CN203962050U - 一种航空发动机叶片及航空发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种航空发动机叶片及航空发动机，其中，航空发动机叶片包括叶片本体，所述叶片本体的叶尖处设置有数个刷式封严结构，所述刷式封严结构包括刷丝束，所述刷丝束通过前板和后板夹持，设置在所述叶尖处，所述刷丝束用于控制并封严所述叶片本体与机匣之间的间隙。本实用新型采用接触式的具有适应性的刷式封严结构，结构简单，能够保证叶片本体在小间隙甚至零间隙下安全工作，大幅提高了发动机的效率，降低了油耗率。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机领域，尤其涉及一种航空发动机叶片及具有该航空发动机叶片的航空发动机。
背景技术
由于发动机涡轮转子叶片与定子机匣之间存在一定的间隙，在叶片前后压力面与吸力面之间的压差作用下，燃气会发生泄漏，从而影响发动机效率。英国罗尔斯·罗伊斯(RR)对现代燃气涡轮发动机研究表明，叶尖间隙每增加叶片长度1％，效率约降低1.5％，耗油率约增加2％。耗油率不仅影响发动机性能，同时也影响其全寿命费用，据美国通用电气(GE)对CF5-50发动机的分析，叶尖间隙对耗油率的影响约占叶型与间隙密封总损失的67％。
主动间隙控制技术是一项通过控制涡轮叶尖间隙的变化来降低发动机耗油率、提高可靠性和延长使用寿命、减少污染物排放的重要技术措施。主动间隙控制手段主要分为热力式间隙控制、机械式间隙控制、压力式间隙控制和新型式间隙控制。其中热力式间隙控制主要是从风扇出口或压气机某级引出的空气冷却涡轮机匣，通过控制引气量或引气温度等参数调整涡轮机匣温度分布，以达到控制涡轮机匣涡轮外环组件的径向热膨胀位移，减小发动机巡航状态叶尖间隙，缺点是响应缓慢，而且耗费气体会导致推力损失大，另外引气管的布置也会增加系统的重量和复杂度。机械式间隙控制通过连接装置和驱动机构(水压式、电-机械式、电磁式等)共同实现叶尖间隙变化，响应快，控制精度较高。压力式间隙控制主要利用发动机内部或外部供应的压力及其对控制活门的调节，引起载荷偏移，致使涡轮外环沿径向产生位移，实现叶尖间隙控制。新型式间隙控制一般利用间隙传感器的反馈，快速将叶尖间隙控制到最佳值，如利用形状记忆金属等。
上述主动间隙控制存在的缺陷为：测量间隙的装置在高压、高温环境下工作，测量精度很难保证；并且控制电路比较复杂。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提出一种航空发动机叶片及航空发动机，其中航空发动机叶片的结构简单，能够有效控制发动机叶片的叶尖间隙。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种航空发动机叶片，其包括叶片本体，所述叶片本体的叶尖处设置有数个刷式封严结构，所述刷式封严结构包括刷丝束，所述刷丝束通过前板和后板夹持，设置在所述叶尖处，所述刷丝束用于控制并封严所述叶片本体与机匣之间的间隙。
在一优选或可选实施例中，所述刷丝束沿与所述叶片本体旋转方向相反的方向倾斜设置。
在一优选或可选实施例中，所述刷丝束与竖直方向的夹角范围为0～10°。
在一优选或可选实施例中，所述前板、后板和刷丝束通过焊接方式焊接成一体。
在一优选或可选实施例中，所述前板和后板采用隔热材料制成。
在一优选或可选实施例中，所述刷丝束采用数个刷丝捆扎在一起形成。
在一优选或可选实施例中，所述刷丝采用金属丝。
在一优选或可选实施例中，所述金属丝的直径为0.15mm。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种航空发动机，其包括机匣，还包括上述任一实施例中的航空发动机叶片，所述航空发动机叶片的叶片本体的叶尖处设置刷式封严结构。
在一优选或可选实施例中，所述机匣上设置有涂层，所述刷式封严结构中的刷丝束与所述机匣的涂层之间为过盈接触。
基于上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型在叶片本体的叶尖处设置有数个刷式封严结构，刷式封严结构包括刷丝束、前板和后板，刷丝束用于控制并封严叶片本体与机匣之间的间隙，采用上述接触式的具有适应性的刷式封严结构，结构简单，能够保证叶片本体在小间隙甚至零间隙下安全工作，大幅提高了发动机的效率，降低了油耗率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型提供的航空发动机叶片的结构示意图；
图2为图1中局部A的放大结构示意图；
图3为本实用新型提供的刷丝束的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2所示，本实用新型提供的航空发动机叶片的示意性但非限制性实施例中，航空发动机叶片包括叶片本体1，叶片本体1的叶尖处设置有数个刷式封严结构2，刷式封严结构2包括刷丝束22，刷丝束22通过前板21和后板23夹持，设置在叶片本体1的叶尖处，通过刷丝束22控制并密封叶片本体1与机匣3之间的间隙。
