雙梁指尖密封裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于航空發(fā)動機設(shè)計領(lǐng)域，涉及用于發(fā)動機空氣流路的氣體封嚴(yán)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]指尖密封是近年發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它與刷式密封結(jié)構(gòu)類似，采用一系列的金屬箔片來代替刷絲，達到了提高封嚴(yán)性能，降低加工成本的目的。指尖密封根據(jù)工作原理可以分為接觸式指尖密封和非接觸式指尖密封，指身型線有漸開線、圓弧線及對數(shù)螺線等各種結(jié)構(gòu)形式。接觸式指尖密封一般由前擋板、指尖片、密封座等部分組成，多層指尖片固定在密封座上，靠指尖片與密封跑道的柔性接觸產(chǎn)生密封作用。非接觸指尖密封的低壓側(cè)指尖片為一個“L”形薄壁結(jié)構(gòu)，在其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子上一般加工有氣動升力槽，工作時依靠氣動力使指尖片的靴部與轉(zhuǎn)子脫離接觸并保持較小的間隙。
[0003]接觸式指尖密封指尖片與密封跑道在工作過程中直接接觸，指尖密封的使用條件、使用壽命和封嚴(yán)性能都與工作過程中指尖片與密封跑道的接觸剛度直接相關(guān)。接觸剛度越大，密封發(fā)熱量越大，當(dāng)溫度超過摩擦許用溫度時磨損加劇，指尖密封使用壽命縮短。同時，高溫、高速和高封嚴(yán)壓差的工作條件將影響工作面的最高溫度。因此，接觸式指尖密封的設(shè)計工作一直集中在如何使指尖片與密封跑道的接觸剛度在工作過程中保持在適當(dāng)?shù)闹?，從而保證封嚴(yán)性能，同時提高指尖密封的使用條件和工作壽命。國外采用了“壓力平衡型指尖密封”的結(jié)構(gòu)來解決這個問題。它與常規(guī)指尖密封結(jié)構(gòu)相似，只是在后擋板上設(shè)計了一個環(huán)形的空腔，并在靠近密封內(nèi)徑處形成密封壩。這個空腔與高壓腔連接，使得腔內(nèi)壓力接近上游壓力。凈壓力等于上游壓力減去下游壓力。通過正確選擇高壓區(qū)作用的面積可以將凈壓力降到一個非常低的水平。低凈壓力能夠?qū)⒅讣馄c后檔板之間的摩擦力減小到不會阻礙指尖片自由恢復(fù)到初始位置的程度。這將使密封靴在任何狀態(tài)下都能保持在初始位置。因此，這種設(shè)計能在所有的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工作條件下降低指尖片與密封跑道的接觸剛度，提供穩(wěn)定的低泄漏率。這種技術(shù)在國外的指尖密封中已經(jīng)廣泛采用，能夠起到降低常規(guī)指尖密封“剛化效應(yīng)”和“滯后”特性的作用。但是由于該結(jié)構(gòu)無法限制壓力平衡腔通過指尖片之間的縫隙泄漏到低壓腔的空氣流量，因此該結(jié)構(gòu)對封嚴(yán)性能有一定的損失。其空氣泄漏量約為常規(guī)指尖密封在轉(zhuǎn)速上升階段的2倍。非接觸指尖密封低壓側(cè)指尖片一般為“L”形薄壁結(jié)構(gòu)，極易變形，因此在大封嚴(yán)壓差下難以保證封嚴(yán)性能，而且在加工制造方面也存在難度，限制了應(yīng)用推廣。此外，在其對應(yīng)的密封跑道上加工有氣動升力槽的工藝也較復(fù)雜，進一步增加了生產(chǎn)成本。
[0004]為了提高非接觸指尖密封的封嚴(yán)性能，國外申請了一種“雙升力靴指尖密封”發(fā)明專利(US20080122183A1)。該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)非接觸指尖密封結(jié)構(gòu)接觸上增加了高壓側(cè)升力靴，其設(shè)計理念是通過高、低壓側(cè)升力靴的配合來降低泄漏率。相同的解決非接觸密封問題的方法也體現(xiàn)在國外專利“帶升力靴的非接觸指尖密封”的發(fā)明專利(US005755445A)，該結(jié)構(gòu)的高壓側(cè)升力靴朝向與低壓側(cè)升力靴朝向相反，并在靴底增加引氣槽。但這兩種非接觸指尖密封結(jié)構(gòu)都沒有解決升力靴變形不均勻、軸向氣體載荷大、氣體靜壓導(dǎo)致升力靴翹起從而引起泄漏量增加的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:提供一種泄漏率低、耐壓能力高的非接觸指尖密封方案，本方案能顯著提高指尖密封的工作能力(允許使用壓差、使用溫度和摩擦線速度)和封嚴(yán)性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種雙梁指尖密封裝置，其由前擋板、中間支板、后擋板、雙梁指尖片及單梁指尖片組成。其中所述雙梁指尖密封裝置固定在發(fā)動機的支座上，固定方式可以靠螺母、緊配合、焊接等。
