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一种蜂窝-篦齿封严结构

2021-02-03 02:29:18

一种蜂窝-篦齿封严结构

  技术领域

  本发明涉及航空发动机密封的领域,具体而言,涉及一种蜂窝-篦齿封严结构。

  背景技术

  在航空发动机等旋转机械中,由于旋转的转子件和静子衬套之间留有一定的间隙,导致气体在转静件之间发生泄漏,这股泄漏流会引起主流流体的流量减少,从而导致发动机的效率降低,甚至会产生叶片振动、变形等问题,影响发动机的性能与寿命。篦齿封严是应用于航空发动机等旋转机械中的一种结构简单、性能可靠的非接触式动封严结构。它利用篦齿与封严环面这一特殊的组合结构,消耗流体的动能,增加流阻,最终减少流体泄漏。

  随着航空发动机循环参数的提高,发动机的封严系统的泄漏问题日益突出,篦齿封严的工作条件日趋恶劣,面临结构刚度降低、封严效率低、转子流体激振等一系列问题。对于传统篦齿封严,为了减少封严泄漏,除了改进篦齿本身的几何结构,需要减少封严间隙。若封严间隙过大,则泄漏增大,不利于提高发动机效率。但如果间隙过小,转子的转动又会使得齿尖与静子衬套产生刮蹭,降低发动机寿命,甚至产生危险。

  相对于传统的篦齿封严,蜂窝衬套-篦齿组合封严结构,如图1所示,具有良好封严特性和转子动力特性,可以保证发动机正常稳定工作的情况下减少运转间隙。且蜂窝本身这一特殊的六边形结构,蜂窝内部能产生很强的涡流,从而对流体形成很大的阻尼,从而降低泄漏。

  然而,现有的蜂窝衬套-篦齿组合封严结构还有待进一步改进,强化篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散,降低流体泄漏。

  发明内容

  针对上述问题,本发明的目的是针对背景技术提出的问题,提供一种蜂窝-篦齿封严结构,通过改进、优化蜂窝的结构,从而强化篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散,进一步达到降低流体泄漏的目的。

  为实现上述技术目的,本发明采取的技术方案为:

  一种蜂窝-篦齿封严结构,包括转轴,转轴外同轴套设有蜂窝衬套,蜂窝衬套的内环面由多个蜂窝腔构成,转轴上设置有多个轴向排布的封严篦齿,封严篦齿外周面与蜂窝衬套内环面间隙配合,蜂窝腔朝气流来流方向倾斜一定角度,使得蜂窝腔的入口部分朝向气流来流方向,增加气流侵入蜂窝腔的能力。

  为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:

  上述的蜂窝腔朝气流来流方向倾斜45°。

  上述的蜂窝腔的内壁上设置腔壁通孔,上游蜂窝腔和相邻的下游蜂窝腔之间通过腔壁通孔连通,使得上游蜂窝腔内压力较高的气流通过腔壁通孔进入下游蜂窝腔内,下游蜂窝腔内涡流受到腔壁通孔进入的气流挤压产生肾形涡。

  上述的腔壁通孔为圆孔。

  上述的蜂窝腔入口靠近气流来流方向的一侧设置有出流挡板,出流挡板纵截面为三角形,出流挡板用于阻挡蜂窝腔内的气流流出,并使气流在蜂窝腔入口附近形成局部小尺度涡流。

  上述的出流挡板上开设有上下贯通的射流孔,气流能从射流孔穿过出流挡板进入蜂窝腔,与蜂窝腔内流向出流挡板方向的涡流产生对冲。

  上述的上游位置的射流孔为收扩孔,出口处的孔径大于射流孔中部的孔径,中游位置的射流孔为等径圆孔,下游位置的射流孔为渐缩孔,出口处的孔径小于射流孔中部的孔径。

  上述的孔型为等径圆孔的射流孔数量为若干个,其中,处于上游位置的等径圆孔孔径大于处于下游位置的等径圆孔孔径。

  上述的出流挡板通过焊接固定在蜂窝腔入口处。

  上述的出流挡板的上表面为光滑弧形。

  上述的蜂窝腔入口远离气流来流方向的一侧设置有导流板,导流板用于引导流体流入蜂窝腔。

  本发明提出一种有效抑制流体泄漏的新型蜂窝衬套-篦齿封严组合结构。采用三级篦齿-蜂窝衬套组合封严结构,将传统直棱柱式的蜂窝衬套结构改变为倾斜式蜂窝结构,增加气流侵入蜂窝孔结构的能力,利用六边形蜂窝这一特殊结构,在每个蜂窝腔内产生涡流耗散,降低泄漏。

  进一步的,相邻蜂窝芯格之间通过内部的射流小孔连通,使得上游蜂窝腔压力较高的气流通过圆形通孔2进入下游蜂窝腔内,下游蜂窝腔内涡流受到挤压产生肾形涡,强化了掺混,耗散增强。

