[科普中国]-封气装置

在压气机转子和静子之间，如转子叶片顶端与机匣间，整流器内环与转子鼓简间，转子前、后端面与机匣间都存在着漏气损失，严重地影响着压气机效率。为此，除了正确选择间隙外，还必须采用封气装置。

简介在压气机转子和静子之间，如转子叶片顶端与机匣间，整流器内环与转子鼓简间，转子前、后端面与机匣间都存在着漏气损失，严重地影响着压气机效率。为此，除了正确选择间隙外，还必须采用封气装置1。

封气有效措施根据气动力学知识知道，漏气量取决于漏气面积、漏气两端的压力差(决定漏气速度)和空气密度。所以，要达到封气效果的有效措施是减少漏气面积和减少压力差1。

密封装置类型密封装置可分为接触式密封和非接触式密封两种类型。

涨圈式密封是最常见的一种接触式密封涨圈式密封的优点是有效地减小了漏气面积，封严环和涨圈之间有磨擦，适用于相对线速度不大，或有油的环境，如轴承机匣的挡油封严。压气机的级间封严主要采用非接触式密封。

选择最小的安全间隙在保证压气机安全工作的前提下，尽量减小工作叶片叶尖与机匣之间的间隙，是减少漏气面积的有效措施之一。正确地选择最小的安全间隙是一个复杂的问题。它与零件的制造精度、转子与机匣的刚性、工作时各零件热膨胀的协调性有着密切关系。当前在有些发动机上，除采用双层机匣保持内机匣的圆度外，还有以下措施：

（1）如JT9D74R和PW4000，在高压压气机转子组装好后，用专用的磨削机将转子叶尖整体磨削一次，既可以提高转子的平衡性，也保证了转子外圆均匀一致；

（2）在有的发动机上，在机匣内壁上敷以易磨涂层，转子叶尖处复以耐磨材料，装配时将转子作为磨轮在机匣内磨削出一个同心画，保持叶尖间隙均匀；

（3）还可以选择线膨胀系数小的机匣材料1。

篦齿封气装置篦齿封气装置是减少压气机级间倒流损失和漏气损失的常采取的结构措施。篦齿密封是非接触式密封，它可以从减少漏气面积和减少压力差两个方面减少漏气损失。

这种封气装置是由篦齿所形成的若干个空腔组成。工作时，封气装置两侧总的压差没有变化，但是由于篦齿的分割，漏气截面两端(相邻空腔)的压差减小。同时可以尽可能小地保留间隙，因为篦齿为刀刃式，齿尖做得很薄，一旦与静子相碰，也不会引起严重后果。这样在减少压差的同时又减少了漏气面积，因而有效地减小了漏气量1。

篦齿密封装置的特点（1）在篦齿封气装里处漏气总是存在的。为了保持低压区的压力，低压区必须不断排气。如在WP7发动机上为了保持压气机后减荷腔有一定压力，后减荷腔必须经节流片通大气。

（2）随着封气装置后气体的降低，各缝隙处的气流速度是增大的，因而漏气量也增大。当压力降低到某一值后，由于最后一级缝隙气流速度达到声速，若高压区气流参数不变，则这时漏气量达到最大值，这时的压力称为临界压力。

（3）在一定的压差下，随着齿数的增多，相邻空腔的压差减小，因而漏气量减小。但是，对于一定尺寸的封气装置，有一最有利的齿数，即齿数过多，由于空腔过小，节流效果变差，漏气量反而增多。所以在轴向尺寸一定的条件下，为了增加齿数，采用了多道篦齿封气。如在WP7发动机压气机中，为了确保后减荷腔的压力，在第6级轮盘的腹板上设置两道篦齿。为了进一步减小漏气，在第2道篦齿处镶石墨块，使篦齿处径向间隙由1.50~1.62mm减小到1.0~1.12mm1。

篦齿密封装置造成高速转子振动的解决措施研究发现，篦齿腔内的气动弹性力在一定条件下会表现为一种负阻尼力，会引起转子的自激振动。因此，篦齿封严装置是造成高速转子振动的重要原因之一。对于这一问题，目前从两个方面加以解决：

（1）根据研究的结果采用合理的封严结构形式，或是采用迷宫式封严环，改变气弹力的作用。

（2）采用新型封严装置取代篦齿封严装置。如目前在PW4000发动机、V2500和F119发动机上采用的刷式密封。刷式密封有一个由许多细钢丝制成的刷组成的静子环，它们不断地与旋转轴相接触摩擦，轴上涂有硬的陶瓷涂层1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所