一種軸間指式密封裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸間指式密封裝置，由安裝在內軸上的外伸軸間指式密封結構和安裝在外軸上的內伸軸間指式密封結構組成。外伸軸間指式密封結構和內伸軸間指式密封結構分別包括多個指尖密封片、前擋板、后擋板和彈性元件，指尖密封片上加工有若干指尖曲梁和指尖靴，指尖曲梁型線為漸開線、圓弧或一般多項式函數(shù)曲線的任意一種；指尖靴與轉軸表面接觸構成封嚴界面；前擋板、后擋板與指尖密封片之間有徑向間隙，且在間隙部位放置彈性元件，以補償離心力作用下指尖曲梁外移及內外轉軸的位移擾動；軸間指式密封裝置采用柔性密封和耐磨性優(yōu)良的碳碳復合材料制備，加工成本低，效率高，易于裝配調整，提升了軸間密封的封嚴性和耐磨性。
【專利說明】
一種軸間指式密封裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機軸間密封技術領域，具體地說，涉及一種用于航空發(fā)動機反轉軸間指式密封裝置。
【背景技術】
[0002]在航空發(fā)動機中，為了提高性能、縮短轉子支承距離和減輕結構重量，通常將高壓渦輪轉子支承在低壓渦輪轉子上，故在同軸心轉動的高、中、低壓渦輪與其驅動的壓氣機及風扇的連接軸之間，需要中介軸承加以支撐。而這些中介軸承腔與軸間氣流流道的密封，就屬于軸間密封。某些先進發(fā)動機采用轉向相反的兩個發(fā)動機轉子，則軸間密封表面滑動速度會成倍提高。這種軸間密封不僅安裝在同向或異向高速轉軸之間的有限空間內，且航空發(fā)動機的高機動性和工況多變性將導致轉子發(fā)生多自由度躍動，故軸間密封工作中還需承受來自內、外轉子的徑向、軸向、位移偏斜的多重擾動。目前服役或在研的航空發(fā)動機軸間密封類型主要有篦齒密封、石墨密封及刷式密封。
[0003]篦齒密封屬于非接觸式密封，結構簡單、成本低，但因轉子與密封之間有較大間隙故泄漏較大。為減小泄漏，或采取小間隙設計但因無法補償轉子位移激勵而極易發(fā)生磨損，或通過增加篦齒數(shù)加長流道又受到空間尺寸的限制。
[0004]軸間石墨密封有多種形式，包含徑向主密封環(huán)和端面密封環(huán)。石墨密封具有較好的封嚴性，但磨損發(fā)熱較大，且由于石墨材料脆性大，安裝時易損壞使成本增加。石墨密封組件較多，泄漏和磨損主要發(fā)生在主密封環(huán)與轉子接觸面、以及主密封環(huán)與兩端面密封之間。為降低泄漏，主密封環(huán)與轉子之間只能以犧牲磨損性能為代價保持接觸狀態(tài)，因此目前主要通過改進石墨密封環(huán)材料性能以降低主密封環(huán)與轉子的接觸磨損，如歐洲專利EP2698567A1;而為減小主密封石墨環(huán)與兩端面密封環(huán)的摩擦發(fā)熱，國外科研人員提出氣膜密封結構形式，在端面密封環(huán)端面上設計出流體動壓槽，如美國專利US 2013/0251523A1，以及US 2012/0261887A1;或將石墨環(huán)做成由彈簧連接的兩片，如美國專利US 2014/0049010A1，以控制調整主石墨環(huán)與兩個動密封環(huán)之間的軸向間隙。中國專利CN104500743A中采用了一個端面密封環(huán)，零件數(shù)目有所減少，但是主要結構沒有太大變化。
