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

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбин, в которых для понижения температуры охлаждающего воздуха используется сопловой аппарат закрутки воздуха.

Известно лабиринтное уплотнение турбины с сопловым аппаратом закрутки воздуха, в котором гребешки лабиринтного уплотнения размещены на ступице дефлектора диска первой ступени (патент US №7921634 МПК F02K 3/02).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность, так как гребешки лабиринтного уплотнения являются концентраторами напряжений, что снижает запас прочности высоконапряженной ступицы дефлектора.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является лабиринтное уплотнение турбины с сопловым аппаратом закрутки воздуха, в котором лабиринт установлен на валу и примыкает к боковой поверхности диска турбины (патент RU №2261350 МПК F02C 7/06, 7/12).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных термонапряжений и вибронапряжений в лабиринте, а также повышенные паразитные утечки воздуха по зазору между лабиринтом и диском турбины.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности и надежности лабиринтного уплотнения путем исключения паразитных утечек охлаждающего воздуха, снижения вибронапряжений и улучшения демпфирования виброколебаний лабиринта.

Указанный технический результат достигается тем, что в лабиринтном уплотнении, содержащем примыкающий к диску турбины лабиринт и ответный ему фланец с сопловым аппаратом закрутки охлаждающего воздуха, лабиринт установлен на осевом кольцевом выступе диска и выполнен охватывающим сопловой аппарат закрутки с образованием между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска щелевой полости, в которой размещено уплотнительное кольцо, причем на внутренней поверхности лабиринта установлено разжимное демпфирующее кольцо, охватывающее кольцевое радиальное ребро лабиринта, а на цилиндрическом выступе кольца выполнены радиальные отверстия.

Установка лабиринта лабиринтного уплотнения на осевом кольцевом выступе диска и выполнение его охватывающим сопловой аппарат закрутки позволяет уменьшить осевые габариты конструкции и повысить эффективность лабиринтного уплотнения, так как уменьшается влияние радиальной деформации ступицы диска на величину радиального зазора в лабиринтном уплотнении.

Установка лабиринта на диск с образованием щелевой полости между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска, с размещением в щелевой полости уплотнительного кольца, позволяет исключить паразитные утечки охлаждающего воздуха из полости повышенного давления в полость пониженного давления через осевые и радиальные зазоры между ступицей диска турбины и лабиринтом.

Установка на внутренней поверхности лабиринта разжимного демпфирующего кольца, охватывающего кольцевое радиальное ребро лабиринта, позволяет уменьшить величину вибронапряжений в лабиринте и повысить надежность лабиринтного уплотнения, а также обеспечить осевую фиксацию демпфирующего кольца.

Выполнение на цилиндрическом выступе демпфирующего кольца радиальных отверстий снижает вес и способствует улучшению демпфирования виброколебаний лабиринта от сил трения демпфирующего кольца.

На фигуре изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения турбины с сопловым аппаратом закрутки воздуха.

Лабиринтное уплотнение 1 турбины состоит из статора 2 с сопловым аппаратом закрутки 3 охлаждающего воздуха 4 и выполненного за одно целое со статором 2 статорного фланца 5, а также из ответного статорному фланцу 5 роторного лабиринта 6, установленного на осевом кольцевом выступе 7 диска 8 турбины с помощью болтового соединения 9. Лабиринт 6 выполнен охватывающим по отношению к сопловому аппарату 3 и с упругим элементом 10, что обеспечивает синхронность радиальных перемещений статорного фланца 5 и роторного лабиринта 6 в зависимости от температуры потока воздуха 4 и стабильность радиального зазора между фланцем 5 и лабиринтом 6. Для исключения паразитных утечек воздуха 4 из полости 11 повышенного давления за аппаратом закрутки 3 в полость пониженного давления 12, лабиринт 6 установлен с образованием щелевой полости 13 между лабиринтом 6 и боковой поверхностью 14 диска 8. В полости 13 размещено разрезное металлическое уплотнительное кольцо 15, исключающее паразитные утечки воздуха 4 вне зависимости от взаимных радиальных перемещений лабиринта 6 и диска 8. На внутренней поверхности 16 лабиринта 6 установлено разжимное упругое демпфирующее кольцо 17, охватывающее кольцевое радиальное ребро 18 лабиринта 6. На цилиндрическом выступе 19 кольца 17 выполнены радиальные отверстия 20. Выходящий из соплового аппарата закрутки 3 поток охлаждающего воздуха 4 поступает через отверстия 21 в упругом элементе 10 лабиринта 6 и через отверстия 22 в кольцевом выступе 7 диска 8 турбины на охлаждение рабочих лопаток турбины (на фиг. не показано).

При работе лабиринтного уплотнения 1 поток охлаждающего воздуха 4 поворачивается аппаратом закрутки 3 по направлению вращения диска 8 турбины, что снижает температуру воздуха в отверстиях 21 и 22 и на рабочих лопатках турбины (на фиг. не показано). При работе под действием вибрации уплотняющее кольцо 15 может разрушиться и его фрагменты могли бы после остановки турбины попасть в воздушную полость12, что могло бы привести к попаданию фрагментов кольца в проточную часть турбины (на фиг. не показано). Однако этого не происходит, так как упругое демпфирующее кольцо 17, охватывающее ребро 18 лабиринта 6, препятствует выпадению фрагментов кольца 15 из щелевой полости 13.

Лабиринтное уплотнение турбины содержит примыкающий к диску турбины лабиринт и ответный ему фланец с сопловым аппаратом закрутки охлаждающего воздуха. Лабиринт установлен на осевом кольцевом выступе диска и выполнен охватывающим сопловой аппарат закрутки с образованием между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска щелевой полости. В полости размещено уплотнительное кольцо. На внутренней поверхности лабиринта установлено разжимное демпфирующее кольцо, охватывающее кольцевое радиальное ребро лабиринта. На цилиндрическом выступе кольца выполнены радиальные отверстия. Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность лабиринтного уплотнения. 1 ил.

Лабиринтное уплотнение турбины, содержащее примыкающий к диску турбины лабиринт и ответный ему фланец с сопловым аппаратом закрутки охлаждающего воздуха, отличающееся тем, что лабиринт установлен на осевом кольцевом выступе диска и выполнен охватывающим сопловой аппарат закрутки с образованием между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска щелевой полости, в которой размещено уплотнительное кольцо, причем на внутренней поверхности лабиринта установлено разжимное демпфирующее кольцо, охватывающее кольцевое радиальное ребро лабиринта, а на цилиндрическом выступе кольца выполнены радиальные отверстия.