一种涡轮转子级间密封和润滑油腔密封的密封结构

技术领域

本发明属于发动机领域，具体涉及一种涡轮转子级间密封和润滑油腔密封的密封结构。

背景技术

涡轮转子是航空发动机的关键部件，主要包括由涡轮盘、涡轮叶片、涡轮轴等组成，其功能为将高温燃气的动能转换成机械能。航空发动机涡轮级间转子与静子不可避免存在轴向间隙，如果主流道的燃气通过该间隙进入涡轮转子盘侧的涡轮盘腔，会使得涡轮盘温度急剧上升，严重影响涡轮盘的工作安全。所以需要防止高温燃气进入涡轮盘腔。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明采用高压力的气体对转子与静子产生的轴向间隙进行密封，防止高温燃气进入涡轮盘腔。同时由于在发动机上还存在润滑油腔，为了防止润滑油腔内的润滑油泄露，也需要用气体进行密封。但是在对级间间隙密封时需要的气体压力比对润滑油腔密封的气体压力高。

为了同时实现对涡轮盘腔和润滑油腔的密封，本发明提出了一种涡轮转子级间密封和润滑油腔密封的密封结构。本发明能够保证对涡轮盘腔密封时需要的气体压力比对润滑油腔密封的气体压力高。

本发明通过包括根据下技术方案：

本发明提供了一种涡轮转子级间密封和润滑油腔密封的密封结构，包括涡轮盘、涡轮叶片、涡轮轴、跑道环、密封环、涡轮盘腔和润滑油腔；

所述涡轮轴上设置涡轮盘，所述涡轮盘连接所述涡轮叶片；

所述涡轮盘和所述涡轮轴之间设置有进气槽，位于所述进气槽内在所述涡轮盘上设置有第一通气孔，所述通气孔与所述跑道环连通；

所述跑道环上设置有与密封环连通的第二通气孔，且所述跑道环上设置有与涡轮盘腔连通的第三通气孔；

所述密封环与分别与所述涡轮盘腔、所述润滑油腔连通。

进一步地，所述跑道环设置在所述涡轮盘腔和所述润滑油腔之间，和/或所述密封环设置在所述涡轮盘腔和所述润滑油腔之间。

进一步地，所述跑道环环绕设置在所述涡轮盘上。

进一步地，所述跑道环外表面为圆柱形。

进一步地，所述第二通气孔设置在所述跑道环的径向方向上，所述第三通气孔设置在所述跑道环的轴向方向上。

进一步地，所述第二通气孔均匀环绕设置在所述跑道环上，所述第三通气孔均匀环绕设置在所述跑道环上。

进一步地，所述密封环环绕设置在所述跑道环外，所述密封环通过与所述跑道环之间的第一间隙与所述涡轮盘腔连通，且所述密封环通过与所述跑道环之间的第二间隙与所述润滑油腔连通。

进一步地，所述所述密封环包括石墨密封保持架、前石墨密封环和后石墨密封环，所述前石墨密封环和后石墨密封环间隔设置，所述前石墨密封环与所述后石墨密封环远离所述涡轮轴的外侧连接所述石墨密封保持架。

进一步地，所述石墨密封保持架的横截面为U型。

进一步地，所述第一通气孔均匀环绕设置在所述涡轮盘上。

采用上述技术方案，本发明包括如下优点：

1、本发明能够保证对涡轮盘腔密封时需要的气体压力比对润滑油腔密封的气体压力高。在节约高压气体的基础上，同时起到了对涡轮盘腔和润滑油腔的密封作用。

2、本发明可实现在发动机系统中，不同位置密封的气体压力和流量的精准控制，在防止发动机涡轮级间燃气倒灌的同时减少进入润滑油腔气体量，减小了气体损失并降低了滑油油腔工作负荷。

3、本发明具有良好的涡轮盘腔封严和润滑油腔封严性能，在保证涡轮盘腔密封的前提下，使进入润滑油腔的高压气体减小了50％。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种涡轮转子级间密封和润滑油腔密封的密封结构的结构示意图一；

图2为本发明实施例中一种涡轮转子级间密封和润滑油腔密封的密封结构的结构示意图二；

附图中：10-涡轮盘，110-第一通气孔，20-涡轮叶片，30-涡轮轴，40-跑道环，410-第二通气孔，420-第三通气孔，50-密封环，51-第一间隙，52-第二间隙，510-石墨密封保持架，520-前石墨密封环，530-后石墨密封环，60-涡轮盘腔，70-润滑油腔，80-静子支架，90-轴承，100-轴承座。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"垂直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是多个或多个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是多个元件内部的连通或多个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种涡轮转子级间密封和润滑油腔70密封的密封结构，如图1、图2所示，包括涡轮盘10、涡轮叶片20、涡轮轴30、跑道环40、密封环50、涡轮盘腔60和润滑油腔70；所述涡轮轴30上设置涡轮盘10，所述涡轮盘10连接所述涡轮叶片20；所述涡轮盘10和所述涡轮轴30之间设置有进气槽，位于所述进气槽内在所述涡轮盘10上设置有第一通气孔110，所述通气孔与所述跑道环40连通；所述跑道环40上设置有与密封环50连通的第二通气孔410，且所述跑道环40上设置有与涡轮盘腔60连通的第三通气孔420；所述密封环50与分别与所述涡轮盘腔60、所述润滑油腔70连通。

