CN113090341A - 一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，包括安装座和密封跑道，所述安装座和密封跑道之间设置有指尖密封装置本体，所述指尖密封装置本体是由前挡板、指尖薄片组和后挡板经焊接连接成一体，所述指尖薄片组包括两片左旋指尖薄片和两片右旋指尖薄片，所述指尖薄片组的左旋指尖薄片和右旋指尖薄片相互交错折叠装配，且装配顺序为左旋指尖薄片、右旋指尖薄片、左旋指尖薄片、右旋指尖薄片，所述前挡板位于指尖密封装置本体的高压侧，所述后挡板位于指尖密封装置本体的低压侧，两片所述左旋指尖薄片和两片所述右旋指尖薄片与密封跑道接触形成密封界面，以解决现有密封装置的泄漏量大、制造工艺复杂和不能承受转子反转工况的技术问题。

Description

一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体是一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置。

背景技术

随着航空发动机热力循环参数不断提高，密封装置的工作条件越来越恶劣，气体流路密封效果对发动机的性能有重要的影响。航空发动机空气系统的功能主要受系统中的密封装置来调节，目前常用的气体流路密封装置有篦齿密封、刷式密封和指尖密封等。

如图1所示，篦齿密封属于非接触式密封结构，转静子间有间隙，泄漏量大，而且在发动机以慢车状态向最大功率状态的加速过程中，因离心力作用转子急骤膨胀，静子和转子间隙变小，轴的振动和偏移，使篦齿齿尖和涂层磨损，造成不可复原的永久性的间隙增大，封严效果下降；

如图2所示，刷式密封作为一种具有适应性的可过盈安装的密封形式，与传统的篦齿密封相比在密封性能的改善明显，刷式密封的泄漏量约为篦齿密封的1/10～1/2。刷式密封的刷丝束是由数万根致密排列的刷丝焊接而成，在长期运行后容易出现刷丝的断丝、断尖等现象，而且刷式密封不能承受转子反转的工况，只能承受转子旋转方向为顺着刷丝倾斜角度方向旋转，一旦转子反转将会导致刷丝过度磨损；会增加转子扭矩，一旦转子强度不够，将会有转子断裂的风险。刷式密封的刷丝由数万根细金属丝经过特殊工装进行绕制和排列，采用焊接工艺将三者连成一体，其加工工艺复杂，成本高；

为了解决刷式密封刷丝的断丝、断尖的现象，指尖密封技术被提出来，指尖密封也是一种柔性接触式密封，用片状的指尖薄片代替刷丝，采用多个结构形式和制造公差都相同的薄片圆环状零件，并在每个圆环片上从内圆起始做出一系列细长曲线状的指尖梁，柔性的指尖梁受力后很容易弯曲，以适应转子因装配、不平衡效应和热效应等引起的与指尖密封的相对位移变化，试验研究表明，指尖密封的性能略优于(泄漏量下降约10％)刷式密封。

现有指尖密封的指尖薄片的指尖梁型线倾斜方向只能沿着转子旋转方向，如果型线倾斜方向与转子旋向相反，指尖薄片易发生异常翘曲，影响密封性能和带来异常的磨损。因此，指尖密封不能承受转子反转的工况。

由以上可知，现有的密封装置存在泄漏量大、制造工艺复杂和不能承受转子反转等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，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：

一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，包括安装座和密封跑道，所述安装座和密封跑道之间设置有指尖密封装置本体，所述指尖密封装置本体是由前挡板、指尖薄片组和后挡板经焊接连接成一体，所述指尖薄片组包括两片左旋指尖薄片和两片右旋指尖薄片，所述指尖薄片组的左旋指尖薄片和右旋指尖薄片相互交错折叠装配，且装配顺序为左旋指尖薄片、右旋指尖薄片、左旋指尖薄片、右旋指尖薄片；