  本发明在蜂窝下端面气流进口处设置特殊的导流板,其纵截面为三角形,其作用是阻挡蜂窝腔内的气流流出,且在挡板与蜂窝腔之间形成局部小尺度涡流,增强耗散,且蜂窝出流气流在挡板的作用下运动方向改变,将篦齿齿尖射流的气流向齿腔内挤压,有效降低透气效应,抑制泄漏。

  本发明在出流挡板上设置射流孔,用于进一步强化挡板与蜂窝腔之间形成局部小尺度涡流,增强耗散。考虑到封严组件气流沿程压力逐级下降,在挡板内开不同形状与大小的射流孔,处于上游位置的射流孔为收扩形,处于中游位置的射流孔为等径圆孔,且孔直径沿轴向逐渐减小,处于下游位置的射流孔形状为渐缩形,进口部分高速气流从射流孔直接进入蜂窝腔,强化了腔内掺混;在蜂窝下端面气流入口右侧设置入口导流板,使得泄漏流体流入蜂窝量增多,减少其沿篦齿封严的泄漏量。

  附图说明

  图1为现有技术的结构示意图;

  图2为气流在本发明的蜂窝-篦齿封严结构中流动的结构示意图;

  图3为蜂窝腔的局部示意图;

  图4为本发明的结构示意图;

  图5为出流挡板和导流板的位置示意图;

  图6为上游位置的射流孔示意图;

  图7为中游位置的射流孔示意图;

  图8为下游位置的射流孔示意图。

  其中,附图标记为:转轴1、蜂窝衬套2、蜂窝腔2a、腔壁通孔21、出流挡板22、射流孔22a、导流板23、封严篦齿3。

  具体实施方式

  以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

  本实施例的一种蜂窝-篦齿封严结构,包括转轴1,转轴1外同轴套设有蜂窝衬套2,蜂窝衬套2的内环面由多个蜂窝腔2a构成,转轴1上设置有多个轴向排布的封严篦齿3,封严篦齿3外周面与蜂窝衬套2内环面间隙配合,蜂窝腔2a朝气流来流方向倾斜一定角度,使得蜂窝腔2a的入口部分朝向气流来流方向,增加气流侵入蜂窝腔2a的能力。

  实施例中,蜂窝腔2a朝气流来流方向倾斜45°。

  实施例中,蜂窝腔2a的内壁上设置腔壁通孔21,上游蜂窝腔2a和相邻的下游蜂窝腔2a之间通过腔壁通孔21连通,使得上游蜂窝腔2a内压力较高的气流通过腔壁通孔21进入下游蜂窝腔2a内,下游蜂窝腔2a内涡流受到腔壁通孔21进入的气流挤压产生肾形涡。

  实施例中,腔壁通孔21为圆孔。

  实施例中,蜂窝腔2a入口靠近气流来流方向的一侧设置有出流挡板22,出流挡板22纵截面为三角形,出流挡板22用于阻挡蜂窝腔2a内的气流流出,并使气流在蜂窝腔2a入口附近形成局部小尺度涡流。

  实施例中,出流挡板22上开设有上下贯通的射流孔22a,气流能从射流孔22a穿过出流挡板22进入蜂窝腔2a,与蜂窝腔2a内流向出流挡板22方向的涡流产生对冲。

  实施例中,上游位置的射流孔22a为收扩孔,出口处的孔径大于射流孔22a中部的孔径,中游位置的射流孔22a为等径圆孔,下游位置的射流孔22a为渐缩孔,出口处的孔径小于射流孔22a中部的孔径。

  实施例中,孔型为等径圆孔的射流孔22a数量为若干个,其中,处于上游位置的等径圆孔孔径大于处于下游位置的等径圆孔孔径。

  实施例中,出流挡板22通过焊接固定在蜂窝腔2a入口处。

  实施例中,出流挡板22的上表面为光滑弧形。

  实施例中,蜂窝腔2a入口远离气流来流方向的一侧设置有导流板23,导流板23用于引导流体流入蜂窝腔2a。

  本发明采用三级篦齿-蜂窝衬套的封严篦齿结构,如图2和4所示,具有三级三级篦齿,蜂窝芯格内部壁面开圆形腔壁通孔21,其孔径等于1/6篦齿齿尖宽度,流孔与蜂窝开口面的垂直距离约等于蜂窝芯格直径的一倍。各蜂窝芯格下端面左侧位置设置截面为三角形的出流挡板22,与蜂窝之间采用焊接形式连接;出流挡板22内开不同形状与大小的射流孔22a,处于第一级篦齿上游位置的射流孔22a为缩扩形,处于第一级与第二级篦齿之间位置的射流孔22a为等截面形,且射流孔直径沿轴向逐渐减小,处于第二级与第三级篦齿之间位置的射流孔22a形状为渐缩形。

  以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。

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