CN204921054U - 一种变刚度柔性指尖密封 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变刚度柔性指尖密封，包括前挡板，前挡板上依次连接有垫片、高压指尖密封片、低压指尖密封片和后挡板，高压指尖密封片上设置有弧形的指尖梁b，低压指尖密封片上设置有弧形的指尖梁a，低压指尖密封片上连接有指尖靴；指尖梁b和指尖梁a的凹口分别朝向高压指尖密封片和低压指尖密封片的边沿，指尖梁b和指尖梁a截面为变截面，指尖梁b靠近高压指尖密封片边沿处的截面最大，指尖梁a靠近低压指尖密封片边沿处的截面最大。一种变刚度柔性指尖密封能适应转子动态变化工况条件的要求，保证指尖密封在多变工况条件下能够保持较好的密封性能，同时提高指尖密封的工作寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于动态密封装置技术领域，具体涉及一种变刚度柔性指尖密封。
背景技术
动态密封装置是航空发动机中必不可少的重要功能部件。一台航空发动机中有多达几十种类型的动态密封，完成着转子叶尖、压气机出口、涡轮进口、压气机和涡轮级间、转子轴间和轴承腔等部位的密封任务，改进和发展密封技术是提高发动机性能的一个新的有着巨大潜力的领域，具有投资少收益大的特点。一个典型的事例是，在发动机高压压气机出口卸荷腔处采用刷式密封代替常规的篦齿密封后，发动机推力可以增大2％左右，相应的耗油率降低了2％。研究表明在部件设计中做很大努力才可使发动机性能有0.1％的改进，但若通过使用先进密封技术，有可能较容易地使发动机性能获得1％-2％的提高，为此各国都将发展先进密封技术作为提高航空发动机性能的重要研究内容之一。
然而伴随着航空发动机循环参数的不断提高，飞机起飞、巡航和降落时，发动机处于不同工作状态，尤其是军用航空发动机工作中，起飞、巡航、格斗、降落等多种运行状态并存，如何使动态密封装置在运行状态切换后仍旧保持稳定的工作性能，对保证发动机的性能以及飞机飞行安全至关重要，这也给动态密封技术提出了前所未有的挑战。
指尖密封作为近年来发展起来的用于航空发动机气路密封和主轴密封的一种新型密封技术，已有的研究工作表明，其密封性能与刷式密封相当，大大优于篦齿密封，不但可以避免篦齿密封的刚性磨损问题，而且也没有刷式密封由于刷丝断裂引起的滑油污染问题。因此，指尖密封对于未来航空发动机技术的发展和性能提高具有重要意义。
然而指尖密封存在的迟滞和磨损是影响指尖密封的关键因素，这两者性能的改善是相互矛盾的。为此不少学者针对指尖密封的迟滞性能改善开展了一系列研究，但目前的研究局限于对现有指尖密封构型参数的优化设计研究，或者是进行指尖靴结构的构型研究，没有从根本上解决其迟滞泄漏和接触磨损问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供了一种变刚度柔性指尖密封，解决了现有动态密封装置迟滞泄漏和接触磨损的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种变刚度柔性指尖密封，包括前挡板，前挡板上依次连接有垫片、高压指尖密封片、低压指尖密封片和后挡板，高压指尖密封片上设置有弧形的指尖梁b，低压指尖密封片上设置有弧形的指尖梁a，低压指尖密封片上连接有指尖靴；
指尖梁b和指尖梁a的凹口分别朝向高压指尖密封片和低压指尖密封片的边沿，指尖梁b和指尖梁a截面为变截面，指尖梁b靠近高压指尖密封片边沿处的截面最大，指尖梁a靠近低压指尖密封片边沿处的截面最大。
本实用新型的特点还在于，
前挡板、垫片、高压指尖密封片、低压指尖密封片和后挡板通过铆钉依次连接。
