[发明专利]非接触式篦齿封严结构及航空发动机、燃气轮机

说明书

本发明涉及一种非接触式篦齿封严结构及航空发动机、燃气轮机，篦齿封严结构包括：具有同一轴线(3)且相对转动的外圈(2)和内圈(1)，外圈(2)的内侧设有外圈篦齿(21)，内圈(1)的外侧设有内圈篦齿(11)，外圈篦齿(21)和内圈篦齿(11)之间形成有包括台阶形摩擦段的通流间隙(4)。本发明内外圈高速相对旋转时，由于此时流体周向流动导致的摩擦压降已成为导致压力损失的主要因素，因此篦齿封严结构的通流间隙中设置的台阶形摩擦段可以有效提高流体的摩擦压降，进而提高篦齿封严结构的封严性能。另一方面，对于具有相同封严能力的篦齿封严机构，本发明由于采用了台阶形摩擦段，因此在保证封严能力时可以减小轴向长度，节省轴向空间。

技术领域

本发明涉及旋转机械技术，尤其涉及一种非接触式篦齿封严结构及航空发动机、燃气轮机。

背景技术

在航空发动机和燃气轮机等旋转机械中，轴承腔主轴旋转件和静止衬套、轴承腔机匣之间的气体泄漏会导致发动机整体推动效率下降、滑油消耗量增大。对于航空发动机来说，增大轴承腔外压力能够避免在密封段出现逆压差情况下腔内滑油从密封通流间隙泄漏，为此航空发动机中常从高压压气机引气到轴承腔附近形成高压空气外围。但这不可避免的导致了密封段进出口压差增大、空气泄漏量增大，进而引发以下问题：

a.回油泵的工作负荷增大；

b.通风器的气液分离效率有限，较大的空气泄漏量导致较大滑油消耗；

c.高温泄露气体流量增大，增大了滑油在轴承腔内燃烧和结焦危险。

因此，提高密封段的封严能力，增大密封段前后压差同时减少从密封段进入轴承腔的高温外围气体，有减小轴承腔热负荷和减少滑油消耗的工程意义。

在目前的航空发动机中，航空发动机的动静件之间通常采用非接触式的篦齿封严结构。相对于其他密封结构，篦齿封严结构更为简单、便于安装且寿命较长。篦齿作为一种迷宫式封严结构，其通流间隙的轮廓对密封性能的影响至关重要，因此改善篦齿封严结构是提高其封严能力的关键。

篦齿封严结构引起篦齿内流体压力下降主要有三种机制：齿腔内涡流导致的湍流压力损失、齿顶处的节流损失和主轴旋转引起的气流随旋转件周向流动的摩擦损失。现有的篦齿封严存在以下的缺陷：

1.目前采用的篦齿封严往往只考虑了低转速条件或无转动条件的封严工况，此时湍流压力损失和摩擦损失导致的压降较小，主要靠节流效应进行流体封严。然而随转速的增大，流体轴向速度减小，节流作用减弱，因此现有的普通篦齿结构在高速条件下封严能力较低，气体泄漏量较大。

2.目前采用的普通篦齿结构的封严能力较弱，进出口压差较小，导致了滑油在密封段泄露可能增大，由于通风器分离效率有限，空气泄漏量过大导致滑油消耗量增大。

3.现有的普通篦齿结构齿形较长，机械强度不高、容易折断，且齿腔底部气体滞留减弱了封严能力，齿腔底部流速不大、换热系数较小，篦齿内外圈可能热膨胀不一致引起篦齿、衬套间摩擦危险。

发明内容

本发明的目的是提出一种非接触式篦齿封严结构及航空发动机、燃气轮机，能够提高在高速条件下的封严能力，减少气体泄漏量。

为实现上述目的，本发明提供了一种非接触式篦齿封严结构，包括：具有同一轴线且相对转动的外圈和内圈，所述外圈的内侧设有外圈篦齿，所述内圈的外侧设有内圈篦齿，所述外圈篦齿和所述内圈篦齿之间形成有包括台阶形摩擦段的通流间隙。

进一步的，所述通流间隙的流体入口处的径向距离大于所述通流间隙的流体出口处的径向距离。

进一步的，所述台阶形摩擦段包括沿从所述通流间隙的流体入口到流体出口的方向交替设置的第一摩擦段和第二摩擦段，所述第一摩擦段与所述第二摩擦段相交，且所述第一摩擦段与所述第二摩擦段之间的夹角为锐角。

进一步的，所述第一摩擦段与所述轴线平行。