ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F01D11/02 F02C7/28 

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

Известно лабиринтное уплотнение турбомашины, в котором лабиринт выполнен за одно целое с дефлектором диска первой ступени (Патент RU 2261350, F02C 7/1, F02C 7/06, 27.09.2005 г.).

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность, так как гребешки лабиринтного уплотнения являются концентраторами напряжений, что снижает запасы прочности дефлектора диска первой ступени.

Наиболее близким к заявляемому является ступенчатое лабиринтное уплотнение турбомашины, каждая пара уплотнительных гребешков в котором работает по ступенчато расположенным цилиндрическим поверхностям статорного фланца, а на краях обода лабиринта установлены демпфирующие кольца (Патент RU 2451195, F02C 7/28, 20.06.2012 г).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность при значительных взаимных осевых перемещениях лабиринта и фланца лабиринта, когда уплотнительные гребешки могут располагаться мимо рабочих поверхностей фланца лабиринта, что может возникнуть в случае неблагоприятного сочетания допусков при сборке, а также вследствие значительных осевых термических перемещений ротора относительно статора при работе лабиринтного уплотнения.

Недостатком также является ненадежное крепление демпфирующего кольца, фрагменты которого в случае поломки кольца могут попасть в воздушную полость лабиринтного уплотнения.

Техническая результат выражается в повышении надежности лабиринтного уплотнения за счет исключения попадания фрагментов демпфирующего кольца в случае поломки в воздушную полость, окружающую лабиринтное уплотнение, а также за счет исключения дополнительных концентраторов напряжений.

Сущность изобретения заключается в том, что в лабиринтном уплотнении турбомашины с установленным на статоре сотовым фланцем и лабиринтом с демпфирующим кольцом в кольцевой канавке на краю обода, направленном к диску турбины, сотовый фланец установлен с возможностью регулировки осевого положения с помощью размещенного между фланцем и статором регулировочного кольца. Между лабиринтом и диском размещена ступица дефлектора диска с образованием щелевой полости между боковой поверхностью ступицы дефлектора диска и ближним к диску кольцевым радиальным ребром, ограничивающим кольцевую канавку, при этом d/h=6…12, где:

d - диаметр демпфирующего кольца в поперечном сечении;

h - высота щелевой полости.

Установка сотового фланца с возможностью регулировать при сборке его осевое положение относительно лабиринта путем изменения (подбора) толщины размещенного между фланцем и статором регулировочного кольца позволяет уменьшить осевые габариты конструкции и вес, а также повысить надежность конструкции за счет исключения работы уплотнительных гребешков лабиринта помимо рабочих поверхностей фланца.

Размещение между лабиринтом и диском ступицы дефлектора диска с образованием щелевой полости между боковой поверхностью ступицы диска и ближним к нему кольцевым радиальным ребром, ограничивающим кольцевую канавку демпфирующего кольца, исключает попадание фрагментов демпфирующего кольца в случае его поломки в окружающую лабиринтное уплотнение воздушную полость, что повышает надежность лабиринтного уплотнения турбомашины. При этом также повышается надежность ступицы диска, так как лабиринт с уплотнительными гребешками, являющимися концентраторами напряжений, выполнен отдельно, а не за одно целое со ступицей дефлектора.

При d/h<6 возможно попадание фрагментов демпфирующего кольца в случае его поломки в воздушные полости, а при d/h>12 затрудняется сборка лабиринтного уплотнения.

На фиг.1 показан продольный разрез лабиринтного уплотнения турбомашины, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Лабиринтное уплотнение турбомашины 1 состоит из зафиксированного на статоре 2 болтовым соединением 3 сотового фланца 4, а также из ответного фланцу 4 лабиринта 5, уплотнительные гребешки 6 которого работают по цилиндрическим рабочим поверхностям 7 фланца 4. Сотовый фланец 4 установлен на статоре 3 с возможностью регулировки своего осевого положения относительно лабиринта 5 путем изменения при сборке толщины Н регулировочного кольца 8, размещенного между фланцем 4 и статором 2.

Лабиринт 5 установлен с помощью болтового соединения 9 на кольцевом радиальном ребре 10 диска турбины 11, совместно с дефлектором диска 12, ступица 13 которого размещена между лабиринтом 5 и диском 11.

Лабиринт 5 выполнен с демпфирующим кольцом 14 в кольцевой канавке 15 на краю 16 обода 17, направленном к диску турбины 11 с образованием щелевой полости 18 между боковой поверхностью 19 ступицы 13 дефлектора 12 и ближним к диску 11 кольцевым радиальным ребром 20, ограничивающим кольцевую канавку 15.

Работает данное устройство следующим образом.

При сборке используется регулировочное кольцо 8 переменной толщины, что позволяет парировать допуски на изготовление и сборку лабиринтного уплотнения турбомашины 1, оптимальным образом устанавливая в осевом направлении рабочие поверхности 7 фланца 4 относительно уплотнительных гребешков 6 лабиринта 5, что повышает надежность лабиринтного уплотнения 1.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение содержит установленный на статоре сотовый фланец и лабиринтом с демпфирующим кольцом в кольцевой канавке на краю обода. Край обода направлен к диску турбины. Сотовый фланец установлен с возможностью регулировки осевого положения с помощью размещенного между фланцем и статором регулировочного кольца. Между лабиринтом и диском размещена ступица дефлектора диска с образованием щелевой полости между боковой поверхностью ступицы дефлектора диска и ближним к диску кольцевым радиальным ребром, ограничивающим кольцевую канавку. Отношение диаметра демпфирующего кольца в поперечном сечении к высоте щелевой полости составляет 6…12. изобретение позволяет повысить надежность лабиринтного уплотнения. 2 ил.

Лабиринтное уплотнение турбомашины с установленным на статоре сотовым фланцем и лабиринтом с демпфирующим кольцом в кольцевой канавке на краю обода, направленном к диску турбины, отличающийся тем, что сотовый фланец установлен с возможностью регулировки осевого положения с помощью размещенного между фланцем и статором регулировочного кольца, а между лабиринтом и диском размещена ступица дефлектора диска с образованием щелевой полости между боковой поверхностью ступицы дефлектора диска и ближним к диску кольцевым радиальным ребром, ограничивающим кольцевую канавку, при этом d/h=6…12, где:
d - диаметр демпфирующего кольца в поперечном сечении;
h - высота щелевой полости.