航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒齒腔內(nèi)周向阻力的篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，通過降低氣流的周向流動(dòng)進(jìn)而達(dá)到降低總流量的目的。具體技術(shù)方案如下：一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，包括封嚴(yán)襯套、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸周向表面具有若干級(jí)篦齒，相鄰兩級(jí)篦齒之間形成篦齒齒腔，封嚴(yán)襯套通過篦齒結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)軸上；其特征在于：篦齒齒腔內(nèi)沿周向分布齒腔隔板，將篦齒齒腔的光滑環(huán)形流道加以分割，形成連續(xù)的周向腔體區(qū)域。利用隔板的節(jié)流作用，以及腔室內(nèi)部的渦流，使周向流動(dòng)氣流形成起伏流動(dòng)，增加流體流動(dòng)阻力，降低篦齒齒腔的周向流動(dòng)，降低流體泄漏量。
【專利說明】航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空事業(yè)的發(fā)展，對(duì)飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高，因此迫切需要改進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)高性能的要求。低油耗、高推比、高可靠性和耐久性是現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，但是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度和壓比逐漸升高，使得內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏日趨嚴(yán)重，而封嚴(yán)的性能直接影響到航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率、飛行成本、推重比等工作性能。為了減少泄漏損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能，在許多部位改進(jìn)原有的封嚴(yán)裝置顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外研宄表明未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高一半將取決于封嚴(yán)技術(shù)的改善和泄漏量的降低。因此，人們對(duì)高性能密封結(jié)構(gòu)的要求越來越迫切，改進(jìn)和發(fā)展新的封嚴(yán)裝置對(duì)減少耗油率、提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率具有重要的實(shí)用價(jià)值和意義。
[0003]篦齒封嚴(yán)是現(xiàn)役航空發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛使用的一種有效的、長(zhǎng)壽命的封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，它是利用通道的突擴(kuò)和突縮增加流阻以限制流體泄漏的非接觸式動(dòng)封嚴(yán)，流體經(jīng)過節(jié)流間隙時(shí)，上游流體的壓力能通過節(jié)流作用轉(zhuǎn)化為速度能，然后在齒腔內(nèi)速度能通過湍流旋渦耗散為熱能。其密封效果主要取決于其密封間隙的大小和齒數(shù)的多少，具有耐高溫、沒有摩擦損耗和適用于高轉(zhuǎn)速狀況等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中，由于轉(zhuǎn)子件與靜子件之間存在磨損，導(dǎo)致節(jié)流間隙寬度變大，減少篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的泄漏量的關(guān)鍵在于使流體在齒腔內(nèi)的能量充分耗散。設(shè)計(jì)合理的篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，就是使得流體介質(zhì)產(chǎn)生漩渦、射流等有效的流動(dòng)特征，從而使得流體的能量在流動(dòng)過程中得到充分的耗散，以實(shí)現(xiàn)密封兩側(cè)的較大壓差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)封嚴(yán)的效果，這就意味著對(duì)篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
[0005]提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要途徑之一是封嚴(yán)技術(shù)的改善和泄漏量的降低。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的不斷提升，對(duì)密封性能的要求也日益苛刻，目前發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件轉(zhuǎn)靜件之間主要采用篦齒封嚴(yán)技術(shù)，其改進(jìn)主要從幾何參數(shù)的優(yōu)化入手:主要包括5個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，即節(jié)流間隙寬度C，齒間距B，齒高H，齒尖寬度t，齒數(shù)N等。其密封性能的進(jìn)一步改進(jìn)主要集中在主要齒形參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要著眼點(diǎn)為減少氣流的軸向流動(dòng)。
[0006]但是實(shí)際工況中，渦輪轉(zhuǎn)子部件處于高速旋轉(zhuǎn)中，篦齒封嚴(yán)的周向速度能夠達(dá)到50m/s以上，氣流周向流動(dòng)不可忽略，可見，降低氣流的周向流動(dòng)能夠起到明顯的降低總流量的目的。而傳統(tǒng)的篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)周向?yàn)楣饣鞯?，流阻較小，難以起到周向阻塞的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒齒腔內(nèi)周向阻力的篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，通過降低氣流的周向流動(dòng)進(jìn)而達(dá)到降低總流量的目的。具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，包括封嚴(yán)襯套、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸周向表面具有若干級(jí)篦齒，相鄰兩級(jí)篦齒之間形成篦齒齒腔，封嚴(yán)襯套通過篦齒結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)軸上；其特征在于:篦齒齒腔內(nèi)沿周向分布齒腔隔板，將篦齒齒腔的光滑環(huán)形流道加以分割，形成連續(xù)的周向腔體區(qū)域。
