ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D11/08 

Описание патента на изобретение RU2033527C1

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к авиационным газотурбинным двигателям.

Известны лабиринтные уплотнения, используемые в турбомашинах между ротором и статором, состоящие из тонких лабиринтных гребешков, выполненных на роторе, и ответной гладкой поверхности статора [1] В лабиринтном уплотнении на пути перетекающего рабочего тела создается большое гидравлическое сопротивление. С увеличением числа гребешков и с уменьшением зазора между гребешками и неподвижной деталью статора гидравлическое сопротивление возрастает и количество перетекающего рабочего тела уменьшается. Такое уплотнение просто по конструкции и надежно в работе.

Однако при малых зазорах возможны задевания гребешков ротора о неподвижные кольца статора, большой износ, нагрев и повреждение гребешков. Это объясняется высоким уровнем температуры рабочего тела, окружных скоростей вращения деталей ротора, а также особенностями работы двигателя на переходных режимах (например, приемистости).

Известны лабиринтные уплотнения, в которых сотовые кольца на статоре сочетаются с лабиринтными гребешками на роторе [2] Благодаря тому, что сотовые кольца имеют тонкие стенки сот, поверхность контакта между ними и гребешками ротора уменьшена примерно в 10 раз по сравнению с обычным лабиринтным уплотнением (с гладким кольцом статора). Это позволяет допускать беззазорную сборку узла уплотнения, и после приработки величина зазора составляет 0,2 мм.

Недостатком известного лабиринтного уплотнения, принятого за прототип, является то, что гребешки лабиринтов тонкие и высокие. Такие гребешки просты по конструкции и надежны в работе, если температура рабочего тела относительно невысокая и изменяется относительно медленно. Однако в современных высокотемпературных ТРДД на переменных режимах работы температура рабочего тела (газа) изменяется резко. Поэтому при этих режимах сравнительно тонкий гребешок постоянной толщины быстро прогревается и принимает температуру рабочего тела, а массивно кольцо ротора, на котором они выполнены, нагревается или охлаждается медленнее. Такая разница температур между основанием и вершиной гребешков приводит к высоким термическим напряжениям и вследствие этого, к образованию трещин на гребешках, что выводит из строя деталь.

Целью изобретения является уменьшение утечки рабочего тела при малых радиальных зазорах между ротором и статором и предотвращение растрескивания гребешков лабиринта.

Цель достигается тем, что в лабиринтном уплотнении радиального зазора турбомашины, содержащем сотовый элемент на статоре и гребешки на роторе турбомашины, расположенные с образованием между ними кольцевых канавок, согласно изобретению гребешки выполнены цилиндрическими толщиной, равной диаметру окружности, вписанной в ячейку сотового элемента. При этом наружная поверхность каждого гребешка выполнена зубчатой с образованием между зубьями кольцевых канавок.

На фиг.1 изображена турбина низкого давления ТРДД, продольный разрез; на фиг. 2 показан узел I на фиг.1 при малом радиальном зазоре Δ между ротором и статором; на фиг.3 тот же узел при большом радиальном зазоре между ротором и статором; на фиг. 4 тот же узел при врезании гребешков лабиринта в сотовое кольцо статора; на фиг.5 вид А на фиг.4, на сотовое кольцо статора; на фиг.6 узел I для уплотнения-прототипа при малом радиальном зазоре; на фиг.7 то же при среднем зазоре; на фиг.8 то же при большом радиальном зазоре.

Лабиринтное уплотнение радиального зазора турбомашины содержит статорный элемент 1 с сотовыми ячейками 2 и роторный элемент 3 с лабиринтными гребешками 4, образующими канавки 5 глубиной Н. Толщина Т гребешков равна диаметру D окружности, вписанной в сотовую ячейку 2. На цилиндрической поверхности гребешка 4 выполнена насечка в виде мелких кольцевых канавок 6 глубиной h. Стенки сот в окружном направлении образуют зигзагообразные ребра 7.

Для примера ниже приведены размеры предлагаемого лабиринтного уплотнения, эскизный проект которого разработан для турбины низкого давления ТРДД Д-90а, устанавливаемого на самолетах ИЛ-96 300 и ТУ-204.

Диаметр окружности, вписанной в сотовую ячейку, D, мм 2,45
Толщина вершины гребешка Т, мм 2,5
Ширина канавки между гребешками b, мм 3,5
Глубина канавки между гребешками Н, мм 3,5
Толщина зубцов насечки на гребешке t, мм 0,3
Ширина канавки между зубцами насечки а, мм 0,8
Глубина канавки между зубцами насечки h, мм 0,4
Величина максимально
возможного радиаль- ного зазора Δ мм 1
Величина максимально
возможного врезания гре-
бешков в сотовое кольцо статора е, мм 1
Предлагаемое лабиринтное уплотнение работает следующим образом.

