航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構的制作方法
【專利摘要】一種增加航空發(fā)動機篦齒齒腔內周向阻力的篦齒封嚴密封結構，通過降低氣流的周向流動進而達到降低總流量的目的。具體技術方案如下：一種航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，包括封嚴襯套、轉軸、轉軸周向表面具有若干級篦齒，相鄰兩級篦齒之間形成篦齒齒腔，封嚴襯套通過篦齒結構安裝在轉軸上；其特征在于：篦齒齒腔內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，以及腔室內部的渦流，使周向流動氣流形成起伏流動，增加流體流動阻力，降低篦齒齒腔的周向流動，降低流體泄漏量。
【專利說明】航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動機篦齒封嚴結構。

【背景技術】
[0002]隨著航空事業(yè)的發(fā)展，對飛機的機動性、可靠性和經(jīng)濟性的要求越來越高，因此迫切需要改進航空發(fā)動機的各個部件，以保證發(fā)動機高性能的要求。低油耗、高推比、高可靠性和耐久性是現(xiàn)代航空燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)展趨勢，但是發(fā)動機內部的溫度和壓比逐漸升高，使得內流系統(tǒng)的泄漏日趨嚴重，而封嚴的性能直接影響到航空發(fā)動機燃油消耗率、飛行成本、推重比等工作性能。為了減少泄漏損失，提高發(fā)動機的整體性能，在許多部位改進原有的封嚴裝置顯得尤為重要。國內外研宄表明未來航空發(fā)動機性能的提高一半將取決于封嚴技術的改善和泄漏量的降低。因此，人們對高性能密封結構的要求越來越迫切，改進和發(fā)展新的封嚴裝置對減少耗油率、提高發(fā)動機效率具有重要的實用價值和意義。
[0003]篦齒封嚴是現(xiàn)役航空發(fā)動機中廣泛使用的一種有效的、長壽命的封嚴結構，它是利用通道的突擴和突縮增加流阻以限制流體泄漏的非接觸式動封嚴，流體經(jīng)過節(jié)流間隙時，上游流體的壓力能通過節(jié)流作用轉化為速度能，然后在齒腔內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速狀況等優(yōu)點。
[0004]篦齒封嚴結構在運行過程中，由于轉子件與靜子件之間存在磨損，導致節(jié)流間隙寬度變大，減少篦齒封嚴結構的泄漏量的關鍵在于使流體在齒腔內的能量充分耗散。設計合理的篦齒封嚴結構，就是使得流體介質產(chǎn)生漩渦、射流等有效的流動特征，從而使得流體的能量在流動過程中得到充分的耗散，以實現(xiàn)密封兩側的較大壓差，進而實現(xiàn)封嚴的效果，這就意味著對篦齒封嚴結構的設計提出了更高的要求。
[0005]提高航空發(fā)動機性能的主要途徑之一是封嚴技術的改善和泄漏量的降低。隨著航空發(fā)動機性能指標的不斷提升，對密封性能的要求也日益苛刻，目前發(fā)動機渦輪部件轉靜件之間主要采用篦齒封嚴技術，其改進主要從幾何參數(shù)的優(yōu)化入手:主要包括5個結構參數(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。其密封性能的進一步改進主要集中在主要齒形參數(shù)的優(yōu)化設計，主要著眼點為減少氣流的軸向流動。
[0006]但是實際工況中，渦輪轉子部件處于高速旋轉中，篦齒封嚴的周向速度能夠達到50m/s以上，氣流周向流動不可忽略，可見，降低氣流的周向流動能夠起到明顯的降低總流量的目的。而傳統(tǒng)的篦齒封嚴結構周向為光滑流道，流阻較小，難以起到周向阻塞的作用。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明提供一種增加航空發(fā)動機篦齒齒腔內周向阻力的篦齒封嚴密封結構，通過降低氣流的周向流動進而達到降低總流量的目的。具體技術方案如下:
[0008]一種航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，包括封嚴襯套、轉軸、轉軸周向表面具有若干級篦齒，相鄰兩級篦齒之間形成篦齒齒腔，封嚴襯套通過篦齒結構安裝在轉軸上；其特征在于:篦齒齒腔內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]進一步的，齒腔隔板與轉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，相鄰兩篦齒齒腔內的齒腔隔板間隔30°交錯分布；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5級篦齒，形成4個篦齒齒腔，第一篦齒齒腔內齒腔隔板分布與第三篦齒齒腔內齒腔隔板分布一致，第二篦齒齒腔內齒腔隔板分布與第四篦齒齒腔內齒腔隔板分布一致，第一篦齒齒腔內齒腔隔板與第二篦齒齒腔內齒腔隔板間隔30°交錯分布。
[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，兩側與相鄰兩級篦齒鉛焊無縫連接，通過齒腔隔板將篦齒腔體均勻分割為η份，形成連續(xù)分布的周向流動腔室。
