CN113653537B - 一种带引气槽的石墨密封壳体及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带引气槽的石墨密封壳体及装置，其中壳体包括：引气挡板，为环形，引气挡板通过多个筋条与第一环形密封部固定连接；其中，引气挡板与第一环形密封部、多个筋条形成多个引气槽，引气槽的引导面设置在引气挡板的内侧，引导面的横截面包括直线段和弧形引导段，直线段靠近第一环形密封部一侧设置，直线段末端与弧形引导段连接；第二环形密封部，第二环形密封部一端与第一环形密封部连接，第二环形密封部另一端与第三环形密封部连接；其中，第三环形密封部内侧周向设置有环形限位槽。本发明结构实用，简单紧凑，易于加工，装配性好，易于检查维护；并且有效将泄漏的高温封严气引导至轴承外的区域，提高轴承使用寿命。

Description

一种带引气槽的石墨密封壳体及装置

技术领域

本发明属于密封动力学技术领域，特别涉及一种带引气槽的石墨密封壳体及装置。

背景技术

石墨密封是一种非接触式密封，具有密封性能好、使用寿命长、摩擦耗功低等有点，常在高速、高压差工况下使用。现代航空发动机设计已广泛使用该技术进行轴承腔封严，但是，现有的非接触式密封结构的间隙均存在对准轴承的情况，导致高温、高压封严气从该间隙泄漏，如果不加阻挡结构，将直接喷射在轴承外环、保持架端面或滚动体上，导致轴承温度升高，影响发动机安全。

现有技术中，在大多数情况下，通过轴承内环前、后的积油环、甩油盘等结构对泄漏封严气进行阻挡，避免直接喷射。

还有现有技术中，通过在密封装置与轴承之间设置挡板结构，对泄漏封严气进行阻挡，如图1所示，L形集油环挡板设置在密封装置和轴承之间，L形集油环挡板阻挡泄漏封严气直接喷射到轴承上。

现有技术的石墨密封装置壳体结构功能单一，仅为石墨环提供安装及限位作用。由于航空发动机轴承腔结构复杂、紧凑，当在转子件上无法布置阻挡泄漏的高温高压封严气的结构时，会造成轴承温度过高的情况。

通常情况下，封严气体温度远高于轴承的极限使用温度，因此需要避免由封严间隙泄漏的高温高压封严气直接喷射在轴承端面。但是，由于航空发动机轴承腔结构复杂且紧凑，在发动机设计时存在轴承内环前、后无法布置甩油盘或甩油盘、集油环挡板无法遮挡封严气的情况。这就会造成泄漏的高温高压气体直接喷射在轴承上，导致轴承温度升高，影响安全。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种带引气槽的石墨密封壳体及装置，解决航空发动机、燃气轮机通过石墨密封装置间隙处泄露的封严气直接喷射在轴承上，导致轴承温度升高的问题。

一种带引气槽的石墨密封壳体，包括：引气挡板，为环形，引气挡板通过多个筋条与第一环形密封部固定连接；

其中，引气挡板与第一环形密封部、多个筋条形成多个引气槽，引气槽的引导面设置在引气挡板的内侧，引导面的横截面包括直线段和弧形引导段，直线段靠近第一环形密封部一侧设置，直线段末端与弧形引导段连接；

