一种柔性密封装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种柔性密封装置，具体涉及一种用于航空发动机的柔性密封装置，属于机械动密封技术领域。


背景技术：

2.随着航天事业的快速发展，人们对发动机的性能越来越重视，密封技术及密封性能是影响发动机性能的重要因素。先进的密封技术能够大大提高发动机的性能，降低燃油消耗率及运动和维修成本。航空发动机的密封类型主要有篦齿密封、刷式密封、指尖密封等。篦齿密封为了能适应转子的离心或热膨胀，在使用过程中其与转子之间必须保持足够间隙，这样的非接触式密封结构泄漏量较大，为了能减小泄漏量采用小间隙设计但又无法补偿位移激励而极易发生较大磨损。刷式密封作为柔性密封能适应转子和静子之间的相对间隙变化，能较好的控制密封间隙，其泄漏量是篦齿密封的1/5～1/10，但长时间运行后刷丝易折断，刷丝与转子跑道接触摩擦发热，影响密封的可靠性，同时因刷式密封是由数万根刷丝紧密排列而成，使得制作工艺复杂，制造成本高。在此背景下，指尖密封应运而生，指尖密封由若干个开设有指尖梁的指尖片叠加而成，不同指尖片的指尖梁交错排列，以阻挡相邻指尖片上的指尖梁间隙，相比刷式密封，指尖密封制作工艺简单且能保留刷丝密封的柔性特点。航空发动机作为高速流体机械系统的代表，工作于高温、高压、高载荷工况下。在高压情况下，刷式密封的刷丝束及指尖密封的指尖梁会通过后挡板的保护间隙向下游折弯发生塑性变形，从而导致密封失效。因此，需要一种既能承受高压，又能具有柔性特点的密封结构以满足现有航空发动机的工作工况。本实用新型根据篦齿密封、指尖密封、刷式密封的特点将其集合起来，即将刚度最高的篦齿密封排列在最前，将刚度略高而轴向厚度较薄的指尖密封设置在刷式密封之前，这样既可以有针对性的改善指尖密封、刷式密封的承压能力，又能保持密封结构的柔性特点，从而提高整个密封装置的封严特性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种将篦齿密封、指尖密封、刷式密封进行组合的柔性密封装置，以解决现有密封结构承压能力低、泄漏量大、磨损严重等问题。
4.本实用新型按以下技术方案实现：一种柔性密封装置，包括上密封座1、下密封座2、篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9；上密封座1、下密封座2内均开设有安置槽ⅰ29，篦齿密封件3上贴合有柔性支撑件9安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，多个指尖密封片5夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4贴合篦齿密封件3上部及柔性支撑件9，前挡板4、指尖密封片5、隔板6均安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，刷丝7固定安装在后挡板8内，后挡板8一侧贴合隔板6安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，上密封座1固定安装在下密封座2上，篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9均位于上密封座1的安置槽ⅰ29内，后挡板8另一侧贴合在上密封座1、下密封座2内壁上，上密封座1、下密封座2内均开设有螺纹孔23，柔性支撑件9包括助推板10、支撑