所述前挡板位于指尖密封装置本体的高压侧，所述后挡板位于指尖密封装置本体的低压侧，两片所述左旋指尖薄片和两片所述右旋指尖薄片与密封跑道接触形成密封界面。

作为本发明再进一步的方案：所述指尖密封装置本体通过过盈配合耦合在安装座上。

作为本发明再进一步的方案：所述安装座上且位于所述指尖密封装置本体的一侧设置有挡圈，所述挡圈与前挡板相抵。

作为本发明再进一步的方案：所述左旋指尖薄片与右旋指尖薄片上经内圆起始开设有若干个呈细长曲线状的指尖梁。

作为本发明再进一步的方案：所述指尖薄片组装配时，处于后侧的左旋指尖薄片或右旋指尖薄片上的指尖梁对处于前侧的相邻右旋指尖薄片或左旋指尖薄片上相邻指尖梁的缝隙进行遮挡。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的指尖密封装置保留了刷式密封所具有的随转子运动变化而柔顺跟随的特点，加之指尖密封不存在刷式密封中的刷丝束轴向泄漏以及结构上的优势，使得指尖密封的泄漏量优于篦齿密封和刷式密封，因指尖梁缝隙的存在，降低了指尖薄片的刚度，而增加指尖薄片的柔性，降低指尖薄片与跑道间的摩擦力，进而减小磨损，提高指尖密封的使用寿命；

2、本发明中左旋指尖薄片、右旋指尖薄片及指尖梁结构的成型工艺为线切割加工和激光加工，由于激光加工或线切割加工成形能够对指尖密封的材料种类和规格要求不高，因为容易获得制造指尖密封的各种合金材料和厚度的板材，降低材料成本，另外，指尖密封的各指尖薄片之间一般通过焊接成形，比刷式密封刷丝束的焊接难度相对降低，相比于刷式密封的制造工艺，指尖密封的成形和装配工艺简单，制造成本约为刷式密封的50％；

3、本发明的指尖密封装置，采用了两片左旋指尖薄片和两片右旋指尖薄片相互交错叠置而成，该结构中不管密封跑道的旋转方向是顺时针或逆时针，总有其中两片指尖薄片的型线方向顺着转子的旋转方向，其余两片通过前后挡板进行轴向压紧，不会出现异常翘曲等情况，这样转子旋向就不会影响指尖密封的密封效果，且四片指尖薄片采用有一定厚度的板材加工而成，四片指尖薄片内径处与密封跑道在高速旋转时，在接触表面会形成一层很薄的动压力气膜，而减小指尖薄片与密封跑道之间的摩擦力，使本发明的指尖密封装置能适应转子双向旋转，而不会导致指尖密封性能下降和剧烈的磨损。

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为现有技术篦齿密封结构示意图。

图2为现有技术刷式密封结构示意图。

图3为本发明中指尖密封装置的结构示意图。

图4为本发明中右旋指尖薄片局部结构图。

图5为本发明中左旋指尖薄片局部结构图。

图6为本发明中指尖密封装置爆炸图的结构示意图。

图中：1、前挡板；2、挡圈；3、安装座；4、左旋指尖薄片；5、右旋指尖薄片；6、后挡板；7、密封跑道；8、指尖梁。

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3-6，本发明实施例中，一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，包括安装座3和密封跑道7，所述安装座3和密封跑道7之间设置有指尖密封装置本体，所述指尖密封装置本体是由前挡板1、指尖薄片组和后挡板6经焊接连接成一体，所述指尖薄片组包括两片左旋指尖薄片4和两片右旋指尖薄片5，所述指尖薄片组的左旋指尖薄片4和右旋指尖薄片5相互交错折叠装配，且装配顺序为左旋指尖薄片4、右旋指尖薄片5、左旋指尖薄片4、右旋指尖薄片5，所述前挡板1位于指尖密封装置本体的高压侧，所述后挡板6位于指尖密封装置本体的低压侧，两片所述左旋指尖薄片4和两片所述右旋指尖薄片5与密封跑道7接触形成密封界面。

