题。对于传统篦齿封严，为了减少封严泄漏，除了改进篦齿本身的几何结构，需要减少封严间隙。若封严间隙过大，则泄漏增大，不利于提高发动机效率。但如果间隙过小，转子的转动又会使得齿尖与静子衬套产生刮蹭，降低发动机寿命，甚至产生危险。
相对于传统的篦齿封严，蜂窝衬套-篦齿组合封严结构，如图1所示，具有良好封严特性和转子动力特性，可以保证发动机正常稳定工作的情况下减少运转间隙。且蜂窝本身这一特殊的六边形结构，蜂窝内部能产生很强的涡流，从而对流体形成很大的阻尼，从而降低泄漏。
然而，现有的蜂窝衬套-篦齿组合封严结构还有待进一步改进，强化篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散，降低流体泄漏。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种蜂窝-篦齿封严结构，通过改进、优化蜂窝的结构，从而强化篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散，进一步达到降低流体泄漏的目的。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种蜂窝-篦齿封严结构，包括转轴,转轴外同轴套设有蜂窝衬套,蜂窝衬套的内环面由多个蜂窝腔构成，转轴上设置有多个轴向排布的封严篦齿，封严篦齿外周面与蜂窝衬套内环面间隙配合，蜂窝腔朝气流来流方向倾斜一定角度，使得蜂窝腔的入口部分朝向气流来流方向，增加气流侵入蜂窝腔的能力。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的蜂窝腔朝气流来流方向倾斜45°。
上述的蜂窝腔的内壁上设置腔壁通孔，上游蜂窝腔和相邻的下游蜂窝腔之间通过腔壁通孔连通，使得上游蜂窝腔内压力较高的气流通过腔壁通孔进入下游蜂窝腔内，下游蜂窝腔内涡流受到腔壁通孔进入的气流挤压产生肾形涡。
上述的腔壁通孔为圆孔。
上述的蜂窝腔入口靠近气流来流方向的一侧设置有出流挡板，出流挡板纵截面为三角形，出流挡板用于阻挡蜂窝腔内的气流流出，并使气流在蜂窝腔入口附近形成局部小尺度涡流。
上述的出流挡板上开设有上下贯通的射流孔，气流能从射流孔穿过出流挡板进入蜂窝腔，与蜂窝腔内流向出流挡板方向的涡流产生对冲。
上述的上游位置的射流孔为收扩孔，出口处的孔径大于射流孔中部的孔径，中游位置的射流孔为等径圆孔，下游位置的射流孔为渐缩孔，出口处的孔径小于射流孔中部的孔径。
上述的孔型为等径圆孔的射流孔数量为若干个，其中，处于上游位置的等径圆孔孔径大于处于下游位置的等径圆孔孔径。
上述的出流挡板通过焊接固定在蜂窝腔入口处。
上述的出流挡板的上表面为光滑弧形。
上述的蜂窝腔入口远离气流来流方向的一侧设置有导流板，导流板用于引导流体流入蜂窝腔。
本发明提出一种有效抑制流体泄漏的新型蜂窝衬套-篦齿封严组合结构。采用三级篦齿-蜂窝衬套组合封严结构，将传统直棱柱式的蜂窝衬套结构改变为倾斜式蜂窝结构，增加气流侵入蜂窝孔结构的能力，利用六边形蜂窝这一特殊结构，在每个蜂窝腔内产生涡流耗散，降低泄漏。
进一步的，相邻蜂窝芯格之间通过内部的射流小孔连通，使得上游蜂窝腔压力较高的气流通过圆形通孔2进入下游蜂窝腔内，下游蜂窝腔内涡流受到挤压产生肾形涡，强化了掺混，耗散增强。
本发明在蜂窝下端面气流进口处设置特殊的导流板，其纵截面为三角形，其作用是阻挡蜂窝腔内的气流流出，且在挡板与蜂窝腔之间形成局部小尺度涡流，增强耗散，且蜂窝出流气流在挡板的作用下运动方向改变，将篦齿齿尖射流的气流向齿腔内挤压，有效降低透气效应，抑制泄漏。
本发明在出流挡板上设置射流孔，用于进一步强化挡板与蜂窝腔之间形成局部小尺度涡流，增强耗散。考虑到封严组件气流沿程压力逐级下降，在挡板内开不同形状与大小的射流孔，处于上游位置的射流孔为收扩形，处于中游位置的射流孔为等径圆孔，且孔直径沿轴向逐渐减小，处于下游位置的射流孔形状为渐缩形，进口部分高速气流从射流孔直接进入蜂窝腔，强化了腔内掺混；在蜂窝下端面气流入口右侧设置入口导流板，使得泄漏流体流入蜂窝量增多，减少其沿篦齿封严的泄漏量。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为气流在本发明的蜂窝-篦齿封严结构中流动的结构示意图；
图3为蜂窝腔的局部示意图；
图4为本发明的结构示意图；
图5为出流挡板和导流板的位置示意图；
图6为上游位置的射流孔示意图；
图7为中游位置的射流孔示意图；
图8为下游位置的射流孔示意图。
其中，附图标记为：转轴1、蜂窝衬套2、蜂窝腔2a、腔壁通孔21、出流挡板22、射流孔22a、导流板23、封严篦齿3。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本实施例的一种蜂窝-篦齿封严结构，包括转轴1,转轴1外同轴套设有蜂窝衬套2,蜂窝衬套2的内环面由多个蜂窝腔2a构成，转轴1上设置有多个轴向排布的封严篦齿3，封严篦齿3外周面与蜂窝衬套2内环面间隙配合，蜂窝腔2a朝气流来流方向倾斜一定角度，使得蜂窝腔2a的入口部分朝向气流来流方向，增加气流侵入蜂窝腔2a的能力。
实施例中，蜂窝腔2a朝气流来流方向倾斜45°。
