CN113090337A - 一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，包括旋向相反的低速轴和高速轴，所述低速轴与高速轴沿轴向并排设置，所述低速轴的外周面上相适配安装有轴承一，所述高速轴的外周面上相适配安装有轴承二，所述低速轴与高速轴交接处的外侧设置有密封安装座，所述密封安装座的内壁并排设置有作用于低速轴的圆周石墨密封一与作用于高速轴的圆周石墨密封二，本发明中采用圆周石墨密封一与圆周石墨密封二“面对面”安装，并在航空发动机压气机处引来一定压力的低温空气到两个分瓣式圆周石墨密封中间处，形成圆周石墨密封高压侧，允许少量空气泄漏到轴承腔，对轴承腔的滑油进行封严。

Description

一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体是一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置。

背景技术

随着航空发动机的性能的不断提升，越来越多的航空发动机采用双转子结构布局，反转(高速轴与低速轴之间的旋向不同)轴间密封效率是制约航空发动机性能的重要因素之一。目前，航空发动机上反转轴间密封处常用的密封形式为篦齿密封和开口环圆周石墨密封。

篦齿密封装置是一种非接触式密封形式，现有的主轴承腔密封采用多阶多级篦齿密封，为确保篦齿密封的转、静子不发生碰磨，需采用比较大的封严间隙；为达到高压差气体封严的效果，一般需采用三阶五齿的篦齿密封进行封严，这就造成主轴承腔密封占用的轴向空间大；为了有效控制封严效果，需严格控制三阶篦齿密封的封严间隙，这就造成加工难度大，而且对篦齿密封的装配精度要求高，易产生篦齿密封的封严间隙不合理，产生刮磨、泄漏量大等问题。

开口环圆周石墨密封开口环圆周石墨密封一般由衬套、石墨开口环、涨圈座组成，属于接触式密封结构，工作中开口环石墨环端面靠气体压力或弹力与高速旋转的涨圈座环槽端面贴紧形成密封界面。因此，适应的线速度低，一般为100m/s左右。当双转子发动机中反转的轴间处，线速度比较大的工况下，石墨环会加剧磨损，严重影响开口环圆周石墨密封的密封效果和使用寿命。

因此，需要设计一种能承受高线速度工况并实现低泄漏、长寿命要求的用于双转子航空发动机反转轴间密封装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，充分利用分瓣式圆周石墨密封结构，实现低泄漏要求；在转子与圆周石墨密封接触处设计有人字槽，产生流体动压效果，使石墨环与转子间形成气膜，减小石墨环的磨损，满足发动机对密封装置长寿命的要求，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，包括旋向相反的低速轴和高速轴，所述低速轴与高速轴沿轴向并排设置，所述低速轴的外周面上相适配安装有轴承一，所述高速轴的外周面上相适配安装有轴承二，所述低速轴与高速轴交接处的外侧设置有密封安装座，所述密封安装座的内壁并排设置有作用于低速轴的圆周石墨密封一与作用于高速轴的圆周石墨密封二。

作为本发明再进一步的方案：所述圆周石墨密封一与圆周石墨密封二的结构完全一致，所述圆周石墨密封一包括壳体、防转销、周向弹簧、垫圈一、波形弹簧、挡圈、垫圈二和石墨环，所述壳体耦合在密封安装座的底面上，所述壳体内部一侧水平设置有防转销，所述石墨环的一侧插接在防转销上，所述石墨环的另一侧通过垫圈一同波形弹簧的一端连接，所述波形弹簧的另一端通过垫圈二连接有挡圈，所述挡圈固定设置在壳体内部顶面上；

所述石墨环的外周面上经沟槽设置有周向弹簧，所述石墨环的内周面经转子与低速轴连接。

作为本发明再进一步的方案：所述石墨环为两瓣式结构。

作为本发明再进一步的方案：所述圆周石墨密封一与圆周石墨密封二通过过盈配合安装在密封安装座上。

作为本发明再进一步的方案：所述低速轴和高速轴上的转子同石墨环接触的表面上开设有人字槽，所述人字槽的深度为0.01-0.015mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中采用圆周石墨密封一与圆周石墨密封二“面对面”安装，并在航空发动机压气机处引来一定压力的低温空气到两个分瓣式圆周石墨密封中间处，形成圆周石墨密封高压侧，允许少量空气泄漏到轴承腔，对轴承腔的滑油进行封严；

2、本发明中圆周石墨密封一和圆周石墨密封二分别由壳体、防转销、周向弹簧、垫圈一、波形弹簧、挡圈、垫圈二、石墨环组成，由周向弹簧将分瓣式石墨环箍到旋转轴上的高速轴和低速轴的表面上，构成主密封界面限制轴向泄漏；由波形弹簧将分瓣式石墨环推靠在壳体上紧密贴合，形成辅助密封界面限制径向泄漏，结构紧凑，所占用空间小；

3、本发明中石墨环采用分瓣式结构，在石墨环的外径凹槽处安装周向弹簧，使石墨环与跑道有初始的接触负荷，形成主密封界面；分瓣式的石墨环能有效跟随转子径向移动，保证了较小的泄漏量，使接触式圆周石墨密封实现低泄漏(气体泄漏量≤1g/s)；

4、本发明中在转子表面设计人字槽结构，在低速轴和高速轴高速旋转时在接触面产生流体动压效应，在接触面形成气膜，减小石墨环与轴的磨损，提高圆周石墨密封的使用寿命。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的正面结构示意图。

