CN114151204A - 一种指尖片及指尖密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种指尖片及指尖密封结构，指尖片包括圆环状外圈，圆环状外圈的内圆周上均匀分布有支撑件，支撑件的端部设有密封靴，支撑件用于支撑密封靴，工作时相邻支撑件的密封靴之间周向接触。密封靴包括与支撑件连接的靴面和与靴面内圆面相连接的靴底，靴底中沿转子轴向方向的靴底的轴向厚度小于靴面的轴向厚度，上述指尖片的圆环状外圈上无装配孔或定位孔。指尖密封结构包括多个指尖片叠放后固定在前挡板与后挡板之间形成指尖密封结构。其中，指尖密封结构与转子装配后，指尖密封结构上相邻2个指尖片与转子的接触面之间形成空腔。本发明的指尖片及指尖密封结构具有精度高、低泄漏率、磨损可控、装配简便、适用于径向空间有限部位的优点。

Description

一种指尖片及指尖密封结构
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，涉及发动机空气流路的气体封严装置，具体为一种指尖片及指尖密封结构。
背景技术
随着航空发动机性能的日益提高，其热力循环参数的增大和结构刚度的降低，都使得发动机中密封装置的工作条件愈发恶劣，提高密封装置性能势在必行，在高温、高压和高速的工况下采用传统的篦齿密封已经无法满足发动机的需求。因此出现了由柔性密封代替篦齿密封的密封结构，例如指尖密封作为一种新型的柔性密封技术，其具有优良的密封性能和较低的制造成本，受到了国内外密封研究者的广泛关注和深入研究。
目前，在发动机工作过程中，现有的指尖密封结构的指尖片与后挡板之间具有摩擦力作用，当转子跳动时指尖密封无法立即追随转子的运动轨迹，指尖片与密封跑道之间可能出现碰磨也可能出现较大的间隙，因此密封性能会出现大幅下降的趋势。同时，由于指尖片的相邻的密封靴之间设有较大的缝隙，一方面在工作时相邻的密封靴不会接触，且随着工作时间的增加相邻的密封靴之间的缝隙会增加，因此气体会从密封靴之间的缝隙进入指尖梁内造成空气沿后挡板的泄漏，影响密封效果的问题；另一方面，为了确保将一层指尖片的指尖梁将与其相邻的指尖片的指尖梁之间的缝隙遮挡，需要在指尖片的圆环状外圈上加工定位孔，增加了指尖片的设计及安装难度。
因此，需要对现有的指尖片及其密封结构进行改进。
发明内容
本发明的目的在于降低指尖片卡滞、装配难度大、密封效果差的问题、设计了一种精度高、低泄漏率、磨损可控、装配简便，且特别适用于径向空间有限部位的指尖片及指尖密封结构。
实现发明目的的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种指尖片，包括圆环状外圈，圆环状外圈的内圆周上均匀分布有支撑件，支撑件的端部设有密封靴，支撑件用于支撑密封靴，工作时相邻支撑件的密封靴之间周向接触。
其中，上述密封靴包括与支撑件连接的靴面和与靴面内圆面相连接的靴底，靴底中沿转子轴向方向的靴底的轴向厚度小于靴面的轴向厚度。
其中，上述指尖片的圆环状外圈上无装配孔或定位孔。
在本发明的一个实施例中，上述靴底由靴面向其内径方向延伸并对其一个侧面或两个侧面经铣切加工形成。
在本发明的另一个实施例中，上述靴底由靴面内圆面上加工减摩耐磨涂层或粘贴复合材料层，并对减摩耐磨涂层或复合材料层的一个侧面或两个侧面铣切加工形成。
进一步的，上述靴底的侧面形状为倒角斜面、矩形面、弧形面、异形面中的一种。
进一步的，上述支撑件的形状为斜条形、S形、空间网状、丝状、异形中任意一种，且其径向刚度为0.01N/mm～30N/mm。
更进一步的，上述支撑件的厚度小于等于靴面的厚度，且支撑件包括多个将密封靴连接到圆环状外圈上的支撑杆。
进一步的，上述圆环状外圈的轴向厚度等于靴面的轴向厚度。
第二方面，本发明提供了一种指尖密封结构，包括第一方面中多个指尖片，多个指尖片叠放后固定在前挡板与后挡板之间形成指尖密封结构。其中，指尖密封结构与转子装配后，指尖密封结构上相邻2个指尖片与转子的接触面之间形成空腔。
进一步的，上述前挡板上加工有引流孔或引流槽，引流孔或引流槽用于将密封介质引流到密封靴的上部。
更进一步的，上述空腔的轴向宽度为0.2mm～3mm，径向高度为0.2mm～2mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明设计的指尖片的相邻密封靴之间相互接触，或者具有微米级小缝隙(如0.005～0.05mm)，其均能保证在工作时相邻支撑件的密封靴之间周向接触，可以避免气体从相邻的密封靴进入支撑件内。即使工作时当密封靴与转子的磨损量达到设计限制值时，相邻密封靴也会保持接触，密封靴不会在高压气流“吹下效应”作用下继续贴紧转子，避免了异常磨损的发生，延长了指尖密封的使用寿命。