第二环形密封部，第二环形密封部一端与第一环形密封部连接，第二环形密封部另一端与第三环形密封部连接；

其中，第三环形密封部内侧周向设置有环形限位槽。

进一步的，引气挡板、第一环形密封部、第二环形密封部和第三环形密封部同心设置。

进一步的，第一环形密封部左下侧端面周向设有第一环形槽口，多个筋条沿引气挡板周向均匀设置，筋条一端与引气挡板连接，筋条另一端固定在第一环形槽口内。

进一步的，第一环形密封部的内径小于第二环形密封部内径，第一环形密封部的右侧面与第二环形密封部内端面形成限位台阶面。

进一步的，筋条为弧形板，引气挡板的上端面与筋条上端面平齐，引气挡板的内径小于第一环形密封部的内径。

进一步的，第三环形密封部内径与第二环形密封部内径相同，第三环形密封部外径大于第二环形密封部外径。

进一步的，第一环形密封部的右侧面与第二环形密封部内端面连接处设置有第一退刀槽；第三环形密封部与第二环形密封部外端面连接处设置有第二退刀槽。

进一步的，第三环形密封部的右侧周向均布有多个轴向限位块。

进一步的，轴向限位块包括弯折部和横向部，弯折部一端与第三环形密封部右侧连接，弯折部另一端与横向部连接。

本发明还提供一种带引气槽的石墨密封装置，包括上述壳体，还包括石墨环外圈、石墨环、垫圈、波形弹簧和挡圈；

其中，石墨环外圈套装在石墨环上，石墨环设置在第一环形密封部和垫圈之间，波形弹簧设置在垫圈和挡圈之间，挡圈上端面卡装在环形限位槽内。

进一步的，环形限位槽的宽度大于挡圈厚度。

进一步的，石墨环和石墨环外圈横截面均为矩形，石墨环外圈横截面面积小于石墨环横截面面积。

进一步的，石墨环左侧下端开周向设有第二环形槽口。

进一步的，石墨环外圈内端面周向开设有矩形环槽。

进一步的，石墨环外圈与第二环形密封部内端面留有间隙。

本发明的有益效果：本发明结构实用，简单紧凑，易于加工，装配性好，易于检查维护；并且能有效将泄漏的高温封严气引导至轴承外的区域，降低轴承温度，提高轴承使用寿命。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据现有技术的石墨密封装置与轴承之间的挡板结构；

图2示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封壳体的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封壳体的局部结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封装置的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封装置的石墨环安装示意图；

图6示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封装置的安装示意图。

图中：1、引气挡板；2、筋条；3、第一环形密封部；4、第二环形密封部；5、第三环形密封部；6、轴向限位块；7、引气槽；8、石墨环外圈；9、石墨环；10、垫圈；11、波形弹簧；12、挡圈；13、角度α；14、石墨封严跑道；15、轴承；16、L形集油环挡板；101、直线段；102、弧形引导段；301、第一环形槽口；302、第一退刀槽；401、第二退刀槽；501、环形限位槽；601、弯折部；602、横向部；801、矩形环槽；901、第二环形槽口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

需要说明的是，本发明实施例使用的方位词如“上、下、左、右”通常是针对附图所示的方向而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的。

本发明的目的在于解决航空发动机、燃气轮机通过石墨密封装置间隙处泄露的封严气直接喷射在轴承15上，导致轴承15温度升高的问题。本发明降低轴承15所受温度载荷，延长轴承15使用寿命，保证航空发动机、燃气轮机安全。

请参阅图2，图2示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封壳体的结构示意图。

本发明实施例提供一种带引气槽的石墨密封壳体，包括引气挡板1、筋条2、第一环形密封部3、第二环形密封部4、第三环形密封部5和轴向限位块6。

引气挡板1为环形，引气挡板1通过多个筋条2与第一环形密封部3固定连接。

具体的，引气挡板1、第一环形密封部3、第二环形密封部4和第三环形密封部5同心设置。

具体的，第一环形密封部3左下侧端面周向设有第一环形槽口301，筋条2沿引气挡板1周向均匀设置多个，筋条2一端与引气挡板1连接，筋条2另一端固定在第一环形密封部3的第一环形槽口301内。

引气挡板1用于防止封严气喷射至轴承15，筋条2用于将引气挡板1固定在第一环形密封部3上。

具体的，筋条2为弧形板，引气挡板1的上端面与筋条2上端面平齐，引气挡板1的内径小于第一环形密封部3的内径。

引气挡板1与第一环形密封部3、多个筋条2形成多个引气槽7，引气槽7用于引导泄漏进轴承腔的封严气。

请参阅图3，图3示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封壳体的局部结构示意图。

具体的，引气槽7的引导面设置在引气挡板1的内侧，引导面的横截面包括直线段101和弧形引导段102，直线段101靠近第一环形密封部3一侧设置，直线段101底部与封严间隙底部平齐，直线段101末端与弧形引导段102连接。

弧形引导段102的出口根据轴承15的位置设置，出口切线延长线不与轴承15相交。

需要说明的是，弧形引导段102的出口切线延长线不与轴承15相交，是为了封严气通过引气槽7的出口避开轴承15所在区域。

请参阅图6，图6示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封装置的安装示意图。

具体实施时，可以通过设定弧形引导段102的出口切线延长线与引气挡板1外侧面的角度α13，来保证出口切线延长线不与轴承15相交。

进一步的，弧形引导段102的出口末端设置倒圆角，通过设置倒圆角可以起到减小应力集中，加强弧形引导段102强度的作用。

第二环形密封部4一端与第一环形密封部3连接，第二环形密封部4另一端与第三环形密封部5连接。

第一环形密封部3的内径小于第二环形密封部4内径，第一环形密封部3的右侧面与第二环形密封部4内端面形成限位台阶面。

进一步的，第一环形密封部3的右侧面与第二环形密封部4内端面连接处设置有第一退刀槽302，保证制造工艺性，便于机械加工，保证零件加工精度。

优选的，第一环形密封部3的左侧外端面设置倒角，通过第一环形密封部3外端面的倒角，便于壳体的后续安装。

第三环形密封部5内侧周向设置有环形限位槽501，环形限位槽501用于对后续安装挡圈12进行限位。

示例的，环形限位槽501横截面为矩形。

第三环形密封部5内径与第二环形密封部4内径相同，第三环形密封部5外径大于第二环形密封部4外径。

需要说明的是，第三环形密封部5外径大于第二环形密封部4外径，是为了在第三环形密封部5内侧加工环形限位槽501后，保证第三环形密封部5与第二环形密封部4之间的连接强度。

