本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，涉及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪轉(zhuǎn)子冷卻供氣系統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)及其裝配技術(shù)，具體是一種燃?xì)廨啓C(jī)及其預(yù)旋供氣系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)和裝配方法，主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子預(yù)旋供氣系統(tǒng)中，用于保障渦輪轉(zhuǎn)子冷氣供給可靠性。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)是軍用裝備、民用運(yùn)輸和工業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿ρb置，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能提高，燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪前溫度上升，渦輪葉片、渦輪盤(pán)等熱端部件承受巨大的熱負(fù)荷，導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)子壽命顯著下降，嚴(yán)重影響燃?xì)廨啓C(jī)的整體壽命及可靠性。為解決這一問(wèn)題，先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)普遍通過(guò)預(yù)旋供氣系統(tǒng)給渦輪轉(zhuǎn)子提供合適流量、壓力的冷氣，在供氣過(guò)程中顯著降低冷氣的相對(duì)總溫，使得渦輪葉片、渦輪盤(pán)等熱端部件受到有效的冷氣保護(hù)。因此，預(yù)旋供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)好壞對(duì)提升渦輪轉(zhuǎn)子使用壽命和燃?xì)廨啓C(jī)的整體性能具有重大意義。

2、典型的預(yù)旋供氣系統(tǒng)主要由預(yù)旋噴嘴、帶有接收孔的前蓋板盤(pán)和渦輪轉(zhuǎn)子上的供氣孔等主要結(jié)構(gòu)組成，預(yù)旋噴嘴使氣流加速偏轉(zhuǎn)起到降低冷氣相對(duì)總溫的作用，經(jīng)預(yù)旋噴嘴降溫后的冷氣依次通過(guò)前蓋板盤(pán)上的接收孔和渦輪轉(zhuǎn)子上的供氣孔進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子。其中，前蓋板盤(pán)的設(shè)計(jì)對(duì)冷氣的有效供給至關(guān)重要：一方面，前蓋板盤(pán)裝配在渦輪轉(zhuǎn)子上并與其共轉(zhuǎn)，通過(guò)其端面上的密封圈結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與渦輪盤(pán)之間的密封，以防止冷氣泄漏；另一方面，前蓋板盤(pán)上帶有外篦齒、內(nèi)篦齒兩處封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，用于防止冷氣從帶有預(yù)旋噴嘴的靜止件和前蓋板盤(pán)所在的轉(zhuǎn)子件之間的間隙中泄漏流出。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)旋供氣系統(tǒng)為避免冷氣供氣沿程泄漏量大的問(wèn)題，往往將預(yù)旋噴嘴設(shè)計(jì)在較低半徑處，其目的在于壓低前蓋板盤(pán)上外篦齒、內(nèi)篦齒所在半徑，減小篦齒間隙，實(shí)現(xiàn)有效密封。盡管這一設(shè)計(jì)在低半徑區(qū)域的密封效果顯著，但也導(dǎo)致前蓋板盤(pán)的結(jié)構(gòu)重心和固定連接位置靠近低半徑位置，而前蓋板盤(pán)高半徑位置處的端面密封結(jié)構(gòu)在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下易發(fā)生脫開(kāi)，造成端面密封失效，繼而導(dǎo)致預(yù)旋系統(tǒng)冷氣大量泄漏，嚴(yán)重危害渦輪轉(zhuǎn)子冷卻有效性。

4、目前，一些大尺寸燃?xì)廨啓C(jī)(如大型工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī))的前蓋板盤(pán)通過(guò)調(diào)整盤(pán)型的方式，可實(shí)現(xiàn)其端面密封結(jié)構(gòu)在離心力作用下產(chǎn)生向渦輪盤(pán)方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)一步壓緊端面，形成有效密封。但是，這種盤(pán)型調(diào)整方法主要適用于大尺寸渦輪系統(tǒng)，而對(duì)于高轉(zhuǎn)速、緊湊型的小型燃?xì)廨啓C(jī)，由于其渦輪結(jié)構(gòu)尺寸受限，前蓋板盤(pán)盤(pán)型需嚴(yán)格適應(yīng)渦輪盤(pán)的空間要求，難以通過(guò)大面積盤(pán)型調(diào)整改善端面密封結(jié)構(gòu)脫開(kāi)的問(wèn)題。