同时，密封靴的设计，使得本发明的支撑件2只需要起到支撑作用，其可以相对于现有指尖片的指尖梁设计的更加的短小、结构及形状可任意变换，可适用于径向空间有限部位指尖密封结构。
2.本发明设计的指尖片的靴底中沿转子轴向方向的靴底的轴向厚度小于靴面的轴向厚度，使得多个指尖片叠放后形成的指尖密封结构上会形成多个空腔，空腔一方面能够可以增大气体流过指尖密封结构的散热面积，降低密封靴接触面的温度；另一方面指尖密封结构的多个空腔可以起到类似迷宫密封的作用，可以对泄漏气体产生泄压效应，能够减少约1％左右的气流泄漏量；第三方面传统的接触式指尖密封常常在磨损后密封靴会变宽并向两边扩散，会导致相邻指尖片之间发生勾连和干涉，从而引起指尖密封卡滞的情况，同时，本实施例提供的指尖片(也可称之为类冰刃结构指尖片)形成的指尖密封结构中多个指尖片的多个空腔形成容错结构，使得相邻指尖片之间留有一定的空隙，可以容纳因磨损引起的热变形，保证指尖密封结构的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发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，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为实施例1中指尖片的结构示意图；
图2至图7为实施例1中密封靴3的示意图和实施例2中不同靴底的指尖密封结构的示意图；
图8至图14为实施例1中支撑件的不同形状和数量的支撑杆的示意图；
其中，1.圆环状外圈；2.支撑件；3.密封靴；31.靴面；32.靴底；100.指尖片；200.转子；300.前挡板；400.后挡板；500.空腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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发明创造和简化描述，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发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1：
本实施例提供了一种指尖片，如图1所示，指尖片100包括圆环状外圈1，圆环状外圈1的内圆周上均匀分布有支撑件2，支撑件2的端部设有密封靴3，支撑件2用于支撑密封靴3，工作时相邻支撑件2的密封靴3之间周向接触。
其中，如图2～7所示，上述密封靴3包括与支撑件2连接的靴面31和与靴面31内圆面相连接的靴底32，靴底32中沿转子轴向方向的靴底32的轴向厚度小于靴面31的轴向厚度。
在本实施例密封靴3的一种实现方式中，上述靴底32由靴面31向其内径方向延伸并对其一个侧面(如图3、图5所示)或两个侧面(如图2、图4、图6、图7所示)经铣切加工形成。
在本实施例密封靴3的另一种实现方式中，上述靴底32由靴面31内圆面上加工减摩耐磨涂层或粘贴复合材料层，并对减摩耐磨涂层或复合材料层的一个侧面或两个侧面铣切加工形成。
在上述两种密封靴3结构中，如图2～7中所示，上述靴底32的侧面形状为倒角斜面(如图2、图3)、矩形面(如图4、图5所示)、弧形面(如图6、图7)、异形面(附图未画出)中的一种。
在上述两种密封靴3结构中，指尖片100的相邻密封靴3之间相互接触，或者具有微米级小缝隙(如0.005～0.05mm)，其均能保证在工作时相邻支撑件2的密封靴3之间周向接触，以避免气体从相邻的密封靴3进入支撑件2内。即使工作时当密封靴3与转子200的磨损量达到设计限制值时，相邻密封靴3也会保持接触，密封靴3不会在高压气流“吹下效应”作用下继续贴紧转子200，避免了异常磨损的发生，延长了指尖密封的使用寿命。
进一步的，上述圆环状外圈1的轴向厚度等于靴面31的轴向厚度，其作用是保证指尖片100的可靠装配。
优选的，靴面31的轴向的厚度设计为0.3mm～3mm，其具有限制密封介质泄漏的主要作用。
本实施例中，靴底32中沿转子轴向方向的靴底32的轴向厚度小于靴面31的轴向厚度，使得多个指尖片100叠放后形成的指尖密封结构上会形成多个空腔500，空腔500一方面能够可以增大气体流过指尖密封结构的散热面积，降低密封靴3接触面的温度；另一方面指尖密封结构的多个空腔500可以起到类似迷宫密封的作用，可以对泄漏气体产生泄压效应，能够减少约1％左右的气流泄漏量；第三方面传统的接触式指尖密封常常在磨损后密封靴3会变宽并向两边扩散，会导致相邻指尖片100之间发生勾连和干涉，从而引起指尖密封卡滞的情况，本实施例提供的指尖片(也可称之为类冰刃结构指尖片)形成的指尖密封结构中多个指尖片100的多个空腔500形成容错结构，使得相邻指尖片100之间留有一定的空隙，可以容纳因磨损引起的热变形，保证指尖密封结构的正常工作。