进一步的，第三环形密封部5与第二环形密封部4外端面连接处设置有第二退刀槽401，通过在第三环形密封部5与第二环形密封部4连接处设置第二退刀槽401，保证制造工艺性，便于机械加工，保证零件加工精度。

第三环形密封部5的右侧周向均布有多个轴向限位块6，轴向限位块6包括弯折部601和横向部602，弯折部601一端与第三环形密封部5右侧连接，弯折部601另一端与横向部602连接。

需要说明的是，轴向限位块6的横向部602外侧为精加工平面，用于壳体后续安装与其他部件的端面形成轴向限位，防止壳体脱出。

本发明实施例的壳体实用性强，结构简单紧凑可靠性高，易于加工，装配性好，易于检查维护。

本发明实施例的壳体不仅为石墨环9提供安装及限位作用，还能够有效将泄漏的高温封严气引导至轴承15外的区域，降低轴承15温度。

请参阅图4，图4示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封装置的结构示意图。

本发明实施例还提供一种带引气槽的石墨密封装置，包括上述壳体，还包括石墨环外圈8、石墨环9、垫圈10、波形弹簧11和挡圈12。

请参阅图5，图5示出了根据本发明实施例的一种带引气槽的石墨密封装置的石墨环安装示意图。

石墨环外圈8套装在石墨环9上，石墨环9设置在第一环形密封部3和垫圈10之间，波形弹簧11设置在垫圈10和挡圈12之间，挡圈12上端面卡装在环形限位槽501内。

具体实施时，先将石墨环外圈8套装在石墨环9上，再将石墨环9放入第一环形密封部3的右侧面与第二环形密封部4内端面形成的限位台阶面上，然后依次在石墨环9右侧安装垫圈10、波形弹簧11，最后将挡圈12下端抵住波形弹簧11，挡圈12上端卡装在环形限位槽501内，完成密封装置的组装。

石墨环9的左侧与第一环形密封部3的右侧面接触形成密封面，实现轴向密封；限位台阶面和挡圈12共同作用对石墨环9实现轴向限位。

两块环状垫圈10和挡圈12分别垫设于波形弹簧11两端，使得波形弹簧11的弹性力不会直接作用到石墨环9的定位面上，而避免石墨环9的结构被挤压或破坏。

由于波形弹簧11是为整件结构，其提供的弹性力较为均匀，且结构紧凑、所需安装空间小，能降低石墨环9的振动及轴向窜动，减小工作噪音，延长石墨密封装置的使用寿命。

进一步的，环形限位槽501的宽度大于挡圈12厚度，挡圈12能够在环形限位槽501内轴向窜动。

环形限位槽501的宽度大于挡圈12厚度，便于挡圈12的安装和拆卸。

波形弹簧11能够限制石墨环9的轴向位移量，同时通过波形弹簧11的弹性定位作用，能让石墨环9的左侧面通过弹性力始终接触壳体的第一环形密封部3的右侧面，形成密封。

石墨环外圈8套装在石墨环9上，石墨环外圈8与第二环形密封部4内端面留有间隙，允许石墨环9产生径向浮动，间隙的大小根据石墨环9与第一环形密封部3的右侧面接触面积设定，当石墨环外圈8外端面抵住第二环形密封部4内端面时，石墨环9左侧仍与第一环形密封部3的右侧面接触密封，满足石墨环9的定位和密封要求。

具体的，石墨环9和石墨环外圈8横截面均为矩形，石墨环外圈8横截面面积小于石墨环9横截面面积。

进一步的，石墨环9和石墨环外圈8的内外端面均设置有倒角，通过设置倒角去除石墨环9和石墨环外圈8的内外端面的毛刺，以免毛刺影响密封效果。同时石墨环9和石墨环外圈8外端面的倒角便于安装导向，使装配更容易。

进一步的，石墨环9左侧下端开周向设有第二环形槽口901，第二环形槽口901为特征槽口，防止石墨环9反装，起到防错作用，保证装配质量。

进一步的，石墨环外圈8内端面周向开设有矩形环槽801。

需要说明的是，石墨环外圈8与石墨环9是过盈配合，在保证石墨环外圈8内端面与石墨环9外端面的密封效果的情况下，通过在石墨环外圈8内端面周向开设有矩形环槽801，减少石墨环外圈8内端面与石墨环9外端面的接触面积，方便安装，提高安装效率。

