CN114673564B - 一种指尖密封装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种指尖密封装置，包括卡圈、前挡板、指尖片、第一弹性元件、第二弹性元件及后挡板，其中，前挡板、后挡板及指尖片构成指尖密封单元，指尖密封单元的后挡板与安装座之间具有径向间隙；其中，在圆环形的指尖片上沿着与圆周呈预定角度的方向加工出多个平行的线槽，线槽使指尖梁的本体上形成仅与本体部分连接在一起而部分与本体呈分离状态的指尖梁，并在指尖梁的自由端形成指尖靴；第一弹性元件安装在后挡板的安装边与安装座之间的径向位置，以提供指尖密封单元径向移动后跟随密封跑道恢复位置的弹性力；第二弹性元件与卡圈分别设置在指尖密封单元轴向位置的前后两侧，从而将指尖密封单元轴向固定限位在安装座上。

Description

一种指尖密封装置

技术领域

本申请属于航空发动机密封技术领域，特别涉及一种指尖密封装置。

背景技术

密封装置是航空发动机及燃气轮机中的重要零部件之一，应用于空气流路的密封装置将会直接影响空气系统的引气量，进而影响发动机的推力和热效率。

指尖密封是一种典型的应用于空气流路的密封装置，与刷式密封的封严效果相近，但其具有加工成本低的优势。

对于接触式指尖密封而言，指尖片与密封跑道之间存在滑动摩擦，摩擦力的大小将直接影响指尖密封装置的发热量、磨损量，进而影响密封装置的使用寿命和封严性能。滑动摩擦力取决于指尖密封与跑道间的接触正压力，对于航空发动机及燃气轮机而言，其转子(密封跑道)的径向变形量是一定的，因此滑动摩擦力主要取决于指尖片的径向接触刚度。因此，减小指尖片的径向接触刚度是提高指尖密封装置使用寿命和封严性能的关键。

指尖片的径向接触刚度随密封跑道的径向变形量大小呈非线性变化。当密封跑道径向变形量较小时，指尖片的径向接触刚度取决于悬臂梁结构的指梁刚度和指尖片之间及指尖片与后挡板之间的摩擦力；当密封跑道径向变形量大于指尖片径向可活动范围时，指尖片的径向接触刚度主要取决于材料的弹性模量，此时刚度显著增加。

对于减小指尖片径向刚度的问题，现有技术中具有如下解决方法：

1)如专利号为US6196550B1的“压力平衡型指尖密封”，通过在指尖密封后挡板位置设计一个环形空腔，与高压腔相连接，使得腔内压力与高压腔相近，降低指尖片与后挡板之间的摩擦力，进而减小指尖片的径向接触刚度；该方案在密封跑道径向变形量较小时具有效果，但当密封跑道径向变形量大于指尖片径向可活动范围时，无法避免指尖片径向接触刚度的显著增加；

2)如专利号为CN201110455336.3的“一种指尖密封装置”，将指尖片与安装座之间的防转销与指尖片或安装座的防转孔之间设计成间隙，保证指尖片可以在小范围内沿径向浮动；该方案可以提高指尖片径向可活动范围，但在密封跑道径向变形量较大时，指尖片跟随密封跑道浮动，指尖片无法自动复位，封严性能差；

3)如专利号为CN201110455340.X的“指尖密封装置”，将指尖片的线性设计为下凹型曲线，降低单位面积的接触压力，提高使用寿命；但方案与“压力平衡型指尖密封”技术方案类似，当密封跑道径向变形量大于指尖片径向可活动范围时，无法避免指尖片径向接触刚度的显著增加。

发明内容

本申请的目的是提供了一种指尖密封装置，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种指尖密封装置，设置在安装座为静子结构与密封跑道为转子结构之间，其特征在于，所述指尖密封装置包括卡圈、前挡板、指尖片、第一弹性元件、第二弹性元件及后挡板，

