一种燃气轮机双层流道的探头密封结构的制作方法

本发明属于燃气轮机，具体涉及一种燃气轮机双层流道的探头密封结构。

背景技术：

1、航空发动机与燃气轮机普遍采用内外双层机匣结构，内层机匣紧邻高温流道，工作温度可达 1000℃以上，外层机匣处于低温区域，环境温度通常低于 300℃。设备高工况运行时，内层机匣热膨胀量远大于外层机匣，二者在轴向、径向产生明显的热膨胀不协调现象，给流道温度、压力等参数的在线检测带来极大难题。

2、目前行业内主流检测密封方案是将检测部件仅固定于内层机匣，仅引出柔性线缆，虽可规避热膨胀干涉，但检测探头为易损件，更换时必须拆解整台发动机或燃气轮机，维护成本高、经济性差。若单纯预留大间隙适配热变形，会造成高温气体大量泄漏，直接降低整机工作性能；现有的传统浮动环密封结构虽一定程度减少泄漏，但泄漏量仍无法满足高标准使用要求，且不能补偿径向热膨胀差值，长期运行易出现密封失效。

3、针对现有密封结构难以兼顾热膨胀位移补偿、低泄漏密封、便捷更换探头三大使用需求，有必要设计新的燃气轮机双层流道的探头密封结构。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本方案提供了一种燃气轮机双层流道的探头密封结构。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种燃气轮机双层流道的探头密封结构，包括压紧螺母、内层密封环、外层密封环和压盖；

4、所述燃气轮机包括内层机匣和外层机匣；所述内层机匣内设置有高温流道；外层机匣设置于内层机匣外，且在两者之间形成有低温流道；测试探头的一端插入内层机匣、另一端伸出外层机匣；

5、压紧螺母套设在测试探头外，并将测试探头抵紧到内层机匣上，使测试探头的中部密封于所述内层机匣；压紧螺母的外壁上设置有向外凸起的密封盘；

6、内层密封环包括相互垂直的第一篦齿部和第一圆盘部；第一圆盘部的外缘与外层机匣形成球面密封，并能够相对于外层机匣进行滑动；第一篦齿部与密封盘的盘面密封配合；

7、外层密封环包括相互垂直的第二篦齿部和第二圆盘部；第二圆盘部的外缘与外层机匣形成球面密封，并能够相对于外层机匣进行滑动；第二圆盘部通过内层弹簧抵紧第一圆盘部；第二篦齿部与密封盘的盘面密封配合；

8、压盖与外层机匣固定相连，并通过外层弹簧抵紧第二圆盘部；

9、外层机匣、压盖、内层密封环、外层密封环四者与压紧螺母之间分别设置有预留的伸缩缝，内层机匣与外层机匣之间发生热膨胀位移时，所述伸缩缝补偿压紧螺母与外层机匣之间的相对位移。

10、可选的：所述外层机匣上同轴设置有补偿孔和容纳腔；所述压盖上设置有中心孔；所述容纳腔用于容纳密封盘、内层密封环、外层密封环、内层弹簧和外层弹簧。

11、可选的：所述补偿孔与容纳腔之间的台阶面与密封盘之间具有缝隙h2，压紧螺母在其轴向上相对于外层机匣的位移量小于缝隙h2。

12、可选的：压紧螺母外壁与补偿孔之间的缝隙、密封盘外沿与容纳腔腔壁之间的缝隙l1、压紧螺母外壁与中心孔孔壁之间的缝隙以及压紧螺母外壁与外层密封环内侧壁之间的缝隙，均大于压紧螺母在其径向上相对于外层机匣的位移量。

13、可选的：所述密封盘的盘面上设置有内层篦齿槽和外层篦齿槽，所述第一篦齿部可滑动的装配于外层篦齿槽中，所述第二篦齿部可滑动的装配于内层篦齿槽中。

14、可选的：所述第一篦齿部与外层篦齿槽外侧壁之间的缝隙l2、第一篦齿部与外层篦齿槽内侧壁之间的缝隙以及第二篦齿部与内层篦齿槽外侧壁之间的缝隙l3，均大于压紧螺母在其径向上相对于外层机匣的位移量。

15、可选的：压盖上的中心孔孔径d81满足：

16、d81≥2×lx+d23

17、式中：lx为内层机匣与外层机匣的轴向热膨胀量之差；d23为压紧螺母的延长杆的直径。

18、可选的：内层密封环与外层机匣选用线膨胀系数不同的材料，二者线膨胀系数的计算公式如下：

19、sr41×2×(1+(t2-t1)×θ1)=d91×2×(1+(t2-t1)×θ2)

