CN112523814B - 一种高压压气机出口封严装置 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机中高压压气机封严结构设计技术领域，特别涉及一种高压压气机出口封严装置，包括设置在转子圆周面上的多道蓖齿，以及安装在燃烧室机匣上的蜂窝座，蜂窝座内壁上设置有蜂窝结构，在蜂窝座的轴向一侧，设置有第一环形挡板，且第一环形挡板最外圆周端面沿其径向延伸，并靠近其径向方向上的燃烧室机匣的内环面，以形成径向宽度为2‑4mm的收口结构。本申请的高压压气机出口封严装置，能够降低蜂窝座在发动机加减速时的整体换热速度，提高其与蓖齿的热协调性，减小封严间隙，提高发动机性能。

Description

一种高压压气机出口封严装置
技术领域
本申请属于航空发动机中高压压气机封严结构设计技术领域，特别涉及一种高压压气机出口封严装置。
背景技术
高压压气机出口位置是发动机流路中压力最高的位置，该位置的封严效果对发动机整机性能存在较大影响。若封严效果不佳，高压气体泄露量过大，则会导致主流路内用于推动涡轮做功的气体减少，发动机性能下降。
如图1所示，该处封严的常规方案为蜂窝蓖齿密封结构。即转子为多道蓖齿结构，静子为安装在薄壁机匣(蜂窝座)上的蜂窝结构。工作时靠控制蓖齿与蜂窝之间的间隙来实现封严作用。
封严蓖齿为转子，为保证其有足够的强度，其厚度一般较大，同时导致其热容较大；而蜂窝座为静子，为减小发动机重量，一般设计其为薄壁结构，同时导致其热容较小。发动机减速时，由于来流空气温度下降较快，热容较小的蜂窝座率先冷却，直径大幅减小；而蓖齿则因热容较大，冷却较慢，直径减小较少；在蓖齿与蜂窝膨胀差的作用下，蜂窝磨损深度增加。发动机加速时，则与上述情况相反，导致蓖齿与蜂窝之间的间隙变大，空气泄露量增加；而在稳态时，则由于发动机减速时过深的蜂窝磨损而使封严间隙永久性增加，空气泄露量增加，发动机性能下降。
因此，现有技术方案对蜂窝座的保温设计不足，导致蜂窝与蓖齿的热膨胀协调性较差，影响封严效果。具体表现为：
1、蜂窝座上方的空气流动未做控制，发动机加减速时对流换热较快，导致蜂窝座温度变化过快，影响热协调性。
2、蜂窝座为金属结构，导热系数较高，换热过快。
3、蜂窝结构设计未对蜂窝座进行有效保护，导致蜂窝座换热过快。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种高压压气机出口封严装置。
本申请公开了一种高压压气机出口封严装置，包括设置在转子圆周面上的多道蓖齿，以及安装在燃烧室机匣上的呈环状的蜂窝座，所述蜂窝座内壁上设置有呈环状布置且与多道蓖齿相适配的蜂窝结构；
在所述蜂窝座的面向气流流入方向的轴向一侧，同轴设置有垂直于所述蜂窝座轴向的第一环形挡板，且所述第一环形挡板最外圆周端面沿其径向延伸，并靠近其径向方向上的燃烧室机匣的内环面，以形成径向宽度为2-4mm的收口结构
根据本申请的至少一个实施方式，呈环状布置所述蜂窝结构沿轴向分为第一蜂窝结构和第二蜂窝结构，其中，
所述第一蜂窝结构位于靠近气流流入方向的一侧，且所述第一蜂窝结构与多道所述蓖齿相适配；
所述第二蜂窝结构位于远离气流流入方向的一侧，且所述第二蜂窝结构构成的圆环的内径小于所述第一蜂窝结构构成的圆环的内径。
根据本申请的至少一个实施方式，所述蜂窝结构的圆环上任一轴向截面呈近似L型。
根据本申请的至少一个实施方式，在所述蜂窝座的远离所述第一环形挡板的轴向最外侧，同轴设置有与所述第一环形挡板平行的第二环形挡板；
所述高压压气机出口封严装置还包括：
呈环状布置的隔热屏，所述隔热屏轴向一侧与所述第一环形挡板固定连接，轴向另一侧与所述第二环形挡板固定连接，以使得所述隔热屏、第一环形挡板以及第二环形挡板之间形成一环状内腔；
隔热材料，均匀铺设在所述环状内腔中。
根据本申请的至少一个实施方式，所述蜂窝座与所述第一环形挡板为一体成型构件。
根据本申请的至少一个实施方式，所述蜂窝座与所述第一环形挡板以及第二环形挡板为一体成型构件。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的高压压气机出口封严装置，能够降低蜂窝座在发动机加减速时的整体换热速度，提高其与蓖齿的热协调性，减小封严间隙，提高发动机性能。
附图说明
图1是现有高压压气机出口封严装置的结构示意图；
图2是本申请高压压气机出口封严装置的结构示意图(剖视图)；
图3是本申请高压压气机出口封严装置的使用原理图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图2-图3对本申请的高压压气机出口封严装置做进一步详细说明。
