[发明专利]一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构

说明书

本发明公开了一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，包括套装于主轴上的轴套和端柱浮动环，端柱浮动环包括端板和柱体，柱体的前端连接端板，端板的前面设置有轴套，端板和柱体上设置有自前端至后端的通道，主轴自所述通道内穿过，端板的前面与柱体的内壁上设置有若干表面织构槽，端柱浮动环的前端为低压侧，端柱浮动环的后端为高压侧，气体从高压侧进入主轴与柱体内壁形成的密封间隙，并经过端板和轴套之间形成的密封间隙；本发明在端、柱面所开设的表面织构槽能够实现更可靠地流体动压效应，降低流体密封泄漏量。同时特有的弹簧结构可以确保浮环在一定可控范围内浮动，防止转子振动时端柱浮动环与轴套、主轴间的碰撞。

技术领域

本发明涉及燃气轮机（含地面燃气轮机和航空发动机）、火箭发动机高速旋转部件动静交界面流体密封领域，具体涉及一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构。

背景技术

燃气轮机由于其具有体积小，响应速度快，效率高，功率大等特点，目前被广泛应用于航空航天、船舶、电厂发电及其他各种工业领域。火箭发动机的高比冲特点，广泛用于航天、导弹等领域。提高燃气轮机、火箭发动机高速旋转部件密封技术是提升燃气轮机、火箭发动机性能的关键技术之一。随着现代燃气轮机、火箭发动机需求的不断提高，以及工作环境的不断恶化，降低泄漏流的要求越来越高，对先进的封严密封技术需求越来越强烈。

气膜密封作为燃气轮机、火箭发动机流体密封的关键技术，，其功用是当轴套高速旋转时，高压侧的气体会被带入槽内，气体不断压缩并产生气膜压力，形成动压效应，令浮环与轴套之间形成一层厚度较小，刚度较大的薄膜，从而对主泄漏通道进行封堵；同时，轴套与端柱浮动环之间采取偏心安装，形成气膜厚度不一的收敛型楔形空间，进一步增强了密封的动压效应，极大得提高了气膜承载力。动、静原本接触的两端面被流体介质流动形成的流体薄膜隔开，避免了密封端面间的直接接触磨损，从而实现了密封的非接触运行。气膜密封功率损耗小，辅助系统简单，可靠性高，十分适合燃气轮机、火箭发动机的高参数要求。该技术已经运用于国产“斯贝”航空发动机以及某型火箭发动机涡轮泵高速旋转部件处密封。

发明内容

为了进一步提升端柱面组合气膜密封的密封性能，提高气膜刚度以及减少泄漏量，克服现有端柱面组合气膜密封结构的制约，本发明提出一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，该结构主要特性在浮动环端、柱面上开设表面织构槽，浮动环外侧用弹簧与静子件连接。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，包括依次套装于主轴3上的轴套2和端柱浮动环5，所述端柱浮动环5包括端板10和柱体9，所述柱体9的前端连接端板10，端板10的前面设置有轴套2，所述端板10和柱体9上设置有自前端至后端的通道，所述主轴3自所述通道内穿过，所述端板10的前面与柱体9的内壁上设置有若干表面织构槽8，所述端柱浮动环5的前端为低压侧，端柱浮动环5的后端为高压侧，气体从高压侧进入主轴3与柱体9内壁形成的密封间隙，并经过端板10和轴套2之间形成的密封间隙。

进一步的，所述端板10的后面与柱体9的外壁上也设置有若干弹簧4，所述弹簧4连接罩于轴套2和端柱浮动环5外的机匣1；端板10与机匣1之间的弹簧4沿径向为顺排2排，且沿周向均匀分布，每圆周弹簧4个数为4个；柱体9与机匣1之间的弹簧4沿轴向为顺排3排，且沿周向均匀分布，每圆周弹簧4个数为4个。

进一步的，所述柱体9的尾端通过若干个定位销6与机匣1相接，所述柱体9的尾端通过橡胶垫片7与机匣1相接，所述橡胶垫片7为一个圆环，且若干个定位销6位于圆环外侧，所述定位销6为4个，沿柱体9尾端的周向均匀分布。

进一步的，所述柱体9为一个沿其中心轴设置有通道的圆柱筒，所述端板10为一个中间具有圆孔的圆盘，所述通道的直径与圆孔的直径相同，所述圆柱筒的前端连接圆盘，圆盘与圆柱筒相互垂直。所述柱体9和端板10为一体式。