弹簧11、滑动销12、支撑柱13；支撑柱13下部开设有滑槽ⅱ15，支撑柱13上部外开设有外螺纹28，助推板10为弧形板结构，弧形板上安设有支撑筒30，支撑筒30上开设有滑槽ⅰ14，滑动销12穿过支撑柱13下部的滑槽ⅱ15，支撑柱13下部通过滑动销12与滑槽ⅰ14配合连接在支撑筒30上，支撑柱13另一端通过外螺纹28与螺纹孔23配合连接安装在上密封座1、下密封座2的安置槽ⅰ29内，支撑弹簧11位于支撑筒30内，支撑弹簧11一端贴合在助推板10上，支撑弹簧11另一端顶在滑动销12下部，支撑柱13一端位于支撑弹簧11内，篦齿密封件3外部贴合在柔性支撑件9的助推板10内，篦齿密封件3一侧贴合在上密封座1、下密封座2的内腔壁上，每个指尖密封片5上均匀开设有通孔24，隔板6内开设有泄压槽ⅰ20，泄压槽ⅰ20用于防止指尖密封片5出现滞后效应引起泄漏，隔板6贴合指尖密封片5的一侧上还开设有通气槽19，通气槽19内安设有压缩弹簧16，压缩弹簧16另一端上连接安装有弹簧撑板18，压缩弹簧16均位于通气槽19内，弹簧撑板18外形结构大小与通气槽19结构大小相同，弹簧撑板18贴合在指尖密封片5上，弹簧撑板18中心位置与指尖密封片5的通孔24位置相同，前挡板4上开设有固定孔ⅳ17，每个指尖密封片5上均匀开设有固定孔ⅱ25，隔板6上开设有固定孔ⅰ22，多个指尖密封片5通过固定孔ⅳ17、固定孔ⅱ25、固定孔ⅰ22夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4为环形结构，前挡板4的内圆直径大于指尖密封片5的内圆直径，指尖密封片5与篦齿密封件3另一侧之间形成腔体，后挡板8一侧上开设有安置槽ⅱ21，安置槽ⅱ21处的后挡板8上开设有泄压槽ⅱ26，泄压槽ⅱ26用于防止刷丝7出现滞后效应，泄压槽ⅱ26能减少刷丝7与后挡板8的磨损，以提高刷丝7的使用寿命，刷丝7固定安装在后挡板8安置槽ⅱ21内，后挡板8上开设有固定孔ⅲ27，后挡板8通过固定孔ⅲ27与隔板6连接。
5.所述上密封座1与下密封座2结构相同。
6.所述支撑筒30的滑槽ⅰ14与支撑柱13的滑槽ⅱ15结构大小相同，滑动销12的外形大小与滑槽ⅰ14、滑槽ⅱ15的结构大小相同。
7.所述指尖密封片5厚度为0.1 ～2.4mm。
8.所述后挡板8内的刷丝7轴向厚度小于1.6 mm。
9.所述篦齿密封件3的底端与转子轴之间的间隙为0.3～1.2 mm，指尖密封片5的底部与转子轴之间的间隙为0.05～0.4 mm，刷丝7与转子轴之间的间隙为0.01～0.2 mm。
10.所述前挡板4与隔板6之间的指尖密封片5为3～15个。
11.一种柔性密封装置的工作原理为：工作时，气体经上游高压侧通过篦齿密封件3向指尖密封、刷式密封流动时，首先，部分高压气流经过篦齿密封件3，流体在篦齿密封件3的篦齿片作用下产生节流效应，部分流体的压力逐渐降低从而达到密封效果，篦齿密封件3上部为柔性支撑件9，柔性支撑件9能大大降低篦齿密封件3与转子轴的摩擦磨损，从而降低密封失效率；当流体经过篦齿密封件3后压差若较低时，指尖密封片5在自身弹性恢复力的作用下能随着转子的跳动恢复到初始位置，避免滞后性起到密封作用，若此时压差仍较高，流体通过指尖密封片5的通孔24将隔板6上的弹簧撑板18推入通气槽19内，流体进入泄压槽ⅰ20，指尖密封的两端压差降低，达到降低指尖密封片5与隔板6摩擦阻力的作用，降低滞后性起到密封作用；此时通过指尖密封片5虽有部分泄漏，泄漏的流体在经过指尖密封片5后已降低压差，其再通过刷丝7时，刷丝7能起到密封的作用，此时较低的压差也不会使刷丝7发生轴向变形而影响泄漏，后挡板8与刷丝7组成的刷式密封能完整的完成密封作用；当工作时，转子轴的径向跳动影响篦齿密封件3时，篦齿密封件3将力传递给柔性支撑件9的助推板
10，助推板10将力传给支撑柱13，支撑柱13将力传给滑动销12，滑动销12在滑槽ⅰ14、滑槽ⅱ15内运动顶着支撑弹簧11运动，将轴跳动的机械能转化为弹簧的弹性势能，实现篦齿密封的柔性性能。
12.本实用新型具有以下有益效果：
13.1、采用柔性密封可适应转子轴的位移激励，柔性支撑件的补偿作用可减小接触刚度，提高自适应性；
14.2、柔性密封可满足发动机高温、高压、高速条件下的密封要求，具有较低使用成本，适用范围广；
15.3、多级密封，密封性能高，稳定性高，结构简单能降低密封装置的加工成本；
16.4、能提高密封装置在流体压力作用下的动态响应能力，能降低密封装置的“迟滞效应”，使用寿命长泄漏率低，密封工作效率高。
附图说明
17.图1为本实用新型结构示意图；
18.图2为本实用新型内部结构示意图；
19.图3为本实用新型内部安装结构示意图；
