CN112065512A - 一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，篦齿封严装置设有引流通道，封严衬套在与第一级齿腔中部对应处开设有引流孔，引流孔能将第一级齿腔中的高压气体引入引流通道，封严衬套在与每个次级齿腔中部对应处开设有第一射流孔，封严衬套在与渐缩渐扩通道的喉道和扩展段对应处开设有第二射流孔，第一射流孔和第二射流孔均与引流通道连通，引流通道内的高压气流能从第一射流孔射出，与齿尖间隙出流的流体在齿腔形成强烈掺混，引流通道内的高压气流能从第二射流孔射出，对渐缩渐扩通道内的主气流形成压制，提高过渡段处的背压。本发明具有能有效降低流体泄漏量的技术效果。

Description

一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置
技术领域
本发明涉及航空发动机的技术领域，尤其涉及一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置。
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。
因此，人们对高性能密封结构的要求越来越迫切，改进和发展新的封严装置对减小油耗率、提高发动机效率具有重要的实用价值和意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提出一种新型一种能减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，包括内置转动部件，转动件上设置有多个轴向排布的封严篦齿，同时转动件外设有封严衬套，封严篦齿外周面与封严衬套内环面间隙配合，使得封严篦齿的齿尖与封严衬套内环面之间形成齿尖间隙，相邻封严篦齿之间形成齿腔，封严衬套与转动件在尾部配合形成渐缩渐扩通道，渐缩渐扩通道与篦齿之间形成过渡段，其中：篦齿封严装置设有引流通道，封严衬套在与第一级齿腔中部对应处开设有引流孔，引流孔能将第一级齿腔中的高压气体引入引流通道，封严衬套在与每个次级齿腔中部对应处开设有第一射流孔，封严衬套在与渐缩渐扩通道的喉道和扩展段对应处开设有第二射流孔，第一射流孔和第二射流孔均与引流通道连通，引流通道内的高压气流能从第一射流孔射出，与齿尖间隙出流的流体在齿腔形成强烈掺混，引流通道内的高压气流能从第二射流孔射出，对渐缩渐扩通道内的主气流形成压制，提高过渡段处的背压。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的封严衬套具有夹层结构，内部夹层通道即为引流通道。
上述的引流通道的宽度小于齿尖间隙的宽度。
上述的射流孔为收缩孔道，位于引流通道中的一端宽，位于齿腔中的一端窄，以实现对气流的加速，使进入齿腔的气流具有足够的动能参与掺混。
上述的位于后部的第一射流孔进出口面积比大于位于前部的第一射流孔的进出口面积比。
上述的篦齿封严装置具有四道封严篦齿，对应有四个齿尖间隙和三个齿腔，一处过渡段和一处渐缩渐扩通道。
本发明有以下优点：
1、本发明着眼于降低流体通过篦齿封严结构的泄漏流量，主要方法为通过从篦齿密封第一级齿腔处引入高压流体到后几级齿腔中改变流体通流方式，通过掺混降低间隙通流流体的动能；
2、在封严结构中高压流体配合收缩孔道加速后形成高速横向射流冲入后几级齿腔，改变节流口出流流体贴近上壁面的流动，进一步提高流动掺混效应；
3、本发明篦齿出口安装渐缩渐扩通道，通过第二射流孔调节背压，增大连接篦齿封严结构与渐缩渐扩流道所形成过渡段处的压强，即通过增大背压降低通流流体的压差驱动力，降低泄漏流量，改善封严性能。
4、本发明的引流通道在第一级齿腔处引入的高压流体，而不是篦齿封严入口处，这样既保证了足够的压差，同时避免了因为增加额外流路而可能导致的泄漏流量增加。
附图说明
图1是传统的篦齿封严结构的使用状态示意图；
图2是本发明的减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置的结构示意图；
图3是本发明的减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置的使用状态示意图。
图中标记名称：转动部件1、封严篦齿2、齿尖间隙2a、齿腔2b、过渡段2c、封严衬套3、引流孔31、引流通道32、第一射流孔33、第二射流孔34。
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。
本实施例的一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，包括内置转动部件1，转动件1上设置有多个轴向排布的封严篦齿2，同时转动件1外设有封严衬套3，封严篦齿2外周面与封严衬套3内环面间隙配合，使得封严篦齿2的齿尖与封严衬套3内环面之间形成齿尖间隙2a，相邻封严篦齿2之间形成齿腔2b，封严衬套3与转动件1在尾部配合形成渐缩渐扩通道4，渐缩渐扩通道4与篦齿之间形成过渡段2c，其中：篦齿封严装置设有引流通道32，封严衬套3在与第一级齿腔中部对应处开设有引流孔31，引流孔31能将第一级齿腔中的高压气体引入引流通道32，封严衬套3在与每个次级齿腔中部对应处开设有第一射流孔33，封严衬套3在与渐缩渐扩通道4的喉道和扩展段对应处开设有第二射流孔34，第一射流孔33和第二射流孔34均与引流通道32连通，引流通道32内的高压气流能从第一射流孔33射出，与齿尖间隙2a出流的流体在齿腔形成强烈掺混，引流通道32内的高压气流能从第二射流孔34射出，对渐缩渐扩通道4内的主气流形成压制，提高过渡段2c处的背压。
实施例中，封严衬套3具有夹层结构，内部夹层通道即为引流通道32。
实施例中，引流通道32的宽度小于齿尖间隙2a的宽度。
实施例中，射流孔33为收缩孔道，位于引流通道32中的一端宽，位于齿腔2b中的一端窄，以实现对气流的加速，使进入齿腔2b的气流具有足够的动能参与掺混。
实施例中，位于后部的第一射流孔33进出口面积比大于位于前部的第一射流孔33的进出口面积比。
实施例中，篦齿封严装置具有四道封严篦齿2，对应有四个齿尖间隙2a和三个齿腔2b，一处过渡段2c和一处渐缩渐扩通道4。
本发明采用篦齿封严结构降低泄漏流量，具体为，采用4级篦齿封严，配合1路衬套引流通道32，1路拉瓦尔喷管流道和4路横向射流来实现阻碍或降低间隙泄漏流量的目的。
篦齿封严结构在流道中形成突缩和突扩的节流装置，以减小通过间隙的泄漏流量。同时，在第一级齿腔2b顶部对应衬套的中心位置开设一道引流孔31，将流入第一级齿腔2b的部分高压流体（相对于后几级齿腔2b而言）引入引流通道32。附加于衬套外围的引流通道32受压差力的驱动可以将被引入的高压气流传输给后两级低压齿腔2b和位于尾部的气动矢量喷管。
对于通过后续齿腔2b的贴壁流体，在其所在齿腔2b顶部对应衬套的中心位置开设收缩的第一射流孔33，将引流通道32中的相对高压流体导入齿腔2b中，压迫贴壁流体向下弯折；同时，采用收缩通道提高横向流体入流的速度，增强流体之间的掺混，降低间隙通流流体的动能。
同时在尾部的渐缩渐扩流道的喉道位置和略靠后的上壁面开设横向流体通道,即第二射流孔34，通过两处第二射流孔34的高压流体将压迫主流，使其中一部分回流至过渡段2c与末级篦齿出流流体剧烈掺混，提高过渡段2c的压强，使篦齿出口背压升高，减小泄漏流量。改善篦齿封严性能。
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 (6)

