[发明专利]基于记忆合金丝的主动间隙控制篦齿密封结构

说明书

本发明公开了一种基于记忆合金丝的主动间隙控制篦齿密封结构，包括：转子、梳齿座、梳齿、机匣和主动间隙控制结构，梳齿座为多个，沿转子的周向设置，梳齿为多排，固定设置于梳齿座的内部环形端面上，主动间隙控制结构与梳齿座对应设置，包括齿条、扇形齿轮、连杆、记忆合金丝和涡流管，齿条的一端穿过机匣与梳齿座连接，扇形齿轮为两个，分别配合设置于齿条的两侧，连杆与扇形齿轮的尾端连接，记忆合金丝连接于连杆和机匣之间，且设置于涡流管内，利用涡流管的即时制冷制热特性和记忆合金的温控形状记忆效应可实现静转子之间的密封间隙的主动调节。

技术领域

本发明涉及旋转机械中的动密封结构，特别提供了一种基于记忆合金丝的主动间隙控制篦齿密封结构。

背景技术

转子与静子之间的密封是航空发动机、汽轮机等旋转机械的重要部件，起着防止工作介质泄漏和节能降耗的关键作用。近年来，随着航空发动机中涡轮盘温度、主轴转速和压气机压比的增加，发动机相关部位密封的工况环境进一步恶化，由密封引起的泄漏损失影响日益突出，直接影响着透平机械的工作效率。众所周知，当发动机由静止到起动的过程中，转速会迅速增加，高温燃气对转子叶片和涡轮盘加热，同时转子受到增大的离心力作用，转子迅速膨胀，而密封件膨胀的速度相对较慢，导致转静子之间的间隙变小，易产生碰磨；当进入巡航状态时，转子与静子间隙趋于平稳，但此时转子与静子间隙较大，泄漏量大，飞机巡航状态持续周期时间长，燃油消耗大；当进入停车阶段时，转子的跳动量变化较大，转子与静子间隙变小，易产生磨损。

有研究表明，密封泄漏量减小1%，航空发动机涡轮盘温度降低47℃，推力提高1.52吨，燃油消耗量降低10%，每年可节省燃油费20亿美元，NOx的排放量减少50%，机场的噪声降低5dB。为了得到相同性能的改善，改进透平机械气动设计的成本将是改进密封技术的4-5倍，先进密封技术是实现航空发动机燃料消耗减少40%、增加发动机轴功率与推重比到120%的重要手段。

因此，提出一种可跟随发动机工况变化而实时调节密封间隙的密封结构，成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于记忆合金丝的主动间隙控制篦齿密封结构，以解决传统的动密封结构不能实时调节密封间隙的问题。

本发明提供的技术方案是：基于记忆合金丝的主动间隙控制篦齿密封结构，包括：转子、梳齿座、梳齿、机匣和主动间隙控制结构，其中，所述梳齿座为多个，沿转子的周向设置，所述梳齿为多排，固定设置于梳齿座的内部环形端面上，所述机匣位于所述梳齿座的外周，所述主动间隙控制结构与梳齿座对应设置，包括齿条、扇形齿轮、连杆、记忆合金丝和涡流管，所述齿条设置于所述机匣的外部且一端穿过机匣与梳齿座连接，所述扇形齿轮为两个，分别配合设置于所述齿条的两侧，所述扇形齿轮的尾端固定，所述连杆与所述扇形齿轮的尾端连接，所述记忆合金丝连接于连杆和机匣之间，且设置于涡流管内，所述涡流管用于调节所述记忆合金丝的温度。

优选，所述梳齿座交错式配合连接。

进一步优选，所述梳齿座和梳齿分别为高温合金梳齿座和高温合金梳齿。

进一步优选，所述梳齿的端部的强度小于转子的强度。

进一步优选，所述齿条的端部还套设有滑块，用于对其运动方向进行限位。

进一步优选，所述扇形齿轮的尾端通过铆钉固定。

进一步优选，所述记忆合金丝为Ti-50.8Ni-0.1Zr形状记忆合金丝。

本发明提供的一种基于记忆合金丝的主动间隙控制篦齿密封结构，利用涡流管的即时制冷制热特性和记忆合金的温控形状记忆效应可实现静子与转子的间隙调节。