CN108952826B - 气压弹性封严装置及燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压弹性封严装置及燃气涡轮发动机，气压弹性封严装置包括第一外环、第二外环、定位部件以及封严部件；所述第一外环与所述第二外环相对设置，所述第一外环与所述第二外环之间形成容纳空间；所述第一外环设置有环形凸台；所述第二外环上设置有环状限位槽；所述定位部件设置于所述第二外环上，并沿所述第二外环的轴向方向朝向所述第一外环延伸，并至少部分设置在所述容纳空间内，该部分称为导向段；所述封严部件设置在所述导向段上。燃气涡轮发动机包括上述的气压弹性封严装置。本发明通过采用双层封严片串装，两层封严片扇形段缺口错列排布，大大降低了封严泄漏面积，提高了封严效率，方便安装。

Description

气压弹性封严装置及燃气涡轮发动机

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种气压弹性封严装置及燃气涡轮发动机。

背景技术

先进密封技术对燃气涡轮发动机具有低投入、高回报的特点，与通过改进叶片结构设计来提高发动机性能的途径相比，在效果相近的条件下，采用先进密封技术所需费用要低得多。随着燃气涡轮发动机设计水平的提高，燃气流道边界部件间的静密封对发动机总体性能和效率的影响也越来越引起重视。燃气涡轮发动机自身的冷却空气，通过涡轮燃气流道边界的静子部件之间的安装缝隙向涡轮燃气流道泄露，过多的冷却空气以近乎垂直于主流燃气的角度泄漏到涡轮燃气流道中，引起局部燃气流动紊乱，加上冷热气流掺混损失，造成涡轮效率降低，进而发动机性能降低。

目前针对该种情形的封严，应用较多的为螺栓紧密连接封严结构，螺栓连接紧密封严结构是通过螺栓将涡轮燃气流道边界的静子部件直接连接起来，形成一个密闭的筒体，阻隔燃气通过边界向外泄露，螺栓连接结构虽然能够实现涡轮燃气流道边界静子部件之间的紧密封严，但需要精细考虑径向、轴向的热变形量，热设计难度非常大，在材料性能匹配、连接结构设计等方面需开展大量的工作，否则很容易出现热疲劳、变形、裂纹等问题，而且长时间在高温环境中工作，连接处容易粘连，不易分解，由于零件表面存在粗糙度，螺栓连接的两个部件实际上很难实现完全密封，燃气流道内侧燃气压力远远高于外侧，燃气将不可避免的从螺栓连接的配合面缝隙发生泄漏，导致材料过热而引发一系列问题。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却装置来克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种气压弹性封严装置，用于燃气涡轮发动机流道边界部件的密封，包括第一外环、第二外环、定位部件以及封严部件；所述第一外环与所述第二外环相对设置，所述第一外环与所述第二外环之间形成容纳空间；所述第一外环设置有环形凸台；所述第二外环上设置有环状限位槽；所述定位部件设置于所述第二外环上，并沿所述第二外环的轴向方向朝向所述第一外环延伸，并至少部分设置在所述容纳空间内，该部分称为导向段；所述封严部件设置在所述导向段上；其中，所述第一外环用于与第一燃气流道边界部件连接；所述第二外环用于与第二燃气流道边界部件连接；所述封严部件能够受力从而在所述导向段上沿所述导向段轴向方向运动，从而形成封闭位置；在所述封闭位置，所述封严部件将所述容纳空间分割成第一空间以及第二空间，且能够防止所述第一空间内的气体与所述第二空间内的气体交换；所述环状限位槽以及所述环形凸台配合，用于限制所述封严部件在所述导向段轴向方向的移动距离。

优选的，所述封严部件上设有第一安装孔和第二安装孔，所述定位部件穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔；所述第一安装孔为跑道形孔，与所述定位部件相配合用于限制所述封严部件沿所述第二外环径向方向运动并且为所述封严部件沿所述第二外环周向方向的变形膨胀提供补偿量；所述第二安装孔为圆形孔，与所述定位部件相配合用于限制所述封严部件沿所述第二外环径向方向和周向方向运动。

