CN114483211A - 一种降低间隙泄漏量的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空发动机密封技术领域，尤其涉及一种降低间隙泄漏量的密封装置，它设有转动部件、引流部件等部件，其中各部件通过相互间的间隙配合形成第一间隙2a、第二间隙2b、第三间隙2c、第四间隙2d、第五间隙2e、第六间隙2f；这些间隙相互连通，形成间隙通道，气体在间隙通道多次转向，引流部件通过设置格栅将第一间隙通道内高压气体加速后对第三间隙内低压气体进行扰动，消耗气流能量，平行于轴向的刷束层穿过间隙通道阻断气流，阻碍气体泄漏。本发明的密封装置在有限安装空间内对泄漏气流具有多次转向、突缩突扩、气流掺混、刷束层消耗，四重阻碍作用，同时有效减轻了转子径向跳动造成的加剧刷束层磨损及迟滞性的问题，提高了刷束的密封性能及使用寿命。

Description

一种降低间隙泄漏量的密封装置

技术领域

本发明涉及航空发动机密封技术领域，尤其涉及一种转子及其密封装置。

背景技术

在航空发动机中，动静件间存在着气体的泄漏，这股泄漏会引起能源浪费，降低发动机效率，甚至造成叶片振动变形，直接影响发动机整体的性能与使用寿命。蓖齿密封，刷式密封，指尖密封是目前已有的主要密封类型，蓖齿密封是非接触式密封，刷式密封与指尖密封为柔性接触密封，它们都通过增大流阻来减小流体泄漏。篦齿密封技术由于其固定的配合间隙使得泄漏较大，无法满足一些条件下的密封要求，传统的刷式密封与指尖密封由于是柔性接触密封，为了避免转子径向离心跳动带来的影响，大多采用过盈配合安装，在高温高压差高转速的工作条件下，不可避免的会发生磨损，而转子的径向跳动会进一步加剧磨损最终造成密封与转子接触表面产生间隙、极大程度上降低密封性能和使用寿命。

随着现代航空发动机的不断发展，其增压比与燃气温度将不断提高，密封技术将成为制约航空发动机性能提升的关键技术，从发动机的油耗率、推重比、工作可靠性、持久性以及运行成本等方面考虑，先进密封技术的发展势在必行，目前受限于工作机理与安装空间，通过改变几何结构等方法提高刷式密封、指尖密封、篦齿密封的性能已十分困难。

因此，人们对于新型高性能密封装置的的要求越来越迫切，改进和发展新的密封技术与装置具有重大实用价值与意义。

本发明设计一种降低间隙泄漏量的密封装置解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种降低间隙泄漏量的密封装置，它是采用以下技术方案来实现的。

一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：它包括转动部件，引流部件，前挡板、垫片、固定板、后挡板、铆钉、套筒式刷式密封；所述转动部件由键联接技术安装在转子上，引流部件由螺栓紧密安装在转动部件上，套筒式刷式密封由外挡板、刷束层，内挡板组成，由固定板通过铆钉固定在机架上；其中：转动部件及引流部件与前挡板间隙配合形成沿轴向的第一间隙；前挡板与固定板间安装有垫片，前挡板与固定板形成第二间隙；转动部件及引流部件与外挡板间隙配合，转动部件及引流部件与齿尖形成第三间隙；转动部件外凸面与刷束层间隙配合，形成第四间隙；转动部件与内挡板间隙配合形成第五间隙；内挡板及后挡板与转子间隙配合，形成第六间隙；气流泄漏需依次通过上述间隙；套桶式刷式密封为层层相套的结构，内挡板安装在后挡板的侧面上且靠近后挡板的内环面，刷束层布置在内挡板外层，外挡板布置在刷束层外层，刷束层平行于转轴；外挡板一侧设为篦齿状，增大第三间隙的阻力，消耗气体动能；引流部件设有格栅，形成引流通道，使第一间隙进口处的高压气体与第三间隙出口处低压气体发生掺混扰动。