其中，如图1所示，涡轮盘腔60为涡轮盘10和静子支架80之间存在的间隙，润滑油腔70位于轴承90和轴承座100处，润滑油腔70主要用于通入润滑油对轴承90进行润滑。所述静子支架80可以与所述轴承座100固定连接，静子支架80和轴承座100都是固定不会转动的结构。

工作原理：高压气体从所述进气槽进入，通过第一通气孔110进入跑道环40内，通过跑道环40上的第二通气孔410进入密封环50，同时通过跑道环40的第三通气孔420进入涡轮盘腔60；进入密封环50的高压气体分别进入涡轮盘腔60和润滑油腔70；使进入涡轮盘腔60的高压气体比进入润滑油腔70的高压气体多，保证涡轮盘腔60的高压气体比进入润滑油腔70的高压气体压力高。

进一步地，所述跑道环40设置在所述涡轮盘腔60和所述润滑油腔70之间，和/或所述密封环50设置在所述涡轮盘腔60和所述润滑油腔70之间。基于此，结构更加合理，能够在保证对级间间隙密封时需要的气体压力比对润滑油腔70密封的气体压力高的同时保证装置小型化。

进一步地，所述跑道环40环绕设置在所述涡轮盘10上。

进一步地，所述跑道环40外表面为圆柱形。圆柱形的外表面利于与所述密封环50形成间隙，更加利于装配和制造。

进一步地，所述第二通气孔410设置在所述跑道环40的径向方向上，所述第三通气孔420设置在所述跑道环40的轴向方向上。其中径向方向应该理解为所述涡轮轴30的径向方向，轴向方向应该理解为涡轮轴30的轴向方向。

进一步地，所述第二通气孔410均匀环绕设置在所述跑道环40上，基于此，使进入密封环50的高压气体更加均匀，避免高压气体压力损失；和/或所述第三通气孔420均匀环绕设置在所述跑道环40上，基于此，使进入涡轮盘腔60的高压气体更加均匀，避免高压气体压力损失。

进一步地，所述密封环50环绕设置在所述跑道环40外，所述密封环50通过与所述跑道环40之间的第一间隙51与所述涡轮盘腔60连通，且所述密封环50通过与所述跑道环40之间的第二间隙52与所述润滑油腔70连通。

进一步地，所述所述密封环50包括石墨密封保持架510、前石墨密封环520和后石墨密封环530，所述前石墨密封环520和后石墨密封环530间隔设置，所述前石墨密封环520与所述后石墨密封环530远离所述涡轮轴30的外侧连接所述石墨密封保持架510，石墨密封保持架510将前石墨密封环520和后石墨密封环530的外侧(即远离所述涡轮轴30的外侧面)密封。基于此，密封环50结构简单，装配方便；同时前石墨密封环520和后石墨密封环530这种结构可以让两侧的第一间隙51和第二间隙52同等压差的情况下，流过的高压气体流量更小。其中，石墨密封保持架510可以与静子支架80和/或轴承座100固定连接，使形成的第一间隙51和/或第二间隙52更加稳定，使高压气体的流动更加平稳。

进一步地，所述石墨密封保持架510的横截面为U型。基于此，对前石墨密封环520和后石墨密封环530的外侧具有更好的密封效果。

进一步地，所述第一通气孔110均匀环绕设置在所述涡轮盘10上。基于此，使进入跑道环40的高压气体更加均匀，避免高压气体压力损失。

基于对所述密封环50和跑道环40的具体位置、结构的设计，使整个装置结构更加紧凑合理，不仅制造方便，而且装置还具有小型化的优点。

进一步地，如图2所示，所述第一通气孔110的孔径为1.5S～2S，所述第二通气孔410的孔径为为1.5S～2S，所述第三通气孔420的孔径为0.5S～1S，所述第一间隙51为0.01S～0.1S，所述第二间隙52为0.01S～0.1S。基于此，能够精确的控制涡轮盘腔60的高压气体的压力大于进入润滑油腔70的高压气体的压力。

其中：S＝0.8mm～2mm,在一个具体的结构中，S的取值应该是一致的。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。