专利名称：渐开线型指尖密封结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密封结构，尤其是关于一种燃气涡轮发动机内用于控制二次流泄
漏的指尖密封结构。
背景技术：
目前，在燃气涡轮发动机中，目前广泛采用了三种结构的封严形式篦齿式密封， 圆周密封和端面密封。这三种结构各自存在着一定的缺陷篦齿密封虽然结构简单，但是封 严性能较差。篦齿密封不能适应转子的离心或热膨胀，因此在设计时必须保持转、静子之间 足够的间隙，这样就降低了封严性能，泄漏流中夹杂污染，需辅助机构减小滑油泄漏。圆周 密封的耐压能力和耐温能力相对较低，其耐久性也不能满足长寿命的要求，在民用航空发 动机中很少采用。端面密封的尺寸、重量大，难于装配，适应转子轴向位移小，使用时常受到 空间结构的限制。 另外，刷式密封虽然部分解决了篦齿封严性能较差的问题，但刷式密封的工艺复 杂、加工成本较高，不适用于直径较小的密封结构。 指尖密封是近年发展起来的一项新技术。它与刷式密封结构类似，采用一系列的 金属箔片来代替刷丝，达到了提高封严性能，降低加工成本的目的。指尖密封根据指身型线 的不同可以分为对数螺旋线，圆弧线等各种结构形式。国外已有部分相关专利。国内公开 了一种流体静压型指尖密封结构的发明专利(申请号200610010500. 9)。该结构相对较复 杂，由前衬环、前隔环、高压指尖环、低压指尖环、后隔环和后衬环六部分组成。其中低压指 尖环为一个"L"形薄壁结构，在其对应的转子上加工有气动升力槽。工作时依靠气动力使 指尖环与转子脱离接触并保持较小的间隙。由于该结构是一种非接触式密封结构，发热量 小，所以能够适应很高的使用温度与密封线速度。但低压指尖环的"L"形薄壁结构加工精 度要求很高，且极易变形，因此在制造大尺寸密封结构时很难保证精度要求，所制成的产品 经常存在封严性能欠佳的问题。再加上该结构只能采用单件生产，效率低，生产成本较高， 限制了应用推广。此外，在其对应的转子上加工有气动升力槽的工艺也较复杂，进一步增加 了生产成本。
发明内容
本发明的目的为了解决现有技术指尖密封结构封严性能欠佳、加工复杂、生产成 本较高的问题，本发明提供了一种封严性好、加工方便、生产成本较低的渐开线型指尖密封 结构。
本发明的技术方案一种渐开线型指尖密封装置，其由前挡板、后挡板和设置在二
者之间的若干层指尖片组成，其中所述指尖片从其内径处开有渐开线型排列的指身，所述
两个相邻指身之间构成密封靴，且相邻两个指尖片之间的指身相互错开。 后挡板临近渐开线型指尖密封装置安装的转子传动轴处设有篦齿环。 每层指身的缝隙正好位于相邻指尖片指身的正中位置。
所述指身的渐开线基圆直径小于密封直径。 所述指尖片上设有若干对装配孔，且相邻指尖片之间成对的装配孔交错排列。 所述指尖片由金属或C/C复合材料制成。 各指身尺寸和线型均相等，且强度一致。 所述前挡板和后挡板均为环形的板状结构。 所述前挡板、后挡板和指尖片采用铆钉铆接或焊接方式连接。 本发明的有益效果本发明渐开线型指尖密封结构通过渐开线型指身的设计，具 有等强度特性，且沿径向弯曲，从而可适应轴的振动以及转子和密封装置由于离心力和热 变形产生的相对位移和较大的转子轴向位移。而且相连指尖片之间的指身相互错开，指尖 密封能够在整个寿命周期中保持与转子之间的微小间隙，从而达到提高封严性能，减小泄 漏的目的。而且通过在后挡板设置篦齿环结构，从而综合指尖密封和篦齿密封的优点，进一 步提高了装置的封严性。本发明能够在刷式密封的基础上再提高20% 50%的封严性能， 同时降低加工成本约50%，从而为燃气涡轮发动机提供一种能够在高温、高速条件下长期 使用、并具有优良封严性能，低成本的密封装置。本发明结构简单，仅有前挡板、指尖片和后 挡板三部分组成，具有加工工艺简单，成本低，适合制造各种尺寸的密封装置，满足大批量 生产要求的特点。此外，本发明渐开线型指尖密封结构不再需要在转子上加工气动升力槽， 因此进一步降低了生产成本，具有较大的应用价值。
