专利名称：指尖密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密封装置，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装置。
背景技术：
目前，在燃气涡轮发动机领域广泛使用篦齿密封来控制二次流的泄漏。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。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。国内申请了一种流体静压型指尖密封结构的发明专利(申请号200610010500)。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，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
本发明所要解决的技术问题是提供了一种封严性好、使用寿命长、生产成本较低的指尖密封装置，以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。本发明的技术方案是一种指尖密封装置，由前挡板、后挡板和设置在二者之间的若干层指尖片组成；所述前挡板和后挡板均为环形的板状结构；所述指尖片从其内径处开有下凹线型排列的指身，且相邻两层指尖片之间的指身相互错开；所述指尖片上设有若干对装配孔；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指尖密封装置通过下凹线型指身的设计，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；相邻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；当密封装置由于离心力和热变形产生径向位移时，下凹线型的指身设计比其它线型的指身与转轴的接触面积更大，从而降低了单位面积的接触压力，降低密封面的发热量，提高了使用寿命。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。
图1是本发明指尖密封装置第一实施方式的结构示意图；图2是图1所示发明中指尖片3的正视图；图3是图2所示指尖片3的局部放大图；图4是本发明指尖密封装置第二实施方式的结构示意图；其中，1-前挡板、2-后挡板、3-指尖片、4-指身、5-装配孔、6-指身间隙、7-篦齿环。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步的详细说明。请参阅图1，其是本发明指尖密封装置第一实施方式的结构示意图。所述指尖密封装置由前挡板1、后挡板2和设置在二者之间的五层指尖片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，本实施方式中，密封直径90mm，指尖片厚度0. 15mm, 指尖片数量5片，指身数量72个，形成指身的两条曲线由两条曲率不等的下凹型曲线形成， 一条曲率半径85. 3mm，另一条曲率半径87. 5mm，指身外圆直径110mm。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采用下凹线型线设计，同时使每层指身4之间的指身间隙6正好位于相邻指尖片指身4的正中位置，因此相邻层指尖片3彼此交错，从而保证封严性能。与其它结构指尖密封相比，该结构指尖密封的指尖片3上两个相邻指身4靠近内径与转子接触处之间没有密封靴。另外，每个指尖片上3还有若干成对的装配孔5，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4覆盖。本发明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之间的各指尖片3之间通过交错排列的指身4阻止气流的通过，从而实现封严，避免泄漏。而且所述指身4为下凹线型设计，当密封装置由于离心力和热变形产生径向位移时，下凹线型的指身设计比其它线型的指身与转轴的接触面积更大， 从而降低了单位面积的接触压力，降低密封面的发热量，提高了使用寿命。本实施方式中，所述各层指身4尺寸和线型均相等，且强度一致。所述五层指尖片 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。采用下凹线型线指身设计可以通过调整曲率半径、曲线长度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400mm，指尖片厚度2mm，指身数量150个，形成指身的两条曲线中一条曲率半径120. 5mm，另一条曲率半径128. 5mm，指身外圆直径430mm。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。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。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。此外，本发明指尖密封装置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。
权利要求
1.一种指尖密封装置，其特征为由前挡板(1)、后挡板( 和设置在二者之间的若干层指尖片( 组成；所述前挡板(1)和后挡板( 均为环形的板状结构；所述指尖片(3)从其内径处开有下凹线型排列的指身G)，且相邻两层指尖片之间的指身(4)相互错开；所述指尖片上设有若干对装配孔(5)；所述前挡板(1)、后挡板( 和指尖片( 采用铆钉铆接或焊接方式连接。
2.根据权利要求1所述的指尖密封装置，其特征为每层指身的缝隙正好位于相邻指尖片指身的正中位置。
3.根据权利要求1或2所述的指尖密封装置，其特征为所述指身由两条曲率不等的下凹型曲线形成。
4.根据权利要求1或2所述的指尖密封装置，其特征为所述指尖片(3)由金属或C/ C复合材料制成。
5.根据权利要求1所述的指尖密封装置，其特征为所述各层指身(4)尺寸和线型均相等，且强度一致。
6.根据权利要求1所述的指尖密封装置，其特征为所述后挡板( 沿着转子轴向设置有若干篦齿环(7)。
全文摘要
本发明涉及一种密封装置，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装置。本发明由前挡板、后挡板和设置在二者之间的若干层指尖片组成；所述前挡板和后挡板均为环形的板状结构；所述指尖片从其内径处开有下凹线型排列的指身，且相邻两层指尖片之间的指身相互错开；所述指尖片上设有若干对装配孔；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。本发明指尖密封装置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，达到提高封严性能，减小泄漏的目的，提高了使用寿命。本发明结构简单，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。
文档编号F01D11/04GK102418568SQ201110455340
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者吴瑕, 周连杰, 李贵林, 汪凯, 胡海涛 申请人:中国燃气涡轮研究院