5、綜上所述，現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)旋供氣系統(tǒng)中的前蓋板盤(pán)端面密封結(jié)構(gòu)在高溫、高速條件下表現(xiàn)出易發(fā)生脫開(kāi)而密封失效的問(wèn)題。因此，需要進(jìn)一步通過(guò)創(chuàng)新局部結(jié)構(gòu)和裝配方法，保證前蓋板盤(pán)端面密封結(jié)構(gòu)在高溫高速的工作狀態(tài)下不發(fā)生脫開(kāi)，防止冷氣泄漏，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且高效的密封，以確保預(yù)旋冷氣在高溫高轉(zhuǎn)速環(huán)境下的有效供應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)發(fā)明目的

2、針對(duì)現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)冷氣預(yù)旋供氣系統(tǒng)中，前蓋板盤(pán)端面密封結(jié)構(gòu)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)易發(fā)生脫開(kāi)而導(dǎo)致密封失效，進(jìn)而造成冷氣泄漏、冷卻效率降低的問(wèn)題，以及緊湊型渦輪結(jié)構(gòu)難以通過(guò)大面積盤(pán)型調(diào)整改善密封性能等缺陷和不足，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述以及其他方面的至少一種技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種燃?xì)廨啓C(jī)及其預(yù)旋供氣系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)和裝配方法，通過(guò)在前蓋板盤(pán)端面密封結(jié)構(gòu)中引入初始預(yù)緊力設(shè)計(jì)和局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以確保密封結(jié)構(gòu)在高速旋轉(zhuǎn)和高離心力作用下保持壓緊狀態(tài)。該結(jié)構(gòu)通過(guò)帶有彈性彎臂的端面密封設(shè)計(jì)和附加的拉耳結(jié)構(gòu)，使前蓋板盤(pán)在裝配時(shí)形成初始彈性預(yù)緊力，并在工作狀態(tài)下借助離心力作用進(jìn)一步增強(qiáng)密封效果。通過(guò)上述技術(shù)手段，本發(fā)明有效改善了緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)冷氣預(yù)旋系統(tǒng)前蓋板盤(pán)端面密封脫開(kāi)的問(wèn)題，顯著提升了燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)該發(fā)明目的，解決其技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

5、本發(fā)明的第1個(gè)發(fā)明目的在于提供一種燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)旋供氣系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪轉(zhuǎn)子預(yù)旋供氣系統(tǒng)中前蓋板盤(pán)與渦輪盤(pán)之間的密封，確保燃?xì)廨啓C(jī)渦輪轉(zhuǎn)子在高溫、高速工況下的有效冷卻，至少包括一前蓋板盤(pán)、一渦輪盤(pán)以及一盤(pán)狀噴嘴靜止件，具體而言：

6、所述前蓋板盤(pán)的中心處同軸固定安裝于渦輪盤(pán)上并在軸向上位于其上游側(cè)，所述盤(pán)狀噴嘴靜止件固定安裝于渦輪導(dǎo)向器上并在軸向上位于前蓋板盤(pán)的上游側(cè)，所述盤(pán)狀噴嘴靜止件與前蓋板盤(pán)圍成的空間形成為冷氣預(yù)旋腔，用于對(duì)進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子的冷氣進(jìn)行預(yù)旋處理和導(dǎo)流，所述前蓋板盤(pán)與渦輪盤(pán)圍成的空間形成為冷氣密封腔，用于隔絕冷氣、避免泄漏并確保冷氣傳輸；

