CN111946464A - 一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构 - Google Patents

一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其中的密封座用于高压涡轮盘后轴承腔密封处；该密封座具有离散通气流道，保证低温气体的引入、流通；具有环形导气腔，实现对低温气体的导流和对高温气体的阻挡，保证进入高压涡轮盘后轴承腔的为低温气体；具有石墨、银铜等耐磨涂层，当密封的转静子发生刮磨时，不产生高温且刮磨掉落的为石墨或银铜等软化材料，即使进入轴承腔也不会损坏轴承；具有下沉的凹槽结构，在不占用空间的前提下实现密封座与承力机匣的固定；具有离散的凸台，保证轴承外环轴向定位的同时减轻重量。

Description

一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构
技术领域
本发明属于地面燃气轮机和航空发动机空气系统技术领域，涉及一种密封结构，尤其涉及一种用于高压涡轮盘后轴承腔的带导流阻挡作用的密封结构，通过在高压涡轮盘和其后支点之间设置具有导流阻挡作用的密封座，对引入低温气体的进行导流以及对高温气体进行阻挡，保证进入涡轮后支点轴承腔的气体始终为低温气体。
背景技术
燃气轮机/航空发动机具有高温高转速的特点，其转子轴承承受着很高的径向及轴向载荷，必须采用喷射滑油的方式润滑和冷却轴承以保证其正常工作。除了轴承在高载荷高转速下产生的热量外，从轴承腔转静密封处泄漏进来的高温气流也会导致轴承或滑油温度过高，需要控制通过转静密封进入轴承腔的气流温度及流量，这一问题对在高压涡轮盘后布置支点的燃气轮机/航空发动机尤为重要。高压涡轮盘受主流高温燃气导热而具有很高的温度，一般从高压压气机引入气流对涡轮盘进行冷却，引气温度高达400℃，经过涡轮盘的加热后甚至能达到500℃。此股气流如泄漏进轴承腔会对轴承正常工作带来很大风险，因此，需要从压气机低压级引来更低温气体对轴承腔进行包裹。如何保证进入轴承腔的为从压气机低压级引入的低温气体而不是高压涡轮盘后的高温气体，需要优化设计轴承腔的密封座结构。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明提出了一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，通过在高压涡轮盘后的轴承腔转静密封处设置带导流阻挡作用的密封座，密封座通过螺栓固定于承力机匣上，承力机匣的支板内设有低温气流通道，低温气流通道中的低温气进入轴承座的离散环腔，离散环腔内的低温气流通过密封座内的通气腔并在密封座挡板的导流作用下包围轴承腔，实现对高温气体的阻挡，并保证进入轴承腔的气体为低温气体。
为实现该目标，本发明采用的技术方案为：
一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，包括高压涡轮盘以及设置在所述高压涡轮盘下游的承力机匣，所述承力机匣的径向内侧设有一高压涡轮盘后轴承座，所述高压涡轮盘后轴承座中形成一高压涡轮盘后轴承腔，所述高压涡轮盘后轴承腔内至少设置一内环固定套设在高压涡轮轴上的高压涡轮盘后轴承，所述高压涡轮盘与高压涡轮盘后轴承之间在轴向上间隔布置有多级篦齿密封结构，用于减少高压涡轮盘后的高温气体流入所述高压涡轮盘后轴承腔，其特征在于，
所述高压涡轮盘后轴承外围沿周向布设有离散环腔，且所述离散环腔沿轴向延伸并在径向上位于所述高压涡轮盘后轴承腔的外侧，
所述承力机匣沿周向设有若干径向延伸的承力支板，每一所述承力支板中均设有低温气流通道，所述低温气流通道的一端与外界低温气源连通、另一端与所述离散环腔连通，
所述高压涡轮盘后轴承座的轴向前端设有一带有中心突出部的台阶状密封座，其中，所述中心突出部插设在所述高压涡轮盘后轴承腔的轴向前端，且所述中心突出部与高压涡轮轴之间设有篦齿密封结构，从而形成对所述高压涡轮盘后轴承腔前端的密封；所述密封座的外侧台阶面与所述离散环腔的轴向前端面相抵接，且所述密封座的外侧台阶面上设有离散通气流道，且所述离散通气流道与所述离散环腔一一对应，所述密封座内还设有与所述离散通气流道连通的环形导气腔，所述环形导气腔的径向内侧边缘延伸至接近高压涡轮轴。