高压指尖密封片和低压指尖密封片均为环形，指尖梁b和指尖梁a分别绕高压指尖密封片和低压指尖密封片的圆心均匀设置若干个，指尖梁a和指尖梁b相互交错，相邻两个指尖梁b的间距和与相邻两个指尖梁a的间距相等，每个指尖梁b和每个指尖梁a形状和大小相同。
本实用新型的有益效果是：一种变刚度柔性指尖密封通过采用指尖梁b和指尖梁a，指尖梁b和指尖梁a采用变截面上凹结构，从而获得指尖密封片的指尖梁具有变刚度结构，从而使得指尖密封无论在转子小跳动量情况下变形多发生在指尖梁低阻尼区域的临近转子一端。该区域内指尖密封的刚度较小，阻尼也小，因此可以在转子复位时快速恢复变形，而且由于刚度较小能有效降低指尖密封失稳工作状态条件下的磨损。当转子发生较大跳动时虽然指尖密封的变形扩展到靠近指尖密封高阻尼区域的中部，但由于中部区域指尖梁的刚度较大，从而同样可以在转子复位时使得指尖密封快速复位。一种变刚度柔性指尖密封能适应转子动态变化工况条件的要求，保证指尖密封在多变工况条件下能够保持较好的密封性能，同时提高指尖密封的工作寿命。
附图说明
图1是本实用新型一种变刚度柔性指尖密封的结构示意图；
图2是本实用新型一种变刚度柔性指尖密封中低压指尖密封片的结构示意图；
图3是本实用新型一种变刚度柔性指尖密封中高压指尖密封片的结构示意图；
图4是本实用新型一种变刚度柔性指尖密封的使用状态示意图。
图中，1.前挡板，2.垫片，3.高压指尖密封片，4.低压指尖密封片，5.后挡板，6.铆钉，7.转子，8.高压腔，9.低压腔，10.指尖梁a，11.指尖靴，12.指尖梁b，13.人字槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型提供了一种变刚度柔性指尖密封，如图1、图2和图3所示，
包括前挡板1，前挡板1上依次连接有垫片2、高压指尖密封片3、低压指尖密封片4和后挡板5，前挡板1、垫片2、高压指尖密封片3、低压指尖密封片4和后挡板5均为环状，高压指尖密封片3上设置有弧形的指尖梁b12，指尖梁b12的一端位于高压指尖密封片3内边沿，低压指尖密封片4上设置有弧形的指尖梁a10，指尖梁a10的一端位于低压指尖密封片4内边沿；
低压指尖密封片4上连接有指尖靴11，指尖靴11与低压指尖密封片4的内边沿连接；
指尖梁b12和指尖梁a10的凹口分别朝向高压指尖密封片3和低压指尖密封片4的外边沿，指尖梁b12和指尖梁a10截面为变截面，指尖梁b12靠近高压指尖密封片3外边沿处的截面最大，指尖梁a10靠近低压指尖密封片4外边沿处的截面最大。
前挡板1、垫片2、高压指尖密封片3、低压指尖密封片4和后挡板5通过铆钉6依次连接。
指尖梁b12和指尖梁a10分别绕高压指尖密封片3和低压指尖密封片4的圆心均匀设置若干个，指尖梁a10和指尖梁b12相互交错，相邻两个指尖梁b12的间距和与相邻两个指尖梁a10的间距相等，每个指尖梁b12和每个指尖梁a10形状和大小相同，从而实现对流体的轴向密封。
指尖梁b12和指尖梁a10为高温合金材料加工而成，
指尖靴11为楔形。
本实用新型一种变刚度柔性指尖密封的工作原理是：如图4所示，指尖靴11与转子7之间有间隙，转子7上设置有人字槽13，人字槽13位于转子7表面，人字槽13与指尖靴11相对安装；指尖梁a10和指尖梁b12相互交错叠置，实现阻滞密封介质通过指尖密封片指尖梁缝隙由高压腔8向低压腔9发生轴向泄漏，低压指尖密封片4上连接的指尖靴11与转子7之间有间隙，从而形成狭长的通道，指尖靴11为楔形，转子7上设置有人字槽13，转子7高速旋转时，狭长通道内的流体由于指尖靴11的楔形结构而形成高压，转子7上的人字槽13增加了高压的形成，在狭长通道中流体高压作用下阻滞密封介质从高压腔8向低压腔9通过泄漏通道泄漏；