作为本技术的进一步改进，上述的引流部件设有与转子表面成30°角的锥面。

作为本技术的进一步改进，上述的引流部件格栅的高度小于第三间隙的的宽度。

作为本技术的进一步改进，上述引流通道入口处的格栅段的高度不变，引流通道出口处的格栅段的高度逐渐降低为原高度的一半。

作为本技术的进一步改进，上述的套筒式刷式密封的外挡板、刷束层、内挡板组成整体的重心与固定板的重心的连线垂直于旋转轴。

作为本技术的进一步改进，上述的固定板与外挡板接触的内环面设有凸起。

作为本技术的进一步改进，上述的刷束层自由端穿过间隙内部与转动部件的下游侧面过盈接触。

作为本技术的进一步改进，上述的刷束层的刷丝整体顺着旋转方向与转动部件沿径向的轴截面成60°夹角布置。

作为本技术的进一步改进，上述的转动部件的下游侧面11为与转子表面成85°的锥面。

作为本技术的进一步改进，上述的外挡板一侧设为篦齿状，齿尖顶部与第三间隙等宽，齿腔底部为第三间隙宽度的两倍，齿尖顶部到齿腔底部的高度为第三间隙宽度的1.5倍。

作为本技术的进一步改进，上述的第一间隙、第三间隙、第四间隙、第五间隙、第六间隙的最小间隙宽度为1.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明着眼于降低通过转子件与静子件间隙泄漏的泄漏量，主要方法为通过设置一种降低间隙泄漏量的密封装置，在有限安装空间内对泄漏气流具有多次转向、突缩突扩、气流扰动、刷束层消耗，四重阻碍作用，有效降低了气体泄漏。

2、套筒式刷式密封的刷束层通过固定板及铆钉平行于转轴安装，减轻了转子径向跳动造成的加剧刷束层磨损及迟滞性的问题，提高了刷束密封性能及使用寿命；

3、引流部件格栅形成的引流通道入口在间隙泄漏通道内，既造成了气流的掺混，消耗了气体能量，又避免了增加额外流动通道可能导致的泄漏量增大。

4、各间隙既保证了在高温、高压、高转速的工作环境中，刚性部件不发生碰撞产生危险，也形成了多次转向兼具突缩突扩效果的间隙泄漏通道，阻碍了气体的泄漏。

附图说明

图1（a）是整体部件结构示意图。

图1（b）是整体部件结构的间隙通道示意图。

图2是减小间隙泄漏流量的密封装置的引流部件的结构轴向视图。

图3是减小间隙泄漏流量的密封装置的下游侧面与部分刷丝的径向视图。

图中标号名称：1、转动部件；2、引流部件；3、前挡板；4、隔片；5、固定板；6、后挡板；7、铆钉；8、套筒式刷式密封；9、凸起；11、下游侧面；21、格栅；22、锥面；23、螺栓；24、引流通道；25、螺栓孔；81、外挡板；82、刷束层；83、内挡板；211、引流通道入口处的格栅段；212、引流通道出口处的格栅段；2a、第一间隙；2b、第二间隙；2c、第三间隙；2d、第四间隙；2e、第五间隙；2f、第六间隙；8a、齿尖；8b、齿腔；A、转子径向方向；B、转子轴向方向。

具体实施方式

以下将参照附图来描述本发明；但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。本发明的附图中的结构只是示意性的，不作为具体比例、形状、安装关系的限定；附图中的结构只是便于本发明的理解，不作为实际需求的限定。对于本发明的附图中结构的安装，采用现有技术处理即可，附图不作为具体的限定。