[0009]進(jìn)一步的，齒腔隔板與轉(zhuǎn)軸軸線平行且垂直于篦齒齒腔的環(huán)形面；齒腔隔板環(huán)形陣列間隔60°分布，相鄰兩篦齒齒腔內(nèi)的齒腔隔板間隔30°交錯(cuò)分布；齒腔隔板高度為篦齒齒高H的9/10、寬度與篦齒齒腔寬度W相同；共設(shè)5級(jí)篦齒，形成4個(gè)篦齒齒腔，第一篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布與第三篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布一致，第二篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布與第四篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布一致，第一篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板與第二篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板間隔30°交錯(cuò)分布。
[0010]齒腔隔板采用等厚度的矩形隔板，其底部與篦齒齒腔底部鉛焊無縫連接，而端部略低于篦齒高度，兩側(cè)與相鄰兩級(jí)篦齒鉛焊無縫連接，通過齒腔隔板將篦齒腔體均勻分割為η份，形成連續(xù)分布的周向流動(dòng)腔室。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)的篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，上游高壓氣流在流經(jīng)篦齒時(shí)，在上下游壓差作用下，具有較大的軸向速度，同時(shí)，由于篦齒位于轉(zhuǎn)軸上，氣流受到篦齒周向運(yùn)動(dòng)的影響，在壁面粘性作用下，表現(xiàn)出較大的周向運(yùn)動(dòng)速度，因此，氣流主要具有軸向與周向速度。當(dāng)氣流通過封嚴(yán)流通間隙，進(jìn)入篦齒齒腔，流體經(jīng)過節(jié)流間隙時(shí)，上游流體的壓力能通過節(jié)流作用轉(zhuǎn)化為速度能，氣流在齒腔內(nèi)形成渦旋，速度能通過湍流旋渦耗散為熱能。上述分析主要針對(duì)氣流的軸向流動(dòng)展開，而氣流另一部分周向流動(dòng)則由于周向流阻較小，流動(dòng)所受影響較小，軸向流動(dòng)、周向流動(dòng)如圖1所示，在周向流動(dòng)過程中陸續(xù)沿軸向流入下游，研宄表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)大狀態(tài)工作條件下，這部分流量約占整個(gè)泄漏量的12%左右。若能增強(qiáng)周向流阻，減小流體的周向流動(dòng)，則可以進(jìn)一步降低流體流量，與降低軸向流動(dòng)相結(jié)合，起到降低氣體流動(dòng)的作用。
[0012]本發(fā)明著眼于降低流體在篦齒封嚴(yán)中的周向流動(dòng)，在相鄰兩道封嚴(yán)篦齒之間安裝周向隔板，將篦齒齒腔的光滑環(huán)形流道加以分割，形成連續(xù)的周向腔體區(qū)域，利用隔板的節(jié)流作用，以及腔室內(nèi)部的渦流，使周向流動(dòng)氣流形成起伏流動(dòng)，增加流體流動(dòng)阻力，降低篦齒齒腔的周向流動(dòng)，降低流體泄漏量。相鄰兩道篦齒間隙之間的分隔隔墻之間形成一定的交錯(cuò)角度，進(jìn)一步增加降低相鄰篦齒齒腔間的流動(dòng)阻力。這種結(jié)構(gòu)增大了周向流動(dòng)阻尼，使得氣流壓力在不同周向腔體區(qū)域之間流動(dòng)時(shí)形成較大的流動(dòng)阻力，起到降低壓力，減少泄漏的作用；且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)總體示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的周向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施后篦齒軸向、周向流動(dòng)示意圖。
[0017]圖中:1-封嚴(yán)襯套，2-轉(zhuǎn)軸，3-—級(jí)篦齒，4-第一篦齒齒腔，5-二級(jí)篦齒，6-第二篦齒齒腔，7- 二級(jí)篦齒，8-第二篦齒齒腔，9-四級(jí)篦齒，10-第四篦齒齒腔，11-五級(jí)篦齒，12-齒腔隔板。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0019]如圖所示的航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，包括封嚴(yán)襯套I和轉(zhuǎn)軸2，轉(zhuǎn)軸2上共設(shè)5級(jí)篦齒，一級(jí)篦齒3、二級(jí)篦齒5、三級(jí)篦齒7、四級(jí)篦齒9、五級(jí)篦齒11 ;相鄰兩篦齒間形成篦齒齒腔，第一篦齒齒腔4、第二篦齒齒腔6、第三篦齒齒腔8、第四篦齒齒腔10 ;篦齒齒腔內(nèi)設(shè)有周向齒腔隔板12，環(huán)形陣列分布，間隔60°，相鄰兩篦齒齒腔內(nèi)的齒腔隔板12間隔30。分布ο
[0020]齒腔隔板12與轉(zhuǎn)軸2軸線平行且垂直于篦齒齒腔的環(huán)形面；齒腔隔板12高度為篦齒齒高H的9/10、寬度與篦齒齒腔寬度W相同；齒腔隔板12采用等厚度的矩形隔板，其底部與篦齒齒腔底部鉛焊無縫連接，而端部略低于篦齒高度，兩側(cè)與相鄰兩級(jí)篦齒鉛焊無縫連接，通過齒腔隔板12將篦齒腔體均勻分割形成連續(xù)分布的周向流動(dòng)腔室。
【權(quán)利要求】
1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，包括封嚴(yán)襯套、轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸周向表面具有若干級(jí)篦齒，相鄰兩級(jí)篦齒之間形成篦齒齒腔，封嚴(yán)襯套通過篦齒結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)軸上；其特征在于:篦齒齒腔內(nèi)沿周向分布齒腔隔板，將篦齒齒腔的光滑環(huán)形流道加以分割，形成連續(xù)的周向腔體區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:齒腔隔板與轉(zhuǎn)軸軸線平行且垂直于篦齒齒腔的環(huán)形面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:同一級(jí)篦齒齒腔隔板環(huán)形陣列間隔60°分布，相鄰兩篦齒齒腔內(nèi)的齒腔隔板間隔30°交錯(cuò)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:齒腔隔板高度為篦齒齒高H的9/10、寬度與篦齒齒腔寬度W相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)篦齒封嚴(yán)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:共設(shè)5級(jí)篦齒，形成4個(gè)篦齒齒腔，第一篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布與第三篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布一致，第二篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布與第四篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板分布一致，第一篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板與第二篦齒齒腔內(nèi)齒腔隔板間隔30°交錯(cuò)分布。
【文檔編號(hào)】F01D11/08GK104514582SQ201410755741
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】張勃, 李文凱, 吉洪湖 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)