使用时，左旋指尖薄片4和右旋指尖薄片5除了型线方向不一致外，其他结构尺寸均保持一致，每个指尖薄片上从内圆起始做出一系列细长曲线状的指尖梁8，指尖梁8之间存在一定的缝隙，四层指尖薄片内径处与密封跑道7接触实现了主要的密封功能，限制高压侧的气体泄漏到低压侧。

参阅图3，所述指尖密封装置本体通过过盈配合耦合在安装座3上，所述安装座3上且位于所述指尖密封装置本体的一侧设置有挡圈2，所述挡圈2与前挡板1相抵。

使用时，通过挡圈2能够防止指尖密封装置本体在安装座3上的轴向窜动。

参阅图4-5，所述左旋指尖薄片4与右旋指尖薄片5上经内圆起始开设有若干个呈细长曲线状的指尖梁8。

使用时，通过在左旋指尖薄片4和右旋指尖薄片5上开设指尖梁8，降低了指尖薄片的刚度，而增加指尖薄片的柔性，降低指尖薄片与跑道间的摩擦力，进而减小磨损，提高指尖密封的使用寿命。

参阅图3、图6，所述指尖薄片组装配时，处于后侧的左旋指尖薄片4或右旋指尖薄片5上的指尖梁8对处于前侧的相邻右旋指尖薄片5或左旋指尖薄片4上相邻指尖梁8的缝隙进行遮挡。

使用时，用后一片的指尖薄片的指尖梁8遮挡前一片的指尖梁8缝隙，保证指尖薄片上指尖梁8间的缝隙能被指尖薄片的指尖梁8所覆盖，防止流体流经指尖梁8缝隙的泄漏，同时该指尖密封装置保留了刷式密封所具有的随转子运动变化而柔顺跟随的特点，加之指尖密封不存在刷式密封中的刷丝束轴向泄漏以及结构上的优势，使得指尖密封的泄漏量优于篦齿密封和刷式密封。

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)

1.一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，包括安装座(3)和密封跑道(7)，其特征在于，所述安装座(3)和密封跑道(7)之间设置有指尖密封装置本体，所述指尖密封装置本体是由前挡板(1)、指尖薄片组和后挡板(6)经焊接连接成一体，所述指尖薄片组包括两片左旋指尖薄片(4)和两片右旋指尖薄片(5)，所述指尖薄片组的左旋指尖薄片(4)和右旋指尖薄片(5)相互交错折叠装配，且装配顺序为左旋指尖薄片(4)、右旋指尖薄片(5)、左旋指尖薄片(4)、右旋指尖薄片(5)；

所述前挡板(1)位于指尖密封装置本体的高压侧，所述后挡板(6)位于指尖密封装置本体的低压侧，两片所述左旋指尖薄片(4)和两片所述右旋指尖薄片(5)与密封跑道(7)接触形成密封界面。

2.根据权利要求1所述的一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，其特征在于，所述指尖密封装置本体通过过盈配合耦合在安装座(3)上。

3.根据权利要求2所述的一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，其特征在于，所述安装座(3)上且位于所述指尖密封装置本体的一侧设置有挡圈(2)，所述挡圈(2)与前挡板(1)相抵。

4.根据权利要求1所述的一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，其特征在于，所述左旋指尖薄片(4)与右旋指尖薄片(5)上经内圆起始开设有若干个呈细长曲线状的指尖梁(8)。

5.根据权利要求4所述的一种能适应转子双向旋转的指尖密封装置，其特征在于，所述指尖薄片组装配时，处于后侧的左旋指尖薄片(4)或右旋指尖薄片(5)上的指尖梁(8)对处于前侧的相邻右旋指尖薄片(5)或左旋指尖薄片(4)上相邻指尖梁(8)的缝隙进行遮挡。

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