优选地，所述密封座通过紧固件固定设置在所述承力机匣上。
优选地，所述外界低温气源为低压压气机的低温气体。
本发明的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构中，承力机匣的承力支板内有通冷气的低温气流通道，低温气流通道中的低温气体进入高压涡轮盘后轴承座的离散环腔，离散环腔内的气流分成前后两股流动，前面这股气通过密封座内的离散通气流道继续向前流动，并在密封座中环形导气腔的导流作用下到达轴承腔转静密封处，低温气体一部分通过轴承腔转静密封进入高压涡轮盘后轴承腔，一部分在密封座环形导气腔的底部折转，并与通过篦齿密封结构后的高温气流掺混后向后流动，从而实现低温气体包围高压涡轮盘后轴承腔，并实现对高温气体的阻挡，保证进入高压涡轮盘后轴承腔的气体为低温气体。
优选地，所述环形导气腔，用以引导低温气流包围所述高压涡轮盘后轴承腔，以隔绝高温气体，所述密封座的尺寸根据相邻转子件确定。
优选地，所述密封座具有石墨、银铜等耐磨软化涂层，涂层厚度一般为0.5mm左右，涂层喷涂处车螺纹以增加涂层粘结力，优选地涂层左侧仍有一段实体，以保证装配时如发生密封座与篦齿齿尖碰撞不会损坏涂层。
优选地，所述密封座设计有用以布置紧固件的下沉凹槽结构，在不占用空间的前提下实现密封座与轴承座的固定。
优选地，所述密封座的中心突出部的前端面上沿周向布置若干离散的凸块结构，各所述凸块与所述高压涡轮盘后轴承的外环相抵接，用于轴承外环的轴向定位，凸块离散分布以减轻重量，凸块数量一般为3～5个。
同现有技术相比，本发明的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其中的密封座用于航空发动机/燃气轮机的高压涡轮盘后轴承腔密封处；该密封座具有离散通气流道，保证低温气体的引入、流通；具有环形导气腔，实现对低温气体的导流和对高温气体的阻挡，保证进入高压涡轮盘后轴承腔的为低温气体；具有石墨、银铜等耐磨涂层，当密封的转静子发生刮磨时，不产生高温且刮磨掉落的为石墨或银铜等软化材料，即使进入轴承腔也不会损坏轴承；具有下沉的凹槽结构，在不占用空间的前提下实现密封座与承力机匣的固定；具有离散的凸台，保证轴承外环轴向定位的同时减轻重量。
附图说明
图1所示为本发明的应用于高压涡轮盘后轴承腔的带有导流阻挡作用的密封座结构示意图。
图中：高压涡轮盘1，篦齿转子封严环2，高压涡轮盘后腔3，密封座4，低温气流通道5，承力机匣6，离散环腔7，高压涡轮盘后轴承腔8，高压涡轮盘后轴承腔转静密封9，高压涡轮盘后轴承10。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
如图1所示，本发明的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，包括高压涡轮盘1、多层篦齿转子封严环2、密封座4、承力机匣6、低温气流通道5、高压涡轮盘后轴承10。承力机匣6设置在高压涡轮盘1下游侧，承力机匣6的径向内侧设有高压涡轮盘后轴承座，高压涡轮盘后轴承座中形成高压涡轮盘后轴承腔8，高压涡轮盘后轴承10安装于高压涡轮盘后轴承腔8中，高压涡轮盘后腔3内的气流温度高达500℃，且压力显著高于高压涡轮盘后轴承腔8内的压力，为了减少高压涡轮盘后腔3内的高温气体进入高压涡轮盘后轴承腔8内，在二者之间设置了三层篦齿密封结构2；进一步的，为了阻挡该高温气体进入轴承腔8，从压气机低压级引入200℃以下的气流来包裹高压涡轮盘后轴承腔8，高压涡轮盘后轴承10外围沿周向布设有离散环腔7，且离散环腔7沿轴向延伸并在径向上位于高压涡轮盘后轴承腔8的外侧，承力机匣6沿周向设有若干径向延伸的承力支板，每一承力支板中均设有低温气流通道5，低温气流通道5的一端与外界低温气源连通、另一端与离散环腔7连通，高压涡轮盘后轴承座8的轴向前端设有一带有中心突出部的台阶状密封座4，其中，中心突出部插设在高压涡轮盘后轴承腔8的轴向前端，且中心突出部与高压涡轮轴之间设有篦齿密封结构，从而形成对高压涡轮盘后轴承腔8前端的密封；密封座4的外侧台阶面与离散环腔7的轴向前端面相抵接，且密封座4的外侧台阶面上设有离散通气流道，且离散通气流道与离散环腔7一一对应，密封座4内还设有与离散通气流道连通的环形导气腔，环形导气腔的径向内侧边缘延伸至接近高压涡轮轴。低温气经过设置在承力机匣支板中的低温气流通道5后到达承力机匣离散环腔7，到达承力机匣离散腔7后的气流分成前后两股流动，前面这股气流经过密封座4的离散通道继续向前流动，并在密封座4挡板的引流作用下到达轴承腔转静密封9处，低温气体一部分通过轴承腔转静密封9进入轴承腔8，一部分在挡板底部折转并与通过两层篦齿后的高温气流掺混后向后流动。