优选的，所述封严部件包括第一封严片组和第二封严片组，所述第一封严片组设置有所述第一安装孔和所述第二安装孔，所述第二封严片组设置有所述第一安装孔和所述第二安装孔，所述第一封严片组靠近所述第一外环装置，所述第二封严片组远离所述第一外环装置。

优选的，所述第一封严片组包括至少两片扇形结构的第一封严片，所述第二封严片组包括至少两片扇形结构的第二封严片，每相邻两所述第一封严片之间形成第一缺口，每相邻两所述第二封严片上形成第二缺口，所述第一缺口与所述第二缺口沿所述第一封严片的周向方向交错分布。

优选的，所述第一封严片上设有通气孔。

优选的，所述定位部件包括多个第一定位销和多个第二定位销，各个所述第一定位销和各个所述第二定位销均设于所述第二外环上，所述第一定位销的个数等于所述第一安装孔和所述第二安装孔的个数之和；所述第二定位销的个数与所述第二封严片的个数相同。

优选的，一个所述第一定位销穿过一个所述第一安装孔或穿过一个所述第二安装孔。

优选的，所述第二定位销沿所述第二外环轴向并朝向所述第一外环侧延伸。

在另一方面，本发明还提供一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括上述的气压弹性封严装置。

优选的，还包括流道边界部件，所述第一外环与所述第二外环分别与所述流道边界部件连接。

本发明通过采用双层封严片串装，两层封严片扇形段缺口错列排布，大大降低了封严泄漏面积，提高了封严效率；封严片安装在固定的第一定位销上，实现径向定位及轴向导引移动，使用第二定位销钉及环状限位槽限制封严片移动幅度，保证了封严片按预定封严模式实现可靠封严；封严片扇形结构扇之间留有缝隙，以及封严片上跑道形第一安装孔的设计，有利的补偿了热变形膨胀，方便安装。

在另一方面，本发明还提供一种燃气涡轮发动机，相比于改进前的燃气涡轮发动机，本发明提供的燃气涡轮发动机能够有效地阻断燃气通道内的低压燃气与外界高压冷气的混合。

附图说明

图1是本发明实施例提供的气压弹性装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的封严部件处于封闭位置时的示意图；

图3是本发明实施例提供的封严部件结构示意图。

附图标记：

10、第一外环；11、环形凸台；20、第二外环；21、环状限位槽；30、定位部件；31、导向段；32、第一定位销；33、第二定位销；40、封严部件；41、第一安装孔；42、第二安装孔；43、第一封严片；44、第二封严片；45、通气孔；50、第一流道边界部件；60、第二流道边界部件。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的实施例提供一种气压弹性封严装置，用于在气压推动作用下将发动机流道边界部件处的缝隙封严。

参见图1和图2，一种气压弹性封严装置，包括第一外环10、第二外环20、定位部件30以及封严部件40。

其中，第一外环10与第二外环20相对设置，由第一外环10和第二外环20形成容纳空间，第一外环上设置有环形凸台11，第二外环上设置有环状限位槽21。可以理解的是，容纳空间用于容纳环形凸台11和环状限位槽21等部件，并且容纳空间与外界空间连通。

在一些可选的实施方式中，在第一外环10上远离第一外环10圆心的边沿处朝向第二外环20延伸形成环形凸台11，在第二外环20上靠近第二外环20圆心处的边沿朝向第一外环10延伸并且朝向远离第二外环20圆心的方向弯曲形成环状限位槽21，为保证封严装置40的封严性，环形凸台11和环状限位槽21的边缘位于同一平面内。

定位部件30设置于第二外环20上，并沿第二外环20的轴向方向朝向第一外环10延伸，并至少部分设置在容纳空间内，该部分称为导向段31，封严部件40设置在导向段31上。可以理解的是，定位部件30延伸至容纳空间的部分可以是延伸至容纳空间的中部，也可以是延伸至第一外环10相对于第二外环20的侧面处，只要保证导向段31的延伸端超出环状限位槽21的边缘部分即可，封严部件40能够在导向段31上沿其轴向方向运动，并且封严部件40部分设置在环状限位槽21中，环状限位槽21限制封严部件40在导向段31上的移动距离。

