[发明专利]一种基于对冲原理的篦齿封严装置

说明书

本发明公开一种基于对冲原理的篦齿封严装置。该装置由转子(篦齿盘)和静子(衬套)构成，其中篦齿盘包括至少两个台阶齿，所述台阶齿所对应的衬套为台阶状，并在每级台阶末端处增加内凹环状对冲槽。本发明改变了篦齿封严的衬套结构，相比于现有常规篦齿封严结构，在相同的航空发动机工作条件下，能够降低泄漏量，提高封严能力，且封严效果在一定的轴向位移范围内随着转子向右轴向位移的增大而逐渐增大。

技术领域

本发明涉及航空发动机封严领域，具体来说是一种基于对冲原理的篦齿封严装置。

背景技术

篦齿封严是航空发动机中广泛使用的一种有效的非接触式密封结构。篦齿封严结构简单，寿命长，易于维护、在高温和高转速下具有高可靠性的优点，普遍应用于航空发动机的各种结构中，如压气机和涡轮级间气路封严、轮缘燃气封严、内流空气封严以及主轴承滑油封严系统中的滑油封严等，其封严质量在很大程度上控制着气流在整个发动机冷却网络上的分布，直接影响发动机的效率及可靠性。篦齿封严泄漏流量大于设计值会直接降低发动机的效率和性能，篦齿封严泄漏流量过小时又会导致气流显著升温和转子热膨胀增大，缩短发动机使用寿命。因此，能提高封严效果的篦齿设计对于提高航空发动机性能有着重要意义。

传统台阶篦齿是一种非接触式动封严结构，如图1所示，由篦齿盘1(转子)和阶梯衬套2(静子)组成。篦齿盘1上沿轴向具有2个以上的篦齿3，且沿篦齿盘1轴向各篦齿3的高度间存在高度差，呈台阶分布；相邻的两个篦齿3之间形成齿腔4。阶梯衬套2为篦齿盘1外部套设的封严衬套，其侧壁轴向呈台阶状，与篦齿盘2轴向各篦齿3的高度差匹配，每级台阶周向侧壁对应一个篦齿3的齿顶，每个篦齿3的齿顶与其对应的台阶侧壁间留有间隙。当气流通过两者间的间隙时,被节流加速产生一个射流区，一部分压力能转化为动能，气流碰撞在阶梯衬套2内壁上，产生一个回流区，由于齿腔4的结构将会在齿腔4下部产生一个更大的回流区。由于这些回流区的存在，气流动能在湍流和黏性耗散的作用下转换成热能而消耗掉，最终达到封严效果。

对于台阶篦齿来说，封严作用主要借助于齿顶处的节流效应以及齿腔间的涡流耗散。当射流冲击到衬套部分后会形成滞止，并由于剪切作用形成涡流，在正向轴向位移较大时，也会与衬套之间形成节流，进一步降低流量系数。

发明内容

针对航空发动机现有的台阶篦齿封严效果有限，容易失去封严效果，安全性低的现状，本发明，提出一种能提高封严效果的基于对冲原理的篦齿封严结构。

本发明基于对冲原理的篦齿封严装置，包括篦齿盘，篦齿盘轴向上设计的台阶篦齿，以及与台阶篦齿配合的台阶衬套。

其中，台阶衬套中，每级台阶具有台阶侧壁与台阶末端面，台阶末端面上设计有内凹的圆弧对冲槽。由此，当气流在通过篦齿齿顶处时，近阶梯衬套一侧会由于阻力相对较小而以较高的速度流经篦齿齿顶，并沿阶梯衬套壁面射流至圆弧对冲槽内，在对冲槽的影响下形成顺时针涡流，在圆弧对冲槽槽口处以较高的速度逆向冲出，与原齿间射流形成对冲。

本发明的优点在于：

1、本发明基于对冲原理的篦齿封严装置，在台阶衬套的每级台阶处增加内凹环状对冲槽，使得气流沿壁面射流至对冲槽内，在对冲槽的影响下形成顺时针涡流，在槽口处以较高的速度逆向冲出，与原齿间射流形成对冲，降低篦齿的透气效应，达到封严优化的目的；

2、本发明基于对冲原理的篦齿封严装置，适当大小的对冲槽空间使得齿后耗散涡得以充分发展，进一步加剧了能量的耗散；

3、本发明基于对冲原理的篦齿封严装置，通过对冲槽设计，增加了气流与壁面的接触也在一定程度上增加了粘性剪切耗散；在较大径向间隙的情况下，由于对冲涡流的形成，能量耗散更大，封严效果较为明显。

4、本发明基于对冲原理的篦齿封严装置，在篦齿间隙变化时，对间隙变化的敏感性较低，稳定性更强。

附图说明

图1为传统阶梯斜篦齿结构与流场示意图。