高温部位大端面密封装置及方法与流程

本发明涉及端面密封技术领域，特别地，涉及一种高温部位大端面密封装置，此外，还涉及一种高温部位大端面密封方法。

背景技术：

对于许多在高温工作环境中需要密封连接的大型零件，由于零件的结合面径向尺寸比较大，难以通过铺设密封垫片使零件密封连接，因此通过零件端面的平面度贴合密封，但由于长期处于高温工作环境，零件的端面容易变形，从而影响结合面的密封效果，特别是对于薄壁类零件。例如在航空发动机中，燃烧室机匣与后外套是通过若干个螺栓和自锁螺母连接后，结合面涂覆耐热漆，在装配时，需要记录涂胶时间，以保证发动机在试车时，耐热漆已经完全固化。该结合面径向尺寸较大，约690mm，且为薄壁结构，不易使用垫片等密封结构，主要靠本身平面度贴合和来进行密封。发动机在工作时，机匣和后外套很容易变形，端面会产生不平度，导致密封不良。由于变形问题难以消除，导致端面贴合密封的密封效果差。

技术实现要素：

本发明提供了一种高温部位大端面密封装置及密封方法，以解决现有的高温工作环境中零件通过端面贴合密封的密封效果差的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种高温部位大端面密封装置，用于航空发动机的燃烧室机匣与后外套之间的结合面在高温工作环境中结合面的密封，结合面径向尺寸为500mm～800mm，包括沿周向设于燃烧室机匣端面上和/或后外套端面上用于形成环形容纳腔体的环形凹槽以及铺设于环形凹槽内用于利用压缩变形形成环形密封并利用自身的回弹以补偿结合面热效应产生的变形的软金属丝，软金属丝的径向尺寸大于环形凹槽的深度，通过燃烧室机匣和后外套连接后软金属丝的压缩变形以使燃烧室机匣和后外套之间的结合面密封贴合。

进一步地，软金属丝的长度大于环形凹槽的周长，软金属丝的两端搭接构成环形，搭接长度为4mm～15mm。

进一步地，软金属丝的径向尺寸为环形凹槽的宽度的0.5倍-0.7倍。

根据本发明的另一方面，还提供一种高温部位大端面密封方法，用于航空发动机的燃烧室机匣与后外套之间的结合面在高温工作环境中的密封，结合面径向尺寸为500mm～800mm，结合面，包括以下步骤：在燃烧室机匣端面上和/或后外套端面上沿结合面的周向开设环形凹槽；将软金属丝的一端固定于环形凹槽内之后沿环形凹槽铺设于环形凹槽内；通过连接件将燃烧室机匣和后外套装配固定，环形凹槽内的软金属丝压缩使燃烧室机匣和后外套结合面密封贴合。

进一步地，在燃烧室机匣和/或后外套端面处开设环形凹槽之前，还包括以下步骤，根据燃烧室机匣和后外套结合面的尺寸确定环形凹槽和软金属丝的尺寸。

进一步地，确定环形凹槽和软金属丝的尺寸，包括以下步骤：确定环形凹槽的宽度，环形凹槽的宽度为结合面宽度的0.1倍-0.3倍；选取径向尺寸为环形凹槽宽度的0.5倍-0.7倍的软金属丝；确定环形凹槽的深度，环形凹槽的深度为软金属丝径向尺寸的0.6倍-0.7倍。

进一步地，确定环形凹槽和软金属丝的尺寸，还包括以下步骤：软金属丝比环形凹槽长4mm-15mm。

进一步地，确定环形凹槽和软金属丝的尺寸，包括以下步骤：确定环形凹槽的宽度，环形凹槽的宽度为结合面宽度的0.1倍-0.3倍；选取径向尺寸小于环形凹槽宽度的软金属丝且环形凹槽的宽度为软金属丝径向尺寸的整数倍；确定环形凹槽的深度，环形凹槽的深度为软金属丝径向尺寸的0.6倍-0.7倍。

