[長知識]航空發(fā)動機封嚴技術(shù)的進展(編輯修改稿)
2025-07-20 15:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)子和靜子之間的間隙值時，必須考慮長期工作時輪盤與葉片的蠕變伸長、機匣的收縮變形、轉(zhuǎn)子的振動和偏擺等因素，使得間隙設(shè)計值偏大。為了減小發(fā)動機漏氣損失，提高篦齒封氣效果，又不使轉(zhuǎn)子和靜子相碰，可采取以下措施：(1) 涂覆可磨耗封嚴涂層。在與篦齒對應(yīng)的外環(huán)表面覆蓋一層質(zhì)地較軟的氧化物涂層或鍍層，一方面可起到保護作用，承受篦齒與外環(huán)的少許接觸；另一方面可自然形成最小間隙，達到最好密封性能。(2) 改進氣流通道結(jié)構(gòu)，提高封氣效果。目前國外的研究表明，與基準結(jié)構(gòu)相比(圖2(a))，采用斜齒和高階梯相結(jié)合的方式(圖2(b))可使泄漏量減少17%。這是因為：①刀形篦齒傾斜度的增加使得封嚴腔環(huán)流量增加，進而造成刀形齒處氣流的停滯面積增大，齒尖周圍流線的彎曲度加大；②高階梯截面形成的氣流通道更為曲折，流量也隨之增加，使得紊流粘滯損失增加；③傾斜篦齒造成了一節(jié)流過程，氣流流經(jīng)邊緣更為鋒利的篦齒，減小了有效面積和單個篦齒的流量系數(shù)。(3) 采用蜂窩密封裝置。蜂窩密封裝置是在機匣封嚴環(huán)表面釬焊蜂窩封嚴環(huán)，與轉(zhuǎn)子或葉冠上的篦齒構(gòu)成封嚴結(jié)構(gòu)，控制盤間腔空氣泄漏。1994年，F(xiàn)16戰(zhàn)斗機在2個月內(nèi)損失了4架，其原因是發(fā)動機高壓渦輪軸的封嚴篦齒環(huán)斷裂。隨后的成功解決方法是，將與篦齒對應(yīng)的外環(huán)表面設(shè)計成蜂窩結(jié)構(gòu)，以承受篦齒與外環(huán)的少許接觸。這種設(shè)計既可盡量減少封嚴篦齒齒頂與外環(huán)間的間隙，有效降低泄漏量，又能保證發(fā)動機的可靠性和安全性。在壓氣機和渦輪部分采用蜂窩密封裝置，能極大地提高發(fā)動機效率，且蜂窩結(jié)構(gòu)的厚度可靈活掌握，可很好地改善轉(zhuǎn)子葉尖的周向漏氣性能，從而提高發(fā)動機的效率和推力。 刷式封嚴的結(jié)構(gòu)特點刷式封嚴是一種接觸式密封裝置，主要由刷絲、前板、背板和跑道組成（見圖3）。刷絲夾在前板和背板之間，采用焊接工藝將三者焊接成一體。前板處于氣流的高壓側(cè)(上游)，作用是夾持刷絲；背板處于氣流的低壓側(cè)(下游)，起支承刷絲、承受壓差的作用。背板間隙應(yīng)控制在任何工作條件或在一系列徑向偏差下，背板都不會與轉(zhuǎn)子表面接觸。，但多個單級刷式封嚴串聯(lián)起來形成多級刷式封嚴，可提高其整體耐壓能力。為方便刷式封嚴在航空發(fā)動機上的裝配，可采用將刷式封嚴沿周向分為兩個半環(huán)或幾個扇形段的設(shè)計方式。跑道是與刷絲相接觸的表面，基體材料一般選用高強度、耐熱、導(dǎo)熱性好的結(jié)構(gòu)鋼或高溫合金；跑道涂層則選用氧化鋁、碳化鉻和碳化鎢，采用等離子或爆炸噴涂的方式將涂層材料牢固地附著在機體上。
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