航空发动机及其封严组件的制作方法

1.本实用新型涉及一种航空发动机，更具体地，涉及一种用于航空发动机的封严组件。


背景技术：

2.目前国内外航空发动机的封严特别是轴承腔封严通常采用篦齿封严结构。以轴承腔封严为例，篦齿封严结构可以阻止高压空气泄漏到轴承腔，还可以阻止轴承腔的油气泄漏到轴承腔外。
3.篦齿封严结构通常可以由跟随转子转动的篦齿和静止的静子中设置的封严涂层或蜂窝构成，篦齿封严结构的最关键参数为篦齿间隙，然而，目前的封严篦齿间隙设计时存在下述问题。因航空发动机存在轴承游隙，转子静态弯曲，弹性支撑座变形等因素，封严篦齿间隙设计时不可避免的是，需要预留冷态间隙。若篦齿间隙冷态值设计过大，则航空发动机工作在热态时篦齿间隙偏大，出现轴承腔封严效果变差的情况。若篦齿间隙冷态值设计过小，则航空发动机转子冷态盘车时会出现转子卡滞情况，影响旋转机械的正常使用。
4.因而，需要提供一种封严组件，可以有利于解决航空发动机封严篦齿间隙设计中存在的上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种封严组件，可以易于确保篦齿间隙在冷态时保持较大值而在热态时实现较小值，从而在冷态时不易出现转子卡滞情况，同时在热态时又可以具有较好的封严效果。
6.本实用新型提供一种封严组件，用于航空发动机，包括静子和转子，其特征在于，所述转子面对所述静子的表面设置有篦齿结构，所述篦齿结构包括端部和颈部，所述端部设置有沿轴向分布的多个篦齿，与所述静子形成篦齿封严结构，所述颈部连接所述端部和所述转子，并且，所述端部采用的材料的线性膨胀系数小于所述颈部采用的材料的线性膨胀系数。
7.在一个实施方式中，所述颈部为朝向轴向的一侧弯拱的形状。
8.在一个实施方式中，所述篦齿结构还包括底部，所述底部连接所述颈部和所述转子，所述底部采用的材料的线性膨胀系数小于所述颈部采用的材料的线性膨胀系数。
9.在一个实施方式中，所述底部与所述转子采用的材料相同。
10.在一个实施方式中，所述颈部的径向内端面与所述底部的径向外端面焊接。
11.在一个实施方式中，所述底部在接近所述颈部的部位采用倒圆形式。
12.在一个实施方式中，所述颈部的径向外端面与所述端部的径向内端面焊接。
13.在一个实施方式中，所述端部在接近所述颈部的部位采用倒圆形式。
14.在一个实施方式中，所述静子面对所述转子的表面设置有涂层或蜂窝，所述端部与所述涂层或蜂窝形成篦齿封严结构。
15.本实用新型还提供一种航空发动机，包括前述封严组件。
16.上述封严组件中，篦齿结构的端部采用的材料的线膨胀系数小于颈部采用的材料的线膨胀系数，因而尺寸较小的颈部易于受热后朝向静子膨胀，也即易于通过变形改变尺寸较大的端部的径向空间位置，减小转静子间隙，实现对转静子之间的间隙控制，因而可以易于确保篦齿间隙在冷态时保持较大值，在热态工作时实现较小值，从而保证在转子冷态盘车时不出现转子卡滞情况，同时在热态时又可以具有较好的封严效果。
17.使用上述封严组件时，可以通过改变各个部分的几何尺寸或材料组合，以获得所需的工作状态变形量，或者，实现对工作状态的变形量调节，易于根据不同工况进行调整。另外，上述封严组件的结构形式简单，加工难度低，可节约成本。
附图说明
18.本实用新型的上述及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
19.图1是根据一个实施方式的示例性封严组件的示意图。
20.图2是根据另一实施方式的示例性封严组件在冷态时的示意图。
21.图3是图2的示例性封严组件在热态时的示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。
23.图1示出了根据一个实施方式的封严组件10的示例构造。需要理解，附图均仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。
24.封严组件10用于航空发动机，例如轴承腔封严。也即，航空发动机可以包括封严组件10。封严组件10包括静子2和转子1。转子1面对静子2的表面11(也即，转子1的径向外表面)设置有篦齿结构3。转子1例如可以是旋转的转轴，静子2例如可以是静止的静子封严环。