本实用新型采用刷式封严结构2使介质泄露主要发生在密集排列的细刷丝之间形成的微小缝隙中，由于刷丝束22中刷丝间空隙的不均匀性作用，均匀的来流进入刷丝束22中就变得不均匀了，并且从紧密的刷丝束22区域向疏松的刷丝束22区域偏流，这些偏流在刷丝之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流，带来了总能量的损失；而当射流遇到前面紧密的刷丝束22，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流。这种横向流动也能减少主流的进入，使流体产生了自密封效应，从而减小泄漏量，因此，本实用新型提供的航空发动机叶片的整个刷式封严结构2能做到零间隙的柔性密封，大幅提高了发动机的效率，降低了油耗率。
如图3所示，本实用新型提供的示意性但非限制性实施例中，刷丝束22沿与叶片本体1旋转方向相反的方向倾斜设置，刷丝束22与竖直方向的夹角a的范围可以为0～10°，由于刷丝束22沿转子旋转方向的反方向具有一定的倾角，因此，顺从的刷丝束22能倾斜以吸收转子径向偏移，并且很容易恢复闭合状态，在短暂与机匣3过盈接触后不会出现永久性的性能损失，而且刷丝具有很强的弹性，也不会对发动机的振动造成大的影响。
如图1所示，数个刷式封严结构2固定于叶片本体1的叶尖处，每个刷式封严结构2包括的前板21、后板23和刷丝束22可以通过焊接方式焊接成一体。其中，前板21和后板23可以主要采用隔热材料，不仅起到夹持、支撑刷丝束22的作用，还可以降低刷丝束22的温度。
如图2、图3所示，刷丝束22通过数个(一束)捆扎在一起的高密集度、沿与转子旋转方向相反方向倾斜设置的刷丝形成，刷丝可以采用金属丝。刷丝按照一定角度规则排列，以减少磨损，使刷丝更容易适应转子的热变形、制造误差等，并在轴瞬间大幅径向位移后，刷丝可弹回，保持密封间隙不变。
为了使刷丝能适应高压差工作环境，采用直径为0.15mm的粗金属丝，增大丝束宽度，以增大丝束的轴向刚性。每根刷丝就是一端为支点的梁，有极好的弹性，当机匣3与刷丝相碰磨时，刷丝可以弹性退让，不易被磨掉，保证叶片本体1在小间隙甚至零间隙下安全运转。当刷式封严结构2工作一段时间，性能下降时，可以直接更换，维修方便。
刷丝可以主要采用钴基高温合金制成，具有低脆性、高韧性、保证运行过程中不折断的优点，而高性能的焊接工艺能够保证刷丝不易脱落。
本实用新型提供的航空发动机叶片可以用在航空发动机上。
在本实用新型提供的航空发动机的示意性但非限制性实施例中，航空发动机包括机匣3，还包括上述任一实施例中的航空发动机叶片，航空发动机叶片的叶片本体1的叶尖处设置刷式封严结构2。将刷式封严结构2设置在作为转子的叶片本体1的叶尖处,可以达到零间隙控制效果，其实施简单方便。采用了上述接触式的具有适应性的刷式封严结构2能够保证叶片本体1在小间隙甚至零间隙下安全工作。
在上述示意性但非限制性实施例中，所述机匣3上设置有涂层4，刷式封严结构2中的刷丝束22与机匣上的涂层4过盈接触。刷丝材料和涂层4材料的合理组合，能够保证密封稳定、安全的运行。
刷式封严结构2与叶片本体1的接触面可以采用金属丝组成，同时这些刷丝与转动部件有一定的倾斜角度，以减少刷丝的磨损，使刷丝更容易适应转子的制造误差和热变形等，并在转子瞬间大幅径向位移后迅速弹回，保持密封间隙不变。
综上所述，本实用新型在叶片本体1上设置刷式封严结构2，可以实现叶尖零间隙控制，最大限度的减少了气流泄露，显著提高了发动机的推力，降低了耗油率，并且相对于传统叶尖间隙控制系统的复杂结构，需要大量的辅助管路、控制阀门等，本实用新型提供的刷式封严结构2，结构简单，更换维修方便，重量轻，可以大大简化叶尖间隙控制系统，改善发动机的经济性，同时也易于维护。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种航空发动机叶片，其特征在于：包括叶片本体，所述叶片本体的叶尖处设置有数个刷式封严结构，所述刷式封严结构包括刷丝束，所述刷丝束通过前板和后板夹持，设置在所述叶尖处，所述刷丝束用于控制并封严所述叶片本体与机匣之间的间隙。
2.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述刷丝束沿与所述叶片本体旋转方向相反的方向倾斜设置。
3.如权利要求2所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述刷丝束与竖直方向的夹角范围为0～10°。
4.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述前板、后板和刷丝束通过焊接方式焊接成一体。
5.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述前板和后板采用隔热材料制成。
6.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述刷丝束采用数个刷丝捆扎在一起形成。
7.如权利要求6所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述刷丝采用金属丝。
8.如权利要求7所述的航空发动机叶片，其特征在于：所述金属丝的直径为0.15mm。
9.一种航空发动机，包括机匣，其特征在于：还包括如权利要求1-8任一项所述的航空发动机叶片，所述航空发动机叶片的叶片本体的叶尖处设置刷式封严结构。
10.如权利要求9所述的航空发动机，其特征在于：所述机匣上设置有涂层，所述刷式封严结构中的刷丝束与所述机匣的涂层之间为过盈接触。
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Cited By (2)
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