实施例中，蜂窝腔2a的内壁上设置腔壁通孔21，上游蜂窝腔2a和相邻的下游蜂窝腔2a之间通过腔壁通孔21连通，使得上游蜂窝腔2a内压力较高的气流通过腔壁通孔21进入下游蜂窝腔2a内，下游蜂窝腔2a内涡流受到腔壁通孔21进入的气流挤压产生肾形涡。
实施例中，腔壁通孔21为圆孔。
实施例中，蜂窝腔2a入口靠近气流来流方向的一侧设置有出流挡板22，出流挡板22纵截面为三角形，出流挡板22用于阻挡蜂窝腔2a内的气流流出，并使气流在蜂窝腔2a入口附近形成局部小尺度涡流。
实施例中，出流挡板22上开设有上下贯通的射流孔22a，气流能从射流孔22a穿过出流挡板22进入蜂窝腔2a，与蜂窝腔2a内流向出流挡板22方向的涡流产生对冲。
实施例中，上游位置的射流孔22a为收扩孔，出口处的孔径大于射流孔22a中部的孔径，中游位置的射流孔22a为等径圆孔，下游位置的射流孔22a为渐缩孔，出口处的孔径小于射流孔22a中部的孔径。
实施例中，孔型为等径圆孔的射流孔22a数量为若干个，其中，处于上游位置的等径圆孔孔径大于处于下游位置的等径圆孔孔径。
实施例中，出流挡板22通过焊接固定在蜂窝腔2a入口处。
实施例中，出流挡板22的上表面为光滑弧形。
实施例中，蜂窝腔2a入口远离气流来流方向的一侧设置有导流板23，导流板23用于引导流体流入蜂窝腔2a。
本发明采用三级篦齿-蜂窝衬套的封严篦齿结构，如图2和4所示，具有三级三级篦齿，蜂窝芯格内部壁面开圆形腔壁通孔21，其孔径等于1/6篦齿齿尖宽度，流孔与蜂窝开口面的垂直距离约等于蜂窝芯格直径的一倍。各蜂窝芯格下端面左侧位置设置截面为三角形的出流挡板22，与蜂窝之间采用焊接形式连接；出流挡板22内开不同形状与大小的射流孔22a，处于第一级篦齿上游位置的射流孔22a为缩扩形，处于第一级与第二级篦齿之间位置的射流孔22a为等截面形，且射流孔直径沿轴向逐渐减小，处于第二级与第三级篦齿之间位置的射流孔22a形状为渐缩形。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种蜂窝-篦齿封严结构，包括转轴(1),所述的转轴(1)外同轴套设有蜂窝衬套(2),蜂窝衬套(2)的内环面由多个蜂窝腔(2a)构成，转轴(1)上设置有多个轴向排布的封严篦齿(3)，封严篦齿(3)外周面与蜂窝衬套(2)内环面间隙配合，其特征是：所述的蜂窝腔(2a)朝气流来流方向倾斜一定角度，使得蜂窝腔(2a)的入口部分朝向气流来流方向，增加气流侵入蜂窝腔(2a)的能力；所述的蜂窝腔(2a)的内壁上设置腔壁通孔(21)，上游蜂窝腔(2a)和相邻的下游蜂窝腔(2a)之间通过腔壁通孔(21)连通，使得上游蜂窝腔(2a)内压力较高的气流通过腔壁通孔(21)进入下游蜂窝腔(2a)内，下游蜂窝腔(2a)内涡流受到腔壁通孔(21)进入的气流挤压产生肾形涡。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：所述的蜂窝腔(2a)朝气流来流方向倾斜45°。
3.根据权利要求2所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：所述的腔壁通孔(21)为圆孔。
4.根据权利要求1所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：所述的蜂窝腔(2a)入口靠近气流来流方向的一侧设置有出流挡板(22)，所述的出流挡板(22)纵截面为三角形，所述的出流挡板(22)用于阻挡蜂窝腔(2a)内的气流流出，并使气流在蜂窝腔(2a)入口附近形成局部小尺度涡流。
5.根据权利要求4所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：所述的出流挡板(22)上开设有上下贯通的射流孔(22a)，气流能从射流孔(22a)穿过出流挡板(22)进入蜂窝腔(2a)，与蜂窝腔(2a)内流向出流挡板(22)方向的涡流产生对冲。
6.根据权利要求5所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：上游位置的射流孔(22a)为收扩孔，出口处的孔径大于射流孔(22a)中部的孔径，中游位置的射流孔(22a)为等径圆孔，下游位置的射流孔(22a)为渐缩孔，出口处的孔径小于射流孔(22a)中部的孔径。
7.根据权利要求6所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：孔型为等径圆孔的射流孔(22a)数量为若干个，其中，处于上游位置的等径圆孔孔径大于处于下游位置的等径圆孔孔径。
8.根据权利要求6所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：所述的出流挡板(22)通过焊接固定在蜂窝腔(2a)入口处；所述的出流挡板(22)的上表面为光滑弧形。
9.根据权利要求6所述的一种蜂窝-篦齿封严结构，其特征是：所述的蜂窝腔(2a)入口远离气流来流方向的一侧设置有导流板(23)，所述的导流板(23)用于引导流体流入蜂窝腔(2a)。
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