7、所述前蓋板盤(pán)的高半徑位置處的型面整體加工形成為一徑向內(nèi)傾和軸向后傾的弓形彎臂結(jié)構(gòu)，所述弓形彎臂結(jié)構(gòu)的末端密封端面設(shè)有環(huán)形密封圈并形成為與渦輪盤(pán)的前端面抵接的端面密封結(jié)構(gòu)，且所述弓形彎臂結(jié)構(gòu)的外側(cè)沿周向均布設(shè)有多個(gè)拉耳結(jié)構(gòu)，各所述拉耳結(jié)構(gòu)用于在裝配過(guò)程中借助外力使得弓形彎臂結(jié)構(gòu)彈性變形，產(chǎn)生使所述弓形彎臂結(jié)構(gòu)的末端密封端面與渦輪盤(pán)的前端面之間壓緊抵接的預(yù)緊力，并在燃?xì)廨啓C(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)通過(guò)各所述拉耳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的離心力進(jìn)一步增強(qiáng)密封端面之間的壓緊作用；

8、并且其中，所述前蓋板盤(pán)的后端面中半徑位置附近沿周向均布設(shè)有若干前蓋板離散掛鉤，所述渦輪盤(pán)的前端面中半徑位置附近沿周向均布設(shè)有若干渦輪盤(pán)離散掛鉤，各所述前蓋板離散掛鉤與渦輪盤(pán)離散掛鉤在周向位置上一一對(duì)應(yīng)并在裝配狀態(tài)下卡扣配合，以限制所述前蓋板盤(pán)的軸向位移，確保在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下前蓋板盤(pán)與渦輪盤(pán)之間的穩(wěn)定連接。

9、本發(fā)明的第2個(gè)發(fā)明目的在于提供一種燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括上述燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)旋供氣系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)。

10、本發(fā)明的第3個(gè)發(fā)明目的在于提供一種上述燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)旋供氣系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)的裝配方法，所述裝配方法在實(shí)施時(shí)至少包括以下步驟：

11、ss1.前蓋板盤(pán)和渦輪盤(pán)的初步定位

12、將前蓋板盤(pán)的前蓋板盤(pán)鍵槽與渦輪盤(pán)的渦輪盤(pán)鍵槽進(jìn)行對(duì)插，沿軸向?qū)⑶吧w板盤(pán)推入渦輪盤(pán)的中心輪轂處，直至前蓋板盤(pán)鍵槽完全通過(guò)渦輪盤(pán)鍵槽，確保兩者在軸向上對(duì)準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)同軸定位，并確保在前蓋板離散掛鉤與渦輪盤(pán)離散掛鉤之間存在軸向搭接；

13、ss2.施加預(yù)緊力以形成軸向間隙

14、在前蓋板盤(pán)的弓形彎臂結(jié)構(gòu)的前端面預(yù)設(shè)位置施加預(yù)緊力，使前蓋板盤(pán)向渦輪盤(pán)方向下壓，使得前蓋板離散掛鉤與渦輪盤(pán)離散掛鉤之間在彈性變形作用下形成軸向間隙，同時(shí)向徑向外側(cè)拉動(dòng)端面密封結(jié)構(gòu)上的拉耳，使得弓形彎臂結(jié)構(gòu)的末端密封端面與渦輪盤(pán)的前端面之間形成暫時(shí)脫離接觸的狀態(tài)，從而為后續(xù)調(diào)整提供操作空間；

15、ss3.前蓋板盤(pán)的角向位置調(diào)整

16、通過(guò)夾持工具夾持前蓋板盤(pán)的前端面上設(shè)置的夾持凹槽，在保持軸向間隙以及密封端面脫離接觸的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)前蓋板盤(pán)，直至各前蓋板離散掛鉤與渦輪盤(pán)離散掛鉤的角向位置完全對(duì)準(zhǔn)，且前蓋板盤(pán)鍵槽與渦輪盤(pán)鍵槽上的齒一一對(duì)應(yīng)，使得前蓋板盤(pán)與渦輪盤(pán)之間達(dá)到理想的角向?qū)R狀態(tài)，進(jìn)而將鎖塊插入對(duì)齊的前蓋板盤(pán)鍵槽和渦輪盤(pán)鍵槽中，并用擋圈固定鎖塊，實(shí)現(xiàn)前蓋板盤(pán)與渦輪盤(pán)的傳扭連接；