通过环状限位槽21将封严部件40的移动距离限制在很小的范围内，能够避免封严部件40移动距离过大，从而在移动过程中倾斜角度过大，导致封严失效。

第一外环10用于与第一燃气流道边界部件50连接，第二外环20用于与第二燃气流道边界部件60连接，本领域技术人员能够理解的是，涡轮发动机上的第一燃气流道边界部件50和第二燃气流道边界部件60内部设有燃气通道，并且在第一燃气流道边界部件50和第二燃气流道边界部件60之间形成有间隙，该间隙与容纳空间连通，在涡轮发动机工作过程中，燃气流道内部流通有低压燃气，在其外界条件下存在有高压冷气，由于高压冷气和低压燃气之间存在压差，通过该压差会推动封严部件40在导向段31上运动，并形成封闭位置。

需要说明的是，在封严部件40处于封闭位置时，通过封严部件40将容纳空间分割成第一空间以及第二空间，且能够防止第一空间内的气体和第二空间内的气体交换，即将低压燃气与高压冷气分割开来，阻止高压冷气进入燃气流道，从而引起局部燃气流动紊乱，进而使涡轮发动机的性能降低。

参见图3，封严部件40上设有第一安装孔41和第二安装孔42，定位部件30穿过第一安装孔41和第二安装孔42；其中，第一安装孔41与定位部件30相配合用于限制封严部件40沿第二外环20径向方向运动并且为封严部件沿第二外环20周向方向的变形膨胀提供补偿量，优选的，第一安装孔41为沿第二外环20周向方向的跑道形孔，该跑道形孔为弯曲的长条形类似跑道，并且沿第二外环20的周向分布，当然第一安装孔41不限于上述的形状，还可以是其他的形状，例如，第一安装孔41为椭圆形孔，其短轴方向与第一外环10或第二外环20的半径方向相同；第二安装孔42与定位部件30配合用于限制封严部件40沿第二外环20径向方向和周向方向运动，例如，第二安装孔42为圆形孔。在封严过程中，第一安装孔41能够限制封严部件40沿第二外环20径向方向运动并且也能够为封严部件40沿第二外环20周向方向的变形膨胀提供补偿量，避免由于封严部件40变形导致的封严性能降低，第二安装孔42与第一安装孔41相配合，进一步地限制封严部件40沿第二外环20径向方向和周向方向运动。

在一些可选的实施例中，封严部件40包括第一封严片组和第二封严片组，第一封严片组设置有第一安装孔41和第二安装孔42，第二封严片组设置有第一安装孔41和第二安装孔42，第一封严片组靠近第一外环10设置，第二封严片组远离第一外环10设置。在本实施例中，第一封严片组可以设置有第一安装孔41，第二封严片组可以设置有第二安装孔42；或者，也可以是第一封严片组设置有第二安装孔42，第二封严片组设置有第一安装孔41，其具体设置方式，本领域技术人员可以在实际应用中根据具体需要来进行设置，只要保证安装孔的形状不变即可，第一安装孔41和第二安装孔42的数量在此也不作限定。

第一封严片组包括至少两片扇形结构的第一封严片43，第二封严片组包括至少两片扇形结构的第二封严片44，每相邻两个第一封严片43之间形成第一缺口，每相邻两个第二封严片44之间形成第二缺口，第一缺口和第二缺口沿第一封严片41的周向方向交错分布。由于第一缺口和第二缺口的交错分布设置，能够在封严片发生周向变形时对膨胀量进行补偿，以防止由于封严片变形而导致封严性能下降。

参见图2和图3，第一封严片43上设置有通气孔45，使得在第一封严片43和第二封严片44之间形成了一个中压区，这就使得在第一封严片43和第二封严片44两侧均形成了一定的气压梯度，从而使得第一封严片43和第二封严片44同时具有向第一外环10侧移动的趋势，最终两层封严片贴紧实现密封，通过在第一封严片43上设置通气孔45，能够保证第一封严片43在移动过程中不会发生气振抖动，更加有利于封严部件40的密封性。

在一些可选的实施例中，定位部件30包括多个第一定位销32和多个第二定位销33，各个第一定位销32和各个第二定位销33均设于第二外环20上，其中，导向段33属于第一定位销32朝向第一外环10延伸的部分。为保证第一定位销32能够安装到第一安装孔41和第二安装孔42中，第一定位销32的个数等于第一安装孔41和第二安装孔42的个数之和，通过在每一个安装孔中设置定位销，能够保证封严片在移动过程中，不会发生倾斜，从而影响到封严效果。