其中，所述前挡板呈圆环形，所述后挡板为具有安装边的圆环结构，多个或多层的指尖片叠加设置在后挡板的安装边上，通过前挡板压在所述指尖片上并与所述后挡板的安装边固定连接形成指尖密封单元，所述指尖密封单元的后挡板与安装座之间具有径向间隙；其中，在圆环形的指尖片上沿着与圆周呈预定角度的方向加工出多个平行的线槽，所述线槽使指尖梁的本体上形成仅与本体部分连接在一起而部分与本体呈分离状态的指尖梁，并在所述指尖梁的自由端形成指尖靴；

所述第一弹性元件安装在后挡板的安装边与安装座之间的径向位置，以提供所述指尖密封单元径向移动后跟随密封跑道恢复位置的弹性力；

所述第二弹性元件与卡圈分别设置在指尖密封单元轴向位置的前后两侧，从而将指尖密封单元轴向固定限位在所述安装座上，第二弹性元件用来保证在较小封严压差状态下，后挡板不与卡圈脱离。

进一步的，所述前挡板通过焊接的方式固定在后挡板的安装边上。

进一步的，多个或多层的所述指尖片与前挡板、后挡板之间通过焊接、铆接或螺栓的方式连接。

进一步的，所述前挡板在径向内侧与指尖片之间设有活动间隙。

进一步的，所述径向间隙的范围为0.5mm～2mm。

进一步的，所述线槽与指尖片与圆周呈预定角度的方向根据需要进行设置。

进一步的，所述第一弹性元件的数量为多个且周向均布。

进一步的，所述第一弹性元件的数量不少于8个。

进一步的，所第一弹性元件采用圆柱型弹簧或是金属橡胶。

进一步的，所述第二弹性元件采用波形弹簧或圆柱形弹簧。

本申请提供的指尖密封装置通过在指尖密封单元径向外侧增加弹性元件或弹性结构，且合理控制指尖密封单元与安装座之间的径向间隙，避免由于密封跑道径向变形量大于指尖片径向可活动范围而导致的指尖片径向接触刚度的显著增加，保证当指尖片随密封跑道的径向跳动移动后，可以自动复位，避免泄漏量的增大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的指尖密封装置示意图。

图2为本申请的指尖片局部放大图。

附图标记：

1-安装座

2-卡圈

3-前挡板

31-活动间隙

4-指尖片

41-指尖梁

42-指尖靴

43-定位孔

44-线槽

5-第一弹性元件

6-第二弹性元件

7-后挡板

71-安装边

8-密封跑道

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1所示为本申请提供的指尖密封装置截面示意图，安装座1为静子结构，密封跑道8为转子结构，指尖密封装置设置在静子结构与转子结构之间。该指尖密封装置主要包括前挡板3、指尖片4、第一弹性元件5、第二弹性元件6及后挡板7。前挡板3、指尖片4、后挡板7构成典型的指尖密封单元，即前挡板3呈圆环形，后挡板7为具有安装边71的圆环结构，多个或多层的指尖片4叠加设置在后挡板7的安装边71上，前挡板3压在指尖片4上并与后挡板7的安装边71固定形成指尖密封单元。其中，前挡板3可通过焊接的方式固定在后挡板7的安装边71上，而多个或多层的指尖片4与前挡板3、后挡板7之间也可通过焊接的方式连接，或是可通过铆接或螺栓连接。优选的，前挡板1在径向内侧(靠近密封跑到8的一侧)与多层指尖片4之间设有活动间隙31。

如图2所示的指尖片4局部放大图，指尖片4为圆环形薄壁带材，在圆环形带材的指尖片4上通过机械加工的方法去除一定面积的材料，从而形成一系列细长曲线状的指尖梁41，并在指尖梁41的自由端形成指尖靴42。其中，形成方法为：在圆环形的指尖片4上大致的沿着与圆周方向成一定角度方向加工出多个平行的线槽44，该线槽44使指尖梁41的本体形成仅与本体上部分连接在一起而其余部分与本体呈分离状态的指尖梁41。在一些实施例中，线槽44与指尖片4圆周方向的角度可根据需要进行设置。多个或多层的指尖片4交替叠置以使一个指尖片4的指尖梁41覆盖相邻指尖片4指尖梁41之间的线槽44，通过在指尖片4的上端(即指尖梁41与指尖片本体连接的部位)设置定位孔43从而将多个或多层的指尖片4定位。

