ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2012 года по МПК F02C7/28 

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин авиационного и наземного применения.

Известно лабиринтное уплотнение турбомашины, состоящее из роторного лабиринта и статорного фланца, установленного на упругом элементе (патент RU №2382893).

Недостатком известной конструкции является ее низкая эффективность, так как уплотнительные гребешки лабиринта выполнены на одном диаметре.

Наиболее близким к заявляемому является лабиринтное уплотнение, в котором уплотнительные гребешки лабиринта выполнены с уменьшающимся от диска наружным диаметром (патент RU №2353815).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных утечек через лабиринтное уплотнение в случае увеличенного осевого смещения роторного лабиринта относительно статорного сотового фланца, когда уплотнительные гребешки оказываются, помимо своих рабочих площадок, на сотовом фланце.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности конструкции путем обеспечения в лабиринтном уплотнении минимальных радиальных зазоров на всех режимах работы двигателя.

Сущность технического решения заключается в том, что в лабиринтном уплотнении турбомашины с лабиринтными гребешками, выполненными с уменьшающимся от диска наружным диаметром, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ уплотнительные гребешки выполнены парными с одинаковым наружным диаметром гребешков для каждой пары, а на краях обода лабиринта установлены демпфирующие кольца, при этом статорный сотовый фланец со стороны выхода из лабиринта через упругий элемент закреплен на статоре, а со стороны входа в лабиринт сотовый фланец установлен телескопически в радиальном направлении относительно радиальной диафрагмы с образованием над сотовым фланцем кольцевой замкнутой воздушной полости, при этом отношение H/h=4…6, где:

Н - шаг между парами уплотнительных гребешков,

h - шаг между парными уплотнительными гребешками.

Выполнение уплотнительных гребешков парными, с одинаковым наружным диаметром гребешков для каждой пары позволяет повысить надежность уплотнения при увеличенной осевой сдвижке ротора относительно статора, так как в этом случае хотя бы один гребешок из каждой пары остается в работе, т.е. уплотняющие свойства лабиринтного уплотнения в основном сохраняются.

Установка на краях обода лабиринта демпфирующих колец позволяет снизить уровень вибронапряжений в ободе при работе лабиринтного уплотнения, что повышает его надежность.

Наибольший перепад давления реализуется у лабиринтного уплотнения на последнем его уплотнительном гребешке, поэтому крепление сотового фланца через упругий элемент на статоре со стороны выхода из лабиринта снижает уровень вибронапряжений в сотовом статорном фланце.

Установка сотового фланца со стороны входа в лабиринт телескопически в радиальном направлении относительно статорной диафрагмы позволяет ему свободно перемещаться в радиальном направлении, что способствует уменьшению радиальных зазоров в лабиринтном уплотнении.

Выполнение с внешней стороны от сотового фланца с помощью статорной радиальной диафрагмы кольцевой замкнутой воздушной полости позволяет уменьшить темп нагрева и охлаждения фланца на переходных режимах работы, что позволяет синхронизировать радиальные перемещения обода лабиринта и ответного ему сотового фланца, улучшая таким образом эффективность работы лабиринтного уплотнения на переходных режимах.

При H/h<4 - излишне увеличиваются осевые габариты лабиринтного уплотнения.

При H/h>6 - снижается эффективность лабиринтного уплотнения.

На фигуре - изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения турбомашины.

Лабиринтное уплотнение 1 турбомашины состоит из установленного на диске 2 лабиринта 3 и зафиксированного на статоре 4 сотового фланца 5. Лабиринтное уплотнение 1 выполнено ступенчатым, с уменьшающимся от диска 2 диаметром d по наружной поверхности 6 каждой пары 7 лабиринтных уплотнительных гребешков 8 и 9. Для уменьшения вибронапряжений обод 10 лабиринта 3 со стороны входа 11 и со стороны выхода 12 выполнен с кольцевыми канавками 13 и 14, в которых размещены демпфирующие кольца 15 и 16. Статорный сотовый фланец 5 со стороны выхода 12 из уплотнения 1 через упругий элемент 17 установлен на статоре 4, а со стороны входа 11 фланец 5 с помощью телескопического радиального соединения 18 контактирует с радиальной статорной диафрагмой 19. Диафрагма 19, фланец 5 и статор 4 совместно образуют замкнутую кольцевую воздушную полость 20, расположенную с внешней стороны от сотового статорного фланца 5. Отношение шага Н между парами уплотнительных гребешков 8 и 9 к шагу h между парными уплотнительными гребешками 8 и 9 равно 4…6.

Работает устройство следующим образом.

При работе лабиринтного уплотнения 1 турбомашины давление и температура воздуха в кольцевой замкнутой полости 20 меняется существенно медленнее, чем давление и температура воздуха на входе 11 в лабиринтное уплотнение 1. Это связано с тем, что радиальное телескопическое соединение 18 медленно пропускает воздух в полость 20 и медленно его выпускает из этой полости, что способствует замедлению нагрева и остывания сотового фланца 5 на переходных режимах работы уплотнения 1 и синхронизации радиальных перемещений фланца 5 и обода 10 лабиринта 3.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин авиационного и наземного применения. В лабиринтном уплотнении турбомашины выполнены лабиринтные гребешки с уменьшающимся от диска наружным диаметром d. Уплотнительные гребешки выполнены парными с одинаковым наружным диаметром гребешков для каждой пары. На краях обода лабиринта установлены демпфирующие кольца. Статорный сотовый фланец со стороны выхода из уплотнения через упругий элемент закреплен на статоре. Со стороны входа фланец установлен телескопически в радиальном направлении относительно диафрагмы. Диафрагма, фланец и статор образуют замкнутую кольцевую воздушную полость над фланцем. Отношение шага Н между парами уплотнительных гребешков и к шагу h между парными уплотнительными гребешками равно 4…6. Путем обеспечения минимальных радиальных зазоров в лабиринтном уплотнении на всех режимах работы двигателя повышается его надежность. 1 ил.

Лабиринтное уплотнение турбомашины с лабиринтными гребешками, выполненными с уменьшающимся от диска наружным диаметром, отличающееся тем, что уплотнительные гребешки выполнены парными с одинаковым наружным диаметром гребешков для каждой пары, а на краях обода лабиринта установлены демпфирующие кольца, при этом статорный сотовый фланец со стороны выхода из лабиринта через упругий элемент закреплен на статоре, а со стороны входа в лабиринт сотовый фланец установлен телескопически в радиальном направлении относительно радиальной диафрагмы с образованием над сотовым фланцем кольцевой замкнутой воздушной полости, при этом отношение H/h=4…6,
где Н - шаг между парами уплотнительных гребешков;
h - шаг между парными уплотнительными гребешками.