ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к турбостроению и предназначено для уплотнения зазора между вращающимися и неподвижными деталями, в частности в диафрагменных и концевых уплотнениях турбомашин.

Известно лабиринтное уплотнение, состоящее из сегментных кольцевых элементов, охватывающих ротор под действием, пружин и снабженных эксцентриковыми штифтами, позволяющими выставлять минимально возможный начальный зазор между ротором и гребнями уплотнения, исключающий задевание при работе турбины.

Недостатком этой конструкции является то, что выставленный перед пуском уплотняющий зазор, оптимальный на переходных режимах, сохраняется неизменным и при номинальном режиме работы турбомашины, когда биения ротора минимальны и величина зазора может быть уменьшена. Тем самым снижается экономичность работы турбины.

Задача изобретения состоит в повышении надежности и экономичности турбомашины за счет создания оптимальных зазоров в уплотнениях, исключающих задевание ротора о статор и увеличение протечек.

Технический результат достигается тем, что в лабиринтном уплотнении турбомашины, содержащем сегменты, размещенные в кольцевом пазу статора и снабженные упругими элементами, обеспечивающими их радиальное перемещение, согласно изобретению предусмотрены тангенциальные упругие элементы, обеспечивающие заданный начальный зазор между ротором и сегментом. При этом в пусковом режиме зазор между ротором и сегментом, обеспечиваемый последними, больше указанного зазора в номинальном режиме.

Целесообразно упругие элементы ограничители расположить радиально в хвостовиках сегментов и выполнить в виде цилиндрических пружин, воздействующих посредством рычагов на заплечики кольцевого паза. Одним из вариантов исполнения является то, что упругие ограничители расположены в торцах сегментов и закрыты кожухами для защиты от эрозии.

Наличие упругих ограничителей позволяет установить заданный начальный зазор, при котором отсутствует задевание, что дает возможность избежать излишних протечек через уплотнение при пуске. Кроме того, использование упругих ограничителей позволяет при нерасчетном прогреве ротора избежать задеваний от температурных деформаций.

На фиг.1 изображено меридиональное сечение проточной части в области лабиринтного уплотнения; на фиг.2 и 3 показаны поперечные сечения для двух различных вариантов выполнения упругих ограничителей; на фиг.4 изображено сечение А-А на фиг.3.

Лабиринтное уплотнение содержит уплотнительные сегменты 1, подпружиненные радиальными упругими элементами 2, размещенные своими хвостовиками 3 в кольцевом пазу 4 статора 5, образующие с ротором 6 радиальный зазор 7г. Упругие элементы 2 выполнены в виде витых цилиндрических пружин сжатия и установлены радиально в кольцевом пазу 4 между сегментами 1 и статором 5.

На фиг.2 показаны упругие ограничители, выполненные в виде цилиндрических пружин 8, защищенных от эрозии кожухами 9 и размещенных между торцами сегментов 1 в пазах 10.

На фиг.3 и 4 показаны упругие ограничители, выполненные в виде цилиндрических пружин 11, расположенных радиально в пазах 12 сегментов 1 и взаимодействующих с рычагами 13, закрепленными на сегменте 1 при помощи осей 14.

В обоих вариантах упругие ограничители препятствуют свободному движению сегментов 1 в радиальном направлении под действием прижимающих упругих элементов 2 в сторону ротора.

Жесткости упругих ограничителей и прижимающих упругих элементов нужно подбирать таким образом, чтобы после сборки лабиринтного улотнения зазор 7 между ротором 6 и гребнями сегментов 1 составлял величину порядка 2 мм, что практически полностью исключает вероятность задевания при пуске. При этом жесткость упругих ограничителей должна превышать жесткость прижимающих упругих элементов 2, так как ограничители должны длительное время при пуске противодействовать весьма значительному перепаду давления, прижимающего сегменты 1 в сторону ротора 6.

Лабиринтное уплотнение работает следующим образом.

При небольших перепадах давления, действующего на уплотнительные сегменты 1 в режимах пуска-останова турбины, при которых возможны деформации в деталях статора 5 и ротора 6, упругие ограничители (фиг.2 или 3) сдерживают сегмент 1 в положении с большими зазорами, исключающими задевание ротора 6 о статор 5.

При увеличении нагрузки на турбину на режимах, исключающих деформации ротора 6, происходит увеличение перепада давления на уплотнительный сегмент 1 в радиальном направлении. Такой режим наступает при достижении перепадов 1,5-2,5 кг/см². Под действием этого перепада сегмент 1 преодолевает сопротивление упругих ограничителей и перемещается к ротору 6 в положение с минимальными радиальными зазорами 7. При этом упругие ограничители, изображенные на фиг.2, воздействуют на торцы соседних сегментов 1, а упругие ограничители, изображенные на фиг.3 и 4, противодействуют прижимающим силам путем давления на заплечики паза рычагов 13, упирающихся в пружину 11.

Сущность изобретения: в кольцевом пазу статора размещены хвостовики сегментов, радиальные упругие элементы, обеспечивающие их перемещение, расположены радиально в пазах хвостовиков. Тангенциальные упругие элементы установлены в торцах сегментов. В пусковом режиме зазор между ротором и сегментом больше указанного зазора в номинальном режиме. 4 ил.

ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ, содержащее размещенные в кольцевом пазу статора хвостовики сегментов, радиальные упругие элементы, обеспечивающие их радиальное перемещение и расположенные радиально в пазах хвостовиков, отличающееся тем, что оно снабжено тангенциальными упругими элементами, установленными в торцах сегментов, причем в пусковом режиме зазор между ротором и сегментом, обеспечиваемый последними, больше указанного зазора в номинальном режиме.