指尖密封单元中的后挡板7与安装座1之间设置一定范围的径向间隙，以保证指尖密封单元可以径向移动。在一些实施例中，该径向间隙设置成0.5mm～2mm。

第一弹性元件5安装在后挡板7的安装边71与安装座1之间的径向位置，数量为多个且周向均布。通常情况下，第一弹性元件5的数量大于8个。其中，第一弹性元件5设置在安装座1相应位置加工的凹槽内，从而保证指尖密封单元在产生径向移动后能够跟随密封跑道8而迅速恢复，避免在指尖片4与密封跑道8之间出现间隙，增大泄漏量。在一些实施例中，第一弹性元件5可以为圆柱型弹簧，或是金属橡胶。相应的，安装座1上加工的凹槽为圆形凹槽。

卡圈2与第二弹性元件6设置在指尖密封单元轴向前后两侧，从而将指尖密封单元轴向固定限位在安装座1上，第二弹性元件6用来保证在较小封严压差状态下，后挡板7不与卡圈2脱离。在一些实施例中，第二弹性元件6可以采用波形弹簧，也可以采用圆柱形弹簧。

本申请提供的指尖密封装置通过在指尖密封单元径向外侧增加弹性元件或弹性结构，且合理控制指尖密封单元与安装座之间的径向间隙，避免由于密封跑道径向变形量大于指尖片径向可活动范围而导致的指尖片径向接触刚度的显著增加，保证当指尖片随密封跑道的径向跳动移动后，可以自动复位，避免泄漏量的增大。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种指尖密封装置，设置在安装座(1)为静子结构与密封跑道(8)为转子结构之间，其特征在于，所述指尖密封装置包括卡圈(2)、前挡板(3)、指尖片(4)、第一弹性元件(5)、第二弹性元件(6)及后挡板(7)，

其中，所述前挡板(3)呈圆环形，所述后挡板(7)为具有安装边(71)的圆环结构，多个或多层的指尖片(4)叠加设置在后挡板(7)的安装边(71)上，通过前挡板(3)压在所述指尖片(4)上并与所述后挡板(7)的安装边(71)固定连接形成指尖密封单元，所述指尖密封单元的后挡板(7)与安装座(1)之间具有径向间隙；其中，在圆环形的指尖片(4)上沿着与圆周呈预定角度的方向加工出多个平行的线槽(44)，所述线槽(44)使指尖梁(41)的本体上形成仅与本体部分连接在一起而部分与本体呈分离状态的指尖梁(41)，并在所述指尖梁(41)的自由端形成指尖靴(42)；

所述第一弹性元件(5)安装在后挡板(7)的安装边(71)与安装座(1)之间的径向位置，以提供所述指尖密封单元径向移动后跟随密封跑道(8)恢复位置的弹性力；

所述第二弹性元件(6)与卡圈(2)分别设置在指尖密封单元轴向位置的前后两侧，从而将指尖密封单元轴向固定限位在所述安装座(1)上，第二弹性元件(6)用来保证在较小封严压差状态下，后挡板(7)不与卡圈(2)脱离。

2.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述前挡板(3)通过焊接的方式固定在后挡板(7)的安装边(71)上。

3.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，多个或多层的所述指尖片(4)与前挡板(3)、后挡板(7)之间通过焊接、铆接或螺栓的方式连接。

4.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述前挡板(1)在径向内侧与指尖片(4)之间设有活动间隙(31)。

5.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述径向间隙的范围为0.5mm～2mm。

6.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述线槽(44)与指尖片(4)与圆周呈预定角度的方向根据需要进行设置。

7.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述第一弹性元件(5)的数量为多个且周向均布。

8.如权利要求7所述的指尖密封装置，其特征在于，所述第一弹性元件(5)的数量不少于8个。

9.如权利要求7或8所述的指尖密封装置，其特征在于，所第一弹性元件(5)采用圆柱型弹簧或是金属橡胶。

10.如权利要求1所述的指尖密封装置，其特征在于，所述第二弹性元件(6)采用波形弹簧或圆柱形弹簧。