一種變剛度柔性指尖密封的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于動(dòng)態(tài)密封裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變剛度柔性指尖密封。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)態(tài)密封裝置是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中必不可少的重要功能部件。一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中有多達(dá)幾十種類型的動(dòng)態(tài)密封，完成著轉(zhuǎn)子葉尖、壓氣機(jī)出口、渦輪進(jìn)口、壓氣機(jī)和渦輪級(jí)間、轉(zhuǎn)子軸間和軸承腔等部位的密封任務(wù)，改進(jìn)和發(fā)展密封技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)新的有著巨大潛力的領(lǐng)域，具有投資少收益大的特點(diǎn)。一個(gè)典型的事例是，在發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口卸荷腔處采用刷式密封代替常規(guī)的篦齒密封后，發(fā)動(dòng)機(jī)推力可以增大2%左右，相應(yīng)的耗油率降低了 2%。研究表明在部件設(shè)計(jì)中做很大努力才可使發(fā)動(dòng)機(jī)性能有0.1 %的改進(jìn)，但若通過(guò)使用先進(jìn)密封技術(shù)，有可能較容易地使發(fā)動(dòng)機(jī)性能獲得1% -2%的提高，為此各國(guó)都將發(fā)展先進(jìn)密封技術(shù)作為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要研究?jī)?nèi)容之一。
[0003]然而伴隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)參數(shù)的不斷提高，飛機(jī)起飛、巡航和降落時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于不同工作狀態(tài)，尤其是軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，起飛、巡航、格斗、降落等多種運(yùn)行狀態(tài)并存，如何使動(dòng)態(tài)密封裝置在運(yùn)行狀態(tài)切換后仍I日保持穩(wěn)定的工作性能，對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及飛機(jī)飛行安全至關(guān)重要，這也給動(dòng)態(tài)密封技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。
[0004]指尖密封作為近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路密封和主軸密封的一種新型密封技術(shù)，已有的研究工作表明，其密封性能與刷式密封相當(dāng)，大大優(yōu)于篦齒密封，不但可以避免篦齒密封的剛性磨損問(wèn)題，而且也沒(méi)有刷式密封由于刷絲斷裂引起的滑油污染問(wèn)題。因此，指尖密封對(duì)于未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和性能提高具有重要意義。
[0005]然而指尖密封存在的遲滯和磨損是影響指尖密封的關(guān)鍵因素，這兩者性能的改善是相互矛盾的。為此不少學(xué)者針對(duì)指尖密封的遲滯性能改善開(kāi)展了一系列研究，但目前的研究局限于對(duì)現(xiàn)有指尖密封構(gòu)型參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，或者是進(jìn)行指尖靴結(jié)構(gòu)的構(gòu)型研究，沒(méi)有從根本上解決其遲滯泄漏和接觸磨損問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供了一種變剛度柔性指尖密封，解決了現(xiàn)有動(dòng)態(tài)密封裝置遲滯泄漏和接觸磨損的問(wèn)題。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種變剛度柔性指尖密封，包括前擋板，前擋板上依次連接有墊片、高壓指尖密封片、低壓指尖密封片和后擋板，高壓指尖密封片上設(shè)置有弧形的指尖梁b，低壓指尖密封片上設(shè)置有弧形的指尖梁a，低壓指尖密封片上連接有指尖靴；
[0008]指尖梁b和指尖梁a的凹口分別朝向高壓指尖密封片和低壓指尖密封片的邊沿，指尖梁b和指尖梁a截面為變截面，指尖梁b靠近高壓指尖密封片邊沿處的截面最大，指尖梁a靠近低壓指尖密封片邊沿處的截面最大。
[0009]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，
[0010]前擋板、墊片、高壓指尖密封片、低壓指尖密封片和后擋板通過(guò)鉚釘依次連接。