本申请公开了一种高压压气机出口封严装置，包括设置在转子圆周面上的多道蓖齿1，以及安装在燃烧室机匣2上的呈环状的蜂窝座3，蜂窝座3内壁上设置有呈环状布置且与多道蓖齿1相适配的蜂窝结构4。可以理解的是，尽管图2、图3中并未对剖面线进行示意，但是本领域技术人员可以理解，其仅示意图整个高压压气机出口封严装置的其中一个部分(顶部)，但是该示意图并不影响本申请对需要保护结构的表达。
进一步，本申请的高压压气机出口封严装置中，在蜂窝座3的面向气流流入方向的轴向一侧(图2中左侧)，同轴设置有垂直于蜂窝座3轴向的第一环形挡板5，且第一环形挡板5最外圆周端面沿其径向(即图2中上下方向)延伸，并靠近其径向方向上的燃烧室机匣2的内环面，以形成径向宽度为2-4mm的收口结构；如图2、3所示，在一具体实施例中，优选径向宽度为2mm。
综上，本申请通过在蜂窝座3与燃烧室机匣2之间设计收口结构，以降低蜂窝座3上方空气的流动速度，降低对流换热效果。
进一步，本申请的高压压气机出口封严装置中，呈环状布置蜂窝结构4沿轴向分为第一蜂窝结构41和第二蜂窝结构42；其中，第一蜂窝结构41位于靠近气流流入方向的一侧(图2中左侧)，且第一蜂窝结构41的结构未做改变，还是与多道蓖齿1相适配；而第二蜂窝结构42位于远离气流流入方向的一侧(图2中右侧)，且第二蜂窝结构42构成的圆环的内径小于第一蜂窝结构41构成的圆环的内径，以使得蜂窝结构4的圆环上任一轴向截面呈近似L型(如图2中所示，对应截面顺时针旋转90°后再沿竖直轴向对称转动，即得到L型)。
综上，通过将蜂窝截面设计为L型，对封严气流出口起到遮挡作用，防止气流直接冲刷蜂窝座3，降低对流换热效果。
进一步，本申请的高压压气机出口封严装置中，在蜂窝座3的远离第一环形挡板5的轴向最外侧(图2中右边最外侧)，同轴设置有与第一环形挡板5平行的第二环形挡板6。需要说明的是，第一环形挡板5和第二环形挡板6可以是通过例如焊接的方式固定在蜂窝座3上，另外，也可以是直接与蜂窝座3为一体成型构件；本实施例中，优选为一体成型构件。
设置第二环形挡板6后，本申请的高压压气机出口封严装置还可以包括隔热屏62以及隔热材料61。
隔热屏62呈环状布置，其轴向一侧与第一环形挡板5固定连接，轴向另一侧与第二环形挡板6固定连接，以使得隔热屏62、第一环形挡板5以及第二环形挡板6之间形成一环状内腔；隔热材料61均匀铺设在环状内腔中，从而降低蜂窝座导热效果。其中，隔热屏62以及隔热材料61均可以采用目前已知的多种时候的具有隔热性能的材料，此处不再赘述。
综上所述，本申请的高压压气机出口封严装置，能够降低蜂窝座在发动机加减速时的整体换热速度，提高其与蓖齿的热协调性，减小封严间隙，提高发动机性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种高压压气机出口封严装置，包括设置在转子圆周面上的多道蓖齿(1)，以及安装在燃烧室机匣(2)上的呈环状的蜂窝座(3)，所述蜂窝座(3)内壁上设置有呈环状布置且与多道蓖齿(1)相适配的蜂窝结构(4)，其特征在于，在所述蜂窝座(3)的面向气流流入方向的轴向一侧，同轴设置有垂直于所述蜂窝座(3)轴向的第一环形挡板(5)，且所述第一环形挡板(5)最外圆周端面沿其径向延伸，并靠近其径向方向上的燃烧室机匣(2)的内环面，所述燃烧室机匣(2)的内环面朝向所述环形挡板(5)的方向延伸有凸台，所述环形挡板(5)的最外圆周端面与所述凸台之间形成径向宽度为2-4mm的收口结构；
在所述蜂窝座(3)的远离所述第一环形挡板(5)的轴向最外侧，同轴设置有与所述第一环形挡板(5)平行的第二环形挡板(6)；
所述高压压气机出口封严装置还包括：
呈环状布置的隔热屏(62)，所述隔热屏(62)轴向一侧与所述第一环形挡板(5)固定连接，轴向另一侧与所述第二环形挡板(6)固定连接，以使得所述隔热屏(62)、第一环形挡板(5)以及第二环形挡板(6)之间形成一环状内腔；
隔热材料(61)，均匀铺设在所述环状内腔中。
2.根据权利要求1所述的高压压气机出口封严装置，其特征在于，呈环状布置所述蜂窝结构(4)沿轴向分为第一蜂窝结构(41)和第二蜂窝结构(42)，其中，
所述第一蜂窝结构(41)位于靠近气流流入方向的一侧，且所述第一蜂窝结构(41)与多道所述蓖齿(1)相适配；
所述第二蜂窝结构(42)位于远离气流流入方向的一侧，且所述第二蜂窝结构(42)构成的圆环的内径小于所述第一蜂窝结构(41)构成的圆环的内径。
3.根据权利要求2所述的高压压气机出口封严装置，其特征在于，所述蜂窝结构(4)的圆环上任一轴向截面呈近似L型。
4.根据权利要求1所述的高压压气机出口封严装置，其特征在于，所述蜂窝座(3)与所述第一环形挡板(5)为一体成型构件。
5.根据权利要求1所述的高压压气机出口封严装置，其特征在于，所述蜂窝座(3)与所述第一环形挡板(5)以及第二环形挡板(6)为一体成型构件。
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