20.图4为本实用新型柔性支撑件结构示意图；
21.图5为本实用新型支撑柱结构示意图；
22.图6为本实用新型隔板结构示意图；
23.图7为本实用新型隔板侧视结构示意图；
24.图8为本实用新型上密封座、下密封座结构示意图；
25.图9为本实用新型指尖密封片结构示意图；
26.图10为本实用新型刷丝安装结构示意图；
27.图11为本实用新型后挡板结构示意图。
28.图中各标号为：1：上密封座、2：下密封座、3：篦齿密封件、4：前挡板、5：指尖密封片、6：隔板、7：刷丝、8：后挡板、9：柔性支撑件、10：助推板、11：支撑弹簧、12：滑动销、13：支撑柱、14：滑槽ⅰ、15：滑槽ⅱ、16：压缩弹簧、17：固定孔ⅳ、18：弹簧撑板、19：通气槽、20：泄压槽ⅰ、21：安置槽ⅱ、22：固定孔ⅰ、23：螺纹孔、24：通孔、25：固定孔ⅱ、26：泄压槽ⅱ、27：固定孔ⅲ、28：外螺纹、29：安置槽ⅰ、30：支撑筒。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
30.实施例1：如图1
‑
11所示，一种柔性密封装置， 包括上密封座1、下密封座2、篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9；上密封座1、下密封座2内均开设有安置槽ⅰ29，篦齿密封件3上贴合有柔性支撑件9安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，多个指尖密封片5夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4贴合篦齿密封件3上部及柔性支撑件9，前挡板4、指尖密封片5、隔板6均安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，刷丝7固定安装在后挡板8内，后挡板8一侧贴合隔板6安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，上密封座1固定
安装在下密封座2上，篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9均位于上密封座1的安置槽ⅰ29内，后挡板8另一侧贴合在上密封座1、下密封座2内壁上，上密封座1、下密封座2内均开设有螺纹孔23，柔性支撑件9包括助推板10、支撑弹簧11、滑动销12、支撑柱13；支撑柱13下部开设有滑槽ⅱ15，支撑柱13上部外开设有外螺纹28，助推板10为弧形板结构，弧形板上安设有支撑筒30，支撑筒30上开设有滑槽ⅰ14，滑动销12穿过支撑柱13下部的滑槽ⅱ15，支撑柱13下部通过滑动销12与滑槽ⅰ14配合连接在支撑筒30上，支撑柱13另一端通过外螺纹28与螺纹孔23配合连接安装在上密封座1、下密封座2的安置槽ⅰ29内，支撑弹簧11位于支撑筒30内，支撑弹簧11一端贴合在助推板10上，支撑弹簧11另一端顶在滑动销12下部，支撑柱13一端位于支撑弹簧11内，篦齿密封件3外部贴合在柔性支撑件9的助推板10内，篦齿密封件3一侧贴合在上密封座1、下密封座2的内腔壁上，每个指尖密封片5上均匀开设有通孔24，隔板6内开设有泄压槽ⅰ20，隔板6贴合指尖密封片5的一侧上还开设有通气槽19，通气槽19内安设有压缩弹簧16，压缩弹簧16另一端上连接安装有弹簧撑板18，压缩弹簧16均位于通气槽19内，弹簧撑板18外形结构大小与通气槽19结构大小相同，弹簧撑板18贴合在指尖密封片5上，弹簧撑板18中心位置与指尖密封片5的通孔24位置相同，前挡板4上开设有固定孔ⅳ17，每个指尖密封片5上均匀开设有固定孔ⅱ25，隔板6上开设有固定孔ⅰ22，多个指尖密封片5通过固定孔ⅳ17、固定孔ⅱ25、固定孔ⅰ22夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4为环形结构，前挡板4的内圆直径大于指尖密封片5的内圆直径，指尖密封片5与篦齿密封件3另一侧之间形成腔体，后挡板8一侧上开设有安置槽ⅱ21，安置槽ⅱ21处的后挡板8上开设有泄压槽ⅱ26，刷丝7固定安装在后挡板8安置槽ⅱ21内，后挡板8上开设有固定孔ⅲ27，后挡板8通过固定孔ⅲ27与隔板6连接。