[0011]高壓指尖密封片和低壓指尖密封片均為環(huán)形，指尖梁b和指尖梁a分別繞高壓指尖密封片和低壓指尖密封片的圓心均勻設(shè)置若干個(gè)，指尖梁a和指尖梁b相互交錯(cuò)，相鄰兩個(gè)指尖梁b的間距和與相鄰兩個(gè)指尖梁a的間距相等，每個(gè)指尖梁b和每個(gè)指尖梁a形狀和大小相同。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:一種變剛度柔性指尖密封通過(guò)采用指尖梁b和指尖梁a，指尖梁b和指尖梁a采用變截面上凹結(jié)構(gòu)，從而獲得指尖密封片的指尖梁具有變剛度結(jié)構(gòu)，從而使得指尖密封無(wú)論在轉(zhuǎn)子小跳動(dòng)量情況下變形多發(fā)生在指尖梁低阻尼區(qū)域的臨近轉(zhuǎn)子一端。該區(qū)域內(nèi)指尖密封的剛度較小，阻尼也小，因此可以在轉(zhuǎn)子復(fù)位時(shí)快速恢復(fù)變形，而且由于剛度較小能有效降低指尖密封失穩(wěn)工作狀態(tài)條件下的磨損。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生較大跳動(dòng)時(shí)雖然指尖密封的變形擴(kuò)展到靠近指尖密封高阻尼區(qū)域的中部，但由于中部區(qū)域指尖梁的剛度較大，從而同樣可以在轉(zhuǎn)子復(fù)位時(shí)使得指尖密封快速?gòu)?fù)位。一種變剛度柔性指尖密封能適應(yīng)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)變化工況條件的要求，保證指尖密封在多變工況條件下能夠保持較好的密封性能，同時(shí)提高指尖密封的工作壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型一種變剛度柔性指尖密封的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型一種變剛度柔性指尖密封中低壓指尖密封片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型一種變剛度柔性指尖密封中高壓指尖密封片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型一種變剛度柔性指尖密封的使用狀態(tài)示意圖。
[0017]圖中，1.前擋板，2.墊片，3.高壓指尖密封片，4.低壓指尖密封片，5.后擋板，
6.鉚釘，7.轉(zhuǎn)子，8.高壓腔，9.低壓腔，10.指尖梁a，11.指尖靴，12.指尖梁b，13.人字槽。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]本實(shí)用新型提供了一種變剛度柔性指尖密封，如圖1、圖2和圖3所示，
[0020]包括前擋板1，前擋板I上依次連接有墊片2、高壓指尖密封片3、低壓指尖密封片4和后擋板5，前擋板1、墊片2、高壓指尖密封片3、低壓指尖密封片4和后擋板5均為環(huán)狀，高壓指尖密封片3上設(shè)置有弧形的指尖梁bl2，指尖梁bl2的一端位于高壓指尖密封片3內(nèi)邊沿，低壓指尖密封片4上設(shè)置有弧形的指尖梁alO，指尖梁alO的一端位于低壓指尖密封片4內(nèi)邊沿；
[0021]低壓指尖密封片4上連接有指尖靴11，指尖靴11與低壓指尖密封片4的內(nèi)邊沿連接;
[0022]指尖梁bl2和指尖梁alO的凹口分別朝向高壓指尖密封片3和低壓指尖密封片4的外邊沿，指尖梁bl2和指尖梁alO截面為變截面，指尖梁bl2靠近高壓指尖密封片3外邊沿處的截面最大，指尖梁alO靠近低壓指尖密封片4外邊沿處的截面最大。
[0023]前擋板1、墊片2、高壓指尖密封片3、低壓指尖密封片4和后擋板5通過(guò)鉚釘6依次連接。
[0024]指尖梁bl2和指尖梁alO分別繞高壓指尖密封片3和低壓指尖密封片4的圓心均勻設(shè)置若干個(gè)，指尖梁alO和指尖梁bl2相互交錯(cuò)，相鄰兩個(gè)指尖梁bl2的間距和與相鄰兩個(gè)指尖梁alO的間距相等，每個(gè)指尖梁bl2和每個(gè)指尖梁alO形狀和大小相同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的軸向密封。
[0025]指尖梁bl2和指尖梁alO為高溫合金材料加工而成，
[0026]指尖靴11為楔形。
[0027]本實(shí)用新型一種變剛度柔性指尖密封的工作原理是:如圖4所示，指尖靴11與轉(zhuǎn)子7之間有間隙，轉(zhuǎn)子7上設(shè)置有人字槽13，人字槽13位于轉(zhuǎn)子7表面，人字槽13與指尖靴11相對(duì)安裝；指尖梁alO和指尖梁bl2相互交錯(cuò)疊置，實(shí)現(xiàn)阻滯密封介質(zhì)通過(guò)指尖密封片指尖梁縫隙由高壓腔8向低壓腔9發(fā)生軸向泄漏，低壓指尖密封片4上連接的指尖靴11與轉(zhuǎn)子7之間有間隙，從而形成狹長(zhǎng)的通道，指尖靴11為楔形，轉(zhuǎn)子7上設(shè)置有人字槽13，轉(zhuǎn)子7高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，狹長(zhǎng)通道內(nèi)的流體由于指尖靴11的楔形結(jié)構(gòu)而形成高壓，轉(zhuǎn)子7上的人字槽13增加了高壓的形成，在狹長(zhǎng)通道中流體高壓作用下阻滯密封介質(zhì)從高壓腔8向低壓腔9通過(guò)泄漏通道泄漏；