密封座4通过螺栓固定于承力机匣6上，为了避免螺栓突出，密封座4上设计有下沉的凹槽；密封座4右端面有离散的凸台用于限制轴承外环的轴向移动；为了减少进入轴承腔8的气流流量，篦齿密封9的径向间隙只有0.05～0.1mm左右，振动较大的工况时会发生刮磨，因此密封座4喷涂有石墨/银铜等耐磨涂层，以保证刮磨产生的石墨/银铜碎屑掉落进入轴承腔8后也不会影响轴承的正常工作。
需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，包括高压涡轮盘以及设置在所述高压涡轮盘下游的承力机匣，所述承力机匣的径向内侧设有一高压涡轮盘后轴承座，所述高压涡轮盘后轴承座中形成一高压涡轮盘后轴承腔，所述高压涡轮盘后轴承腔内至少设置一内环固定套设在高压涡轮轴上的高压涡轮盘后轴承，所述高压涡轮盘与高压涡轮盘后轴承之间在轴向上间隔布置有多级篦齿密封结构，用于减少高压涡轮盘后的高温气体流入所述高压涡轮盘后轴承腔，其特征在于，
所述高压涡轮盘后轴承外围沿周向布设有离散环腔，且所述离散环腔沿轴向延伸并在径向上位于所述高压涡轮盘后轴承腔的外侧，
所述承力机匣沿周向设有若干径向延伸的承力支板，每一所述承力支板中均设有低温气流通道，所述低温气流通道的一端与外界低温气源连通、另一端与所述离散环腔连通，
所述高压涡轮盘后轴承座的轴向前端设有一带有中心突出部的台阶状密封座，其中，所述中心突出部插设在所述高压涡轮盘后轴承腔的轴向前端，且所述中心突出部与高压涡轮轴之间设有篦齿密封结构，从而形成对所述高压涡轮盘后轴承腔前端的密封；所述密封座的外侧台阶面与所述离散环腔的轴向前端面相抵接，且所述密封座的外侧台阶面上设有离散通气流道，且所述离散通气流道与所述离散环腔一一对应，所述密封座内还设有与所述离散通气流道连通的环形导气腔，所述环形导气腔的径向内侧边缘延伸至接近高压涡轮轴。
2.根据上述权利要求的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其特征在于，所述密封座通过紧固件固定设置在所述承力机匣上。
3.根据上述权利要求的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其特征在于，所述外界低温气源为低压压气机的低温气体。
4.根据上述权利要求的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其特征在于，所述环形导气腔，用以引导低温气流包围所述高压涡轮盘后轴承腔，以隔绝高温气体，所述密封座的尺寸根据相邻转子件确定。
5.根据上述权利要求的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其特征在于，所述密封座具有石墨、银铜等耐磨软化涂层，涂层厚度一般为0.5mm左右，涂层喷涂处车螺纹以增加涂层粘结力，优选地涂层左侧仍有一段实体，以保证装配时如发生密封座与篦齿齿尖碰撞不会损坏涂层。
6.根据上述权利要求的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其特征在于，所述密封座设计有用以布置紧固件的下沉凹槽结构，在不占用空间的前提下实现密封座与轴承座的固定。
7.根据上述权利要求的用于高压涡轮盘后轴承腔的导流阻挡密封结构，其特征在于，所述密封座的中心突出部的前端面上沿周向布置若干离散的凸块结构，各所述凸块与所述高压涡轮盘后轴承的外环相抵接，用于轴承外环的轴向定位，凸块离散分布以减轻重量，凸块数量一般为3～5个。
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