31.上密封座1与下密封座2结构相同。支撑筒30的滑槽ⅰ14与支撑柱13的滑槽ⅱ15结构大小相同，滑动销12的外形大小与滑槽ⅰ14、滑槽ⅱ15的结构大小相同。
32.指尖密封片5厚度为0.1mm。后挡板8内的刷丝7轴向厚度不超过0.8 mm。
33.篦齿密封件3的底端与转子轴之间的间隙为0.3 mm，指尖密封片5的底部与转子轴之间的间隙为0.05 mm，刷丝7与转子轴之间的间隙为0.05 mm。
34.前挡板4与隔板6之间的指尖密封片5为3个。
35.实施例2：如图1
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11所示，一种柔性密封装置， 包括上密封座1、下密封座2、篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9；上密封座1、下密封座2内均开设有安置槽ⅰ29，篦齿密封件3上贴合有柔性支撑件9安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，多个指尖密封片5夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4贴合篦齿密封件3上部及柔性支撑件9，前挡板4、指尖密封片5、隔板6均安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，刷丝7固定安装在后挡板8内，后挡板8一侧贴合隔板6安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，上密封座1固定安装在下密封座2上，篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9均位于上密封座1的安置槽ⅰ29内，后挡板8另一侧贴合在上密封座1、下密封座2内壁上，上密封座1、下密封座2内均开设有螺纹孔23，柔性支撑件9包括助推板10、支撑弹簧11、滑动销12、支撑柱13；支撑柱13下部开设有滑槽ⅱ15，支撑柱13上部外开设有外螺纹28，助推板10为弧形板结构，弧形板上安设有支撑筒30，支撑筒30上开设有滑槽ⅰ14，滑动销12穿过支撑柱13下部的滑槽ⅱ15，支撑柱13下部通过滑动销12与滑槽ⅰ14配合连接在支撑筒30上，支撑柱13另一端通过外螺纹28与螺纹孔23配合连接安装在上密封座1、下密封座2的安
置槽ⅰ29内，支撑弹簧11位于支撑筒30内，支撑弹簧11一端贴合在助推板10上，支撑弹簧11另一端顶在滑动销12下部，支撑柱13一端位于支撑弹簧11内，篦齿密封件3外部贴合在柔性支撑件9的助推板10内，篦齿密封件3一侧贴合在上密封座1、下密封座2的内腔壁上，每个指尖密封片5上均匀开设有通孔24，隔板6内开设有泄压槽ⅰ20，隔板6贴合指尖密封片5的一侧上还开设有通气槽19，通气槽19内安设有压缩弹簧16，压缩弹簧16另一端上连接安装有弹簧撑板18，压缩弹簧16均位于通气槽19内，弹簧撑板18外形结构大小与通气槽19结构大小相同，弹簧撑板18贴合在指尖密封片5上，弹簧撑板18中心位置与指尖密封片5的通孔24位置相同，前挡板4上开设有固定孔ⅳ17，每个指尖密封片5上均匀开设有固定孔ⅱ25，隔板6上开设有固定孔ⅰ22，多个指尖密封片5通过固定孔ⅳ17、固定孔ⅱ25、固定孔ⅰ22夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4为环形结构，前挡板4的内圆直径大于指尖密封片5的内圆直径，指尖密封片5与篦齿密封件3另一侧之间形成腔体，后挡板8一侧上开设有安置槽ⅱ21，安置槽ⅱ21处的后挡板8上开设有泄压槽ⅱ26，刷丝7固定安装在后挡板8安置槽ⅱ21内，后挡板8上开设有固定孔ⅲ27，后挡板8通过固定孔ⅲ27与隔板6连接。