第二定位销33的个数与第二封严片44的个数相同，第二定位销33沿第二外环20轴向并朝向第一外环10侧延伸，用于限制封严片朝向第二外环20移动，通过第二定位销33与环状限位槽21之间的配合，能够将封严部件40在导向段31轴向方向的移动距离限制在很小的范围内，以防止移动距离过大导致封严部件40倾斜。

在另一方面，本发明还提供一种燃气涡轮发动机，包括上述的气压弹性封严装置，燃气涡轮发动机还包括第一流道边界部件50和第二流道边界部件60，第一外环10与第一流道边界部件50连接，第二外环20与第二流道边界部件60连接，用于封严燃气涡轮发动机的燃气通道，阻断燃气通道内的低压燃气与外界高压冷气的混合。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种气压弹性封严装置，用于燃气涡轮发动机流道边界部件的密封，其特征在于，包括第一外环、第二外环、定位部件以及封严部件；

所述第一外环与所述第二外环相对设置，所述第一外环与所述第二外环之间形成容纳空间；所述第一外环设置有环形凸台；所述第二外环上设置有环状限位槽；

所述定位部件设置于所述第二外环上，并沿所述第二外环的轴向方向朝向所述第一外环延伸，并至少部分设置在所述容纳空间内，该部分称为导向段；所述封严部件设置在所述导向段上；其中，

所述第一外环用于与第一燃气流道边界部件连接；

所述第二外环用于与第二燃气流道边界部件连接；

所述封严部件能够受力从而在所述导向段上沿所述导向段轴向方向运动，从而形成封闭位置；

在所述封闭位置，所述封严部件将所述容纳空间分割成第一空间以及第二空间，且能够防止所述第一空间内的气体与所述第二空间内的气体交换；

所述环状限位槽以及所述环形凸台配合，用于限制所述封严部件在所述导向段轴向方向的移动距离。

2.根据权利要求1所述的气压弹性封严装置，其特征在于，所述封严部件上设有第一安装孔和第二安装孔，所述定位部件穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔；

所述第一安装孔为跑道形孔，与所述定位部件相配合用于限制所述封严部件沿所述第二外环径向方向运动并且为所述封严部件沿所述第二外环周向方向的变形膨胀提供补偿量；

所述第二安装孔为圆形孔，与所述定位部件相配合用于限制所述封严部件沿所述第二外环径向方向和周向方向运动。

3.根据权利要求2所述的气压弹性封严装置，其特征在于，所述封严部件包括第一封严片组和第二封严片组，所述第一封严片组设置有所述第一安装孔和所述第二安装孔，所述第二封严片组设置有所述第一安装孔和所述第二安装孔，所述第一封严片组靠近所述第一外环装置，所述第二封严片组远离所述第一外环装置。

4.根据权利要求3所述的气压弹性封严装置，其特征在于，所述第一封严片组包括至少两片扇形结构的第一封严片，所述第二封严片组包括至少两片扇形结构的第二封严片，每相邻两所述第一封严片之间形成第一缺口，每相邻两所述第二封严片上形成第二缺口，所述第一缺口与所述第二缺口沿所述第一封严片的周向方向交错分布。

5.根据权利要求4所述的气压弹性封严装置，其特征在于，所述第一封严片上设有通气孔。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的气压弹性封严装置，其特征在于，所述定位部件包括多个第一定位销和多个第二定位销，各个所述第一定位销和各个所述第二定位销均设于所述第二外环上，所述第一定位销的个数等于所述第一安装孔和所述第二安装孔的个数之和；所述第二定位销的个数与所述第二封严片的个数相同。

7.根据权利要求6所述气压弹性封严装置，其特征在于，一个所述第一定位销穿过一个所述第一安装孔或穿过一个所述第二安装孔。

8.根据权利要求6所述的气压弹性封严装置，其特征在于，所述第二定位销沿所述第二外环轴向并朝向所述第一外环侧延伸。

9.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的气压弹性封严装置。

10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，还包括流道边界部件，所述第一外环与所述第二外环分别与所述流道边界部件连接。

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