本發(fā)明涉及航空發(fā)動機的，具體提出了一種浮環(huán)密封結構、航空發(fā)動機及其碰摩風險評估方法。

背景技術：

1、目前，航空發(fā)動機工作時，為防止軸承腔內滑油泄漏并實現(xiàn)與外部氣流環(huán)境有效隔離，需要增加密封結構。由于航空發(fā)動機的轉速高，為防止密封結構的過度磨損，通常采用非接觸式密封結構，例如，圖1所示的篦齒密封結構；其中，篦齒密封組件b與機匣在徑向上有接觸，篦齒密封件與密封動環(huán)之間存在一定間隙，所以要求軸承腔外側的氣體壓力大于軸承腔內部的氣壓，此時，外側的部分氣體可以流入軸承腔,從而達到阻止軸承腔內滑油向外泄漏的目的。

2、然而，受航空發(fā)動機實際工作環(huán)境的影響，軸承腔外側的氣體一般溫度較高，如果有過多氣體流入軸承腔，可能導致軸承腔內溫度上升，造成軸承的工作環(huán)境惡化；另一方面，過多的氣體泄漏也會導致航空發(fā)動機效率降低。

3、因此，在滿足滑油封嚴要求的前提上，非接觸式密封結構也要盡量減少泄漏到軸承腔內的氣體量。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決上述內容所提及的至少部分技術問題，該目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

2、第一方面，本申請?zhí)岢隽艘环N浮環(huán)密封結構，其包括嵌套設置的機匣、密封動環(huán)和浮環(huán)組件，浮環(huán)組件位于機匣與密封動環(huán)之間，浮環(huán)組件與密封動環(huán)間隙配合且二者非定心設置。

3、在一些實施例中，浮環(huán)密封結構還包括彈性件和墊片，彈性件沿周向設于機匣與密封動環(huán)之間，且彈性件位于浮環(huán)組件的軸向一側；彈性件的軸向一側或者兩側設有墊片，墊片沿周向設于機匣與密封動環(huán)之間。

4、在一些實施例中，彈性件的內徑≥墊片的內徑，和/或墊片的內徑≥浮環(huán)組件的內徑。

5、在一些實施例中，彈性件為波形彈簧。

6、在一些實施例中，浮環(huán)密封結構還包括擋圈，擋圈沿周向設于機匣與密封動環(huán)之間，且擋圈位于彈性件軸向上遠離浮環(huán)組件的一側。

7、在一些實施例中，浮環(huán)組件包括石墨環(huán)和石墨環(huán)外圈，石墨環(huán)外圈鑲設于石墨環(huán)的外圍。

8、第二方面，本發(fā)明提出了一種航空發(fā)動機，其包括第一方面的浮環(huán)密封結構。

9、在一些實施例中，航空發(fā)動機還包括同心設置的燃氣渦輪轉動部件、動力渦輪轉動部件和壓氣機轉動部件，燃氣渦輪轉動部件與壓氣機轉動部件通過燃氣發(fā)生器轉子傳動軸可轉動設置，動力渦輪轉動部件通過動力渦輪轉子傳動軸可轉動設置，燃氣發(fā)生器轉子傳動軸嵌套于渦輪轉子傳動軸的外側；動力渦輪轉動部件內的軸向兩側分別設有浮環(huán)密封結構，兩個浮環(huán)密封結構之間形成軸承腔，軸承腔內設有至少兩個軸承，軸承套分別設于動力渦輪轉子傳動軸和燃氣渦輪轉子傳動軸上。

10、在一些實施例中，軸向兩側的浮環(huán)密封結構為單級浮環(huán)密封結構和/或雙級浮環(huán)密封結構。

11、第三方面，本發(fā)明提出了一種浮環(huán)密封結構碰摩風險評估方法，應用第一方面的浮環(huán)密封結構，包括以下步驟：

12、分析航空發(fā)動機轉子可能產(chǎn)生的不平衡響應，在此基礎上進一步分析密封動環(huán)的最大響應；

13、通過分析得到浮環(huán)組件與密封動環(huán)的流場邊界，建立cfd數(shù)值計算模型，計算不同時刻浮環(huán)組件的上浮力；

14、計算波形彈簧的彈力以及浮環(huán)組件與機匣和墊片的摩擦力；

15、基于密封動環(huán)響應分析、石墨環(huán)上浮力和摩擦力分析，建立轉子-浮環(huán)密封結構動力特性等效計算模型，分析二者相對運動關系，評估碰摩風險。