图1是本发明渐开线型指尖密封装置第一实施方式的结构示意图；
图2是图1中指尖片3的正视图；
图3是图2的局部放大图； 图4是本发明渐开线型指尖密封装置第二实施方式的结构示意图； 其中，l-前挡板、2-后挡板、3-多层指尖片、4-指身、5-密封靴、6-装配孑L、7-篦齿环。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明 请参阅图1，其是本发明渐开线型指尖密封装置一较佳实施方式的结构示意图。所 述渐开线型指尖密封装置由前挡板1、后挡板2和设置在二者之间的六层指尖片3组成，且 所述前挡板1、后挡板2和指尖片3采用铆钉铆接或焊接方式连接。其中，所述前挡板1是 一块环形的板状结构，主要作用是对指尖片3进行支撑和保护，该结构与流体静压型指尖 密封结构的前衬环相似，但同时具有前衬环和前隔环的功能。所述后挡板2也为一块环形 的板状结构，主要作用是对指尖片3进行支撑和保护，该结构与流体静压型指尖密封的后 衬环结构类似，但取消了后隔环结构。所述指尖片3是一叠精密机械加工的金属箔片，每个 金属箔片的内径处都用机械方法加工出一系列的指身4和密封靴5，本实施方式中，密封直 径600mm，指尖片厚度0. 15mm，基圆半径50mm，指身数量210个，指身长度78mm。
请同时参阅图2和图3，其中图2是图1指尖片的正视图，图3是图2的局部放大 图。其中，所述指身4采用渐开线型线设计，为渐开线型缝隙，其渐开线基圆直径小于密封
4直径，且具有等强度特性，同时使每层指身4的缝隙正好位于相邻指尖片指身的正中位置， 因此相邻层指尖片彼此交错，从而保证封严性能。另外，指尖片3上两个相邻指身4靠近内 径与转子接触处之间构成密封靴5，所述密封靴5与转子表面的接触力较小，使得指尖密封 能够适应航空发动机高温、高速的工作条件。另外，每个指尖片上3还有若干成对的装配孔 6，装配时不同指尖片3之间成对的孔交错排列，以便使每层指身4的缝隙被相邻层的指身 覆盖。 本发明渐开线型指尖密封装置根据使用条件与轴或转子采用很小的间隙或过盈 配合。其中，设置在前挡板1和后挡板2之间的各指针片3之间通过交错排列的指身4和 与转子接触的密封靴5阻止气流的通过，从而实现封严，避免泄漏。而且所述指身4为渐开 型设计，具有等强度特性，且沿径向弯曲，从而可适应轴的振动以及转子和密封装置由于离 心力和热变形产生的相对位移。所以指尖密封能够在整个寿命周期中保持与转子之间的微 小间隙，从而达到提高封严性能，减小泄漏的目的。 本实施方式中，所述六层指尖片3具有相同的结构参数，在加工时可以将数十片 金属箔片叠在一起，采用线切割等方法一次加工成型，因此具有较高的生产效率。采用渐开 线型线指身设计可以通过调整基园直径等少量结构参数来优化调节指尖密封的封严性能， 摩擦磨损速率等性能参数，使之达到使用者的要求。 请参阅图4，其是本发明渐开线型指尖密封装置第二实施方式的结构示意图。本实 施方式中，所述渐开线型指尖密封装置也由前挡板1、后挡板2和设置在二者之间的六层指 尖片3组成。其中，所述指尖片3为C/C复合材料制成，所述后挡板2沿着转子轴向设置有 篦齿环7，从而可以实现转子的轴向篦齿密封。本实施方式将指尖密封和篦齿密封结合在一 起，使航空燃气涡轮发动机轴承腔具有更好的密封效果，同时结构简单、重量轻、封严性能 好、耐压，耐久性满足长寿命燃气涡轮发动机需求，便于装配，能适应转子的轴向位移。本实 施方式中的，基本参数如下密封直径30mm，指尖片厚度1. 5mm，基圆半径4mm，指身数量18 个，指身长度6mm。 本实施方式由于指尖片采用了密度低，弹性模量小的C/C复合材料，因此在相同 重量指标下C/C复合材料指尖片可以设计得更厚，径向尺寸更小，从而大大降低了加工难 度，提高了质量，带来比采用金属材料加工的指尖密封更优的封严性能。另外，C/C复合材料 的指尖密封和篦齿密封采用相对独立的结构设计，因此当其中一个密封结构出现故障时， 另一个结构还能正常工作，从而提高了整个装置的可靠性与安全性。