本發明涉及航空發動機軸承腔密封,具體為軸承腔動密封裝置及航空發動機。
背景技術:
1、航空發動機等高速旋轉機械的軸承腔通常與高溫高壓氣流通道相鄰,為確保軸承及潤滑系統在高溫高速環境下正常工作,需要對軸承腔進行有效的密封。近年來,隨著對高推重比與高性能要求的不斷提升,發動機的工作溫度顯著提高,傳統機械接觸式密封在高溫高速環境中易出現嚴重磨損、熱變形以及壽命縮短等問題,故而逐漸被具有低磨損、長壽命特點的非接觸式浮環密封所取代。
2、在非接觸式浮環密封中,石墨環(靜子件)與密封跑道(轉動件)之間留有一定封嚴間隙,通過在封嚴間隙內形成氣膜來實現密封。石墨材料具備較好的自潤滑特性與高溫穩定性,能夠在一定范圍內滿足高溫高速工況下的密封需求。然而,當轉子溫度進一步提高或工作環境溫度達到極值時,石墨環在高溫環境中易出現熱脹破壞、氧化失重等現象:
3、針對上述問題,常規的對策通常包括:材料改進,采用更高耐溫、高抗氧化性能的石墨或合成材料,但此類高端材料價格昂貴且制造、加工工藝復雜,成本較高;彈性支撐優化,在石墨環與密封殼體之間設置彈性件(如波形彈簧),以緩沖石墨環的熱膨脹帶來的局部應力,但若冷卻與彈力分配不足,依舊難以有效抑制高溫脹壞及氧化反應。
4、因此,如何在高溫、高速的苛刻環境下,通過合理設計石墨環的冷卻與支撐結構,避免其脹壞和氧化失重,并保持長壽命、高性能的軸承腔封嚴效果,已成為業內亟待解決的關鍵技術問題。
技術實現思路
1、本發明提供了一種軸承腔動密封裝置及航空發動機,以解決現有軸承腔密封的石墨環在高溫環境中易出現熱脹破壞導致壽命不足的技術問題。
2、根據本發明的一個方面,提供一種軸承腔動密封裝置及航空發動機,包括轉子組件和靜子組件;轉子組件,包括轉子和密封跑道,密封跑道上設置有篦齒結構;靜子組件,包括浮環密封靜子件和與所述浮環密封靜子件相配合的密封安裝座,所述浮環密封靜子件包括密封殼體、擋環、石墨環組件以及用于對石墨環組件施加彈力的彈性元件,所述石墨環組件與所述密封跑道之間形成浮環密封結構,擋環上設置有用于與篦齒結構配合形成篦齒密封的篦齒配合面;所述密封殼體和/或所述密封跑道上設置有用于引入氣體的冷卻通道,以通過從冷卻通道引入的氣體與從篦齒密封泄漏的氣體摻混形成浮環密封結構的工作環境。
3、可選的,所述彈性元件為波形彈簧。
4、可選的,所述擋環設置有軸向端面,軸向端面與密封殼體端面相互貼合實現軸向限位,軸向端面與波形彈簧端面貼合以均勻分布波形彈簧的彈力。
5、可選的,所述石墨環組件包括石墨環外圈和石墨環,所述波形彈簧用于支撐石墨環,使石墨環與密封殼體貼合。
6、可選的,所述波形彈簧和石墨環之間設置有墊片。
7、可選的,還包括設置于轉子上的軸承襯套,所述軸承襯套緊貼所述轉子的內側設置有導油槽,并沿徑向開設有連接所述導油槽與密封跑道的導油孔。
8、可選的,所述密封安裝座上形成有用于徑向支撐所述靜子組件的徑向支撐面和用于軸向支撐所述靜子組件的軸向支撐面,所述密封安裝座遠離軸向支撐面的一端螺紋連接有螺紋擋圈,所述螺紋擋圈與軸向支撐面配合夾緊靜子組件。
9、可選的,所述轉子上開設有用于向軸承供油的第一油道和用于通過導油槽向密封跑道供油的第二油道。
10、可選的,所述轉子上設置有軸肩,轉子遠離軸肩的一端設置有轉子鎖緊結構,密封跑道、軸承襯套和軸承依次設置在軸肩和轉子鎖緊結構之間以通過轉子鎖緊結構進行軸向限位。
11、根據本發明的另一方面,還提供了一種航空發動機,其包括上述的軸承腔動密封裝置。
12、綜上所述,本申請包括以下至少一種有益技術效果:
13、本方案通過在密封殼體和/或密封跑道上設置冷卻通道,從冷卻通道輸入的氣體與從篦齒密封處泄漏的氣體混合摻雜,形成溫度更低、壓力更均勻的浮環密封工作環境,從而有效降低石墨環所處的熱負荷。在此環境下,石墨環組件與轉子高速旋轉時產生的高溫氣接觸更少、溫度梯度更小,因而減輕石墨環的熱脹系數影響并避免過熱脹壞。同時,浮環密封結構使石墨環可徑向浮動跟隨轉子跳動,減少因偏心或振動造成的額外熱摩擦沖擊,進而保證其在高溫場景下的使用壽命并維持良好密封性能。
14、除了上面所描述的目的、特征和優點之外,本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖,對本發明作進一步詳細的說明。
1.軸承腔動密封裝置,其特征在于:
2.根據權利要求1所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
3.根據權利要求2所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
4.根據權利要求3所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
5.根據權利要求4所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
6.根據權利要求1所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
7.根據權利要求6所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
8.根據權利要求7所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
9.根據權利要求6所述的軸承腔動密封裝置,其特征在于:
10.航空發動機,其特征在于,包括權利要求1-9任一項所述的軸承腔動密封裝置。