带有V形微织构的浮环密封结构及密封跑道

带有v形微织构的浮环密封结构及密封跑道
技术领域
1.本发明涉及航空发动机轴承腔密封领域，特别提供了一种带有v形微织构的浮环密封结构及密封跑道。


背景技术：

2.密封被广泛应用于航空发动机等透平机械中，起着减少工作介质泄漏的关键作用。但在开机或转子变转速过程中密封环易与转子接触，即密封环易出现不对中和无法浮起的现象，导致密封间隙不均匀、浮环密封异常磨损，进而引起密封作用失效，极大降低浮环密封使用寿命。研究表明，浮环密封内径表面开设微织构，可以产生流体动压效应，减少密封面接触载荷，延长密封组件使用寿命，同时使密封环在非接触操作下泄漏率最小。然而，传统的带有浮环内表面矩形微织构的整体式浮环密封，动压效果无法保证密封环完全浮起，使得密封面磨损失效的故障得不到根本解决。
3.因此，如何对浮环密封结构进一步改进，以有效增强流体动压效果，保证密封环快速完全浮起，减少密封环磨损，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有v形微织构的浮环密封结构及密封跑道，以解决密封环在开机或转子变速无法浮起、极易与转子发生碰磨等问题。
5.本发明一方面提供了一种带有v形微织构的浮环密封结构，包括：转子、密封座和浮环密封组件，其中，所述浮环密封组件包括密封跑道和密封环，所述密封跑道固定套设在所述转子上，所述密封环安装于所述密封座内且配合套设于所述密封跑道的外周，所述密封跑道的外周沿其周向均匀开设有多组v形微织构，所述v形微织构包括对称设置的左斜槽和右斜槽，所述左斜槽和右斜槽的前端连通，形成所述v形微织构的尖部，所述左斜槽和右斜槽的后端形成所述v形微织构的尾部，所述v形微织构的尖部朝向所述转子的旋转方向，且所述v形微织构的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。
6.优选，每组v形微织构包括同轴且等间隔设置的多个v形微织构。
7.进一步优选，沿所述转子的旋转方向，每组v形微织构中的多个v形微织构的宽度递增，左斜槽和右斜槽的长度递增。
8.进一步优选，每组v形微织构包括3个v形微织构，相邻v形微织构的间距为2～3mm，3个v形微织构的宽度依次为2～2.5mm、1.5～2mm、1～1.5mm，左斜槽和右斜槽的长度依次为6mm～8mm，4mm～6mm，2mm～4mm，尖部的最大深度为15～20um，尾部的最小深度0～5um，3个v形微织构的左斜槽和右斜槽的夹角α相等，为110
°
～150
°
。
9.进一步优选，所述v形微织构设置于所述密封环的轴向中心位置处。
10.进一步优选，所述密封环为整环或由多个环瓣组成。
11.进一步优选，所述密封环的高压入口端面设置有轴向弹簧槽，所述轴向弹簧容纳槽内配合安装有轴向压缩弹簧，所述轴向压缩弹簧与固定设置的挡板相抵，用于将所述密
封环压紧于所述密封座上。
12.进一步优选，所述挡板的外侧设置有弹性挡圈。
13.本发明还提供了一种带有v形微织构的密封跑道，所述密封跑道的外周沿其周向均匀开设有多组v形微织构，所述v形微织构包括对称设置的左斜槽和右斜槽，所述左斜槽和右斜槽的前端连通，形成所述v形微织构的尖部，所述左斜槽和右斜槽的后端形成所述v形微织构的尾部，所述v形微织构的尖部朝向安装所述密封跑道的转子的旋转方向，且所述v形微织构的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。
14.本发明提供的带有v形微织构的浮环密封结构及密封跑道，结构简单，成本可控，可显著增强浮环密封流体动压效应，降低密封环磨损程度，延长密封组件使用寿命。
附图说明
15.下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
16.图1为本发明提供的带有v形微织构的浮环密封结构的轴向剖面图；
17.图2为密封跑道的周向展开图；
18.图3为转子和浮环密封组件的径向剖面图。
具体实施方式
19.下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。
