[发明专利]一种周向变截面篦齿封严结构

说明书

本发明公开了一种周向变截面篦齿封严结构，包括转轴,转轴外同轴套设有封严衬套，其中：转轴上设置有多个轴向排布的周向变截面封严篦齿，周向变截面封严篦齿的外周面与封严衬套内环面间隙配合，每个周向变截面封严篦齿的封严壁面表面均加工深度逐渐变化的浅槽，相邻周向变截面封严篦齿之间的浅槽位置交错布置，使相邻周向变截面封严篦齿之间的齿间周向流通面积在连续收缩与扩张之间变化，使沿周向变截面封严篦齿周向流动的气流在连续收缩、扩张流动中降低流动能量。同时,在本发明具有能有效增大了气流周向流动耗散，削弱气流流动总动能的优点。浅槽内部布置交错分布的间断扰流肋,对泄漏流进行第二次阻碍,进一步增强流动耗散,降低流体泄漏量。

技术领域

本发明属于航空宇航发动机密封的技术领域，具体涉及一种周向变截面篦齿封严结构。

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。研究表明：国内外现役发动机机中空气密封设备主要采用篦齿封严结构，其密封性能的进一步改进主要集中在主要齿形参数（包括）的优化设计，主要着眼点为减少气流的轴向流动。目前篦齿封严结构参数的优化主要着眼于减少气流的轴向流动，但是实际工况中，涡轮转子部件处于高速旋转中，篦齿封严的周向速度能够达到50m/s以上，气流周向流动不可忽略，因此，降低气流的周向流动能够起到明显的降低总流量的目的。而传统的篦齿封严结构周向为光滑流道，流阻较小，难以起到强化周向耗散，衰减流动能量的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能有效增大了气流周向流动耗散，削弱气流流动总动能的一种周向变截面篦齿封严结构。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种周向变截面篦齿封严结构，包括转轴,转轴外同轴套设有封严衬套，其中：转轴上设置有多个轴向排布的周向变截面封严篦齿，周向变截面封严篦齿的外周面与封严衬套内环面间隙配合，每个周向变截面封严篦齿的封严壁面表面均加工深度逐渐变化的浅槽，相邻周向变截面封严篦齿之间的浅槽位置交错布置，使相邻周向变截面封严篦齿之间的齿间周向流通面积在连续收缩与扩张之间变化，使沿周向变截面封严篦齿周向流动的气流在连续收缩、扩张流动中降低流动能量。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的每个周向变截面封严篦齿上的浅槽由若干组渐变槽单元组成，每组渐变槽单元包括依次设置的高阶台、渐扩浅槽、深槽以及渐缩浅槽，且槽深度深槽＞渐扩浅槽=渐缩浅槽＞高阶台，相邻渐变槽单元首尾相接，形成交替的渐扩渐缩通道。

上述的深槽、渐扩浅槽以及渐缩浅槽均为矩形槽，深槽的深度是渐扩浅槽或渐缩浅槽的两倍，渐扩浅槽与渐缩浅槽形状相同，渐扩浅槽的长度与深度之比小于6.5，大于1.7；渐扩浅槽的宽度与深度度之比小于3.6，大于1.5。

上述的相邻渐变槽单元之间的周向角度在30°至60°之间。

上述的渐扩浅槽与高阶台之间通过第一引导曲面连接，第一引导曲面使渐扩浅槽1与高阶台之间平滑过渡，以便流体进入渐扩浅槽1。