如图1（a）、（b）与图2所示：一种降低间隙泄漏量的密封装置包括转动部件1、引流部件2、前挡板3、垫片4、固定板5、后挡板6、铆钉7、套筒式刷式密封8。所述转动部件1由键联接技术安装在转子上，引流部件2由螺栓23紧密安装在转动部件1上，套筒式刷式密封8由外挡板81、刷束层82、内挡板83组成，由固定板5通过铆钉7固定在机架上。其中：转动部件1及引流部件2与前挡板3间隙配合形成第一间隙2a；为削弱高压来流对固定板及套筒式刷式密封8的轴向扰动，前挡板3与固定板5间安装有垫片4，前挡板3与固定板5形成第二间隙2b；转动部件1及引流部件2与外挡板81间隙配合，转动部件1及引流部件2与齿尖8a形成第三间隙2c；转动部件1外凸面与刷束层82间隙配合，形成第四间隙2d；转动部件1与内挡板83间隙配合形成第五间隙2e；内挡板83及后挡板6与转子间隙配合，形成第六间隙2f；气流泄漏需依次流经第一间隙2a、第二间隙2b、第三间隙2c、第四间隙2d、第五间隙2e、第六间隙2f，气流需多次转向。套桶式刷式密封8为层层相套的结构，内挡板83安装在后挡板6的侧面上且靠近后挡板6的内环面上，刷束层82布置在内挡板83外层，外挡板81布置在刷束层82外层，刷束层82平行于转轴，减轻转子径向跳动带来的加剧磨损与迟滞性的问题；外挡板81一侧设为篦齿状，增大间隙2c的阻力，消耗气体动能；引流部件2设有格栅21，形成引流通道24，使第一间隙2a进口处的高压气体对第三间隙2c出口处低压气体进行扰动。

如图1（a）所示，引流部件2设有与转子表面成30°角的锥面22，避免在高压来流作用下引流部件2与间隙2b内气体形成共振。

如图1（b）所示，引流部件2的格栅21的高度小于第三间隙2c的宽度。

实施例中，引流通道24入口处的格栅段211的高度不变，引流通道24出口处格栅段212沿轴向高度逐渐降低为原高度的一半，以使得引流通道24变为轴向时继续收缩，获得更高流速的扰动气流。

如图1（a）所示，套筒式刷式密封8的外挡板81、刷束层82、内挡板83组成整体的重心与固定板5的重心的连线垂直于旋转轴。

如图1（a）所示，所述的固定板5与外挡板81接触的内环面设有凸起9，以使得套筒式刷式密封8在轴向保持稳定。

如图1（a）、（b）所示，刷束层23自由端穿过第五间隙2e内部与转动部件1的下游侧面11过盈接触。

如图3所示，所述的刷束层82的刷丝顺着旋转方向与转动部件1径向的轴截面成60°夹角布置，以更好的吸收下游侧面11因热膨胀与离心膨胀产生的轴向变形。

上述的转动部件1的下游侧面11为与转子表面成85°的锥面22。以使得转速增大，转动部件1的离心膨胀变大时，或者压强增大，刷束层82受到更大的压力时，刷束层82可以与转动部件1更加紧密的接触。

上述的外挡板81一侧设为篦齿状，齿尖8a顶部与第三间隙2c等宽，齿腔8b底部为第三间隙2c宽度的两倍，齿尖8a顶部到齿腔8b底部的高度为第三间隙2c宽度的1.5倍。

上述的第一间隙2a、第三间隙2c、第四间隙2d、第五间隙2e、第六间隙2f的最小间隙宽度为1.5mm，以避免发生离心膨胀及热膨胀及离心跳动时刚性部件间发生碰撞。

工作原理：

本发明采用一种降低间隙泄漏量的密封装置降低泄漏量，具体如图1（a）、（b）与图2所示，通过设置一种降低间隙泄漏量的密封装置，在有限安装空间内对泄漏气流具有多次转向、突缩突扩、气流扰动、刷束层消耗，四重阻碍作用，有效降低了气体泄漏。

该密封装置的转动部件1、引流部件2、前挡板3、后挡板4、固定板5、外挡板81、内挡板82等通过相互间的间隙配合形成第一间隙2a、第二间隙2b、第三间隙2c、第四间隙2d、第五间隙2e、第六间隙2f。第一间隙间隙2a、第二间隙2b、第三间隙2c、第四间隙2d、第五间隙2e、第六间隙2f相互连通，形成间隙通道，气体在间隙通道多次转向，消耗了动能。