20.如图1至图3所示，本发明提供了一种带有v形微织构的浮环密封结构，包括：转子1、密封座2和浮环密封组件，其中，所述浮环密封组件包括密封跑道3和密封环4，所述密封跑道3固定套设在所述转子1上，所述密封环4安装于所述密封座2内且配合套设于所述密封跑道3的外周，所述密封跑道3的外周沿其周向均匀开设有多组v形微织构31，所述v形微织构31包括对称设置的左斜槽311和右斜槽312，所述左斜槽311和右斜槽312的前端连通，形成所述v形微织构31的尖部，所述左斜槽311和右斜槽312的后端形成所述v形微织构31的尾部，所述v形微织构31的尖部朝向所述转子1的旋转方向，且所述v形微织构31的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。
21.该带有v形微织构的浮环密封结构，在密封跑道上设置多组v形微织构，当转子转动时，高压侧的气体会在压差的作用下被引入到密封环与密封跑道之间的密封间隙内，同时，在转子高速剪切带动下，大量气体会被挤压在v形微织构内，并随着转子的旋转，由大空间(v形微织构的深度深区)进入小空间(v形微织构的深度浅区)，形成局部高压区，产生显著流体动压效应，保证密封环快速浮起，进而减少密封环内周面与密封跑道外周面的接触面积，降低密封环的磨损程度，拓宽密封环适用工况，延长密封组件使用寿命，其中，将微织构设计成v形，可以提高航空发动机转动时的气动性能，此外，气流流通面积增大，产生压力，高压侧气体进入v形微织构对密封面起到润滑作用，降低密封环磨损程度，降低周向气流阻力，增大流速，形成局部高压区，产生流体动压效应，减少石墨环磨损，延长其寿命。
22.作为技术方案的改进，如图2、图3所示，每组v形微织构31包括同轴且等间隔设置的多个v形微织构31，用于增加密封轴向方向流场复杂性，使流场能量耗散增大，以达到减少泄漏量的目的。
23.作为技术方案的改进，如图2、图3所示，沿所述转子1的旋转方向，每组v形微织构
31中的多个v形微织构31的宽度递增，左斜槽311和右斜槽312的长度递增，以逐级增加密封间隙内周向流速，进一步增强流体动压效应。
24.作为技术方案的改进，如图2、图3所示，每组v形微织构31包括3个v形微织构31，相邻v形微织构31的间距为2～3mm，3个v形微织构31的宽度依次为2～2.5mm、1.5～2mm、1～1.5mm，左斜槽311和右斜槽312的长度依次为6mm～8mm，4mm～6mm，2mm～4mm，尖部的最大深度为15～20um，尾部的最小深度0～5um，3个v形微织构31的左斜槽311和右斜槽312的夹角α相等，为110
°
～150
°
，上述设计可以使气流由大间隙到小间隙，形成局部高压区，产生流体动压效应，减少石墨环磨损，延长其寿命。
25.作为技术方案的改进，如图1所示，所述v形微织构31设置于所述密封环4的轴向中心位置处，以保证气流流速，达到增强流体动压效应的效果。
26.作为技术方案的改进，所述密封环4为整环或由多个环瓣组成，当所述密封环有多个环瓣组成，如图1所示，所述环瓣通过设置于环瓣外周的周向弹簧8夹紧。
27.作为技术方案的改进，如图1所示，所述密封环4的高压入口端面设置有轴向弹簧槽，所述轴向弹簧容纳槽内配合安装有轴向压缩弹簧5，所述轴向压缩弹簧5与固定设置的挡板6相抵，用于将所述密封环4压紧于所述密封座1上。
28.作为技术方案的改进，如图1所示，所述挡板6的外侧设置有弹性挡圈7。
29.本发明还提供了一种带有v形微织构的密封跑道，如图2所示，所述密封跑道3的外周沿其周向均匀开设有多组v形微织构31，所述v形微织构31包括对称设置的左斜槽311和右斜槽312，所述左斜槽311和右斜槽312的前端连通，形成所述v形微织构31的尖部，所述左斜槽311和右斜槽312的后端形成所述v形微织构31的尾部，所述v形微织构31的尖部朝向安装所述密封跑道3的转子1的旋转方向，且所述v形微织构31的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。
30.该带有v形微织构的浮环密封结构可与转子、密封环、密封座配合使用时(如图1所示)，当转子转动时，高压侧的气体会在压差的作用下被引入到密封环与密封跑道之间的密封间隙内，同时，在转子高速剪切带动下，大量气体会被挤压在v形微织构内，并随着转子的旋转，由大空间(v形微织构的深度深区)进入小空间(v形微织构的深度浅区)，形成局部高压区，产生显著流体动压效应，保证密封环快速浮起，进而减少密封环内周面与密封跑道外周面的接触面积，降低密封环的磨损程度，拓宽密封环适用工况，延长密封组件使用寿命。
31.本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
32.上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