其中，连接圆环状外圈1与密封靴3的支撑件2的作用是：为密封靴3提供支撑，保证密封靴3的径向回弹，使工作过程中指尖片100与转子200的间隙保持在适当的值。在本实施例中，由于支撑件2只起到支撑作用，且工作时相邻支撑件2的密封靴3之间周向接触，因此不用考虑相邻支撑件2之间的缝隙的设置，只需要保证其径向刚度为0.01N/mm～30N/mm即可。
在支撑件2的一种实现方式中，如图＊所示，支撑件2的形状为斜条形(如图8所示)、S形、空间网状、丝状、异形(如图10、图11所示)中任意一种。
在支撑件2的第一种实现方式中，支撑件2的厚度小于等于靴面31的厚度，设置的目的是减轻指尖片100的重量。
在支撑件2的第三种实现方式中，支撑件2包括多个将密封靴3连接到圆环状外圈1上的支撑杆，其中，支撑杆的数量可以1个(如图8至图11所示的单筋支撑梁)、2个(如图12所示的两侧双筋支撑杆、图13所示的任意位置双筋支撑杆)、3个(如图14所示的三条筋支撑杆)，也可以为上百个支撑杆形成的支撑件2。
其中，由于本实施例设计的指尖片100的相邻支撑件2的密封靴3之间在工作时是周向接触的，且支撑件2只起到支撑作用，因此在多个指尖片100装配形成指尖密封结构时，不需要对其进行定位，只需要将其叠放后安装即可，因此上述指尖片100的圆环状外圈1上无装配孔或定位孔。
实施例2：
本实施例提供了一种指尖密封结构，如图2至图7所示，指尖密封结构包括实施例中多个指尖片100，多个指尖片100叠放后固定在前挡板300与后挡板400之间形成指尖密封结构。其中，指尖密封结构与转子200装配后，指尖密封结构上相邻2个指尖片100与转子200的接触面之间形成空腔500。
优选的，上述前挡300板上加工有引流孔或引流槽(附图未画出)，引流孔或引流槽用于将密封介质引流到密封靴3的上部。
优选的，上述空腔500的轴向宽度为0.2mm～3mm，径向高度为0.2mm～2mm，其可以达成空腔结构散热、泄压和容纳靴底热变形的功能实现的目的。
优选的，由于指尖片100的支撑件2只起支撑作用可以设计的较为短小，指尖片100的相邻的密封靴3在工作时接触，密封靴3的靴底32使得相邻指尖片100之间会形成空腔500等因素，使得指尖密封结构的密封效果大大增加，因此，本实施例的指尖密封结构的指尖片100的数量为2～10个，其远小于现有指尖密封结构的指尖片100的数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种指尖片，包括圆环状外圈，其特征在于：所述圆环状外圈的内圆周上均匀分布有支撑件，所述支撑件的端部设有密封靴，所述支撑件用于支撑所述密封靴，工作时相邻所述支撑件的密封靴之间周向接触；
所述密封靴包括与所述支撑件连接的靴面和与靴面内圆面相连接的靴底，所述靴底中沿转子轴向方向的所述靴底的轴向厚度小于所述靴面的轴向厚度；
指尖片的所述圆环状外圈上无装配孔或定位孔。
2.根据权利要求1所述的指尖片，其特征在于：所述靴底由所述靴面向其内径方向延伸并对其一个侧面或两个侧面经铣切加工形成。
3.根据权利要求1所述的指尖片，其特征在于：所述靴底由所述靴面内圆面上加工减摩耐磨涂层或粘贴复合材料层，并对所述减摩耐磨涂层或所述复合材料层的一个侧面或两个侧面铣切加工形成。
4.根据权利要求2或3所述的指尖片，其特征在于：所述靴底的侧面形状为倒角斜面、矩形面、弧形面、异形面中的一种。
5.根据权利要求1～3任一项所述的指尖片，其特征在于：所述支撑件的形状为斜条形、S形、空间网状、丝状、异形中任意一种，且其径向刚度为0.01N/mm～30N/mm。
6.根据权利要求5所述的指尖片，其特征在于：所述支撑件的厚度小于等于靴面的厚度，且所述支撑件包括多个将所述密封靴连接到所述圆环状外圈上的支撑杆。
7.根据权利要求1～3任一项所述的指尖片，其特征在于：所述圆环状外圈的轴向厚度等于所述靴面的轴向厚度。
8.一种指尖密封结构，包括权利要求1～7中任一项所述的多个指尖片，其特征在于：多个指尖片叠放后固定在前挡板与后挡板之间形成指尖密封结构；
所述指尖密封结构与转子装配后，所述指尖密封结构上相邻2个指尖片与所述转子的接触面之间形成空腔。
9.根据权利要求8所述的指尖密封结构，其特征在于：所述前挡板上加工有引流孔或引流槽，所述引流孔或所述引流槽用于将密封介质引流到所述密封靴的上部。
10.根据权利要求8或9所述的指尖密封结构，其特征在于：所述空腔的轴向宽度为0.2mm～3mm，径向高度为0.2mm～2mm。
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