CN220452967U - 一种带轴向补偿功能的引气管密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，包括：安装底座，所述安装底座为带颈凸台结构，开设有通孔D1；内衬环，所述内衬环为变径圆环，外径为D2和D3、且D2>D3，开设有通孔D4；波纹管，所述波纹管为2‑3个波峰薄壁U型结构；本实用新型涉及涡轮叶片冷却和热冲击试验技术领域，保证了引气管与密封座的同轴度，同时轴向和径向上因振动、热变形、加工装配带来的尺寸偏差可通过波纹管进行一定补偿、减小了泄漏间隙，实现高温、高压、交变环境下引气管密封有效性，同时，对引气管配装一致性要求低，降低了安装难度，具有较强的叶片互换适应性。

Description

一种带轴向补偿功能的引气管密封结构

技术领域

本实用新型涉及涡轮叶片冷却和热冲击试验技术领域，具体为一种带轴向补偿功能的引气管密封结构。

背景技术

在航空发动机地面涡轮叶片冷却效果和热冲击试验中，一般采取引入冷却空气调节叶片基体温度。试验时，叶片放置在试验叶栅内，冷却空气需从外部穿过盖板引入试验叶栅内。因叶栅内为高温、高压燃气环境，需要对盖板穿孔密封处理，如密封不严，很容易引发高温、高压燃气泄露。

如图1所示，在现有的冷却空气引气装置中，内部中空的引气管102一端采用外螺纹，另一端与叶片集气腔106采用焊接方式连接并从盖板105对应位置上通孔穿出。通过压紧螺母101对球面垫圈103和锥面垫圈104施加预紧力，球表面和锥表面相互压缩、磨合形成紧密接触达到防止泄露的目的，理想状态上具有密封性能好，结构简单，拆卸方便的特点在涡轮叶片冷却效果及热冲击试验中被采用。

然而在实际使用过程中，存在如下问题：

1、现有结构为保证密封效果，对引气管102与锥面垫圈104装配同轴度要求较高。引气管102与叶片集气腔106采用焊接方式连接，受焊接变形影响，容易出现图2所示情况，球面垫圈103与锥面垫圈104出现间隙t，高温、高温燃气容易从间隙处溢出，实际密封效果不佳。此外，无法实现叶片间无差别替换，结构适应性不强；

2、在燃气温度交变环境下，受叶片热胀冷缩的影响，引气管102会产生一定的轴向位移。冷态时预紧，球面垫圈103和锥面垫圈104紧密接触，在热态时，叶片受热膨胀，压紧螺母101施加的预紧力减小或失效，球表面和锥表面脱离接触，失去密封功能。热态时预紧，受压紧螺母101限位，引气管102、集气腔106以及叶片承受较大的拉应力，在多重交变应力综合作用下容易脱焊甚至折断，影响叶片安全，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，解决了引气管安装偏差因素对密封性能的影响，降低引气管安装难度的问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，包括：