图2为本发明中圆周石墨密封一的结构示意图。

图3为本发明中石墨环的结构示意图。

图4为本发明中人字槽的结构示意图。

图中：1、低速轴；2、轴承一；3、圆周石墨密封一；4、密封安装座；5、圆周石墨密封二；6、轴承二；7、高速轴；8、壳体；9、防转销；10、周向弹簧；11、垫圈一；12、波形弹簧；13、挡圈；14、垫圈二；15、石墨环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～4，本发明实施例中，一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，包括旋向相反的低速轴1和高速轴7，所述低速轴1与高速轴7沿轴向并排设置，所述低速轴1的外周面上相适配安装有轴承一2，所述高速轴7的外周面上相适配安装有轴承二6，所述低速轴1与高速轴7交接处的外侧设置有密封安装座4，所述密封安装座4的内壁并排设置有作用于低速轴1的圆周石墨密封一3与作用于高速轴7的圆周石墨密封二5。

使用时，圆周石墨密封一3与圆周石墨密封二5通过过盈配合安装在密封安装座4上，分瓣式石墨环15在周向弹簧10的作用下与高速轴7、低速轴1接触，形成密封界面，为了对轴承腔的滑油进行有效封严，采用圆周石墨密封一3与圆周石墨密封二5“面对面”安装，并在航空发动机压气机处引来一定压力的低温空气到圆周石墨密封一3与圆周石墨密封二5的中间处，形成圆周石墨密封高压侧，能够允许少量空气泄漏到轴承腔，对轴承腔的滑油进行封严。

参阅图2，所述圆周石墨密封一3与圆周石墨密封二5的结构完全一致，所述圆周石墨密封一3包括壳体8、防转销9、周向弹簧10、垫圈一11、波形弹簧12、挡圈13、垫圈二14和石墨环15，所述壳体8耦合在密封安装座4的底面上，所述壳体8内部一侧水平设置有防转销9，所述石墨环15的一侧插接在防转销9上，所述石墨环15的另一侧通过垫圈一11同波形弹簧12的一端连接，所述波形弹簧12的另一端通过垫圈二14连接有挡圈13，所述挡圈13固定设置在壳体8内部顶面上，所述石墨环15的外周面上经沟槽设置有周向弹簧10，所述石墨环15的内周面经转子与低速轴1连接。

使用时，由周向弹簧10将石墨环15箍到旋转轴上的高速轴7和低速轴1的表面上，构成主密封界面限制轴向泄漏，由波形弹簧12将石墨环15推靠在壳体8上紧密贴合，形成辅助密封界面限制径向泄漏，同时为了适应转子因装配、不平衡效应和热效应等引起的与密封件的相对位移变化，石墨环15采用两瓣式结构，外圆处有装设周向弹簧10的沟槽，这样既能保证石墨环15与高速轴7、低速轴1紧密接触也能保证分瓣的石墨环15结构完整性，通过壳体8上的防转销9防止石墨环15的周向转动，但不妨碍径向移动，同时圆周石墨密封一3和圆周石墨密封二5不限制高速轴7与低速轴1的轴向窜动，能适应高速轴7与低速轴1径向偏移，当石墨环15折断后仍能保持结构完整性。

参阅图3，所述石墨环15为两瓣式结构，并在外径处设计有装设周向弹簧10的沟槽，这样保证了石墨环15能够适应转子的径向移动，并能较好的跟随转子移动，保证了不同工况下的低泄漏。

参阅图4，所述低速轴1和高速轴7上的转子同石墨环15接触的表面上开设有人字槽，所述人字槽的深度为0.01-0.015mm，在转子高速旋转时，接触面产生流体动压效应，形成具有一定刚度的极薄气膜(厚度约为3～6μm)，使石墨环15与高速轴7、低速轴1隔开接触，保证圆周石墨密封一3和圆周石墨密封二5寿命长的要求。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，包括旋向相反的低速轴(1)和高速轴(7)，所述低速轴(1)与高速轴(7)沿轴向并排设置，所述低速轴(1)的外周面上相适配安装有轴承一(2)，所述高速轴(7)的外周面上相适配安装有轴承二(6)，其特征在于，所述低速轴(1)与高速轴(7)交接处的外侧设置有密封安装座(4)，所述密封安装座(4)的内壁并排设置有作用于低速轴(1)的圆周石墨密封一(3)与作用于高速轴(7)的圆周石墨密封二(5)。

2.根据权利要求1所述的一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，其特征在于，所述圆周石墨密封一(3)与圆周石墨密封二(5)的结构完全一致，所述圆周石墨密封一(3)包括壳体(8)、防转销(9)、周向弹簧(10)、垫圈一(11)、波形弹簧(12)、挡圈(13)、垫圈二(14)和石墨环(15)，所述壳体(8)耦合在密封安装座(4)的底面上，所述壳体(8)内部一侧水平设置有防转销(9)，所述石墨环(15)的一侧插接在防转销(9)上，所述石墨环(15)的另一侧通过垫圈一(11)同波形弹簧(12)的一端连接，所述波形弹簧(12)的另一端通过垫圈二(14)连接有挡圈(13)，所述挡圈(13)固定设置在壳体(8)内部顶面上；

所述石墨环(15)的外周面上经沟槽设置有周向弹簧(10)，所述石墨环(15)的内周面经转子与低速轴(1)连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，其特征在于，所述石墨环(15)为两瓣式结构。

4.根据权利要求1所述的一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，其特征在于，所述圆周石墨密封一(3)与圆周石墨密封二(5)通过过盈配合安装在密封安装座(4)上。

5.根据权利要求2所述的一种用于双转子航空发动机的反转轴间密封装置，其特征在于，所述低速轴(1)和高速轴(7)上的转子同石墨环(15)接触的表面上开设有人字槽，所述人字槽的深度为0.01-0.015mm。

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