20、式中：sr41为第一圆盘部外缘的球面直径；d91为补偿孔的直径；t2为目标工作温度；t1为常温；θ1为内层密封环材料常温到目标温度的线膨胀系数；θ2为外层机匣材料常温到目标温度的线膨胀系数。

21、可选的：内层弹簧压缩至80%状态为工作状态，此时内层弹簧的弹力f1满足：

22、

23、式中：为第一圆盘部的上表面所受压力的合力；为第一圆盘部的下表面所受压力的合力；

24、外层弹簧压缩至80%状态为工作状态，此时外层弹簧的弹力f2满足：

25、

26、式中：为第二圆盘部上表面所受压力的合力；为第二圆盘部下表面所受压力的合力。

27、可选的：所述内层机匣上设置有定位孔和安装容腔；所述测试探头包括测量段、腰形部、环形密封部和延长段；腰形部和环形密封部设置于测量段与延长段之间；所述定位孔为与腰形部匹配的腰型孔，所述安装容腔与定位孔之间的台阶面与环形密封部密封配合，压紧螺母与安装容腔的腔壁相连，压紧螺母的端面通过c形密封圈抵紧环形密封部。

28、本发明的有益效果为：

29、1、本方案中，在多处不同位置设置伸缩缝，可同时容纳内层机匣与外层机匣产生的轴向热膨胀量之差 lx和径向热膨胀量之差 ly；有效避免零件因热膨胀发生硬接触、卡滞，消除结构内应力，延缓零部件变形损坏，延长整体使用寿命。

30、2、采用篦齿迷宫密封 + 双层球面密封的复合密封形式，有效阻断高温流道气体外泄，减少气动损失，保障发动机、燃气轮机整机性能。相比于传统密封方案，可以做到高温流道的流体基本不泄露，极大减少外层流道流体的泄漏。

31、3、在不分解发动机及其部件的情况下可实现受感部的更换，显著提高了可维护性。内外侧的各个部件之间采用非硬连接结构，避免了热膨胀导致的零件变形，显著减小了零件内应力，提高了零件寿命。

1.一种燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：包括压紧螺母（2）、内层密封环（4）、外层密封环（6）和压盖（8）；

2.根据权利要求1所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：所述外层机匣（9）上同轴设置有补偿孔（91）和容纳腔（92）；所述压盖（8）上设置有中心孔（81）；所述容纳腔（92）用于容纳密封盘（22）、内层密封环（4）、外层密封环（6）、内层弹簧（5）和外层弹簧（7）。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：所述补偿孔（91）与容纳腔（92）之间的台阶面与密封盘（22）之间具有缝隙h2，压紧螺母（2）在其轴向上相对于外层机匣（9）的位移量小于缝隙h2。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：压紧螺母（2）外壁与补偿孔（91）之间的缝隙、密封盘（22）外沿与容纳腔（92）腔壁之间的缝隙l1、压紧螺母（2）外壁与中心孔（81）孔壁之间的缝隙以及压紧螺母（2）外壁与外层密封环（6）内侧壁之间的缝隙，均大于压紧螺母（2）在其径向上相对于外层机匣（9）的位移量。

5.根据权利要求2所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：所述密封盘（22）的盘面上设置有内层篦齿槽和外层篦齿槽，所述第一篦齿部（41）可滑动的装配于外层篦齿槽中，所述第二篦齿部（61）可滑动的装配于内层篦齿槽中。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：所述第一篦齿部（41）与外层篦齿槽外侧壁之间的缝隙l2、第一篦齿部（41）与外层篦齿槽内侧壁之间的缝隙以及第二篦齿部（61）与内层篦齿槽外侧壁之间的缝隙l3，均大于压紧螺母（2）在其径向上相对于外层机匣（9）的位移量。

7.根据权利要求2所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：压盖上的中心孔孔径d81满足：

8.根据权利要求1-6之一所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：内层密封环与外层机匣选用线膨胀系数不同的材料，二者线膨胀系数的计算公式如下：

9.根据权利要求1-6之一所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：内层弹簧压缩至80%状态为工作状态，此时内层弹簧的弹力f1满足：

10.根据权利要求1-6之一所述的燃气轮机双层流道的探头密封结构，其特征在于：所述内层机匣上设置有定位孔和安装容腔；所述测试探头包括测量段、腰形部、环形密封部和延长段；腰形部和环形密封部设置于测量段与延长段之间；所述定位孔为与腰形部匹配的腰型孔，所述安装容腔与定位孔之间的台阶面与环形密封部密封配合，压紧螺母与安装容腔的腔壁相连，压紧螺母的端面通过c形密封圈抵紧环形密封部。