一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，属于航空发动机非接触式转静系封严技术领域。所述封严装置包括多级台阶篦齿以及封严衬套，所述封严衬套包括多级齿顶衬套和多级衬套台阶，每级齿顶衬套与同级篦齿之间的气流流道呈现扩张形状。通过在现有常规封严衬套结构的基础上进行改进，利用带有倾斜衬套结构的篦齿封严结构，通过调节封严盘轴向位移时的封严泄漏量，从而改变封严盘前后腔压力差，形成轴向力负反馈机制，控制封严盘的轴向移动，降低止推轴承载荷，提升发动机安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置
本专利技术属于航空发动机非接触式转静系封严
，具体涉及一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置。
技术介绍
航空发动机是飞机的心脏，其对飞机性能起着决定性的作用。随着现代航空工业的发展，航空发动机安全性、可靠性、可维修性以及寿命的要求日益提升，使得航空发动机内流空气系统面临着极大的挑战。转子轴向力是航空发动机总体设计的重要指标之一，直接关系到止推轴承的可靠性与寿命，对航空发动机安全性具有重要影响。轴向力是由压力平衡系统产生的、由止推轴承承担的转子轴向载荷，与流量、流速、流道压力、流道面积、盘腔压力以及盘腔面积等因素有关。航空发动机轴向力的调节是内流空气系统的一项重要任务，通过调节内腔压力以及横截面积，保持发动机转子系统承受的载荷在合适范围，使止推轴承承担的轴向力大小合适且不换向。目前而言，为调节航空发动机轴向力，国内外很多现役航空发动机在高压压气机末级设有封严盘结构，如GE90-115B。高压压气机末级篦齿封严盘的前腔压力与高压压气机出口相当，而后腔压力较小，通过抬高或降低篦齿半径位置，便可改变高压压气机转子向前的轴向力，达到调节止推轴承载荷的目的。在整个飞行包线内，航空发动机转速与供油量会有较大的变化，封严盘离心载荷和热力环境会随之改变。发动机结构变形使封严篦齿在不同工况下呈现不同的封严间隙，而大量研究工作已经证明篦齿封严特性与篦齿封严间隙有直接关系，篦齿封严泄漏量又决定了封严盘前后腔之间的压力差，进而影响发动机转子轴向力。当发动机轴向力发生变化时，封严盘会产生相应的轴向窜动，有可能对止推轴承造成不可逆性损伤，从而降低发动机安全性与寿命。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，具体为利用带有倾斜封严衬套的篦齿封严装置，形成航空发动机封严盘轴向力负反馈机制，抑制封严盘轴向窜动，达到提升航空发动机安全性与寿命的目的。本专利技术提供的一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，利用转静系密封结构控制封严盘轴向力，属非接触式转静系密封技术。所述的封严装置包括：多级台阶篦齿以及封严衬套。所述封严衬套包括多级齿顶衬套和多级衬套台阶，多级台阶篦齿中每相邻两级篦齿间形成齿间容腔；每级篦齿和每级齿顶衬套非接触式对应；假设气流从左向右流动，则多级台阶篦齿中每级篦齿半径位置(从所在位置到封严盘旋转轴的距离)沿气流流动方向依次降低，形成下台阶结构，每级齿顶衬套沿气流流动方向半径位置逐级降低，每级齿顶衬套左端到右端为直线段向上倾斜结构，即左端半径位置低于右端半径位置(左低右高)，使每级篦齿齿顶处气流流道呈现扩张形状。每级齿顶衬套的左端位于同级篦齿的左侧，右端位于同级篦齿的右侧；每级齿顶衬套左端半径位置高于同级篦齿的齿顶半径位置。前一级齿顶衬套的右端与下一级齿顶衬套的左端之间通过直线连接形成衬套台阶，连接位置圆弧过渡。本专利技术的优点在于：本专利技术所提供的封严装置通过在现有常规封严衬套结构的基础上进行改进，利用带有倾斜齿顶衬套结构的篦齿封严结构，通过调节封严盘轴向位移时的封严泄漏量，从而改变封严盘前后腔压力差，形成轴向力负反馈机制，控制封严盘的轴向移动，降低止推轴承载荷，提升发动机安全性。附图说明图1为本专利技术篦齿内气流流道的子午截面图；图2为本专利技术所提供的转静系封严装置工作过程示意图；图3为本专利技术封严装置整体结构示意图。图中：1、封严盘；2、封严衬套；3、一级齿顶衬套；4、一二级间衬套台阶；5、一级篦齿；6、二级齿顶衬套；7、二级篦齿；8、二三级间衬套台阶；9、三级齿顶衬套；10、三级篦齿；11、四级齿顶衬套；12、三四级间衬套台阶；13、四级篦齿；14、五级齿顶衬套；15、五级篦齿；16、四五级间衬套台阶。