[发明专利]一种刷式与篦齿复合封严结构

说明书

本发明公开了一种刷式与篦齿复合封严结构，封严衬套内表面与封严篦齿对应处设置有环形凹槽，环形凹槽为平滑弧形槽，环形封严篦齿的齿根固定在转轴上，齿尖的外周面中部形成有凸起部，凸起部为平滑弧形凸起，且凸起部的曲率大于的环形凹槽的曲率，凸起部伸向环形凹槽并与环形凹槽间隙配合，凸起部的中间位置正对环形凹槽的槽底，凸起部的中部设有滚珠轴承，环形封严篦齿的齿尖上设置有若干道轴向排布的弹性刷丝，弹性刷丝的丝尖抵在环形凹槽上。本发明具有能有效减小篦齿与衬套摩擦、采用篦齿与刷式封严相结合，有效提高密封效果，同时降低了刷丝的高度，提高了刷丝的使用寿命的优点。

技术领域

本发明属于航空宇航发动机密封的技术领域，具体涉及一种刷式与篦齿复合封严结构。

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。篦齿封严是航空发动机长期以来广泛的一种封严结构，主要应用于轴承腔、压气机级间、涡轮的级间、燃气隔离和冷却流路等部位。图1和图2分别给出了压气机级间和涡轮级间的篦齿封严结构图。由图2可见，在涡轮各级间，燃气的压力和温度沿轴向从左到右是逐渐减小的，每级转子叶片或静子叶片之间都有压力差，而涡轮转子件和静子件之间难以避免地存在间隙，那么必然会发生高压燃气未参与做功而泄漏到低压区。因此，从提高发动机性能的角度出发，有必要这些位置封严装置，一是减少因高压流体泄漏带走的能量损失，从而提高发动机效率；二是减小因高温燃气直接进入低压涡轮带来的危害，提高低压涡轮的可靠性和耐久性。

可以看出，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，篦齿封严有一个无法克服的缺点，即转子的径向跳动或者热膨胀会引起封严磨损，造成密封间隙变大泄漏增加，随着磨损的积累，导致节流间隙宽度变大，形成图3所示结构,此时,由于实际流通面积增大,篦齿的泄漏量会有所增大,且这种增大幅度随压比的增大而大幅增加。这种流量增大情况难以采用几何参数相对固定的篦齿结构加以调节，为了弥补因为流通面积发生变化带来的流量增大，需要对流通面积进行有效控制，以达到或接近初始设计点的状态。

在燃气轮机和航空发动机的迅速发展中,刷式封严技术逐渐发展成熟起来，它是一种性能优异的新式密封技术。首先，在相同条件下，刷式封严的泄漏水平只有典型篦齿封严结构的50％甚至20～10％，因此仅把发动机某些关键部位的篦齿封严换成刷式封严（图4），就可以使发动机的推力增加1～3％，耗油率降低3～5％。其次，它克服了篦齿封严容易磨损的缺点，刷式封严中与转子表面接触的是刷束部分，它在转子发生径向跳动或热膨胀时可以弯曲变形，从而有效地减小了封严磨损，在转子跳动结束恢复原位时又可以弹回以保持与转子的接触，从而可以长期维持较低的泄漏水平。另外，刷式封严还具有结构小重量轻的特点，这对于减轻发动机的重量非常有益，更符合发动机的使用要求。然而，刷式封严由于刷式较长，容易折断，导致封严受损或失效，更换难度大，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种能有效减小篦齿与衬套摩擦、采用篦齿与刷式封严相结合，有效提高密封效果，同时降低了刷丝的高度，提高了刷丝的使用寿命的刷式与篦齿复合封严结构。