进一步地，铺设软金属丝，包括以下步骤：将软金属丝贴合于环形凹槽的一侧壁面后盘旋式铺满于环形凹槽内。

进一步地，铺设软金属丝之前，对环形凹槽的表面进行处理，确保槽底光滑平整，将软金属丝拉直；铺设软金属丝时，将软金属丝的一端固定于环形凹槽内之后沿环形凹槽铺设于环形凹槽内且每铺一段后在环形凹槽内涂覆粘合胶或者以点焊的方式将软金属丝固定于环形凹槽内。

本发明具有以下有益效果：

本发明的高温部位大端面密封装置，通过延端面的周向设于燃烧室机匣和/或后外套端面处的环形凹槽以及铺设于环形凹槽内的软金属丝的厚度大于环形凹槽的深度，通过将燃烧室机匣和后外套连接后使软金属丝受到挤压后压缩变形，从而燃烧室机匣和后外套结合面密封贴合；由于软金属丝具有良好的机械强度和非常高的耐热强度且具有弹性变形的能力，因此当燃烧室机匣和后外套在高温工作环境中端面处产生变形时，通过软金属丝的自动回弹补偿由于结合面变形所产生的缝隙，确保燃烧室机匣和后外套结合面密封贴合。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的高温部位大端面密封装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的是软金属丝的结构示意图。

图例说明：

1、燃烧室机匣；2、后外套；3、环形凹槽；4、软金属丝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的高温部位大端面密封装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的是软金属丝的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的高温部位大端面密封装置，用于航空发动机的燃烧室机匣1与后外套2之间的结合面在高温工作环境中结合面的密封，结合面径向尺寸为500mm～800mm，其特征在于，包括沿周向设于燃烧室机匣1端面上和/或后外套2端面上用于形成环形容纳腔体的环形凹槽3以及铺设于环形凹槽3内用于利用压缩变形形成环形密封并利用自身的回弹以补偿结合面热效应产生的变形的软金属丝4，软金属丝4的径向尺寸大于环形凹槽3的深度，通过燃烧室机匣1和后外套2连接后软金属丝4的压缩变形以使燃烧室机匣1和后外套2之间的结合面密封贴合。本发明的高温部位大端面密封装置，通过延端面的周向设于燃烧室机匣1和或后外套2端面处的环形凹槽3以及铺设于环形凹槽3内的软金属丝4且软金属丝4的厚度大于环形凹槽3的深度，通过将燃烧室机匣1和后外套2连接后使软金属丝4受到挤压后压缩变形，从而燃烧室机匣1和后外套2结合面密封贴合；由于软金属丝4具有良好的机械强度和非常高的耐热强度且具有弹性变形的能力，因此当燃烧室机匣1和后外套2在高温工作环境中端面处产生变形时，通过软金属丝4的自动回弹补偿由于结合面变形所产生的缝隙，确保燃烧室机匣1和后外套2结合面密封贴合。软金属丝4采用硬度为40hb到80hb之间的软金属材料制成。可选地，软金属丝4为铜丝、镍丝、铜镍合金丝和/或铝镁合金丝。可选地，燃烧室机匣1和/或后外套2端面设有多个环形凹槽3且环形凹槽3内均铺设软金属丝4。燃烧室机匣1的工作温度高于后外套2的工作温度，环形凹槽3设于燃烧室机匣1端面处。工作温度高的燃烧室机匣1的安装边更加易于变形，通过将环形凹槽3设于燃烧室机匣1端面以通过环形凹槽3内的软金属丝4的自动回弹及时补偿燃烧室机匣1端面处的变形所产生的缝隙。燃烧室机匣1的安装边的壁厚小于后外套2的安装边的壁厚，环形凹槽3设于燃烧室机匣1端面处。安装边壁厚较小的燃烧室机匣1更加易于变形，通过将环形凹槽3设于燃烧室机匣1端面以通过环形凹槽3内的软金属丝4的自动回弹及时补偿由于燃烧室机匣1端面处的变形所产生的缝隙。软金属丝4与环形凹槽3的贴合面之间设有固定结构。多个固定结构沿环形凹槽3的周向均匀分布。固定机构为粘合胶。或者软金属丝4与环形凹槽3通过焊接固定。