1.一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，包括内置转动部件(1)，所述的转动件(1)上设置有多个轴向排布的封严篦齿(2)，同时转动件(1)外设有封严衬套(3)，封严篦齿(2)外周面与封严衬套(3)内环面间隙配合，使得封严篦齿(2)的齿尖与封严衬套(3)内环面之间形成齿尖间隙(2a)，相邻封严篦齿(2)之间形成齿腔(2b)，封严衬套(3)与转动件(1)在尾部配合形成渐缩渐扩通道(4)，渐缩渐扩通道(4)与篦齿之间形成过渡段(2c)，其特征是：篦齿封严装置设有引流通道(32)，所述的封严衬套(3)在与第一级齿腔中部对应处开设有引流孔(31)，引流孔(31)能将第一级齿腔中的高压气体引入引流通道(32)，所述的封严衬套(3)在与每个次级齿腔中部对应处开设有第一射流孔(33)，封严衬套(3)在与渐缩渐扩通道(4)的喉道和扩展段对应处开设有第二射流孔(34)，所述的第一射流孔(33)和第二射流孔(34)均与引流通道(32)连通，引流通道(32)内的高压气流能从第一射流孔(33)射出，与齿尖间隙(2a)出流的流体在齿腔形成强烈掺混，所述的引流通道(32)内的高压气流能从第二射流孔(34)射出，对渐缩渐扩通道(4)内的主气流形成压制，提高过渡段(2c)处的背压。
2.根据权利要求1所述的一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，其特征是：所述的封严衬套(3)具有夹层结构，内部夹层通道即为所述的引流通道(32)。
3.根据权利要求2所述的一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，其特征是：所述的引流通道(32)的宽度小于齿尖间隙(2a)的宽度。
4.根据权利要求3所述的一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，其特征是：所述的射流孔(33)为收缩孔道，位于引流通道(32)中的一端宽，位于齿腔(2b)中的一端窄，以实现对气流的加速，使进入齿腔(2b)的气流具有足够的动能参与掺混。
5.根据权利要求4所述的一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，其特征是：位于后部的第一射流孔(33)进出口面积比大于位于前部的第一射流孔(33)的进出口面积比。
6.根据权利要求5所述的一种减小间隙泄漏流量的篦齿封严装置，其特征是：篦齿封严装置具有四道封严篦齿(2)，对应有四个齿尖间隙(2a)和三个齿腔(2b)，一处过渡段(2c)和一处渐缩渐扩通道(4)。
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