УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЗА КОМПРЕССОРОМ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F02C7/28 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению.

Известно уплотнительное устройство за компрессором турбореактивного двигателя, содержащее лабиринт, соединенный с валом компрессора и снабженный уплотнительными гребешками, и ответное им сегментное кольцо, закрепленное фланцем на спрямляющем аппарате компрессора с образованием разгрузочной полости, сообщенной с наружным контуром двигателя.[1].

Известное устройство отличается простотой, но имеет увеличенные утечки закомпрессорного воздуха из-за увеличенного зазора между роторными и статорными элементами уплотнения - из-за повышенного износа элементов уплотнения на переходных режимах работы двигателя.

Наиболее близким к заявляемому является уплотнительное устройство с активным управлением величиной радиального зазора между статорными и роторными элементами уплотнения путем охлаждения по определенной программе статорных элементов холодным воздухом на основных режимах работы двигателя. [2].

Известное устройство, принятое за прототип, позволяет выполнять при сборке (монтаже) большие радиальные монтажные зазоры между роторными и статорными элементами уплотнения, а при работе на основных режимах за счет охлаждения статорных элементов доводить их до величин, близких к нулю. Однако эффективность охлаждения сотового фланца лабиринта в этой конструкции является недостаточной, что приводит к снижению надежности из-за необходимости уменьшать монтажные радиальные зазоры при сборке, а это в свою очередь приводит к заеданию уплотнительного устройства после остановки двигателя, за счет чего происходит заклинивание ротора относительно статора и невозможность повторного запуска двигателя в течение 2...7 часов. Указанный недостаток связан с тем, что после остановки двигателя и отключения системы вентиляции ротора относительно тонкостенные статорные элементы уплотнения, например сотовый фланец, за счет внутренних конвективных потоков в неработающем двигателе сравнительно быстро остывают, однако лабиринт, закрепленный на последнем диске компрессора, в течение нескольких часов поддерживает высокую температуру за счет передачи к нему тепла от массивного барабанно-дискового ротора компрессора. Кроме того, в случае износа сотового уплотнения необходимо заменить весь сегментный сотовый фланец, что является экономически невыгодным.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и ремонтопригодности уплотнительного устройства за счет двухстороннего интенсивного охлаждения дефлектора.

Сущность изобретения заключается в том, что в уплотнительном устройстве за компрессором турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащем закрепленный на последнем диске компрессора лабиринт с уплотнительными гребешками и ответное ему статорное сегментное кольцо с дефлектором и щелеобразной полостью между ними, согласно изобретению, сегментное кольцо закреплено на фланце с образованием дополнительной щелеобразной полости между фланцем и дефлектором, соединенной на входе с щелеобразной полостью между сегментным кольцом и дефлектором, а на выходе - с разгрузочной полостью, при этом на сегментном кольце телескопически с помощью осевых и с-образных фланцев установлены сотовые сегменты, зафиксированные съемными штифтами, образующие с кольцом кольцевые щели, напротив которых с другой стороны кольца выполнены турбулизаторы в виде множества кольцевых радиальных ребер, механически контактирующих с осевыми ребрами дефлектора.

Установка сегментного кольца на фланце с образованием дополнительной щелеобразной полости между фланцем и дефлектором, соединенной на входе с щелеобразной полостью между сегментным кольцом и дефлектором, а на выходе - с разгрузочной полостью, позволяет дополнительно помимо охлаждения дефлектора со стороны сегментного кольца охлаждать дефлектор с другой стороны, т.е. со стороны фланца, что значительно повышает надежность двигателя.

Установка на сегментном кольце телескопически с помощью осевых и с-образных фланцев сотовых сегментов, зафиксированных съемными штифтами, способствует повышению ремонтопригодности уплотнительного устройства за счет съемных сотовых сегментов.

Выполнение между сотовыми сегментами и кольцом кольцевых щелей, напротив которых с другой стороны кольца выполнены турбулизаторы в виде множества кольцевых радиальных ребер, механически контактирующих с осевыми ребрами дефлектора, позволяет уменьшить теплоотдачу от сегментов в регулируемый фланец за счет кольцевых щелей, которые являются тепловым сопротивлением, что позволяет улучшить интенсификацию охлаждения регулируемого фланца и дефлектора.

На фиг. 1 изображен продольный разрез закомпрессорного уплотнительного устройства.

На фиг. 2 - элемент I - на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 3 - элемент II на фиг. 2 в увеличенном виде.

