СТАТОР ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2013 года по МПК F01D25/30 F01D11/12 

Изобретение относится к турбомашиностроению, а именно, к устройствам для предотвращения утечек рабочего тела, и может быть использовано в авиационных газотурбинных двигателях (ГТД).

Известен статор турбомашины, содержащий корпус и внутреннюю втулку, между которыми размещен кольцевой уплотнительный элемент, одна поверхность которого контактирует с ответной цилиндрической поверхностью, а другая размещена в пазу (см. патент РФ №1300158 кл. F01D 25/30, F01D 11/00, опубл. 30.03.87). Известное устройство служит для предотвращения утечек рабочего тела. Такое уплотнение позволяет предотвратить утечки рабочего тела при достаточно больших перемещениях внутренней втулки относительно корпуса статора в радиальном и осевом направлениях при работе турбомашины. Взаимные перемещения чаще всего бывают связаны со значительными тепловыми расширениями деталей, расположенных в горячей части турбомашины, относительно холодных, к которым относится и статор.

Недостатком данного устройства является наличие у кольцевого уплотнительного элемента (перегородки) фланцевого разъема. Фланцевый разъем разделает уплотнительный элемент на два полукольца. Без фланцевого разъема собрать данную конструкцию было бы невозможно. В соединении двух полуколец может образовываться ступенька, из-за которой герметичность данного соединения может быть снижена. Конструкция уплотнительного элемента с фланцевым соединением недостаточно компактна и разместить ее при недостатке габаритов не всегда удается. Расположение конструкции внутри статора не позволяет осуществлять замену уплотнительного элемента в случае износа поверхностей и потери герметичности в процессе работы турбомашины и требует демонтажа всей газотурбинной установки.

Задачей настоящего изобретения является повышение герметичности соединения между подвижными элементами статора.

Указанная задача решается тем, что в известном статоре турбомашины, содержащем корпус и внутреннюю втулку, между которыми размещен кольцевой уплотнительный элемент, одна поверхность которого контактирует с ответной цилиндрической поверхностью втулки, а другая размещена в пазу, согласно изобретению, между внутренней втулкой и корпусом установлена крышка, контактирующая с корпусом по наружной и внутренней торцовым поверхностям, причем внутренняя поверхность уплотнительного элемента контактирует с наружной поверхностью втулки, а наружная размещена в пазу, образованном корпусом и крышкой.

Уплотнительный элемент может быть выполнен из двух колец, контактирующих между собой торцевыми поверхностями с выточкой между ними, в которой размещено уплотнительное кольцо, выполненное из эластичного материала.

Наружная часть крышки может быть прикреплена к наружной поверхности статора, а между их поверхностями размещено упругое металлическое кольцо.

Такое выполнение статора турбомашины позволяет выполнить кольцевой уплотнительный элемент без фланцевого разъема, что повышает его герметичность и позволяет выполнить качественно другие, более компактные и малогабаритные конструкции, пригодные для установки в малоразмерных турбомашинах.

Наличие кольцевого уплотнительного элемента, выполненного из двух колец, контактирующих между собой торцевыми поверхностями с выточкой между ними, в которой размещено уплотнительное кольцо, выполненное из эластичного материала, позволяет создать контактную пару между уплотнительным кольцом и внутренней втулкой с минимальными протечками между ними. Это способствует существенному повышению герметичности соединения между подвижными элементами статора.

Установка уплотнительного кольца в канавке между двух колец, контактирующих между собой торцевыми поверхностями, позволяет установить его в указанную канавку при недостаточной эластичности кольца (или при отсутствии эластичности).

Закрепление наружной части крышки может быть осуществлено к наружной поверхности статора, причем крышка одновременно контактирует с корпусом по наружной и внутренней торцовым поверхностям. При этом должно быть создано достаточно плотное контактное соединение по обеим поверхностям. Это обеспечивается за счет точного выдерживания допуска плоскостности по одной контактной паре, например, за счет механической обработки путем шлифования, или доводки, и за счет установки упругого металлического кольца в другой контактной паре. Установка упругого металлического кольца позволяет за счет его значительного диапазона деформации обеспечить прилегание и приемлемую герметичность по обеим контактным поверхностям. Возможность закрепления наружной части крышки на наружной поверхности корпуса статора позволяет обеспечить быстрый доступ к уплотнительному элементу, например, при потере герметичности в соединении деталей, или при их износе при длительной работе, без разборки турбомашины путем снятия крышки, закрепленной на наружной поверхности статора. Это повышает эксплуатационную технологичность данного уплотнения в составе двигателя.

Пример выполнения изобретения приведен на прилагаемых чертежах.

На фиг.1 изображен продольный разрез части двухконтурного ГТД с элементами статора;

на фиг.2 - сечение А-А фиг.1;

на фиг.3 - вид Б сечения А-А.

Статор ГТД содержит корпус 1 и внутреннюю втулку 2, между которыми размещен кольцевой уплотнительный элемент 3, одна поверхность которого контактирует с ответной цилиндрической поверхностью втулки 2 на участке 4, а другая размещена в пазу, образованном проточкой 5 в крышке 6 и внутренней торцевой поверхностью 7 корпуса 1. Другая наружная контактная поверхность 8 между крышкой 6 и корпусом 1 расположена на внешней поверхности корпуса.

