篦齿封严系统的制作方法

本发明涉及航空发动机流道内的封严系统。

背景技术：

随着科技的发展，现代航空发动机对经济性和可靠性的要求越来越高，航空发动机各部件的性能遇到了前所未有的挑战。提高航空发动机性能的主要途径之一是改进发展封严技术，降低流道内泄漏量，进而提高航空发动机的效率，降低油耗率。篦齿封严是一种常见的封严装置，利用流道的突扩和突缩，消耗流体的动能增加流阻以限制流体泄漏的非接触式动封严。流体经过篦齿间隙时，上游流体压力通过节流作用转化为速度能，然后在齿腔内速度通过湍流涡耗散为热能。由于其性能可靠、结构简单等特点，广泛运用于军用、民用航空发动机中。

然而，随着航空发动机性能指标的不断提高，发动机内部的温度和压比逐渐升高，内流系统的泄漏问题日趋严重，对封严性能的要求也日益苛刻。传统篦齿封严结构泄漏量较大，使得发动机损失大，耗油率高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种篦齿封严系统，其有利于减少航空发动机流道内转静子间隙对发动机效率的不利影响。

传统篦齿封严系统的优化着重于篦齿本身形状优化和减小齿尖与静子内环的径向内周侧的涂层的径向间隙，但优化效果有限，且优化位置位于转动件上，对结构设计、安全性和可靠性提出了更高的要求，增加了成本。而本发明的思路在于，在保证转静子轴向间隙的条件下，运用叶片两侧缘板下方原有的多余空间，在静子的静子内环上增加特征结构，减少泄漏量的同时，对泄漏流进行引导，减少对主流的影响。

根据本发明的篦齿封严系统，适合于航空发动机流道内相邻的转静子中静子的封严，所述静子包括静子内环以及设置在所述静子内环外周侧的多个静子叶片，该篦齿封严系统包括与所述静子内环的内周侧相对设置的篦齿盘篦齿，其中，该篦齿封严系统还包括在所述静子内环的高压力侧设置的多个横断面呈齿状的圆环体。

在一实施例中，该篦齿封严系统还包括在所述静子内环的低压力侧沿整个周向分布的多个导流板，所述导流板用于对从所述篦齿和所述静子内环的内周侧之间泄漏的流体进行导向，以使所述泄漏的流体的流动方向趋向于所述静子叶片限定的主流方向。

在一实施例中，所述圆环体从所述高压侧凸出的高度不大于所述静子叶片的缘板相对所述高压侧突出的距离。

在一实施例中，所述圆环体的横断面为等腰梯形、径向内侧为直角的直角梯形、径向外侧带圆弧的圆形背部斜齿或者径向向内倾斜的平行四边形齿。

在一实施例中，所述导流板为翼型。

在一实施例中，所述导流板为压气机导流叶片的叶型。

在一实施例中，在所述静子内环的低压力侧沿整个周向分布的多个导流板设置成等高度，并且从所述静子内环的低压侧凸出的高度不大于所述静子叶片的缘板相对于所述低压侧突出的距离。

在一实施例中，所述圆形背部斜齿或者平行四边形齿的径向向内倾斜的边的倾角为30度到45度。

在静子内环高压力侧增加圆环体，因此增加泄漏气体在进口阶段的径向方向的沿程阻力流程，结合篦齿盘篦齿的轴向阻流作用，进一步减少泄流量。

此外，在静子内环低压力侧增加多个导流板，改变最终泄漏流的流动方向并尽可能与主流一致，减少对主流的掺混损失。

高压力侧圆环体与低压力侧导流板可根据实际结构限制单独采用，亦可产生优于传统篦齿封严系统的根部健康流动效果。

根据本发明的篦齿封严系统的结构简单，便于加工，在少量结构优化下，减少泄漏流的同时有效运用泄漏流，多方面降低了转静间泄漏损失，提升发动机性能。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为根据本发明的篦齿封严系统的局部主视剖面示意图。

图2为图1中高压侧的局部放大示意图。

图3为图2所示实施例的一个变型的示意图。

图4为图2所示实施例的另一个变型的示意图。

图5为图2所示实施例的又一个变型的示意图。

图6为未在低压侧增加导流板的流线的示意图。

图7为带导流板的低压侧的流线示意图。

图8为图1中静子内环的低压侧的侧视图。

图9为图1中静子内环的高压侧的侧视图。

图10为工作时静子内环的低压侧、高压侧的流线示意图。

图11为已有的篦齿封严系统的局部主视剖面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图1、11中静子内环、篦齿环等没有显示其剖面线，这样更能清楚地了解整个篦齿封严系统。