25.为了方便描述，文中示出了航空发动机的轴向x0和径向r0，也可以称之为封严组件10的轴向x0和径向r0。可以理解，虽然图中仅示出了封严组件 10的沿着轴向x0截取的截面，然而，封严组件10实质上大体是绕着沿轴向 x0延伸的轴向中心线回转的回转体。
26.封严组件10中，篦齿结构3包括端部4和颈部5。可以理解，“颈部”意指相比于其邻接部分尺寸缩减的部分，类似于瓶体中的瓶颈。例如，图1中，颈部5沿轴向x0的尺寸小于端部4沿轴向x0的尺寸。
27.端部4设置有沿轴向x0分布的多个篦齿41，与静子2形成篦齿封严结构 a1。也即，篦齿41布置在端部4的径向外侧。例如，图1中，端部4设置有沿轴向x0分布的五个篦齿41。图示实施方式中，静子2面对转子1的表面21 (也即，静子2的径向内表面)可以设置有涂层或蜂窝，端部4可以与该涂层或蜂窝形成篦齿封严结构a1。图1中，以涂层7作为该涂层或蜂窝的示例示出。
28.根据本实用新型的封严组件10中，颈部5连接端部4和转子1。可以理解，文中记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可以包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。还有，当一层被称为在两层之间时，它可以是所述两层之间仅有的层，也可以存在一个或多个介于其间的层。“颈部5连接端部4和转子1”并不要求颈部5直接连接端部4和转子1，例如，图1中，颈部5和转子1之间还可以设置有后面将会详细描述的底部6。
29.端部4采用的材料的线性膨胀系数小于颈部5采用的材料的线性膨胀系数。例如，端部4可以采用线性膨胀系数较低的合金，而颈部5可以采用线性膨胀系数高的合金。
30.根据本实用新型的封严组件10可以提供用于航空发动机的自适应篦齿间隙控制结构，其中，篦齿结构的不同部位设置不同线膨胀系数的材料，可以达到间隙控制的效果。具体地，设置多个篦齿41的端部4与静子2(图1中，涂层7或蜂窝)之间形成基本的篦齿封严结构a1。而实现端部4与转子1连接的颈部5，线性膨胀系数较高，因而易于朝向间隙膨胀(朝向静子1的方向) 来减小间隙，也即，可以通过变形改变端部4的径向空间位置，进而实现对封严篦齿41与静子2之间的间隙控制，也即形成主要的自适应变形控制结构。上述封严组件10中，端部4的线性膨胀系数较小，可以满足篦齿形状要求，并构成产生变形所需的离心力的主要部分，而颈部5的线性膨胀系数较高，可以通过计算不同工况下变形量与热态间隙关系，形成自适应变形的主要部分。上述封严组件10整体形式简单，便于加工。
31.实际应用时，端部4与颈部6可以通过改变各自几何尺寸构成不同的组合，共同作用来获得工作状态时所需的变形量，进而实现对封严篦齿与静子封严环之间的间隙控制，例如可根据空间、重量等约束条件确定最优的组合。篦齿结构3中端部4、颈部6等可根据使用工况采用不同线性膨胀系数的材料如合金，通过对温度变化的响应对工作状态的变形量进行微调，进而实现对封严篦齿与静子封严环之间的间隙控制的微调。
32.图示实施方式中，篦齿结构3还可以包括前面提及的底部6，底部6连接颈部5和转子1。如前所述，“颈部”意指相比于其邻接部分尺寸缩减的部分，如图1所示，颈部5沿轴向x0的尺寸也小于底部6沿轴向x0的尺寸。底部6 采用的材料的线性膨胀系数可以小于颈部5采用的材料的线性膨胀系数。也即，颈部5采用的材料的线性膨胀系数大于两端邻接的端部4和底部6采用的材料的线性膨胀系数。例如，底部6也可以采用线性膨胀系数较低的合金。底部6 可以形成支撑结构，可以平衡封严篦齿产生的离心力。可以根据端部4的尺寸调整底部6的尺寸，达到平衡转子离心力的作用。
33.在优选的实施方式中，底部6可以与转子1采用的材料相同。底部6采用与转子1配合件相同或相似的合适材料，可以达到配合效果，例如过盈配合的效果。在优选的实施方式中，可以使得端部4的刚性较大，可以通过改变端部 4的几何尺寸产生所需的离心力。端部4还可以采用耐磨材料，以承受与静子 2中的涂层或蜂窝的磨损。这样，封严组件可以确保内径配合及外径耐磨要求，因而可以在控制各端转静子配合精度及性能要求的同时达到主动控制转静子间隙的效果。