而且由于指尖片为复 合材料制成，因此可以通过调整指身4的刚度来降低密封靴5和转子之间的接触力，降低复 合式指尖密封的发热量，达到需要滑油冷却的程度，从而减轻航空发动机润滑系统的负担 和重量。由于指尖片采用C/C复合材料制造，避免了金属磨损物的产生，因此可以用于轴承 腔的密封。由于复合式指尖密封的使用寿命长，可满足长寿命发动机的全寿命使用要求，因 此具有较低的使用成本。 上述两个实施方式揭示了本发明渐开线型指尖密封装置的两个较佳实施方式，但 本发明不限于上述实施方式，在上述实施方式所揭示的基础上还可以作进一步的改进。如 本发明渐开线型指尖密封装置中指尖片的层数不限于6层，其层数可根据实际密封性能的 需求作添加或减少，但应多于2片，且最多层数没有技术上的限制，可根据结构空间大小和 性能需要确定。另外，每层指尖片上的指身数量没有技术上的限制，可根据密封直径和密封线速度选取，其中，指身越密集，密封性能越佳，相应的指尖片层数可以相对较少，当相应制 造难度会有所提高，因此指身数目可以更具实际密封性能要求做调整。
权利要求
一种渐开线型指尖密封装置，其由前挡板(1)、后挡板(2)和设置在二者之间的若干层指尖片(3)组成，其特征在于所述指尖片从其内径处开有渐开线型排列的指身(4)，所述指身(4)自由端形成密封靴(5)，且相邻两个指尖片(3)之间的指身(4)相互错开。
2. 根据权利要求1所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于后挡板(2)临近渐开 线型指针密封装置所安装的转子传动轴处设有篦齿环(7)。
3. 根据权利要求2所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于每层指身(4)的缝隙 正好位于相邻指尖片指身(4)的正中位置。
4. 根据权利要求3所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于所述所述指身(4)的 渐开线基圆直径小于密封直径。
5. 根据权利要求4任一项所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于各指身(4)尺 寸和线型均相等，且强度一致。
6. 根据权利要求5任一项所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于所述指尖片(3) 由金属或C/C复合材料制成。
7. 根据权利要求6任一项所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于所述指尖片(3) 上设有若干对装配孔(6)，且相邻指尖片(3)之间成对的装配孔(6)交错排列。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于所述前挡 板(1)和后挡板(2)均为环形的板状结构。
9. 根据权利要求1至7任一项所述的渐开线型指尖密封装置，其特征在于所述前挡 板(D、后挡板(2)和指尖片(3)采用铆钉铆接或焊接方式连接。
全文摘要
本发明涉及一种密封结构，尤其是关于一种发动机内用于控制二次流泄漏的指尖密封结构。所述渐开线型指尖密封装置由前挡板(1)、后挡板(2)和设置在二者之间的若干层指尖片(3)组成，其特征在于所述指尖片从其内径处开有渐开线型的指身(4)，所述指身(4)自由端形成密封靴(5)，且相邻两个指尖片(3)之间的指身(4)相互错开。本发明渐开线型指尖密封结构通过渐开线型指身的设计，并通过结合指尖密封和篦齿密封的特点，具有较高封严性能，能有效减小泄漏。同时具有结构简单、加工方便、成本较低，适合批量生产，具有较大的实际应用价值。
文档编号F16J15/16GK101749055SQ20091026009
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者吴瑕, 周连杰, 徐鹏飞, 汪凯, 罗健, 肖育祥, 胡海涛, 赵亚飞, 郭永庆 申请人:中国燃气涡轮研究院