安装底座，所述安装底座为带颈凸台结构，开设有通孔D1；

内衬环，所述内衬环为变径圆环，外径为D2和D3，且D2>D3，开设有通孔D4；

波纹管，所述波纹管为2-3个波峰薄壁U型结构；

密封安装座，所述密封安装座开设有通孔D5，一端为开设有内螺纹的六棱柱结构，另一端为圆柱结构；

锥形密封环，所述锥形密封环开设有通孔D6；

卡套式管接头，所述卡套式管接头两端为外螺纹结构，中间为六棱柱结构，开设有通孔D7；

压紧螺母，所述压紧螺母开设通孔D8，外部为开设有内螺纹的六棱柱结构；

调节垫片，所述调节垫片可多个叠加使用；

活套法兰，所述活套法兰开设通孔D9，周向均布一定数量的螺栓安装孔；

引气管，所述引气管一端带螺纹，另一端为光滑圆管；

盖板，所述盖板与活套法兰螺栓安装孔对应处开设螺纹盲孔。

可选地，所述安装底座凸台颈部外径与通孔D9单边间隙为2mm，安装底座与所述盖板连接处有密封垫片。

可选地，所述内衬环D2套在安装底座通孔D1中，且与安装底座焊接连接，通孔D4与引气管光滑圆管部分单边间隙为0.5-1mm。

可选地，所述波纹管一端与安装底座凸台颈部焊接连接，另一端与所述密封安装座圆柱台焊接，波谷处直径大于所述内衬环外径D3，波峰处直径小于所述活套法兰通孔D9。

可选地，所述密封安装座通孔D5与所述引气管光滑圆管部分单边间隙为0.5mm。

可选地，所述锥形密封环通孔D6与所述引气管光滑圆管配合间隙符合GB/T 3764-2008规定。

可选地，所述卡套式管接头通孔D7与所述引气管光滑圆管部分单边间隙为0.1-0.15mm，外螺纹部与所述密封安装座形成螺纹连接，与所述锥形密封环形成引气管第一道密封。

可选地，所述压紧螺母通孔D8与所述引气管光滑圆管部分单边间隙为0.5mm，与所述另一锥形密封环形成引气管第二道密封。

可选地，所述调整垫片厚度为2mm。

可选地，所述活套法兰通过一定数量的螺栓与所述盖板连接将所述安装底座固定在盖板上。

可选地，所述引气管光滑圆管端与叶片集气盒焊接连接，自由安装状态，螺纹部分完全穿出所述压紧螺母，通过六角螺母限位，六角螺母与压紧螺母间距离安装所述调节垫片调节。

有益效果

本实用新型提供了一种带轴向补偿功能的引气管密封结构。具备以下有益效果：

1、保证了引气管与密封座的同轴度，同时轴向和径向上因振动、热变形、加工装配带来的尺寸偏差可通过波纹管进行一定补偿、减小了泄漏间隙，实现高温、高压、交变环境下引气管密封有效性，同时，对引气管配装一致性要求低，降低了安装难度，具有较强的叶片互换适应性。

2、减小引气管安装偏差因素对密封性能的影响，降低引气管安装难度，可实现叶片间无差别替换；在燃气交变环境下以及叶片具有一定伸缩或膨胀自由度情形下，均具备良好的密封性能。

3、通过波纹管的柔性变形，对热变形、加工装配带来的尺寸偏差实现补偿，降低了引气管的安装难度；具备一定的轴向位移补偿能力，可实现高温、高压、交变环境下引气管的有效密封，提高了叶片伸缩或膨胀自由度，减小了叶片附加应力。

附图说明

图1为本实用新型背景技术中冷却空气引气装置示意图。

图2为本实用新型背景技术中球面垫圈103与锥面垫圈104出现间隙t状态的结构示意图。

图3为本实用新型所述一种带轴向补偿功能的引气管密封结构的主视结构示意图。

图4为本实用新型补偿段的局部放大结构示意图。

图中：1、引气管；2、六角螺母；3、调节垫片；4、锥形密封环；5、压紧螺母；6、卡套式接头；7、补偿段；71、密封安装座；72、波纹管；73、内衬环；74、安装底座；8、活套法兰；9、密封垫片；10、盖板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

通过本领域人员，将本案中的零部件依次进行连接，具体连接以及操作顺序，应参考下述工作原理，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程。

实施例：参考图3所示，补偿段7通过活套法兰8固定在盖板10上，活套法兰8与密封安装座71颈部径向间隙为2mm，使补偿段7可以在小范围内调节，目的是强化结构对引气管1装配质量的适应性。

活套法兰8周向均布一定数量的螺栓安装孔，盖板10对应处加工螺纹盲孔，通过六角螺栓紧固。

补偿段7中密封安装座71与盖板10连接面安装密封垫片9，密封垫片9的材质优先选择耐高温的石墨垫片或经软化处理的铜垫片，目的是对连接面进行密封补偿，防止燃气从连接面外溢。

锥形密封环4通孔与引气管外径配合间隙不大于0.1mm，与卡套式接头6和密封安装座71利用卡套式密封原理形成引气管1第一道密封。卡套式密封的优点是装配简单可靠，恶劣工况下密封性能优异。锥形密封环4的材质优先选择表面硬化处理的不锈钢。进一步的，对于需反复拆装的场合，锥形密封环4的材质可选择柔性材料，如软化处理的铜或密封填料。