技术特征：
1.带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于，包括：转子(1)、密封座(2)和浮环密封组件，其中，所述浮环密封组件包括密封跑道(3)和密封环(4)，所述密封跑道(3)固定套设在所述转子(1)上，所述密封环(4)安装于所述密封座(2)内且配合套设于所述密封跑道(3)的外周，所述密封跑道(3)的外周沿其周向均匀开设有多组v形微织构(31)，所述v形微织构(31)包括对称设置的左斜槽(311)和右斜槽(312)，所述左斜槽(311)和右斜槽(312)的前端连通，形成所述v形微织构(31)的尖部，所述左斜槽(311)和右斜槽(312)的后端形成所述v形微织构(31)的尾部，所述v形微织构(31)的尖部朝向所述转子(1)的旋转方向，且所述v形微织构(31)的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。2.按照权利要求1所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：每组v形微织构(31)包括同轴且等间隔设置的多个v形微织构(31)。3.按照权利要求2所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：沿所述转子(1)的旋转方向，每组v形微织构(31)中的多个v形微织构(31)的宽度递增，左斜槽(311)和右斜槽(312)的长度递增。4.按照权利要3所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：每组v形微织构(31)包括3个v形微织构(31)，相邻v形微织构(31)的间距为2～3mm，3个v形微织构(31)的宽度依次为2～2.5mm、1.5～2mm、1～1.5mm，左斜槽(311)和右斜槽(312)的长度依次为6mm～8mm，4mm～6mm，2mm～4mm，尖部的最大深度为15～20um，尾部的最小深度0～5um，3个v形微织构(31)的左斜槽(311)和右斜槽(312)的夹角α相等，为110
°
～150
°
。5.按照权利要求1所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：所述v形微织构(31)设置于所述密封环(4)的轴向中心位置处。6.按照权利要求1所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：所述密封环(4)为整环或由多个环瓣组成。7.按照权利要求1所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：所述密封环(4)的高压入口端面设置有轴向弹簧槽，所述轴向弹簧容纳槽内配合安装有轴向压缩弹簧(5)，所述轴向压缩弹簧(5)与固定设置的挡板(6)相抵，用于将所述密封环(4)压紧于所述密封座(1)上。8.按照权利要求1所述带有v形微织构的浮环密封结构，其特征在于：所述挡板(6)的外侧设置有弹性挡圈(7)。9.带有v形微织构的密封跑道，其特征在于：所述密封跑道(3)的外周沿其周向均匀开设有多组v形微织构(31)，所述v形微织构(31)包括对称设置的左斜槽(311)和右斜槽(312)，所述左斜槽(311)和右斜槽(312)的前端连通，形成所述v形微织构(31)的尖部，所述左斜槽(311)和右斜槽(312)的后端形成所述v形微织构(31)的尾部，所述v形微织构(31)的尖部朝向安装所述密封跑道(3)的转子(1)的旋转方向，且所述v形微织构(31)的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。

技术总结
本发明公开了一种带有V形微织构的浮环密封结构及密封跑道，其中所述浮环结构包括：转子、密封座和浮环密封组件，浮环密封组件包括密封跑道和密封环，密封跑道固定套设在转子上，密封环安装于密封座内且配合套设于密封跑道的外周，密封跑道的外周沿其周向均匀开设有多组V形微织构，V形微织构包括左斜槽和右斜槽，左斜槽和右斜槽的前端连通形成V形微织构的尖部，后端形成V形微织构的尾部，V形微织构的尖部朝向转子的旋转方向，且V形微织构的深度沿其尖部向尾部的方向逐渐减小或阶梯式减小。该带有V形微织构的浮环密封结构及密封跑道，结构简单，可显著增强浮环密封流体动压效应，降低密封环磨损程度，延长密封组件使用寿命。命。


技术研发人员：赵欢 樊汝凤 孙丹 任国哲 温帅方 徐文峰
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/18