航空发动机篦齿封严密封结构.pdf

一种增加航空发动机篦齿齿腔内周向阻力的篦齿封严密封结构，通过降低气流的周向流动进而达到降低总流量的目的。具体技术方案如下：一种航空发动机篦齿封严密封结构，包括封严衬套、转轴、转轴周向表面具有若干级篦齿，相邻两级篦齿之间形成篦齿齿腔，封严衬套通过篦齿结构安装在转轴上；其特征在于：篦齿齿腔内沿周向分布齿腔隔板，将篦齿齿腔的光滑环形流道加以分割，形成连续的周向腔体区域。利用隔板的节流作用，以及腔室内部的涡流，使周向流动气流形成起伏流动，增加流体流动阻力，降低篦齿齿腔的周向流动，降低流体泄漏量。

权利要求书
1.  一种航空发动机篦齿封严密封结构，包括封严衬套、转轴，转轴周向表面具有若干级篦齿，相邻两级篦齿之间形成篦齿齿腔，封严衬套通过篦齿结构安装在转轴上；其特征在于：篦齿齿腔内沿周向分布齿腔隔板，将篦齿齿腔的光滑环形流道加以分割，形成连续的周向腔体区域。

2.  根据权利要求1所述的航空发动机篦齿封严密封结构，其特征在于：齿腔隔板与转轴轴线平行且垂直于篦齿齿腔的环形面。

3.  根据权利要求2所述的航空发动机篦齿封严密封结构，其特征在于：同一级篦齿齿腔隔板环形阵列间隔60°分布，相邻两篦齿齿腔内的齿腔隔板间隔30°交错分布。

4.  根据权利要求3所述的航空发动机篦齿封严密封结构，其特征在于：齿腔隔板高度为篦齿齿高H的9/10、宽度与篦齿齿腔宽度W相同。

5.  根据权利要求3所述的航空发动机篦齿封严密封结构，其特征在于：共设5级篦齿，形成4个篦齿齿腔，第一篦齿齿腔内齿腔隔板分布与第三篦齿齿腔内齿腔隔板分布一致，第二篦齿齿腔内齿腔隔板分布与第四篦齿齿腔内齿腔隔板分布一致，第一篦齿齿腔内齿腔隔板与第二篦齿齿腔内齿腔隔板间隔30°交错分布。