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供了一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，利用非接触式转静系密封技术控制封严盘轴向力，具体地，基于常规封严衬套结构进行改进，(参考文献[1]LiZhang,Hui-renZhu,Cun-liangLiuandFeiTong，ExperimentalandNumericalInvestigationonLeakageCharacteristicofSteppedLabyrinthSeal[C],ASMETurboExpo:TurbomachineryTechnicalConferenceandExposition.2016)，对于常规封严衬套结构，当封严盘出现轴向位移时，篦齿齿顶气流流通面积不发生改变，但是篦齿与位于静止件上的级间衬套台阶的轴向距离发生变化，其对轴向力的影响是正反馈机制，不利于封严盘轴向位置的稳定。比如封严盘发生向左的微小位移，则篦齿与级间衬套台阶的轴向距离变大，使气流泄漏量变大，封严盘后腔压力变大，前后盘腔压差减小，封严盘受到向右的轴向力减小，封严盘有继续向左移动的趋势，因此止推轴承承受的载荷便急剧增大，对发动机的安全性带来了严重威胁。本专利技术着眼于利用带有倾斜衬套结构的篦齿封严结构，通过调节封严盘出现轴向位移时的封严泄漏量，从而改变封严盘前后腔压力差，形成轴向力负反馈机制，控制封严盘的轴向移动，降低止推轴承载荷，提升发动机安全性。本专利技术提供一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，所述的封严装置包括：多级台阶篦齿以及封严衬套2，篦齿内气流流道子午截面如图1所示。定义齿顶间隙为c，单级齿顶衬套长度为L，篦齿距当级齿顶衬套左端距离为l，篦齿无量纲轴向位置x＝l/L，其中台阶篦齿加工在封严盘1盘缘，在发动机运行时随封严盘1一起转动；封严衬套2安装固定于发动机静止部件，如图3所示。所述封严衬套2包括多级齿顶衬套和多级衬套台阶，齿顶衬套为多级结构，多级台阶篦齿中每相邻两级篦齿间形成齿间容腔；每级篦齿和每级齿顶衬套非接触式一一对应。假设气流进口到出口方向为从左到右，则多级台阶篦齿中每级篦齿半径位置(从所在位置到封严盘旋转轴的距离)从左到右沿气流流动方向逐级降低，形成下台阶结构，每级齿顶衬套沿气流流动方向半径位置逐级降低，每级齿顶衬套左端到右端为直线段向上倾斜结构，即左端半径位置低于右端半径位置(左低右高)，使台阶篦齿齿顶处气流流道呈现扩张形状。每级齿顶衬套的左端位于同级篦齿的左侧，右端位于同级篦齿的右侧；每级齿顶衬套左端半径位置高于同级篦齿的齿顶半径位置，即安装间隙S大于0。前一级齿顶衬套的右端与下一级齿顶衬套的左端之间直线连接形成衬套台阶，连接位置圆弧过渡。优选地每级齿顶衬套左端位于前一级齿顶衬套右端的左侧，形成倾斜的衬套台阶。所述每级篦齿的半径位置逐级降低的幅度，与每级齿顶衬套的半径位置的逐级降低的幅度相同。以五级台阶篦齿为例对本专利技术所提供的基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的转静系封严装置做具体说明。如图1所示，左侧为气流进口，右侧为气流出口，五级台阶篦齿从左到右依次为一级篦齿5、二级篦齿7、三级篦齿10、四级篦齿13和五级篦齿15，每相邻两级篦齿间形成齿间容腔，共形成四个齿间容腔。所述封严衬套2具体包括五级的齿顶衬套和四级衬套台阶，齿顶衬套为五级结构，包括一级齿顶衬套3、二级齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，其特征在于，所述的封严装置包括：多级台阶篦齿以及封严衬套；所述封严衬套包括多级齿顶衬套和多级衬套台阶，多级台阶篦齿中每相邻两级篦齿间形成齿间容腔；每级篦齿和每级齿顶衬套非接触式对应；假设气流从左向右流动，则多级台阶篦齿中每级篦齿半径位置沿气流流动方向依次降低，形成下台阶结构，每级齿顶衬套沿气流流动方向半径位置逐级降低，每级齿顶衬套左端到右端为直线段向上倾斜结构，即左端半径位置低于右端半径位置，使每级篦齿齿顶处气流流道呈现扩张形状，每级齿顶衬套的左端位于同级篦齿的左侧，右端位于同级篦齿的右侧；每级齿顶衬套左端半径位置高于同级篦齿的齿顶半径位置，前一级齿顶衬套的右端与下一级齿顶衬套的左端之间通过直线连接形成衬套台阶，连接位置圆弧过渡。

【技术特征摘要】
1.一种基于航空发动机封严盘轴向力负反馈控制的封严装置，其特征在于，所述的封严装置包括：多级台阶篦齿以及封严衬套；所述封严衬套包括多级齿顶衬套和多级衬套台阶，多级台阶篦齿中每相邻两级篦齿间形成齿间容腔；每级篦齿和每级齿顶衬套非接触式对应；假设气流从左向右流动，则多级台阶篦齿中每级篦齿半径位置沿气流流动方向依次降低，形成下台阶结构，每级齿顶衬套沿气流流动方向半径位置逐级降低，每级齿顶衬套左端到右端为直线段向上倾斜结构，即左端半径位置低于右端半径位置，使每级篦齿齿顶处气流流道呈现扩张形状，每级齿顶衬套的左端位于同级篦齿的左侧，右端位于同级篦齿的右侧；每级齿顶衬套左端半径位置高...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁水汀，邱天，石宇，刘传凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11