ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК F02C7/28 

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известно лабиринтное уплотнение газотурбинного двигателя, состоящее из внешнего и внутреннего лабиринтных уплотнений и ограничивающее воздушную полость повышенного давления с внешней и с внутренней сторон (С.А.Вьюнов «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей». Москва, Машиностроение, стр.222, рис.4.63).

Недостатками известной конструкции являются повышенные паразитные утечки уплотняемого воздуха из-за увеличенных радиальных зазоров между статором и ротором во внутреннем и внешнем лабиринтных уплотнениях.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является лабиринтное уплотнение газотурбинного двигателя, состоящее из периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, каждое из которых состоит из роторного лабиринта и охлаждаемого воздухом статорного фланца, установленного на упругом элементе (патент RU №2180045).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенной сложности системы подачи охлаждающего воздуха на статорные фланцы.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности лабиринтного уплотнения газотурбинного двигателя и в повышении точности поддержания радиальных зазоров между статором и ротором путем исключения охлаждения воздухом статорных фланцев и введение дополнительных упругих элементов.

Сущность технического решения заключается в том, что в лабиринтном уплотнении газотурбинного двигателя, состоящем из периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, каждое из которых состоит из роторного лабиринта и установленного через упругий элемент сотового фланца, согласно изобретению фланцы с упругими элементами расположены на установленном на статоре дополнительном упругом элементе, состоящем из параллельных между собой внешней и внутренней упругих стенок с образованием между ними канала подвода уплотняемого воздуха и соединенных между собой на входе и на выходе через втулки крепежными элементами.

При работе газотурбинного двигателя радиальные температурные деформации ротора и статора могут существенно отличаться друг от друга и размещение лабиринтного уплотнения на дополнительном упругом элементе способствует за счет температурной деформации дополнительного упругого элемента существенному уменьшению разницы температурных деформаций лабиринта и установленного на дополнительном упругом элементе фланца лабиринтного уплотнения, что позволяет минимизировать радиальные зазоры между статором и ротором на всех режимах работы лабиринтного уплотнения.

Выполнение упругих стенок дополнительного упругого элемента параллельными между собой с образованием между ними канала подвода уплотняемого воздуха позволяет снизить гидравлические потери воздуха в канале и уменьшить дополнительные напряжения при температурной деформации упругих стенок.

Соединение упругих стенок на входе и на выходе между собой через втулки крепежными элементами позволяет обеспечить герметичность конструкции на всех режимах ее работы и одновременно получить устойчивую к вибрации коробчатую конструкцию, обладающую высокой жесткостью, как в осевом, так и в радиальном направлениях, что повышает надежность конструкции.

На чертеже изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения газотурбинного двигателя.

Лабиринтное уплотнение газотурбинного двигателя 1 состоит из периферийного 2 и внутреннего 3 уплотнительных устройств, каждое из которых состоит из роторного лабиринта 4 и 5 соответственно и статорного сотового фланца 6 и 7, установленных на упругих элементах 8 и 9 соответственно и ограничивающих полость высокого давления 10. Сотовые фланцы 6 и 7 с упругими элементами 8 и 9 размещены на дополнительном упругом элементе 11, который в свою очередь установлен на статоре 12 газотурбинного двигателя. Дополнительный упругий элемент 11 представляет собой коробчатую, устойчивую к внешним воздействиям, включая вибрацию, конструкцию, состоящую из параллельных между собой внешней 13 и внутренней 14 упругих стенок, образующих между собой канал 15 подвода охлаждающего воздуха 16 в полость высокого давления 10. На входе 17 и выходе 18 упругие стенки 13 и 14 соединены между собой крепежными элементами 19 и 20 соответственно (например, болтами или заклепками), проходящими внутри распорных втулок 21 и 22.

Работает устройство следующим образом.

При работе лабиринтного уплотнения 1 газотурбинного двигателя стенки 13 и 14 дополнительного упругого элемента 11 принимают температуру, близкую к температуре потока охлаждающего воздуха 16, протекающего по каналу 15, что приводит к температурной деформации упругого элемента 11, близкой к температурной деформации охлаждаемых воздухом 16 роторных лабиринтов 4 и 5, уменьшая таким образом радиальные зазоры между статором и ротором в уплотнительных устройствах 2 и 3, что способствует повышению надежности этих устройств. Дальнейшее более полное пассивное регулирование радиальных зазоров между статором и ротором в уплотнительных устройствах 2 и 3 происходит за счет статорных сотовых фланцев 6 и 7, коэффициенты линейного расширения материалов которых подобраны наиболее близко к коэффициентам линейного расширения материалов роторных лабиринтов 4 и 5.

Лабиринтное уплотнение газотурбинного двигателя состоит из периферийного и внутреннего уплотнительных устройств. Каждое из устройств состоит из роторного лабиринта и статорного сотового фланца. Статорные фланцы с упругими элементами размещены на дополнительном упругом элементе. Упругий элемент состоит из параллельных между собой внешней и внутренней упругих стенок, образующих между собой канал подвода уплотняемого воздуха. Упругие стенки соединены между собой на входе и выходе через втулки крепежными элементами. Путем уменьшения радиальных зазоров между статором и ротором повышается надежность лабиринтного уплотнения на всех режимах работы газотурбинного двигателя. 1 ил.

Лабиринтное уплотнение газотурбинного двигателя, состоящее из периферийного и внутреннего уплотнительных устройств, каждое из которых состоит из роторного лабиринта и установленного через упругий элемент сотового фланца, отличающееся тем, что фланцы с упругими элементами расположены на установленном на статоре дополнительном упругом элементе, состоящем из параллельных между собой внешней и внутренней упругих стенок с образованием между ними канала подвода уплотняемого воздуха и соединенных между собой на входе и на выходе через втулки крепежными элементами.