Во время работы двигателя рабочее тело перетекает через зазоры между гребешками 4 и зигзагообразными окружными ребрами 7, расширяясь в полостях ячеек 2 и кольцевых полостях ячеек 2 канавок 5. При многократном дросселировании перетекающего рабочего тела вследствие значительного гидравлического сопротивления происходит потеря давления перетекающего рабочего тела, за счет чего существенно уменьшается его утечка.

Так как толщина вершины гребешка 4 равна диаметру D окружности, вписанной в сотовую ячейку 2, то напротив каждого такого гребешка при любом положении предлагаемых гребешков ротора относительно кольца 1 статора всегда расположено какое-либо окружное зигзагообразное ребро 7 (фиг.5). Поэтому переменный зазор δ между вершиной гребешка 4 и окружным ребром 7 незначительно больше малого радиального зазора между статором и ротором с учетом глубины Н канавки 6 (фиг.2). При этом утечка рабочего тела существенно меньше, чем при тонкой вершине гребешков (см. пунктир на фиг.4 и 5), когда рабочее тело перетекает через существенно больший зазор δ1 (фиг.6). При малом радиальном зазоре Δ и широкой вершине гребешков 4 (фиг.2) рабочее тело расширяется также в полостях ячеек 2. На переменных режимах работы двигателя, например приемистости, возможно врезание гребешков 4 в стенки сотовых ячеек 2 (фиг. 4). При наличии канавок насечки на цилиндрической поверхности гребешков 4 в начальный момент врезания контакт происходит только по линии, равной ширине t гребешков 8 насечки, что уменьшает контакт при врезании. При дальнейшем врезании гребешков 4 в сотовое кольцо 1 длина линии этого контакта постепенно увеличивается до размера длины контура вершины гребешка 4.

Похожие патенты RU2033527C1

название год авторы номер документа
СОТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ 1999
  • Рыжов А.А.(Ru)
  • Ивах А.Ф.(Ru)
  • Середа В.В.(Ru)
  • Сбоев В.Г.(Ru)
  • Гусев В.Н.(Ru)
  • Крупа Кшиштоф
  • Цыбенко Александр Сергеевич
RU2150627C1
УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЗА КОМПРЕССОРОМ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1991
  • Тункин А.И.
  • Кузнецов В.А.
RU2036312C1
ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБОМАШИНЫ 1991
  • Кузнецов В.А.
  • Тункин А.И.
  • Фадеев С.И.
  • Язев В.М.
RU2039872C1
НАДБАНДАЖНОЕ ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ 2012
  • Лисянский Александр Степанович
  • Смыслов Анатолий Михайлович
  • Смыслов Алексей Анатольевич
  • Мингажев Аскар Джамилевич
RU2509896C1
СОТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ 2004
  • Великович Михаил Владимирович
  • Шкляр Александр Ильич
  • Ермолаев Владимир Владимирович
RU2283962C2
КОНЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ 1994
  • Лиснянский Ф.А.
  • Лопатицкий А.О.
  • Озернов Л.А.
RU2086777C1
КОМПРЕССОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1992
  • Максимов И.В.
  • Ошканов Н.М.
  • Тункин А.И.
RU2033563C1
РОТОР МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА 1991
  • Кузнецов В.А.
  • Ошканов Н.М.
  • Тункин А.И.
RU2033566C1
ОПОРА РОТОРА ГТД 1991
  • Кузнецов В.А.
RU2075658C1
ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА 1998
  • Иванов В.В.
  • Кузнецов В.А.
  • Фадеев С.И.
RU2147689C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 033 527 C1

Реферат патента 1995 года ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБОМАШИНЫ

Использование: в авиационных газотурбинных двигателях, в частности в лабиринтных уплотнениях радиальных зазоров турбомашин. Лабиринтное уплотнение содержит сотовый элемент 2 на статоре 1 и гребешки 4 на роторе 3 турбомашины, расположенные с образованием между ними кольцевых канавок 5 и выполненные цилиндрическими толщиной, равной диаметру окружности, вписанной в ячейку сотового элемента 2, при этом наружная поверхность каждого гребешка 4 выполнена зубчатой с образованием между зубьями кольцевых канавок 6. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула изобретения RU 2 033 527 C1

1. ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБОМАШИНЫ, содержащее сотовый элемент на статоре и гребешки на роторе турбомашины, расположенные с образованием между ними кольцевых канавок, отличающееся тем, что гребешки выполнены цилиндрическими с толщиной, равной диаметру окружности, вписанной в ячейку сотового элемента. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность каждого гребешка выполнена зубчатой с образованием между зубьями кольцевых канавок.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2033527C1

Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Патент США N 3501089, кл
ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЛОКОМОБИЛЬНЫХ КОТЛОВ 1912
  • Котомин С.М.
SU277A1
Кинематографический аппарат 1923
  • О. Лише
SU1970A1

RU 2 033 527 C1

Авторы

Кузнецов В.А.

Тункин А.И.

Фадеев С.И.

Язев В.М.

Даты

1995-04-20Публикация

1992-02-24Подача