如图1和图2所示，软金属丝4的长度大于环形凹槽3的周长，软金属丝4的两端搭接构成环形，搭接长度为4mm-15mm。软金属丝4的两端沿环形槽的宽度方向搭接并分别与环形凹槽3的两槽壁面贴合。当燃烧室机匣1和后外套2的连接后，软金属丝4受到挤压后软金属丝4的厚度变小而长度变长，当通过自动回弹以补偿结合面之间的缝隙的同时软金属丝4的长度变短，为避免软金属丝4变短后使软金属的两端之间出现间隙而影响燃烧室机匣1和后外套2结合面的密封效果，通过长度大于环形凹槽3的周长的软金属丝4铺设于环形凹槽3内且软金属丝4的两端搭接，使得软金属丝4在自动回弹后长度变短时软金属丝4的两端仍然贴合。通过将软金属丝4的两端并排搭接后分别与环形凹槽3的两槽壁面贴合，使位于结合面之间软金属丝4的厚度均相等，因此软金属丝4压缩变形后的厚度也相等，从而确保燃烧室机匣1和后外套2密封连接。

如图1和图2所示，在本实施例中，软金属丝4的径向尺寸为环形凹槽3的宽度的0.5倍-0.7倍。便于将软金属丝4的两端搭接与环形凹槽3内。若软金属丝4的径向尺寸小于环形凹槽3的宽度的一半则软金属丝4的两端搭接后与环形凹槽3的两槽壁面之间存在间隙，当燃烧室机匣1和后外套2的结合面出现变形时，压缩变形后的软金属丝4通过自动回弹以补偿结合面之间的缝隙时，软金属丝4会沿端面径向回弹而无法及时补偿结合面之间的轴向缝隙。可选地，通过多根软金属丝4并排铺设于环形凹槽3内，每根软金属丝4的两端端面贴合，且每根软金属丝4的两端分布于环形凹槽3的不同位置处。当其中一根软金属丝4由于长度变短使的两端端面之间产生间隙时，其他软金属丝4会将间隙阻隔以确保结合面的密封性。可选地，软金属丝4的径向尺寸小于环形凹槽3的宽度的一半，软金属丝4盘旋式铺满于环形凹槽3内且软金属丝4的两端分别与环形凹槽3的两槽壁面贴合。

如图1和图2所示，本实施例的高温部位大端面密封方法，用于航空发动机的燃烧室机匣1与后外套2之间的结合面在高温工作环境中的密封，结合面径向尺寸为500mm～800mm，结合面其特征在于，包括以下步骤：在燃烧室机匣1端面上和/或后外套2端面上沿结合面的周向开设环形凹槽3；将软金属丝4的一端固定于环形凹槽3内之后沿环形凹槽3铺设于环形凹槽3内；通过连接件将燃烧室机匣1和后外套2装配固定，环形凹槽3内的软金属丝4压缩使燃烧室机匣1和后外套2结合面密封贴合。本发明的高温部位大端面密封方法，通过在燃烧室机匣1和或后外套2端面处开设环形凹槽3并将软金属丝4铺设于环形凹槽3内，通过连接件将燃烧室机匣1和后外套2连接后使软金属丝4受到挤压后压缩变形，从而燃烧室机匣1和后外套2结合面密封贴合；由于软金属丝4具有良好的机械强度和非常高的耐热强度且具有弹性变形的能力，因此当燃烧室机匣1和后外套2在高温工作环境中端面处产生变形时，通过软金属丝4的自动回弹补偿由于结合面变形所产生的缝隙，确保燃烧室机匣1和后外套2结合面密封贴合。通过安装于立车上的槽刀在燃烧室机匣1端面上和/或后外套2端面上沿结合面的周向开设环形凹槽3，且在开车环形凹槽3之前需检测燃烧室机匣1端面上和后外套2端面的平面度是否符合要求。可选地，将裁剪好的软金属丝4的一端固定于环形凹槽3内之后沿环形凹槽3铺设于环形凹槽3内。可选地，将软金属丝4的一端固定于环形凹槽3内之后沿环形凹槽3铺设于环形凹槽3内，铺设完之后再将软金属丝4裁断。