说明书航空发动机篦齿封严密封结构
技术领域
本发明涉及一种发动机篦齿封严结构。
背景技术
随着航空事业的发展，对飞机的机动性、可靠性和经济性的要求越来越高， 因此迫切需要改进航空发动机的各个部件，以保证发动机高性能的要求。低油 耗、高推比、高可靠性和耐久性是现代航空燃气涡轮发动机的发展趋势，但是 发动机内部的温度和压比逐渐升高，使得内流系统的泄漏日趋严重，而封严的 性能直接影响到航空发动机燃油消耗率、飞行成本、推重比等工作性能。为了 减少泄漏损失，提高发动机的整体性能，在许多部位改进原有的封严装置显得 尤为重要。国内外研究表明未来航空发动机性能的提高一半将取决于封严技术 的改善和泄漏量的降低。因此，人们对高性能密封结构的要求越来越迫切，改 进和发展新的封严装置对减少耗油率、提高发动机效率具有重要的实用价值和 意义。
篦齿封严是现役航空发动机中广泛使用的一种有效的、长寿命的封严结构， 它是利用通道的突扩和突缩增加流阻以限制流体泄漏的非接触式动封严，流体 经过节流间隙时，上游流体的压力能通过节流作用转化为速度能，然后在齿腔 内速度能通过湍流旋涡耗散为热能。其密封效果主要取决于其密封间隙的大小 和齿数的多少，具有耐高温、没有摩擦损耗和适用于高转速状况等优点。
篦齿封严结构在运行过程中，由于转子件与静子件之间存在磨损，导致节 流间隙宽度变大，减少篦齿封严结构的泄漏量的关键在于使流体在齿腔内的能 量充分耗散。设计合理的篦齿封严结构，就是使得流体介质产生漩涡、射流等 有效的流动特征，从而使得流体的能量在流动过程中得到充分的耗散，以实现 密封两侧的较大压差，进而实现封严的效果，这就意味着对篦齿封严结构的设 计提出了更高的要求。
提高航空发动机性能的主要途径之一是封严技术的改善和泄漏量的降低。 随着航空发动机性能指标的不断提升，对密封性能的要求也日益苛刻，目前发 动机涡轮部件转静件之间主要采用篦齿封严技术，其改进主要从几何参数的优 化入手：主要包括5个结构参数，即节流间隙宽度c，齿间距B，齿高H，齿尖 宽度t，齿数N等。其密封性能的进一步改进主要集中在主要齿形参数的优化设 计，主要着眼点为减少气流的轴向流动。
但是实际工况中，涡轮转子部件处于高速旋转中，篦齿封严的周向速度能 够达到50m/s以上，气流周向流动不可忽略，可见，降低气流的周向流动能够 起到明显的降低总流量的目的。而传统的篦齿封严结构周向为光滑流道，流阻 较小，难以起到周向阻塞的作用。
发明内容
本发明提供一种增加航空发动机篦齿齿腔内周向阻力的篦齿封严密封结 构，通过降低气流的周向流动进而达到降低总流量的目的。具体技术方案如下：
一种航空发动机篦齿封严密封结构，包括封严衬套、转轴、转轴周向表面 具有若干级篦齿，相邻两级篦齿之间形成篦齿齿腔，封严衬套通过篦齿结构安 装在转轴上；其特征在于：篦齿齿腔内沿周向分布齿腔隔板，将篦齿齿腔的光 滑环形流道加以分割，形成连续的周向腔体区域。
进一步的，齿腔隔板与转轴轴线平行且垂直于篦齿齿腔的环形面；齿腔隔 板环形阵列间隔60°分布，相邻两篦齿齿腔内的齿腔隔板间隔30°交错分布； 齿腔隔板高度为篦齿齿高H的9/10、宽度与篦齿齿腔宽度W相同；共设5级篦 齿，形成4个篦齿齿腔，第一篦齿齿腔内齿腔隔板分布与第三篦齿齿腔内齿腔 隔板分布一致，第二篦齿齿腔内齿腔隔板分布与第四篦齿齿腔内齿腔隔板分布 一致，第一篦齿齿腔内齿腔隔板与第二篦齿齿腔内齿腔隔板间隔30°交错分布。
齿腔隔板采用等厚度的矩形隔板，其底部与篦齿齿腔底部铅焊无缝连接， 而端部略低于篦齿高度，两侧与相邻两级篦齿铅焊无缝连接，通过齿腔隔板将 篦齿腔体均匀分割为n份，形成连续分布的周向流动腔室。
现有技术的篦齿封严结构，上游高压气流在流经篦齿时，在上下游压差作 用下，具有较大的轴向速度，同时，由于篦齿位于转轴上，气流受到篦齿周向 运动的影响，在壁面粘性作用下，表现出较大的周向运动速度，因此，气流主 要具有轴向与周向速度。当气流通过封严流通间隙，进入篦齿齿腔，流体经过 节流间隙时，上游流体的压力能通过节流作用转化为速度能，气流在齿腔内形 成涡旋，速度能通过湍流旋涡耗散为热能。上述分析主要针对气流的轴向流动 展开，而气流另一部分周向流动则由于周向流阻较小，流动所受影响较小，轴 向流动、周向流动如图1所示，在周向流动过程中陆续沿轴向流入下游，研究 表明，在发动机大状态工作条件下，这部分流量约占整个泄漏量的12％左右。 若能增强周向流阻，减小流体的周向流动，则可以进一步降低流体流量，与降 低轴向流动相结合，起到降低气体流动的作用。
本发明着眼于降低流体在篦齿封严中的周向流动，在相邻两道封严篦齿之 间安装周向隔板，将篦齿齿腔的光滑环形流道加以分割，形成连续的周向腔体 区域，利用隔板的节流作用，以及腔室内部的涡流，使周向流动气流形成起伏 流动，增加流体流动阻力，降低篦齿齿腔的周向流动，降低流体泄漏量。相邻 两道篦齿间隙之间的分隔隔墙之间形成一定的交错角度，进一步增加降低相邻 篦齿齿腔间的流动阻力。这种结构增大了周向流动阻尼，使得气流压力在不同 周向腔体区域之间流动时形成较大的流动阻力，起到降低压力，减少泄漏的作 用；且结构简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明具体实施例的航空发动机篦齿封严密封结构总体示意图。
图2是本发明具体实施例的轴向结构示意图；
图3是本发明具体实施例的周向结构示意图；
图4是本发明实施后篦齿轴向、周向流动示意图。
图中：1-封严衬套，2-转轴，3-一级篦齿，4-第一篦齿齿腔，5-二级篦齿， 6-第二篦齿齿腔，7-三级篦齿，8-第三篦齿齿腔，9-四级篦齿，10-第四篦齿齿腔， 11-五级篦齿，12-齿腔隔板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
如图所示的航空发动机篦齿封严密封结构，包括封严衬套1和转轴2，转轴 2上共设5级篦齿，一级篦齿3、二级篦齿5、三级篦齿7、四级篦齿9、五级篦 齿11；相邻两篦齿间形成篦齿齿腔，第一篦齿齿腔4、第二篦齿齿腔6、第三篦 齿齿腔8、第四篦齿齿腔10；篦齿齿腔内设有周向齿腔隔板12，环形阵列分布， 间隔60°，相邻两篦齿齿腔内的齿腔隔板12间隔30°分布。
齿腔隔板12与转轴2轴线平行且垂直于篦齿齿腔的环形面；齿腔隔板12 高度为篦齿齿高H的9/10、宽度与篦齿齿腔宽度W相同；齿腔隔板12采用等 厚度的矩形隔板，其底部与篦齿齿腔底部铅焊无缝连接，而端部略低于篦齿高 度，两侧与相邻两级篦齿铅焊无缝连接，通过齿腔隔板12将篦齿腔体均匀分割 形成连续分布的周向流动腔室。