本实施例的密封装置使用时，泄漏的高温高压封严气从密封装置与石墨封严跑道14之间的封严间隙处，进入引气挡板1与第一环形密封部3、多个筋条2形成的多个引气槽7中，高温高压封严气通过引气槽7的引导面，被引导到至轴承15外的区域，降低轴承15温度，延长了轴承15的使用寿命，保证航空发动机、燃气轮机安全。

本发明实施例的密封装置，不需要在密封装置和轴承之间设置如图1所示的L形集油环挡板16，满足航空发动机轴承腔结构设计要求。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，包括：

引气挡板(1)，为环形，所述引气挡板(1)通过多个筋条(2)与第一环形密封部(3)固定连接；

其中，所述引气挡板(1)与所述第一环形密封部(3)、多个所述筋条(2)形成多个引气槽(7)，所述引气槽(7)的引导面设置在所述引气挡板(1)的内侧，所述引导面的横截面包括直线段(101)和弧形引导段(102)，所述直线段(101)靠近所述第一环形密封部(3)一侧设置，所述直线段(101)末端与所述弧形引导段(102)连接；

第二环形密封部(4)，所述第二环形密封部(4)一端与所述第一环形密封部(3)连接，所述第二环形密封部(4)另一端与第三环形密封部(5)连接；

其中，所述第三环形密封部(5)内侧周向设置有环形限位槽(501)；

所述第一环形密封部(3)左下侧端面周向设有第一环形槽口(301)，多个所述筋条(2)沿所述引气挡板(1)周向均匀设置，所述筋条(2)一端与所述引气挡板(1)连接，所述筋条(2)另一端固定在所述第一环形槽口(301)内。

2.根据权利要求1所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述引气挡板(1)、所述第一环形密封部(3)、所述第二环形密封部(4)和所述第三环形密封部(5)同心设置。

3.根据权利要求2所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述第一环形密封部(3)的内径小于所述第二环形密封部(4)内径，所述第一环形密封部(3)的右侧面与所述第二环形密封部(4)内端面形成限位台阶面。

4.根据权利要求1所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述筋条(2)为弧形板，所述引气挡板(1)的上端面与所述筋条(2)上端面平齐，所述引气挡板(1)的内径小于所述第一环形密封部(3)的内径。

5.根据权利要求2所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述第三环形密封部(5)内径与所述第二环形密封部(4)内径相同，所述第三环形密封部(5)外径大于所述第二环形密封部(4)外径。

6.根据权利要求1－5任一所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述第一环形密封部(3)的右侧面与所述第二环形密封部(4)内端面连接处设置有第一退刀槽(302)；所述第三环形密封部(5)与所述第二环形密封部(4)外端面连接处设置有第二退刀槽(401)。

7.根据权利要求1－5任一所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述第三环形密封部(5)的右侧周向均布有多个轴向限位块(6)。

8.根据权利要求7所述的带引气槽的石墨密封壳体，其特征在于，所述轴向限位块(6)包括弯折部(601)和横向部(602)，所述弯折部(601)一端与所述第三环形密封部(5)右侧连接，所述弯折部(601)另一端与所述横向部(602)连接。

9.一种带引气槽的石墨密封装置，其特征在于，包括上述权利要求1－8任一所述的壳体，还包括石墨环外圈(8)、石墨环(9)、垫圈(10)、波形弹簧(11)和挡圈(12)；

其中，所述石墨环外圈(8)套装在所述石墨环(9)上，所述石墨环(9)设置在所述第一环形密封部(3)和所述垫圈(10)之间，所述波形弹簧(11)设置在所述垫圈(10)和所述挡圈(12)之间，所述挡圈(12)上端面卡装在所述环形限位槽(501)内。

10.根据权利要求9所述的带引气槽的石墨密封装置，其特征在于，所述环形限位槽(501)的宽度大于所述挡圈(12)厚度。

11.根据权利要求9所述的带引气槽的石墨密封装置，其特征在于，所述石墨环(9)和所述石墨环外圈(8)横截面均为矩形，所述石墨环外圈(8)横截面面积小于所述石墨环(9)横截面面积。

12.根据权利要求11所述的带引气槽的石墨密封装置，其特征在于，所述石墨环(9)左侧下端沿周向设有第二环形槽口(901)。

13.根据权利要求11所述的带引气槽的石墨密封装置，其特征在于，所述石墨环外圈(8)内端面周向开设有矩形环槽(801)。

14.根据权利要求9所述的带引气槽的石墨密封装置，其特征在于，所述石墨环外圈(8)与所述第二环形密封部(4)内端面留有间隙。