如图1和图2所示，在燃烧室机匣1和/或后外套2端面处开设环形凹槽3之前，还包括以下步骤，根据燃烧室机匣1和后外套2结合面的尺寸确定环形凹槽3和软金属丝4的尺寸。可选地，根据燃烧室机匣1和后外套2结合面的径向尺寸和宽度确定环形凹槽3的径向尺寸和数量。在燃烧室机匣1和/或后外套2的结合面上设置多个不同径向尺寸的环形凹槽3并在多个环形凹槽3内均铺设软金属丝4。通过多个环形凹槽3内的软金属丝4的自动回弹补偿结合面不同位置处的变形所产生的缝隙。在本实施例中，结合面的宽度为6.75mm，在工作环境温度较高的燃烧室机匣1端面上开设一个宽度为1.5mm的环形凹槽3，选取径向尺寸为0.75mm的镍丝铺设于环形凹槽3内。

确定环形凹槽3和软金属丝4的尺寸，包括以下步骤：确定环形凹槽3的宽度，环形凹槽3的宽度为结合面宽度的0.1倍-0.3倍；确定软金属丝4的径向尺寸，软金属丝4的径向尺寸为环形凹槽3宽度的0.5倍-0.7倍；确定环形凹槽3的深度，环形凹槽3的深度为软金属丝4径向尺寸的0.6倍-0.7倍。确定环形凹槽3和软金属丝4的尺寸，还包括以下步骤：软金属丝4比环形凹槽3长4mm-15mm。若环形凹槽3的宽度小于结合面宽度的0.1倍，则铺设于环形凹槽3内的软金属丝4的体积较小，软金属丝4的自动回弹量小于结合面的变形量，因此无法完全补偿由于结合面变形所产生的间隙。若环形凹槽3的宽度大于结合面宽度的0.3倍，则燃烧室机匣1和后外套2的端面贴合的面积较少，造成面贴合密封效果变差。同时还需考虑燃烧室机匣1和后外套2的结合面处的受力情况，确保铺设于环形凹槽3内的软金属丝4受到挤压后的压缩变形为弹性变形以通过自动回弹补偿端面变形所产生的缝隙，若燃烧室机匣1和后外套2的结合面处的受力大于环形凹槽3内软金属丝4的承受范围，则软金属丝4受挤压后的变形为无法恢复的塑性变形。软金属丝4比环形凹槽3长4mm-15mm，确保软金属丝4在自动回弹时长度变短后两端仍然搭接。由于不同类型的软金属丝4的承受范围、自动回弹的能力以及熔点不同，需根据结合面处的受力情况、端面在工作过程中的变形程度、以及工作环境的温度选取不同类型的软金属丝4。例如铜丝比镍丝软，铜丝可承受的最大挤压力小于镍丝可承受的最大挤压力且铜丝的自动回弹量低于镍丝的自动回弹能力。

确定环形凹槽3和软金属丝4的尺寸，包括以下步骤：确定环形凹槽3的宽度，环形凹槽3的宽度为结合面宽度的0.1倍-0.3倍；选取径向尺寸小于环形凹槽3宽度的软金属丝4且环形凹槽3的宽度为软金属丝4径向尺寸的整数倍；确定环形凹槽3的深度，环形凹槽3的深度为软金属丝4径向尺寸的0.6倍-0.7倍。铺设软金属丝4，包括以下步骤：将软金属丝4贴合于环形凹槽3的一侧壁面后盘旋式铺满于环形凹槽3内。

铺设软金属丝4之前，对环形凹槽3的表面进行处理，确保槽底光滑平整，将软金属丝4拉直；铺设软金属丝4时，将软金属丝4的一端固定于环形凹槽3内之后沿环形凹槽3铺设于环形凹槽3内且每铺一段后在环形凹槽3内涂覆粘合胶或者以点焊的方式将软金属丝4固定于环形凹槽3内粘合胶为金属粘合胶。可选地，粘合胶为loctite495粘合胶、kd-855粘合胶和/或qn-505ab粘合胶。通过小型的镊子、细针等工具蘸取少量的粘合胶涂覆于环形凹槽3内将软金属丝4多处固定确保软金属丝4平整地铺设于环形凹槽3内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。