卡套式接头6两端为外螺纹结构，中间为六棱柱结构。两端外螺纹分别与密封安装座71和压紧螺母5内螺纹旋进挤压使锥形密封环4与引气管1形成接触密封。

压紧螺母5与另一个锥形密封环4、卡套式接头6形成引气管2第二道密封。

压紧螺母5、卡套式接头6、密封安装座71均设计六棱柱结构以便于采用扳手安装。

参考图4所示，密封安装座71、波纹管72、内衬环73、安装底座74通过焊接形成一个补偿段7。优选的焊接方式为激光焊和氩弧焊，安装底座74焊接后密封端面补加工以保证平面度和粗糙度。

波纹管72为2-3个波峰薄壁U型结构，用于对热变形、加工装配带来的尺寸偏差实现角度补偿和一定的轴向位移补偿。

内衬环73为变径圆环，小径段与密封安装座71轴向及径向留有一定间隙，目的是使波纹管72可实现角度补偿的同时限制其最大变形(通常补偿角度小于5°)。

六角螺母2安装在引气管1螺纹端，六角螺母2与压紧螺母5间距通过调节垫片3调节。六角螺母2作用是在引气管1伸长或收缩过程中限制引气管1与锥形密封环4相对位移并将作用力传递至波纹管72使其变形实现轴向补偿的目的。

在实际使用时，参考图3所示，首先引气管1从盖板10上通孔D9中穿出，依次将密封垫片9、补偿段7、活套法兰8、锥形密封环4、卡套式接头6穿过引气管1。在补偿段7自由状态下，旋紧卡套式接头6与密封安装座71，依靠锥形密封环4产生形变形成第一道密封。通过六角螺栓将活套法兰8及补偿段7固定在盖板上。其次，将另一锥形密封环4、压紧螺母5安装并旋紧形成第二道密封。最后，装入一定数量的调节垫片3，引气管螺纹末端应位于调节垫片3内，旋紧六角螺母2限位，避免引气管1伸长或收缩过程中，锥形密封环4与引气管1间产生相对位移影响密封效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，包括：

安装底座，所述安装底座为带颈凸台结构，开设有通孔D1；

内衬环，所述内衬环为变径圆环，外径为D2和D3、且D2>D3，开设有通孔D4；

波纹管，所述波纹管为2-3个波峰薄壁U型结构；

密封安装座，所述密封安装座开设有通孔D5、且一端为开设有内螺纹的六棱柱结构、另一端为圆柱结构；

锥形密封环，所述锥形密封环开设有通孔D6；

卡套式管接头，所述卡套式管接头两端为外螺纹结构、中间为六棱柱结构且开设有通孔D7；

压紧螺母，所述压紧螺母开设通孔D8、外部为开设有内螺纹的六棱柱结构；

调节垫片，所述调节垫片多个叠加使用；

活套法兰，所述活套法兰开设通孔D9、周向均布一定数量的螺栓安装孔；

引气管，所述引气管一端带螺纹、另一端为光滑圆管；

盖板，所述盖板与活套法兰螺栓安装孔对应处开设螺纹盲孔。

2.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述内衬环D2套在安装底座通孔D1中，且与安装底座焊接连接，通孔D4与引气管光滑圆管部分单边间隙为0.5-1mm。

3.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述波纹管一端与安装底座凸台颈部焊接连接，另一端与所述密封安装座圆柱台焊接，波谷处直径大于所述内衬环外径D3，波峰处直径小于所述通孔D9。

4.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述安装底座凸台颈部外径与通孔D9单边间隙为2mm，安装底座与所述盖板连接处有密封垫片。

5.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述密封安装座通孔D5与所述引气管光滑圆管部分单边间隙为0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述卡套式管接头通孔D7与所述引气管光滑圆管部分单边间隙为0.1-0.15mm，外螺纹部与所述密封安装座形成螺纹连接，与所述锥形密封环形成引气管第一道密封。

7.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述通孔D8与所述引气管光滑圆管部分单边间隙为0.5mm，与另一锥形密封环形成引气管第二道密封。

8.根据权利要求1所述的一种带轴向补偿功能的引气管密封结构，其特征在于，所述引气管光滑圆管端与叶片集气盒焊接连接，自由安装状态，螺纹部分完全穿出所述压紧螺母，通过六角螺母限位，六角螺母与压紧螺母间距离安装所述调节垫片调节。