Кольцевой уплотнительный элемент 3 выполнен из двух колец 9 и 10, контактирующих между собой торцевыми поверхностями 11. Между кольцами 9 и 10 имеется выточка, в которой размещено уплотнительное кольцо 12, выполненное из эластичного материала, например, на основе фторопласта, выдерживающего сравнительно высокие температуры. Расположение уплотнительного кольца в канавке между двух колец, позволяет установить его в указанную канавку при недостаточной эластичности кольца (или при отсутствии эластичности). Очевидно, что толщина пакета из колец 9 и 11 должна быть таковой, чтобы обеспечивать минимальный торцевой зазор при расположении в пазу, образованном проточкой 5 в крышке 6 и внутренней торцевой поверхностью 7 корпуса 1.

Наружная часть крышки 6 прикреплена к наружной поверхности корпуса 1 винтами 13, а между их поверхностями размещено упругое металлическое кольцо 14. Диапазон деформации кольца должен быть достаточным для плотного прижатия внутренней торцевой поверхности 15 крышки 6 к торцевой поверхности 7 корпуса 1 с обеспечением при этом достаточной герметичности по контактной поверхности 8.

Зазор «а» определяет максимальную величину осевого перемещения втулки 2 относительно корпуса 1.

При работе двигателя газогенератор 16 нагревается, увеличивает свою длину и диаметр и перемещается относительно корпуса 1 статора. Горячий воздух из предмасляной полости турбины проходит через канал 17 в стойке опоры турбины, идет по каналу 18, пересекающему газовый тракт наружного контура, проходит через полость втулки 2, попадает в полость 19 корпуса 1 и через канал 20, выполненный в корпусе, идет далее. Втулка 2 перемещается относительно корпуса 1 и крышки 6. Кольцевой уплотнительный элемент 3 перемещается вместе со втулкой 2 внутри паза, образованного проточкой 5 в крышке 6 и внутренней торцевой поверхностью 7 корпуса 1, в осевом направлении. Зазор «а» должен быть достаточен для максимального осевого перемещения. При этом уплотнительное кольцо 12 контактирует с поверхностью втулки 2 и допускает перемещение втулки в радиальном направлении. При наличии перепада давления в газовом тракте наружного контура 19 и в полости 20 крышки 6 уплотнительный элемент 3 за счет перепада давления прижимается к одной из торцевых поверхностей - к проточке 5 или к торцевой поверхности 7, что способствует уменьшению протечек, и тем самым обеспечивается необходимая степень герметичности в подвижном соединении.

Предлагаемая конструкция статора позволяет повысить герметичность соединения между подвижными элементами статора за счет ликвидации фланцевого разъема.

Простота конструкции позволяет выполнить качественно другие, более компактные и малогабаритные подвижные уплотнения, пригодные для установки в малоразмерных турбомашинах.

При установке уплотнительного кольца в канавке между двух колец, контактирующих между собой торцевыми поверхностями, появляется возможность установить его в указанную канавку при недостаточной эластичности кольца и даже при отсутствии эластичности.

Такое компактное уплотнение может быть установлено при проходе газового канала через корпус газогенератора к наружному корпусу статора турбомашины. При этом для восстановления герметичности и замены изношенных деталей может быть обеспечен легкий доступ к уплотнительному элементу без разборки турбомашины путем снятия крышки, закрепленной на наружной поверхности статора. Это обуславливает эксплуатационную технологичность данного уплотнения в составе двигателя.

Предлагаемое выполнение конструкции позволяет иметь высокую надежность за счет малого количества деталей.

Такое конструктивное решение дает возможность создать работоспособное уплотнение для воздушного канала, располагаемого между наружным и внутренним контуром ГТД, позволяющего производить взаимное перемещение наружного и внутреннего контуров в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях с сохранением достаточной герметичности в соединении и дающего возможность его применения в малоразмерных ГТД.

Статор турбомашины содержит корпус и внутреннюю втулку. Между ними размещен кольцевой уплотнительный элемент, одна поверхность которого контактирует с ответной цилиндрической поверхностью втулки, а другая размещена в пазу. Между внутренней втулкой и корпусом установлена крышка, контактирующая с корпусом по наружной и внутренней торцовым поверхностям. Внутренняя поверхность уплотнительного элемента контактирует с наружной поверхностью втулки, а наружная размещена в пазу, образованном корпусом и крышкой. Изобретение позволяет повысить герметичность соединения между подвижными элементами статора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Статор турбомашины, содержащий корпус и внутреннюю втулку, между которыми размещен кольцевой уплотнительный элемент, одна поверхность которого контактирует с ответной цилиндрической поверхностью втулки, а другая размещена в пазу, отличающийся тем, что между внутренней втулкой и корпусом установлена крышка, контактирующая с корпусом по наружной и внутренней торцевым поверхностям, причем внутренняя поверхность уплотнительного элемента контактирует с наружной поверхностью втулки, а наружная размещена в пазу, образованном корпусом и крышкой.

2. Статор турбомашины по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен из двух колец, контактирующих между собой торцевыми поверхностями с выточкой между ними, в которой размещено уплотнительное кольцо, выполненное из эластичного материала.

3. Статор турбомашины по п.1, отличающийся тем, что наружная часть крышки прикреплена к наружной поверхности статора, а между их поверхностями размещено упругое металлическое кольцо.