[0005]篦齒密封和石墨密封都是剛性密封，磨損發(fā)熱嚴重，且石墨密封環(huán)形脆易破損，成本高，零件數(shù)目多，難以控制。
[0006]國外學者提出將柔性的刷式密封用于軸間密封(GaryHol1way ,P.E.,JayeshMehtajLewis Rosad0.1nnovative Rotating Intershaft Brush Seal for SealingBetween Rotating Shafts Part 1-Mechanical Design of The Rotating BrushSeal.AIAA 2006-4751，2006，7.及Jayesh Mehta , Gary Ho 11oway，P.E., LewisRosad0.1nnovative Rotating Intershaft Brush Seal for Sealing Between RotatingShafts Part I1-Modeling of Brush Seal Leakage Flows.AIAA 2006-4752.2006，7)。軸間刷式密封具有泄漏低、結構緊湊的優(yōu)點。但刷式密封本身制造成本很高，眾多刷絲難以嚴格排布控制，且在高溫高速下存在刷絲熔蝕斷裂的危險。

【發(fā)明內容】

[0007]為了避免現(xiàn)有技術中在高滑動率、大擾動激勵下反轉軸間密封的泄漏和磨損問題，本發(fā)明提出一種軸間指式密封裝置，采用柔性指尖密封的指尖曲梁適應位移激勵;利用指尖密封的流體動壓效應和碳碳復合材料的耐磨性能優(yōu)勢，適應內外轉軸的位移擾動，降低密封磨損和泄漏，且零件數(shù)量少，便于安裝和控制。
[0008]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括外伸軸間指式密封結構、內伸軸間指式密封結構、外軸、內軸、連接銷，其中，所述外伸軸間指式密封結構包括外伸前擋板、外伸彈性元件、外伸后擋板、外伸指尖密封片、指尖曲梁、指尖靴，所述外伸后擋板固定在內軸上，且與內軸一同轉動;所述外伸指尖密封片為多個，每一個外伸指尖密封片沿外徑周向加工有若干指尖曲梁和指尖靴，沿內徑周向有多對裝配孔，外伸指尖密封片位于外伸后擋板與外伸前擋板之間，外伸指尖密封片與外伸前擋板、外伸后擋板在靠近內徑處通過連接銷連接，外伸后擋板上的連接孔徑大于連接銷直徑，連接銷與外伸前擋板為緊配合，連接銷與外伸指尖密封片之間為緊配合;外伸前擋板和外伸指尖密封片的內徑處與外伸后擋板之間有徑向間隙，且在間隙部位放置外伸彈性元件，以補償離心力作用下指尖曲梁外移及內外轉軸的位移擾動，外伸指尖密封片在連接時裝配孔交錯排列，使指尖曲梁之間的縫隙被相鄰指尖密封片上的指尖曲梁所覆蓋，指尖靴與轉軸表面接觸構成封嚴界面；
[0009]所述內伸軸間指式密封結構包括內伸前擋板、內伸后擋板、內伸指尖密封片、內伸彈性元件、指尖曲梁、指尖靴、密封座，所述內伸后擋板通過密封座固定在外軸上，且與外軸一同轉動;所述內伸指尖密封片為多個，每一個內伸指尖密封片沿內徑周向加工有若干指尖曲梁和指尖靴，沿外徑周向有多對裝配孔，內伸指尖密封片位于內伸前擋板與內伸后擋板之間，內伸指尖密封片與內伸前擋板、內伸后擋板在靠近外徑處通過連接銷連接，內伸后擋板上的連接孔徑大于連接銷直徑，連接銷與內伸前擋板為緊配合，連接銷與內伸指尖密封片之間為緊配合，內伸前擋板和內伸指尖密封片的外徑處與內伸后擋板之間有徑向間隙，且在間隙部位放置內伸彈性元件，以補償離心力作用下指尖曲梁外移及內外轉軸的位移擾動；內伸指尖密封片在連接時裝配孔交錯排列，使指尖曲梁之間的縫隙被相鄰指尖密封片上的指尖曲梁所覆蓋，指尖靴與轉軸表面接觸構成封嚴界面。