Уплотнительное устройство 1 состоит из двойного лабиринта 2 с уплотнительными гребешками 3, закрепленного с помощью байонетного соединения 4 на последнем, диске 5 компрессора 6. Ответная лабиринту 2 статорная часть уплотнительного устройства 1 состоит из фланца 7, закрепленного на диафрагме 8 шарикоподшипниковой опоры (не показано) с помощью болтов 9. На фланце 7 с помощью болтов 10 закреплено статорное сегментное кольцо 11, состоящее из регулируемого фланца 12 и множества сотовых сегментов 13, которые и образуют с гребешками 3 лабиринта 2 закомпрессорное лабиринтное уплотнение. На регулируемом фланце 12 с помощью болтов 14 закреплен дефлектор 15, образующий с регулируемым фланцем 12 кольцевой коллектор 16 на внутренней части уплотнительного устройства 1, и щелеобразную полость 17, а с фланцем 7 - щелеобразную полость 18, которая на входе соединена с полостью 17, а на выходе - с разгрузочной полостью А низкого давления. К коллектору 16 подсоединены трубы 19 - для подвода охлаждающего воздуха. Сотовые сегменты 13 с сотовым уплотнителем 20 установлены в пазах 21 регулируемого фланца 12 и зафиксированы на осевых кольцевых выступах 22 фланца 12 с помощью с-образного фланца 23 и сменных штифтов 24, которые в свою очередь фиксируются от выпадания с помощью отгибных усиков 25, расположенных на с-образном фланце 23 со стороны диска 5 компрессора 6. Для уменьшения теплоотдачи от сегментов 13 в регулируемый фланец 12 в последнем со стороны сегментов выполнены кольцевые щели 26. Для интенсификации охлаждения регулируемого фланца 12 и дефлектора 15 на дефлекторе выполнено множество осевых ребер 27, а на фланце 12 - множество турбулизаторов в виде кольцевых радиальных ребер 28, которые по поверхностям 29 механически контактируют с осевыми ребрами 27. Такая интенсификация охлаждения выполнена на выступах 30 фланца 12, непосредственно контактирующих с сотовыми сегментами 13 уплотнительного устройства 1, остальные же поверхности регулируемого фланца 12 со стороны диска 5 компрессора 6 закрыты теплоизоляцией 31.

Работает данное устройство следующим образом. При сборке двигателя радиальные монтажные зазоры δ между ротором и статором уплотнительного устройства 1 устанавливаются относительно большими с тем, чтобы при сбросе газа и после остановки двигателя не происходило "закусывания" и заклинивания ротора двигателя. После выхода двигателя на номинальный режим работы с помощью регулирующего устройства (не показано) по трубам 19 в коллектор 16 подается охлаждающий воздух из-за промежуточной ступени (не показано) компрессора 6. Протекая по щелеобразной полости 17, охлаждающий воздух охлаждает регулируемый фланец 12 и дефлектор 15, причем в местах установки сегментов 13, т. е. там, где нет теплоизоляции, со стороны компрессора 6, охлаждение фланца 12 интенсифицировано за счет множества кольцевых радиальных ребер 28, по которым контактируют осевые ребра 27 дефлектора 15. Далее охлаждающий воздух поступает в щелеобразную полость 18 между дефлектором 15 и фланцем 7, дополнительно охлаждая дефлектор 15 с другой стороны. Охлажденный дефлектор через ребра 27 и 28 дополнительно механически обжимает регулируемый фланец 12 на выступах 30, за счет чего дополнительно уменьшается радиальный зазор δ до околонулевой высоты и перетекание закомпрессорного воздуха через уплотнительное устройство резко уменьшается. Сотовые сегменты 13, телескопически установленные в регулируемом фланце 12 с помощью осевых выступов 22 и с-образных фланцев 23, зафиксированы в окружном и в осевом направлениях с помощью сменных штифтов 24, которые в свою очередь фиксируются с помощью отгибных усиков 25, выполненных на с-образном фланце сегмента 13. Кольцевая щель 26 между регулируемым фланцем 12 и сотовым сегментом 13 уменьшает теплоотдачу от сегмента 13 во фланец 12, являясь тепловым сопротивлением. При сбросе газа или при остановке двигателя подача охлаждающего воздуха в коллектор 16 прекращается, регулируемый фланец 12 нагревается за счет тепла окружающих его деталей и радиальный зазор δ увеличивается - заклинивание ротора не происходит.

Источники информации
1. "Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30", М., Машиностроение, 1971 г., стр.19.

2. Патент RU N 2036312 C1, F 01 D 11/02 - прототип.

Уплотнительное устройство предназначено для двухконтурного турбореактивного двигателя. Устройство содержит закрепленный на последнем диске компрессора лабиринт с уплотнительными гребешками и ответное ему статорное сегментное кольцо с дефлектором и щелеобразной полостью между ними. Сегментное кольцо закреплено на фланце с образованием дополнительной щелеобразной полости между фланцем и дефлектором, соединенной на входе с щелеобразной полостью между сегментным кольцом и дефлектором, а на выходе - с разгрузочной полостью. При этом на сегментном кольце телескопически с помощью осевых и с-образных фланцев установлены сотовые сегменты, зафиксированные съемными штифтами, образующие с кольцом кольцевые щели, напротив которых с другой стороны кольца выполнены турбулизаторы в виде множества кольцевых радиальных ребер, механически контактирующих с осевыми ребрами дефлектора. Такое выполнение устройства позволит повысить его надежность и ремонтопригодность за счет двухстороннего интенсивного охлаждения дефлектора. 3 ил.

Уплотнительное устройство за компрессором турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащее закрепленный на последнем диске компрессора лабиринт с уплотнительными гребешками и ответное ему статорное сегментное кольцо с дефлектором и щелеобразной полостью между ними, отличающееся тем, что сегментное кольцо закреплено на фланце с образованием дополнительной щелеобразной полости между фланцем и дефлектором, соединенной на входе с щелеобразной полостью между сегментным кольцом и дефлектором, а на выходе - с разгрузочной полостью, при этом на сегментном кольце телескопически с помощью осевых и с-образных фланцев установлены сотовые сегменты, зафиксированные съемными штифтами, образующие с кольцом кольцевые щели, напротив которых с другой стороны кольца выполнены турбулизаторы в виде множества кольцевых радиальных ребер, механически контактирующих с осевыми ребрами дефлектора.