[0007]所述單梁指尖片從其內(nèi)徑處開有縫隙，縫隙之間為指身和密封靴。
[0008]所述雙梁指尖片的截面為“U”形，從其內(nèi)徑處開有縫隙，縫隙之間為指身和升力靴，每個升力靴前后有兩個指身。
[0009]所述單梁指尖片和雙梁指尖片上設(shè)有若干裝配孔，且相鄰單梁指尖片或雙梁指尖片之間成對的裝配孔交錯排列。每個單梁指尖片或雙梁指尖片的指身間的縫隙正好位于相鄰單梁指尖片或雙梁指尖片指身的正中位置。
[0010]所述單梁指尖片和雙梁指尖片上開有若干通氣孔。
[0011]所述單梁指尖片和雙梁指尖片由金屬或C/C復(fù)合材料制成。
[0012]所述雙梁指尖片的兩個指身中間設(shè)有環(huán)形結(jié)構(gòu)的中間支板，所述中間支板的作用是對雙梁指尖片進行支撐，也可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計使中間支板與雙梁指尖片配合起到密封作用。
[0013]所述單梁指尖片、雙梁指尖片、中間支板、前擋板和后擋板采用鉚釘鉚接或焊接方式連接。
[0014]所述雙梁指尖片與軸或轉(zhuǎn)子采用間隙配合。
[0015]所述前擋板、后擋板均為環(huán)形的板狀結(jié)構(gòu)，其作用是對單梁指尖片或雙梁指尖片進行支撐和保護。
[0016]所述后擋板上開有環(huán)形或弧線形的壓力平衡腔。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明雙梁指尖密封在減小指尖密封氣體泄漏量，減小升力靴與轉(zhuǎn)子之間的摩擦磨損以及提高指尖密封抗壓性能的同時，基本保留了常規(guī)非接觸指尖密封的最優(yōu)性能。
[0018]相較于以往的非接觸指尖密封，本發(fā)明雙梁指尖密封幾乎不增加指尖密封的加工成本，但對指尖密封的密封性能有著明顯的提高。第一，以往“L”型的指尖密封結(jié)構(gòu)，其升力靴采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，這樣在高低壓腔流體壓力及轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)的工況下，雖然可以在升力靴和轉(zhuǎn)子之間形成壓力氣膜，但升力靴在軸向方向會不可避免的向外徑翹曲，當(dāng)轉(zhuǎn)子徑向跳動時，升力靴與轉(zhuǎn)子就有可能發(fā)生碰磨。而雙梁指尖密封巧妙的避免了懸臂梁結(jié)構(gòu)，其指身和升力靴沿軸向方向的“U”形結(jié)構(gòu)，增大了整個指尖片的剛度，大大改善了升力靴的翹曲問題;第二，“雙升力靴指尖密封”及“帶升力靴的非接觸指尖密封”由于其結(jié)構(gòu)特點，也存在升力靴變形不均勻、氣體靜壓導(dǎo)致升力靴翹曲的問題，而雙梁指尖密封的“U”形結(jié)構(gòu)，使升力靴的徑向變形更小，且變形在軸向方向上更為均勻，改善了升力靴的翹曲問題，從而降低密封裝置的泄漏量，提高升力靴底部氣膜的承壓能力，減小升力靴與密封跑道之間的摩擦發(fā)熱量;第三，“L”型的指尖密封、“雙升力靴指尖密封”以及“帶升力靴的非接觸指尖密封”由于其結(jié)構(gòu)特點，都需要在擋板與升力靴之間要留有2?5_的保護高度，再加上升力靴的厚度，導(dǎo)致指尖片要承受很大的軸向氣體壓力，從而導(dǎo)致密封裝置的抗壓能力弱。而雙梁指尖密封結(jié)構(gòu)很好的避免了這個問題，提高了整個密封裝置的抗壓能力。
[0019]此外，本發(fā)明雙梁指尖密封可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，使氣流通過升力靴時產(chǎn)生動壓和靜壓作用，使升力靴與軸或轉(zhuǎn)子始終保持較小間隙，既避免了磨損又降低了泄漏。因此，與常規(guī)非接觸指尖密封相比，本發(fā)明雙梁指尖密封裝置的泄漏量更小，摩擦磨損更小，抗壓性能更好，且允許使用溫度更高，壽命更高，密封性能更好。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明雙梁指尖密封裝置第一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是圖1中單梁指尖片5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是圖1中雙梁指尖片4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明雙梁指尖密封第二實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
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