[0010]所述外伸指尖密封片和所述內伸指尖密封片分別至少為2片。
[0011]每一個指尖密封片上指尖曲梁間的縫隙位于相鄰密封片曲梁的正中位置。
[0012]所述指尖曲梁型線為漸開線、圓弧或一般多項式函數(shù)曲線的任意一種。
[0013]所述外伸指尖密封片和所述內伸指尖密封片為碳碳復合材料。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明提出的軸間指式密封裝置，采用柔性指尖密封代替原有的剛性篦齒密封或石墨密封，指尖密封的柔性指尖梁可適應位移激勵;軸間密封表面滑動率大，利用指尖密封的流體動壓效應和碳碳復合材料的耐磨性能優(yōu)勢以應對密封的磨損和發(fā)熱大的問題;連接結構中設計間隙配合及彈性元件，可進一步補償轉軸的位移擾動;指尖密封片與前擋板、后擋板連成整體易于控制和調整，密封裝置零件數(shù)目少，成本低，泄漏和磨損性能得到提升。
[0016]本發(fā)明相對于軸間篦齒密封，由于采用柔性密封可適應轉軸位移激勵，并采用耐磨性優(yōu)良的碳碳復合材料制備，滿足轉軸的高滑動率和浮動封嚴界面多擾動激勵工況，封嚴性能明顯提升。
[0017]本發(fā)明相對于石墨環(huán)密封，僅需控制徑向泄漏通道，零件數(shù)目少便于安裝調試;柔性指尖結構和高耐磨性材料有機結合，適應內外轉軸的位移激勵和高滑動率，加之彈性元件的補償作用，以及密封靴底形狀的流體動壓設計，可通過多種措施綜合提升軸間密封的封嚴性和耐磨性。
[0018]本發(fā)明相對于刷式密封，加工成本低，效率高，易于裝配調整，且通過彈性元件的補償作用可減小接觸剛度和自適應性，保證在內外轉軸位移擾動下密封的正常工作。
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明一種軸間指式密封裝置作進一步詳細說明。
[0020]圖1為本發(fā)明軸間指式密封裝置的外伸軸間指式密封結構示意圖。
[0021 ]圖2為本發(fā)明軸間指式密封裝置的內伸軸間指式密封結構示意圖。
[0022]圖3a、圖3b為本發(fā)明的外伸指尖密封片的端面視圖及局部放大圖。
[0023]圖4a、圖4b為本發(fā)明的內伸指尖密封片的端面視圖及局部放大圖。
[0024]圖5為本發(fā)明的外伸后擋板沿高壓側方向的側視圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的內伸后擋板沿高壓側方向的側視圖。
[0026]圖中:
[0027]1.外軸2.外伸前擋板3.連接銷4.外伸彈性元件5.螺母6.內軸7.外伸后擋板8.外伸指尖密封片9.內伸彈性元件10.內伸前擋板11.內伸指尖密封片12.內伸后擋板13.密封座14.指尖曲梁15.指尖靴16.外伸后擋板裝配孔17.內伸后擋板裝配孔
【具體實施方式】
[0028]本實施例是一種軸間指式密封裝置。
[0029]參閱圖1?圖6，軸間指式密封裝置由安裝在內軸上的外伸軸間指式密封結構和安裝在外軸上的內伸軸間指式密封結構組成。