36.上密封座1与下密封座2结构相同。支撑筒30的滑槽ⅰ14与支撑柱13的滑槽ⅱ15结构大小相同，滑动销12的外形大小与滑槽ⅰ14、滑槽ⅱ15的结构大小相同。
37.指尖密封片5厚度为1mm。后挡板8内的刷丝7轴向厚度不超过1 mm。
38.篦齿密封件3的底端与转子轴之间的间隙为0.8 mm，指尖密封片5的底部与转子轴之间的间隙为0.2 mm，刷丝7与转子轴之间的间隙为0.1 mm。前挡板4与隔板6之间的指尖密封片5为6个。
39.实施例3：如图1
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11所示，一种柔性密封装置， 包括上密封座1、下密封座2、篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9；上密封座1、下密封座2内均开设有安置槽ⅰ29，篦齿密封件3上贴合有柔性支撑件9安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，多个指尖密封片5夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4贴合篦齿密封件3上部及柔性支撑件9，前挡板4、指尖密封片5、隔板6均安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，刷丝7固定安装在后挡板8内，后挡板8一侧贴合隔板6安装在下密封座2的安置槽ⅰ29内，上密封座1固定安装在下密封座2上，篦齿密封件3、前挡板4、指尖密封片5、隔板6、刷丝7、后挡板8、柔性支撑件9均位于上密封座1的安置槽ⅰ29内，后挡板8另一侧贴合在上密封座1、下密封座2内壁上，上密封座1、下密封座2内均开设有螺纹孔23，柔性支撑件9包括助推板10、支撑弹簧11、滑动销12、支撑柱13；支撑柱13下部开设有滑槽ⅱ15，支撑柱13上部外开设有外螺纹28，助推板10为弧形板结构，弧形板上安设有支撑筒30，支撑筒30上开设有滑槽ⅰ14，滑动销12穿过支撑柱13下部的滑槽ⅱ15，支撑柱13下部通过滑动销12与滑槽ⅰ14配合连接在支撑筒30上，支撑柱13另一端通过外螺纹28与螺纹孔23配合连接安装在上密封座1、下密封座2的安置槽ⅰ29内，支撑弹簧11位于支撑筒30内，支撑弹簧11一端贴合在助推板10上，支撑弹簧11另一端顶在滑动销12下部，支撑柱13一端位于支撑弹簧11内，篦齿密封件3外部贴合在柔性支撑件9的助推板10内，篦齿密封件3一侧贴合在上密封座1、下密封座2的内腔壁上，每个指尖密封片5上均匀开设有通孔24，隔板6内开设有泄压槽ⅰ20，隔板6贴合指尖密封片5的一侧上还开设有通气槽19，通气槽19内安设有压缩弹簧16，压缩弹簧16另一端上连接安装有弹簧撑板18，压缩弹簧16均位于通气槽19内，弹簧撑板18外形结构大小与通气槽19结构大小相同，弹簧撑板18贴合在指尖密封片5上，弹簧撑板18中心位置与指尖密封片5的通孔24位
置相同，前挡板4上开设有固定孔ⅳ17，每个指尖密封片5上均匀开设有固定孔ⅱ25，隔板6上开设有固定孔ⅰ22，多个指尖密封片5通过固定孔ⅳ17、固定孔ⅱ25、固定孔ⅰ22夹持安装在前挡板4与隔板6中间，前挡板4为环形结构，前挡板4的内圆直径大于指尖密封片5的内圆直径，指尖密封片5与篦齿密封件3另一侧之间形成腔体，后挡板8一侧上开设有安置槽ⅱ21，安置槽ⅱ21处的后挡板8上开设有泄压槽ⅱ26，刷丝7固定安装在后挡板8安置槽ⅱ21内，后挡板8上开设有固定孔ⅲ27，后挡板8通过固定孔ⅲ27与隔板6连接。
40.上密封座1与下密封座2结构相同。支撑筒30的滑槽ⅰ14与支撑柱13的滑槽ⅱ15结构大小相同，滑动销12的外形大小与滑槽ⅰ14、滑槽ⅱ15的结构大小相同。
41.指尖密封片5厚度为0.4mm。后挡板8内的刷丝7轴向厚度不超过1.2 mm。
42.篦齿密封件3的底端与转子轴之间的间隙为1.2 mm，指尖密封片5的底部与转子轴之间的间隙为0.35 mm，刷丝7与转子轴之间的间隙为0.2 mm。前挡板4与隔板6之间的指尖密封片5为9个。