34.图1示出的实施方式中，颈部5的径向外端面51可以与端部4的径向内端面焊接。也
即，颈部5与端部4可以通过焊接连接在一起，形成自适应篦齿封严部分。图1示出的实施方式中，端部4可以在接近颈部5的部位(图1中，如b4所示)采用倒圆形式，这样可以平滑过渡。类似地，图1示出的实施方式中，颈部5的径向内端面52可以与底部6的径向外端面焊接。也即，颈部5 与底部6可以通过焊接连接在一起，形成自适应间隙调整骨架，通过调整颈部 5的尺寸，调整整体结构的变形量，从而达到更好的密封效果。图1示出的实施方式中，底部6可以在接近颈部5的部位(图1中，如b6所示)采用倒圆形式，这样可以平滑过渡。图1中示出了颈部5两端的焊缝l0，焊缝l0可以沿着轴向x0延伸，可以理解，实质上大体为一圆柱面。端部4、颈部5和底部6通过焊接的方式构成一个整体，底部6将整个篦齿结构3连接到转子1，因而整个篦齿结构3也可以看作是转子件的一部分。
35.上述封严组件10中，颈部5可以根据实际工况而采用不同线膨胀系数的材料，可以采用合适的线膨胀系数，对工作状态的变形量进行微调，进而实现对封严篦齿41与静子2之间的间隙控制的微调。颈部5两端的焊接位置也可根据实际情况进行调整，颈部5与端部4、底部6的连接方式也可通过铆接等方式。
36.上述封严组件10通过采用不同线膨胀系数的材料，调整各工作状态转静子之间的热态间隙，能够避免因间隙过大造成封严效果变差或间隙过小导致转静子碰磨的情况，同时保证转子的平衡性，起到冷态防碰磨和热态间隙调整的效果。而且，上述封严组件10的结构形式简单，加工难度低，可节约成本，且可通过变形控制对篦齿间隙进行微调，可以达到更好的密封效果。
37.实际应用时，端部4可以通过改变几何尺寸产生所需的离心力，颈部5可以将因端部4产生离心力发生变化而产生不同的变形，颈部5也可以通过改变几何尺寸以发生所需的变形量，底部6可以通过改变几何尺寸来实现力平衡。端部4、颈部5和底部6还可以根据使用工况采用不同线性膨胀系数的材料并例如通过焊接将各部分连接在一起，通过构建对温度变化的响应组合并确定最优组合，借此实现对工作状态变形量的微调，进而实现对封严篦齿与静子封严环之间的间隙控制的微调。
38.图2和图3示出了根据另一实施方式的封严组件10a的示例构造。本实施方式沿用前述图1实施方式的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施方式，本实施方式不再重复赘述。其中，图1示出了冷态时封严组件10a的状态，图2示出了热态时封严组件10a的状态。
39.可以理解，文中使用了特定词语来描述本实用新型的实施方式，如“一个实施方式”、“另一实施方式”、和/或“图示实施方式”意指与本实用新型至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本实用新型的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。另外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
40.与前述图1的实施方式不同的是，图2和图3的篦齿结构3a中，颈部5a 可以为朝向轴向x0的一侧弯拱的形状，图中，朝向左侧弯拱。图示的封严组件10中，颈部5a可以实现端部4和底部6的物理连接，其刚性可以相比于端部4较小。颈部5a采用这种弯拱的柔性结构，
在端部4的离心力作用下，可以产生较大的变形量，通过变形可以改变端部4的径向空间位置。
41.上述封严组件10a可以保证冷态间隙δ1足够大，如图2所示，因而保证在转子冷态盘车时不出现转子卡滞情况，而且，同时可以保证热态间隙δ2足够小，也即，在热态时可以具有较好的封严效果。实际应用时，可以调整端部、颈部和底部各个部分的几何尺寸，构成不同的组合来共同作用，以获得工作状态时所需的变形量。
42.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。