[0030]本實施例中，外伸軸間指式密封結構包括外伸前擋板2、外伸彈性元件4、外伸后擋板7、外伸指尖密封片8、指尖曲梁14、指尖靴15、外伸后擋板裝配孔16，外伸指尖密封片8為多個，每一個外伸指尖密封片8沿外徑周向加工有若干指尖曲梁14和指尖靴15，沿內徑周向有多對裝配孔;外伸指尖密封片8位于外伸后擋板7與外伸前擋板2之間，外伸指尖密封片8與外伸前擋板2、外伸后擋板7在靠近內徑處通過連接銷3連接，其中外伸后擋板7端面與靠近低壓側的指尖密封片端面相接觸，外伸前擋板2僅靠近內徑處的端面與密封片接觸，其余部分與高壓側的指尖密封片之間存在間隙。此間隙為2?3mm，由前擋板2結構保證。外伸后擋板7上的裝配孔16的直徑比連接銷3直徑大2?4_。外伸前擋板2內徑與外伸后擋板7凸緣之間放置有外伸彈性元件4，以補償內外轉軸的位移激勵及離心力引起的指尖曲梁變形。夕卜伸后擋板7固連在內軸6上，通過螺母5固定。外伸指尖密封片8的外徑與外軸I之間的初始安裝采用間隙配合，當外伸指尖密封片8與內軸6—起轉動時，在離心力作用下指尖曲梁的外移可減小配合間隙，從而可減小泄漏。為了減小指尖靴15與外軸的接觸磨損，可按照指尖靴在離心力作用下的變形對指尖靴部進行修形，使指尖靴在流體動壓和離心力共同作用下的變形更好地適應外軸表面形狀，從而減小指尖靴底的局部不均勻磨損，延長使用壽命。[0031 ]外伸軸間指式密封結構中，外軸直徑為183_，內軸直徑為145_，外伸指尖密封片材料為碳碳復合材料，每片厚度為1.0?2.0mm，指尖曲梁14型線為漸開線，曲梁個數(shù)為100，曲梁寬為1.3?2.0mm，曲梁沿徑向長度為5mm，外伸前擋板外徑與外伸指尖密封片外徑相差2?3mm，外伸后擋板外徑與外伸指尖密封片外徑相差2?3mm。
[0032]本實施例中，內伸軸間指式密封結構由內伸前擋板10、內伸后擋板12、內伸指尖密封片U、內伸彈性元件9、密封座13、指尖曲梁14、指尖靴15、內伸后擋板裝配孔17組成，內伸指尖密封片11為多個，每一個內伸指尖密封片11沿內徑周向加工有若干指尖曲梁14和指尖靴15，沿外徑周向有多對裝配孔；內伸指尖密封片11位于內伸前擋板10與內伸后擋板12之間，內伸指尖密封片11與內伸前擋板10、內伸后擋板12在靠近外徑處通過連接銷3銷釘相連接。其中內伸后擋板12的端面與靠近低壓側的指尖密封片端面相接觸；內伸前擋板10僅靠近外徑處的端面與高壓側的指尖密封片接觸，其余部分與高壓側的指尖密封片之間存在間隙。此間隙為2?3mm，由前擋板10結構保證。內伸后擋板裝配孔17的直徑比連接銷3直徑大3?5mm。內伸前擋板10的外徑與外伸后擋板L型內環(huán)面之間放置有內伸彈性元件9，以補償內外轉軸的位移激勵及離心力引起的指尖曲梁變形。外伸后擋板12通過密封座13固連在外軸I上。密封座13通過定位銷過盈配合固定在外軸I上。內伸指尖密封片11的內徑與內軸6之間的初始安裝采用過渡配合，當內伸指尖密封片11與外軸I 一起轉動時，在離心力作用下指尖曲梁外移可減小配合面間的接觸壓力，并保持較小泄漏。同時可按照指尖靴15在離心力作用下的變形對指尖靴部進行修形，使指尖靴在流體動壓和離心力共同作用下的變形適應內軸表面形狀，從而減小指尖靴底的局部不均勻磨損，延長使用壽命。