17、ss4.釋放預(yù)緊力并進(jìn)行彎臂回彈

18、撤回對(duì)前蓋板盤(pán)施加的預(yù)緊力，并逐步釋放對(duì)拉耳結(jié)構(gòu)的拉動(dòng)力，使得弓形彎臂結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性回彈，進(jìn)而推動(dòng)弓形彎臂結(jié)構(gòu)的末端密封端面與渦輪盤(pán)的前端面之間形成穩(wěn)定的壓緊接觸，實(shí)現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)的初始?jí)壕o狀態(tài)，確保初始預(yù)緊效果的穩(wěn)定性；

19、ss5.裝配檢查和調(diào)整

20、在完成上述步驟后，進(jìn)行最終的裝配檢查，確保前蓋板盤(pán)鍵槽與渦輪盤(pán)鍵槽在裝配結(jié)合面處的壓緊關(guān)系，確認(rèn)弓形彎臂結(jié)構(gòu)處于合適的預(yù)緊變形狀態(tài)，檢查密封端面的密封效果，確保冷氣流通路徑的暢通，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，確保所有部件在實(shí)際運(yùn)行條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

21、(三)技術(shù)效果

22、同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)及其預(yù)旋供氣系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)和裝配方法，具有以下有益且顯著的技術(shù)效果：

23、(1)本發(fā)明采用施加初始預(yù)緊力的方式，通過(guò)在前蓋板盤(pán)上設(shè)置弓形彎臂結(jié)構(gòu)和端面密封結(jié)構(gòu)、離散掛鉤、鍵槽等軸向配合尺寸的設(shè)計(jì)，使得弓形彎臂結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力下產(chǎn)生初始彈性變形，前蓋板盤(pán)端面壓緊渦輪盤(pán)。這種預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)不僅確保了靜態(tài)條件下的密封效果，還為動(dòng)態(tài)工況下的密封性能提供了基礎(chǔ)保障，顯著提升了系統(tǒng)的整體可靠性。

24、(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的拉耳，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，有助于在緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)尺寸空間受限的條件下，通過(guò)離心力作用進(jìn)一步將前蓋板盤(pán)端面密封結(jié)構(gòu)向著渦輪盤(pán)方向壓緊，增加結(jié)構(gòu)可靠性。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅提高了密封結(jié)構(gòu)的可靠性，還能在高轉(zhuǎn)速條件下有效利用離心力效應(yīng)而避免密封失效，降低了系統(tǒng)對(duì)初始預(yù)緊力的依賴(lài)程度，為燃?xì)廨啓C(jī)提供了更為穩(wěn)定的工作環(huán)境。

25、(3)本發(fā)明采用的掛鉤結(jié)構(gòu)，在工作狀態(tài)下，當(dāng)前蓋板盤(pán)端面密封結(jié)構(gòu)存在向外脫開(kāi)的趨勢(shì)時(shí)，可以鉤住渦輪盤(pán)，有助于限制前蓋板盤(pán)進(jìn)一步變形，防止密封間隙擴(kuò)大，確保在高負(fù)荷和高溫條件下，密封結(jié)構(gòu)始終保持穩(wěn)定，避免因間隙增大而導(dǎo)致的冷氣泄漏，保障燃?xì)廨啓C(jī)的正常運(yùn)行。

26、(4)本發(fā)明的三重保護(hù)機(jī)制(預(yù)緊力、離心力增壓、掛鉤限位)形成了完整的技術(shù)支撐體系。預(yù)緊力提供基礎(chǔ)密封保證，離心力實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增壓效果，掛鉤結(jié)構(gòu)則確保極限工況下的結(jié)構(gòu)完整性。這種多重保護(hù)策略顯著提升了密封系統(tǒng)的可靠性和安全性，有效降低了系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)。