先参照图11，图11显示的已有的篦齿封严系统。图1显示的是根据本发明的篦齿封严系统。图1所示的实施例可以视为在图11所示的篦齿封严系统的基础上进行的改进。在图11中，篦齿封严系统以压气机的静转子为例进行说明。如图11所示，篦齿封严系统适合于对静子1进行封严，静子1包括静子内环12以及在静子内环12的外周侧设置的多个静子叶片11，在静子内环12的径向内周侧还设置有与其相对的篦齿环13，气流在转子2产生的吸力作用下穿过静子1再到达转子2。转子2和静子1之间存在轴向间隙16，由于靠近转子2的一侧气压要高于静子的另一侧的气压，即便存在篦齿环13的封严，但限于篦齿环13的结构，其存在泄漏量，该泄漏量足以给发动机带来损失，引发耗油率高的问题，气流容易沿着图中所示的虚线所示的流路泄漏。

图1也是以压气机的静子为例进行说明，但本发明不限于适用于压气机。如图1所示，根据本发明的篦齿封严系统适合于一静子，所述静子包括静子内环32以及设置在静子内环32外周侧的多个静子叶片312，该篦齿封严系统包括与静子内环32的内周侧相对设置的篦齿盘篦齿33，还包括在静子内环的高压力侧32a设置的多个横断面呈齿状的圆环体321。图1中示出了三个圆环体321，图1中显示的是篦齿封严系统的横向剖面，因此仅示出了圆环体321的横端面形状。图9示出了静子内环32的高压侧32a及其上的三个圆环体321的全貌。同时，该篦齿封严系统还包括在静子内环32的低压侧32b设置的多个导流板322，导流板322也可以称之为导流叶片，其用于对从篦齿33和静子内环32的内周侧之间泄漏的流体进行导向，以使泄漏的流体的流动方向趋向于静子叶片31限定的主流方向。

虽然图1的篦齿封严系统示出了在静子内环32的低压侧32b设置导流板322以及在高压侧32a设置圆环体321，值得一提的是，圆环体321、导流板322即便择一设置，也能可产生优于图11所示的篦齿封严系统的流动效果。

如图2所示，圆环体321的横断面为等腰梯形，其凸出于高压侧32a的高度H1一般不大于静子叶片31的缘板310突出于高压侧32a的距离L1，即增加圆环体321之后，后仍保证原有转静子之间的轴向间隙，减小圆环体321与相邻转子榫槽碰磨风险，保证结构安全性。齿尖间隙定义为L1-H1，一般不小于0，越小封严效果越佳，通常为0.2mm-0.5mm。圆环体321的横断面的齿宽B一般与齿高H1相等，具体根据实际可加工情况确定。圆环体321的数量根据实际结构限制，一般为2-4个。

圆环体321的横断面齿形结构不限于一种篦齿类型，如图3所示，可采用斜型齿321a，其为向径向内侧倾斜的平行四边形。如图4所示，其还可以采用直角梯形斜齿321b，直角梯形斜齿321b的径向内侧为直角，而斜边的角度α通常为30°-45°。如图5所示，对于图3或者图4所示的变型，可在迎气流边增加圆角，形成圆形背部斜齿或者圆形背部直齿。

回到图2并同时参照图10，在静子内环32的高压力侧32a设置若干个圆环体321，可以增加泄漏流体的径向方向的沿程阻力，各圆环体321可以为等高度设计。

回到图1，静子内环32的低压力侧32b即左侧沿整个周向设置有多个导流板322，图8显示了全部的低压力侧32b和多个导流板322。导流板322用于引导已通过篦齿33的即将与主流掺混的泄漏流。可以根据结构限制情况，设置导流板322的数量，例如整环均布20-30个。各个导流板322可以为等高度设计。

另外，为减少碰磨风险，保证结构安全性，导流板322凸出于低压侧32b的高度H2不超过或者不小于缘板31边缘突出于低压侧32b的距离L2，即H2＜或＝L2，保证原始轴向间隙，保证结构安全性。导流板322可设置为翼型，减少气流损失，并可采用压气机导流叶片叶型。

如图6所示，未设置导流板情况下，泄漏流流动杂乱无序，进入主流将产生掺混损失。

图7示出了经过导流的泄漏流体的流向，其通过带箭头的虚线来显示，带箭头的实线显示了主流周向切向，二者趋于一致。可以看出添加导流板后，泄漏流流动方向得到有效控制，产生了与主流相似的周向切向，有效减少了掺混损失，减少泄漏流对主流影响，导流板322的角度根据计算得出。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。