[0033]內伸軸間指式密封結構中，外軸直徑為183mm，內軸直徑為145mm，內伸指尖密封片為碳碳復合材料制成，每片厚度為1.0?2.0mm，指尖曲梁14型線為漸開線，曲梁個數(shù)為100，曲梁寬為1.3?2.0mm，曲梁沿徑向長度為5mm，內伸前擋板內徑與內伸指尖密封片內徑相差2?3mm，內伸后擋板內徑與內伸指尖密封片內徑相差2?3mm。
[0034]實際應用中，可根據(jù)密封空間尺寸和性能要求進行改進，如指尖密封片數(shù)目，不限于本實施例中采用的4片，指尖密封片最少為2片，片數(shù)的上限取決于安裝空間尺寸要求。當指尖密封片數(shù)目變化時，相關連接件尺寸，如連接銷、后擋板長度應與之匹配。
【主權項】
1.一種軸間指式密封裝置，包括外伸軸間指式密封結構、內伸軸間指式密封結構、夕卜軸、內軸、連接銷，其特征在于:所述外伸軸間指式密封結構包括外伸前擋板、外伸彈性元件、外伸后擋板、外伸指尖密封片、指尖曲梁、指尖靴，所述外伸后擋板固定在內軸上，且與內軸一同轉動;所述外伸指尖密封片為多個，每一個外伸指尖密封片沿外徑周向加工有若干指尖曲梁和指尖靴，沿內徑周向有多對裝配孔，外伸指尖密封片位于外伸后擋板與外伸前擋板之間，外伸指尖密封片與外伸前擋板、外伸后擋板在靠近內徑處通過連接銷連接，夕卜伸后擋板上的連接孔徑大于連接銷直徑，連接銷與外伸前擋板為緊配合，連接銷與外伸指尖密封片之間為緊配合;外伸前擋板和外伸指尖密封片的內徑處與外伸后擋板之間有徑向間隙，且在間隙部位放置外伸彈性元件，以補償離心力作用下指尖曲梁外移及內外轉軸的位移擾動，外伸指尖密封片在連接時裝配孔交錯排列，使指尖曲梁之間的縫隙被相鄰指尖密封片上的指尖曲梁所覆蓋，指尖靴與轉軸表面接觸構成封嚴界面； 所述內伸軸間指式密封結構包括內伸前擋板、內伸后擋板、內伸指尖密封片、內伸彈性元件、指尖曲梁、指尖靴、密封座，所述內伸后擋板通過密封座固定在外軸上，且與外軸一同轉動;所述內伸指尖密封片為多個，每一個內伸指尖密封片沿內徑周向加工有若干指尖曲梁和指尖靴，沿外徑周向有多對裝配孔，內伸指尖密封片位于內伸前擋板與內伸后擋板之間，內伸指尖密封片與內伸前擋板、內伸后擋板在靠近外徑處通過連接銷連接，內伸后擋板上的連接孔徑大于連接銷直徑，連接銷與內伸前擋板為緊配合，連接銷與內伸指尖密封片之間為緊配合，內伸前擋板和內伸指尖密封片的外徑處與內伸后擋板之間有徑向間隙，且在間隙部位放置內伸彈性元件，以補償離心力作用下指尖曲梁外移及內外轉軸的位移擾動；內伸指尖密封片在連接時裝配孔交錯排列，使指尖曲梁之間的縫隙被相鄰指尖密封片上的指尖曲梁所覆蓋，指尖靴與轉軸表面接觸構成封嚴界面。2.根據(jù)權利要求1所述的軸間指式密封裝置，其特征在于:所述外伸指尖密封片和所述內伸指尖密封片分別至少為2片。3.根據(jù)權利要求1所述的軸間指式密封裝置，其特征在于:每一個指尖密封片上指尖曲梁間的縫隙位于相鄰密封片曲梁的正中位置。4.根據(jù)權利要求1所述的軸間指式密封裝置，其特征在于:所述指尖曲梁型線為漸開線、圓弧或一般多項式函數(shù)曲線的任意一種。5.根據(jù)權利要求1所述的軸間指式密封裝置，其特征在于:所述外伸指尖密封片和所述內伸指尖密封片為碳碳復合材料。
【文檔編號】F01D11/00GK105822358SQ201610167899
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】蘇華, 陳國定, 韓海濤, 趙海林
【申請人】西北工業(yè)大學