[0028]工作時(shí)，指尖梁bl2的柔性作用下能使轉(zhuǎn)子7跳動(dòng)時(shí)指尖靴11與轉(zhuǎn)子7的磨損減小，達(dá)到指尖密封的長(zhǎng)壽命目的，指尖梁bl2采用變截面上凹結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)子7發(fā)生較小跳動(dòng)時(shí)指尖梁bl2的變形主要發(fā)生在指尖梁bl2靠近轉(zhuǎn)子7的低阻尼區(qū)域，當(dāng)轉(zhuǎn)子7復(fù)位時(shí)能夠快速恢復(fù)，不增大泄漏通道的徑向間隙尺寸，轉(zhuǎn)子7發(fā)生較大跳動(dòng)時(shí)，指尖梁bl2的變形向遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子7的高阻尼區(qū)域移動(dòng)，由于該區(qū)域指尖梁bl2截面尺寸增大，剛度增加，當(dāng)轉(zhuǎn)子7復(fù)位時(shí)，指尖梁bl2依然能夠在大剛度作用下克服阻滯作用而快速恢復(fù)變形，同樣保證徑向泄漏間隙不會(huì)過(guò)多增加而導(dǎo)致泄漏增大，從而達(dá)到轉(zhuǎn)子在多種變動(dòng)工況條件下都具有良好的密封性能。
[0029]本實(shí)用新型的變剛度柔性指尖密封通過(guò)采用指尖梁bl2和指尖梁alO，指尖梁bl2和指尖梁alO采用變截面且上凹結(jié)構(gòu)，從而獲得指尖密封片的指尖梁具有變剛度結(jié)構(gòu)，從而使得指尖密封無(wú)論在轉(zhuǎn)子7小跳動(dòng)量情況下變形多發(fā)生在指尖梁低阻尼區(qū)域的臨近轉(zhuǎn)子7 —端。該區(qū)域內(nèi)指尖密封的剛度較小，阻尼也小，因此可以在轉(zhuǎn)子7復(fù)位時(shí)快速恢復(fù)變形，而且由于剛度較小能有效降低指尖密封失穩(wěn)工作狀態(tài)條件下的磨損。當(dāng)轉(zhuǎn)子7發(fā)生較大跳動(dòng)時(shí)雖然指尖密封的變形擴(kuò)展到靠近指尖密封高阻尼區(qū)域的中部，但由于中部區(qū)域指尖梁的剛度較大，從而同樣可以在轉(zhuǎn)子復(fù)位時(shí)使得指尖密封快速?gòu)?fù)位。一種變剛度柔性指尖密封能適應(yīng)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)變化工況條件的要求，保證指尖密封在多變工況條件下能夠保持較好的密封性能，同時(shí)提高指尖密封的工作壽命。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變剛度柔性指尖密封，其特征在于:包括前擋板(1)，前擋板(I)上依次連接有墊片(2)、高壓指尖密封片(3)、低壓指尖密封片(4)和后擋板(5)，高壓指尖密封片(3)上設(shè)置有弧形的指尖梁b (12)，低壓指尖密封片(4)上設(shè)置有弧形的指尖梁a(10)，低壓指尖密封片(4)上連接有指尖靴(11); 所述指尖梁b(12)和指尖梁a(10)的凹口分別朝向高壓指尖密封片(3)和低壓指尖密封片⑷的邊沿，指尖梁b (12)和指尖梁a (10)截面為變截面，指尖梁b (12)靠近高壓指尖密封片(3)邊沿處的截面最大，指尖梁a (10)靠近低壓指尖密封片(4)邊沿處的截面最大。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變剛度柔性指尖密封，其特征在于:所述前擋板(I)、墊片(2)、高壓指尖密封片(3)、低壓指尖密封片(4)和后擋板(5)通過(guò)鉚釘(6)依次連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變剛度柔性指尖密封，其特征在于:所述高壓指尖密封片(3)和低壓指尖密封片⑷均為環(huán)形，指尖梁b (12)和指尖梁a (10)分別繞高壓指尖密封片(3)和低壓指尖密封片(4)的圓心均勻設(shè)置若干個(gè)，指尖梁a(10)和指尖梁b(12)相互交錯(cuò)，相鄰兩個(gè)指尖梁b (12)的間距和與相鄰兩個(gè)指尖梁a(10)的間距相等，每個(gè)指尖梁b(12)和每個(gè)指尖梁a(10)形狀和大小相同。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種變剛度柔性指尖密封，包括前擋板，前擋板上依次連接有墊片、高壓指尖密封片、低壓指尖密封片和后擋板，高壓指尖密封片上設(shè)置有弧形的指尖梁b，低壓指尖密封片上設(shè)置有弧形的指尖梁a，低壓指尖密封片上連接有指尖靴；指尖梁b和指尖梁a的凹口分別朝向高壓指尖密封片和低壓指尖密封片的邊沿，指尖梁b和指尖梁a截面為變截面，指尖梁b靠近高壓指尖密封片邊沿處的截面最大，指尖梁a靠近低壓指尖密封片邊沿處的截面最大。一種變剛度柔性指尖密封能適應(yīng)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)變化工況條件的要求，保證指尖密封在多變工況條件下能夠保持較好的密封性能，同時(shí)提高指尖密封的工作壽命。
【IPC分類】F01D11/12
【公開(kāi)號(hào)】CN204921054
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520547511
【發(fā)明人】張延超, 劉凱, 崔亞輝
【申請(qǐng)人】西安理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日