[0011]現(xiàn)有技術的篦齒封嚴結構，上游高壓氣流在流經(jīng)篦齒時，在上下游壓差作用下，具有較大的軸向速度，同時，由于篦齒位于轉軸上，氣流受到篦齒周向運動的影響，在壁面粘性作用下，表現(xiàn)出較大的周向運動速度，因此，氣流主要具有軸向與周向速度。當氣流通過封嚴流通間隙，進入篦齒齒腔，流體經(jīng)過節(jié)流間隙時，上游流體的壓力能通過節(jié)流作用轉化為速度能，氣流在齒腔內形成渦旋，速度能通過湍流旋渦耗散為熱能。上述分析主要針對氣流的軸向流動展開，而氣流另一部分周向流動則由于周向流阻較小，流動所受影響較小，軸向流動、周向流動如圖1所示，在周向流動過程中陸續(xù)沿軸向流入下游，研宄表明，在發(fā)動機大狀態(tài)工作條件下，這部分流量約占整個泄漏量的12%左右。若能增強周向流阻，減小流體的周向流動，則可以進一步降低流體流量，與降低軸向流動相結合，起到降低氣體流動的作用。
[0012]本發(fā)明著眼于降低流體在篦齒封嚴中的周向流動，在相鄰兩道封嚴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，以及腔室內部的渦流，使周向流動氣流形成起伏流動，增加流體流動阻力，降低篦齒齒腔的周向流動，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角度，進一步增加降低相鄰篦齒齒腔間的流動阻力。這種結構增大了周向流動阻尼，使得氣流壓力在不同周向腔體區(qū)域之間流動時形成較大的流動阻力，起到降低壓力，減少泄漏的作用；且結構簡單，易于實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明具體實施例的航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構總體示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明具體實施例的軸向結構示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明具體實施例的周向結構示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明實施后篦齒軸向、周向流動示意圖。
[0017]圖中:1-封嚴襯套，2-轉軸，3-—級篦齒，4-第一篦齒齒腔，5-二級篦齒，6-第二篦齒齒腔，7- 二級篦齒，8-第二篦齒齒腔，9-四級篦齒，10-第四篦齒齒腔，11-五級篦齒，12-齒腔隔板。

【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地說明。
[0019]如圖所示的航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，包括封嚴襯套I和轉軸2，轉軸2上共設5級篦齒，一級篦齒3、二級篦齒5、三級篦齒7、四級篦齒9、五級篦齒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 ;篦齒齒腔內設有周向齒腔隔板12，環(huán)形陣列分布，間隔60°，相鄰兩篦齒齒腔內的齒腔隔板12間隔30。分布ο
[0020]齒腔隔板12與轉軸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，兩側與相鄰兩級篦齒鉛焊無縫連接，通過齒腔隔板12將篦齒腔體均勻分割形成連續(xù)分布的周向流動腔室。
【權利要求】
1.一種航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，包括封嚴襯套、轉軸，轉軸周向表面具有若干級篦齒，相鄰兩級篦齒之間形成篦齒齒腔，封嚴襯套通過篦齒結構安裝在轉軸上；其特征在于:篦齒齒腔內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)權利要求1所述的航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，其特征在于:齒腔隔板與轉軸軸線平行且垂直于篦齒齒腔的環(huán)形面。
3.根據(jù)權利要求2所述的航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，其特征在于:同一級篦齒齒腔隔板環(huán)形陣列間隔60°分布，相鄰兩篦齒齒腔內的齒腔隔板間隔30°交錯分布。
4.根據(jù)權利要求3所述的航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，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)權利要求3所述的航空發(fā)動機篦齒封嚴密封結構，其特征在于:共設5級篦齒，形成4個篦齒齒腔，第一篦齒齒腔內齒腔隔板分布與第三篦齒齒腔內齒腔隔板分布一致，第二篦齒齒腔內齒腔隔板分布與第四篦齒齒腔內齒腔隔板分布一致，第一篦齒齒腔內齒腔隔板與第二篦齒齒腔內齒腔隔板間隔30°交錯分布。
【文檔編號】F01D11/08GK104514582SQ201410755741
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權日:2014年12月10日
【發(fā)明者】張勃, 李文凱, 吉洪湖 申請人:南京航空航天大學