16、本發(fā)明提供的技術方案至少具有以下技術效果：

17、在本發(fā)明中，浮環(huán)密封結構設計巧妙，成本較低，以極為精簡的結構實現(xiàn)了保證非接觸密封效果的同時還能夠減少泄漏到軸承腔內的氣體量。此外，本發(fā)明提供的浮環(huán)密封結構碰摩風險評估方法給出了浮環(huán)組件上浮特性的主要影響因素，以及詳細求解過程，為定量分析浮環(huán)密封結構隨動特性提供了基礎；采用有限體積法三維網(wǎng)格分析上浮力，明確了必要的流場計算區(qū)域，計算結果比采用經(jīng)驗公式精度高，且兼顧了計算效率；考慮服役條件下轉子不平衡分布范圍，并采用經(jīng)過模型確認的密封動環(huán)的響應分析結果，對航空發(fā)動機浮環(huán)密封結構的碰摩風險評估更貼合工程應用；建立了轉子-浮環(huán)密封結構動力特性等效計算模型，通過浮環(huán)密封結構隨動特性分析及碰摩風險評估，將三維cfd穩(wěn)態(tài)流場計算結果與經(jīng)典振動計算流程相結合，在具有較高計算精度的情況下，克服了非定常流場計算效率低、易發(fā)散的缺點。

技術特征：

1.一種浮環(huán)密封結構，其特征在于，所述浮環(huán)密封結構包括嵌套設置的機匣(160)、密封動環(huán)(170)和浮環(huán)組件(a)，所述浮環(huán)組件(a)位于所述機匣(160)與所述密封動環(huán)(170)之間，所述浮環(huán)組件(a)與所述密封動環(huán)(170)間隙配合且二者非定心設置。

2.根據(jù)權利要求1所述的浮環(huán)密封結構，其特征在于，所述浮環(huán)密封結構還包括彈性件(a3)和墊片(a2)，所述彈性件(a3)沿周向設于所述機匣(160)與所述密封動環(huán)(170)之間，且所述彈性件(a3)位于所述浮環(huán)組件(a)的軸向一側；

3.根據(jù)權利要求2所述的浮環(huán)密封結構，其特征在于，所述彈性件(a3)的內徑≥所述墊片(a2)的內徑，和/或所述墊片(a2)的內徑≥所述浮環(huán)組件(a)的內徑。

4.根據(jù)權利要求2所述的浮環(huán)密封結構，其特征在于，所述彈性件(a3)為波形彈簧。

5.根據(jù)權利要求2所述的浮環(huán)密封結構，其特征在于，所述浮環(huán)密封結構還包括擋圈(a1)，所述擋圈(a1)沿周向設于所述機匣(160)與所述密封動環(huán)(170)之間，且所述擋圈(a1)位于所述彈性件(a3)軸向上遠離所述浮環(huán)組件(a)的一側。

6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的浮環(huán)密封結構，其特征在于，所述浮環(huán)組件(a)包括石墨環(huán)(a4)和石墨環(huán)外圈(a5)，所述石墨環(huán)外圈(a5)鑲設于所述石墨環(huán)(a4)的外圍。

7.一種航空發(fā)動機，其特征在于，所述航空發(fā)動機(100)包括權利要求1至6任一項所述的浮環(huán)密封結構。

8.根據(jù)權利要求7所述的航空發(fā)動機，其特征在于，所述航空發(fā)動機(100)還包括同心設置的燃氣渦輪轉動部件(110)、動力渦輪轉動部件(120)和壓氣機轉動部件(150)，所述燃氣渦輪轉動部件(110)與所述壓氣機轉動部件(150)通過燃氣發(fā)生器轉子傳動軸(140)可轉動設置，所述動力渦輪轉動部件(120)通過動力渦輪轉子傳動軸(130)可轉動設置，所述燃氣發(fā)生器轉子傳動軸(140)嵌套于所述渦輪轉子傳動軸的外側；

9.根據(jù)權利要求8所述的航空發(fā)動機，其特征在于，軸向兩側的所述浮環(huán)密封結構為單級浮環(huán)密封結構和/或雙級浮環(huán)密封結構。

10.一種浮環(huán)密封結構碰摩風險評估方法，其特征在于，應用權利要求1至6任一項所述的浮環(huán)密封結構，包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明涉及航空發(fā)動機的技術領域，具體提出了一種浮環(huán)密封結構、航空發(fā)動機及其碰摩風險評估方法。浮環(huán)密封結構包括嵌套設置的機匣、密封動環(huán)和浮環(huán)組件，浮環(huán)組件位于機匣與密封動環(huán)之間，浮環(huán)組件與密封動環(huán)間隙配合且二者非定心設置。本發(fā)明的浮環(huán)密封結構設計巧妙，實現(xiàn)了保證非接觸密封效果的同時還能夠減少泄漏到軸承腔內的氣體量。此外，浮環(huán)密封結構碰摩風險評估方法給出了浮環(huán)組件上浮特性的主要影響因素以及詳細求解過程，為定量分析浮環(huán)密封結構隨動特性提供了基礎；采用有限體積法三維網(wǎng)格分析上浮力，明確了必要的流場區(qū)域，計算結果比采用經(jīng)驗公式精度高，且兼顧了計算效率。

技術研發(fā)人員：胡廷勛,鄧旺群,唐振寰,米棟,李堅,張偉鋒,劉文魁,李川,龍倫
受保護的技術使用者：中國航發(fā)湖南動力機械研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6