气体沿第一间隙2a流经第二间隙2b时，第一间隙2a内气流流通截面积突然扩大，对气流动能形成损耗。

第三间隙2c为沿径向的间隙，沿径向的间隙通道的流通面积随着半径的减小而减小，会使得气流速度增大，压强降低，将第三间隙2c设为篦齿状通道，增大阻力，消耗气体动能。

气流沿流动方向压强逐渐降低，设置引流部件2将第一间隙2a内的高压气流引入第三间隙2c末端，与第三间隙2c内的低压气体发生掺混，降低间隙内气体的动能。

平行于转轴布置的刷束层82将第四间隙2d与第五间隙2e阻断，刷束层82与转动部件1的接触配合受转子离心跳动的影响很小，压强增大与转速增大时，刷束层82与转动部件1的接触将更加紧密，阻碍气流流通。

如上即为本发明的实施例。上述实施例仅是为了清楚描述一种降低间隙泄漏量的密封装置，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容进行的任何改进、替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.其特征在于：它包括转动部件（1）、引流部件（2）、前挡板（3）、垫片（4）、固定板（5）、后挡板（6）、铆钉（7）、套筒式刷式密封（8），其中转动部件（1）由键联接技术安装在转子上，引流部件（2）由螺栓（23）紧密安装在转动部件（1）上，套筒式刷式密封（8）由外挡板（81）、刷束层（82）、内挡板（83）组成；固定板（5）通过铆钉（7）固定在机架上；转动部件（1）及引流部件（2）与前挡板（3）间隙配合形成第一间隙（2a）；前挡板（3）与固定板（5）间安装有垫片（4），前挡板（3）与固定板（5）形成第二间隙（2b）；转动部件（1）及引流部件（2）与外挡板（81）间隙配合，转动部件（1）及引流部件（2）与齿尖（8a）形成第三间隙（2c）；转动部件（1）外凸面与刷束层（82）间隙配合，形成第四间隙（2d）；转动部件（1）与内挡板（83）间隙配合形成第五间隙（2e）；内挡板（83）及后挡板（6）与转子间隙配合，形成第六间隙（2f）；气流泄漏需依次流经第一间隙（2a）、第二间隙（2b）、第三间隙（2c）、第四间隙（2d）、第五间隙（2e）、第六间隙（2f）；转套桶式刷式密封（8）为层层相套的结构，内挡板（83）安装在后挡板（6）的侧面上且靠近后挡板（6）的内环面上，刷束层（82）布置在内挡板（83）外层，外挡板（81）布置在刷束层（82）外层，刷束层（82）平行于转轴；引流部件（2）设有格栅（21），形成引流通道（24），使第一间隙（2a）进口处的高压气体与第三间隙（2c）出口处低压气体发生掺混扰动。

2.根据权利要求1所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的引流部件（2）上设有与转子表面成30°角的锥面（22）；

所述的引流部件（2）的格栅（21）的高度小于第三间隙（2c）的宽度。

3.根据权利要求1所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的引流通道（24）入口处的格栅段（211）的高度不变，引流通道（24）出口处的格栅段（212）的高度逐渐降低为原高度的一半。

4.根据权利要求1所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的套筒式刷式密封（8）的外挡板（81）、刷束层（82）、内挡板（83）组成整体的重心与固定板（5）的重心的连线垂直于旋转轴。

5.根据权利要求4所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的固定板（5）与外挡板（81）接触的内环面设有凸起9。

6.根据权利要求4所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的刷束层（23）自由端穿过第五间隙（2e）内部与转动部件的下游侧面（11）过盈接触。

7.根据权利要求6所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的刷束层（82）的刷丝顺着旋转方向与转动部件（1）沿径向的轴截面成60°夹角布置。

8.根据权利要求7所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的转动部件（1）的下游侧面（11）为与转子表面成85°的锥面。

9.根据权利要求4所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的外挡板（81）一侧设为篦齿状，齿尖（8a）顶部与第三间隙（2c）等宽，齿腔（8b）底部为第三间隙（2c）宽度的两倍，齿尖（8a）顶部到齿腔（8b）底部的高度为第三间隙（2c）宽度的1.5倍。

10.根据权利要求1所述的一种降低间隙泄漏量的密封装置，其特征在于：所述的第一间隙（2a）、第三间隙（2c）、第四间隙（2d）、第五间隙（2e）、第六间隙（2f）的最小间隙宽度为1.5mm。

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