工作时，指尖梁b12的柔性作用下能使转子7跳动时指尖靴11与转子7的磨损减小，达到指尖密封的长寿命目的，指尖梁b12采用变截面上凹结构，当转子7发生较小跳动时指尖梁b12的变形主要发生在指尖梁b12靠近转子7的低阻尼区域，当转子7复位时能够快速恢复，不增大泄漏通道的径向间隙尺寸，转子7发生较大跳动时，指尖梁b12的变形向远离转子7的高阻尼区域移动，由于该区域指尖梁b12截面尺寸增大，刚度增加，当转子7复位时，指尖梁b12依然能够在大刚度作用下克服阻滞作用而快速恢复变形，同样保证径向泄漏间隙不会过多增加而导致泄漏增大，从而达到转子在多种变动工况条件下都具有良好的密封性能。
本实用新型的变刚度柔性指尖密封通过采用指尖梁b12和指尖梁a10，指尖梁b12和指尖梁a10采用变截面且上凹结构，从而获得指尖密封片的指尖梁具有变刚度结构，从而使得指尖密封无论在转子7小跳动量情况下变形多发生在指尖梁低阻尼区域的临近转子7一端。该区域内指尖密封的刚度较小，阻尼也小，因此可以在转子7复位时快速恢复变形，而且由于刚度较小能有效降低指尖密封失稳工作状态条件下的磨损。当转子7发生较大跳动时虽然指尖密封的变形扩展到靠近指尖密封高阻尼区域的中部，但由于中部区域指尖梁的刚度较大，从而同样可以在转子复位时使得指尖密封快速复位。一种变刚度柔性指尖密封能适应转子动态变化工况条件的要求，保证指尖密封在多变工况条件下能够保持较好的密封性能，同时提高指尖密封的工作寿命。
Claims (3)
1.一种变刚度柔性指尖密封，其特征在于：包括前挡板(1)，前挡板(1)上依次连接有垫片(2)、高压指尖密封片(3)、低压指尖密封片(4)和后挡板(5)，高压指尖密封片(3)上设置有弧形的指尖梁b(12)，低压指尖密封片(4)上设置有弧形的指尖梁a(10)，低压指尖密封片(4)上连接有指尖靴(11)；
所述指尖梁b(12)和指尖梁a(10)的凹口分别朝向高压指尖密封片(3)和低压指尖密封片(4)的边沿，指尖梁b(12)和指尖梁a(10)截面为变截面，指尖梁b(12)靠近高压指尖密封片(3)边沿处的截面最大，指尖梁a(10)靠近低压指尖密封片(4)边沿处的截面最大。
2.根据权利要求1所述的一种变刚度柔性指尖密封，其特征在于：所述前挡板(1)、垫片(2)、高压指尖密封片(3)、低压指尖密封片(4)和后挡板(5)通过铆钉(6)依次连接。
3.根据权利要求1所述的一种变刚度柔性指尖密封，其特征在于：所述高压指尖密封片(3)和低压指尖密封片(4)均为环形，指尖梁b(12)和指尖梁a(10)分别绕高压指尖密封片(3)和低压指尖密封片(4)的圆心均匀设置若干个，指尖梁a(10)和指尖梁b(12)相互交错，相邻两个指尖梁b(12)的间距和与相邻两个指尖梁a(10)的间距相等，每个指尖梁b(12)和每个指尖梁a(10)形状和大小相同。
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|---|---|---|---|---|
| CN108223798A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种带芯部镂空指尖片的指尖密封装置 |
| CN114575935A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-06-03 | 西安热工研究院有限公司 | 一种自适应型柔性汽轮机轴封结构 |
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