[發明專利]一種有肋片的非接觸式指尖密封裝置

有效

• 申請號: 201610878473.0
• 申請日: 2016-10-08
• 公開（公告）號: CN106246242B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 李永健;胡翔宇;索雙富;黃偉峰;郭飛;劉向鋒;高志;王玉明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F01D11/02
• 分類號: F01D11/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于旋轉軸的非接觸式密封裝置，特別涉及一種有肋片的非接觸式指尖密封裝置。

背景技術

在透平機械尤其是航空發動機中常常需要對旋轉件與靜止件之間進行流體密封，以降低工質泄漏，提高其工作效率。非接觸式指尖密封是一種新型的轉子密封技術，已經被美國國家宇航局(NASA)作為下一代航空發動機密封技術并投入巨資進行研究。這種新型密封能夠利用密封流體的靜壓和動壓作用實現密封與轉子的非接觸，在保證低泄露的同時實現高壽命。值得注意的是，當轉子發生徑向位移而偏離其原來的位置時，希望能通過該非接觸式指尖密封的動態特性實現指尖片對轉子偏轉的動態響應，使其密封性能可以維持在較優的水平。但由于指尖片與后擋板之間的摩擦力作用，當轉子發生徑向位移而將指尖片推離初始位置，而當轉子徑向位移回復時由于摩擦力的阻礙使指尖片難以恢復到初始位置，從而增大了密封間隙，造成密封性能下降。非接觸式指尖密封的這種現象被稱為“遲滯效應”。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種有肋片的非接觸式指尖密封裝置，提高指尖片在流體壓力作用下的動態響應能力，在轉子發生徑向位移時起到自動調節指尖片姿態，從而實現密封對轉子偏心的動態響應，同時起到降低常規非接觸指尖密封“遲滯效應”的作用，提高非接觸指尖密封的動態密封性能。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種有肋片的非接觸式指尖密封裝置，包括和轉子6配合的非接觸式指尖密封裝置，所述非接觸式指尖密封裝置由前擋板1、高壓指尖片2以及帶有指尖靴結構5的低壓指尖片3依次連接而成，在所述低壓指尖片3上設置有肋片4。

所述肋片4與低壓指尖片3的指尖梁低壓側表面以及指尖靴結構5呈“T”字型布置，且低壓指尖片3、指尖靴結構5以及肋片4為一體結構。

所述肋片4為有一定寬度的帶狀薄葉結構，且其長度方向上的型線與低壓指尖片3的指尖梁型線相同。

所述肋片4的寬度與指尖靴結構5軸向長度相同或稍短，寬度范圍是5-7.5mm；肋片厚度范圍是0.1-0.5mm。

所述的肋片4可根據需求布置于高壓指尖片2或低壓指尖片3上，且可根據肋片4的布置情況來設置前擋板1和后擋板7。

本發明的有益效果：相對于已有的常規非接觸指尖密封結構，本發明的一種有肋片的非接觸式指尖密封能依靠薄葉式的肋片結構，更好地利用肋片上下流體壓差的作用來提高指尖片的動態響應能力，同時依靠肋片較大的軸向尺度來獲得更好的高壓差承受能力，因此可以取消起軸向支撐作用的后擋板結構，消除了低壓指尖片運動時與后擋板之間的摩擦阻力，減弱甚至消除了“遲滯效應”，克服了原有密封的缺點，極大地提高了非接觸式指尖密封的動態密封性能。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖，其中圖1a為整體結構示意圖，圖1b為肋片4在低壓指尖片3上的分布示意圖。

圖2為設有后擋板7的結構示意圖。

圖3為高壓指尖片2和低壓指尖片3上均設有肋片的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做詳細說明。

參照圖1，一種有肋片的非接觸式指尖密封裝置，包括和轉子6配合的非接觸式指尖密封裝置，非接觸式指尖密封裝置由前擋板1、高壓指尖片2以及帶有指尖靴結構5的低壓指尖片3依次連接而成，在低壓指尖片3上存在一個肋片結構4。

所述的肋片4與低壓指尖片3的指尖梁低壓側表面以及指尖靴結構5呈“T”字型布置，且低壓指尖片3、指尖靴結構5以及肋片4為一體結構。肋片4為有一定寬度的帶狀薄葉結構，且其長度方向上的型線與低壓指尖片3的指尖梁型線相同，如圓弧型線、漸開線型線、螺旋線型線等。

所述的肋片4寬度與指尖靴結構5軸向長度相同或稍短，寬度范圍是5-7.5mm；肋片厚度范圍是0.1-0.5mm，肋片4高度由指尖梁型線、指尖片尺寸、后擋板尺寸等因素決定。

參照圖2，圖2所示低壓指尖片3后設有后擋板7，能起到一定的遮流作用。

參照圖3，圖3所示高壓指尖片2和低壓指尖片3上均設有肋片4，且省略了前擋板1。

參照圖3，所示的高壓指尖片2上的肋片結構4，在高壓氣流的作用以及肋片上下表面的壓差作用下，能在肋片4上產生抬升力，從而使高壓指尖片2也能實現與轉子的非接觸，降低摩擦磨損。

本發明的工作原理：上游高壓側流體通過高壓指尖片2、低壓指尖片3與轉子6之間的密封間隙流入下游低壓側，在流體靜壓和轉子轉動帶來的流體動壓作用下，對指尖靴結構5底部產生抬升作用，同時肋片4的上下兩側流體壓差也產生一定的抬升作用，在轉子發生徑向位移時，該結構能更加有效地自動調節指尖片姿態，使指尖片的運動適應轉子的徑向跳動，在保證密封效果的同時使密封和轉子之間實現非接觸。肋片4的軸向尺寸較大，提高了密封組件的軸向剛度，能承受更大的前后壓差。另外，低壓指尖片3不再與后擋板7接觸，減弱甚至消除了“遲滯效應”，大大提高了非接觸式指尖密封的動態密封性能。