Сотовое уплотнение турбомашины Советский патент 1992 года по МПК F01D11/08 F16J15/44 

Изобретение относится к турбостроению, а именно к уплотнениям сотового типа.

Известно сотовое уплотнение турбома- шины, содержащее гладкий ротор и расположенный с зазором статор, на котором закреплены сотовые ячейки. При этом в роторе на среднем участке уплотнения выполнена кольцевая канавка.

Уплотнение данного типа по характеру движения газа через зазор относится к прямоточному. Расход газа через прямоточные уплотнения достаточно большой и поэтому по эффективности они уступают многим типам уплотнений.

Наиболее близким к предлагаемому является вращающееся уплотнение, содержащее корпус с установленным на нем статорным кольцом с выполненными на его внутренней поверхности, скошенными против направления потока утечек, сотовыми ячейками и установленное напротив статор- ного кольца с образованием радиального зазора роторное кольцо. При этом оптимальный угол наклона ячеек составляет около 45°, а оптимальная глубина ячеек определяется в зависимости от их ширины.

В известном техническом решении воздействие уплотнения на поток утечки осуществляется недостаточно эффективно. Это связано с тем, что в процессе расширения газа в данном уплотнении не вся кинетическая энергия струи гасится в камерах сотовых ячеек, а некоторая ее доля переносится из одной сотовой ячейки в другую В результате расход газа через уплотнение сильно возрастает. Кроме того, при эксцентричном положении ротора и статора в уплотнении данного типа возникают значительные аэродинамические силы, приводящие к низкочастотной вибрации ротора. Вследствие указанных причин экономичность и надежность работы турбомашины с уплотнениями данного типа снижаются.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности работы турбомашины.

Указанная цель достигается тем, что в сотовом уплотнении турбомашины, содержащем корпус с установленным на нем статорным кольцом с выполненными на его внутренней поверхности, скошенными против направления потока утечек, сотовыми ячейками и установленное напротив статор- ного кольца с образованием радиального зазора роторное кольцо, закрепленное на роторе с образованием кольцевой полости, роторное кольцо снабжено двумя сотовыми элементами, размещенными на поверхности, обращенной к статорному кольцу, а в корпусе выполнена дополнительная кольцевая полость. Между сотовыми элементами на роторе образован кольцевой паз, а в роторном кольце и корпусе выполнены входные и выходные отверстия, сообщающие соответствующие кольцевые полости с радиальным зазором, причем выходные отверстия в роторном кольце расположены между выходными и входными отверстиями в корпусе, а кольцевой паз - напротив вы0 ходных отверстий в корпусе.

На фиг.1 изображено сотовое уплотнение, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг 1.

5 Сотовое уплотнение турбомашины содержит корпус 1 с установленным в нем статорным кольцом 2 с выполненными на его внутренней поверхности сотовыми ячейками 3, скошенными против направления

0 потока утечек. Напротив статорного кольца 2 на роторе 4 с образованием радиального зазора 5 закреплено роторное кольцо 6. Между ротором 4 и роторным кольцом б образовано кольцевая полость 7. Роторное

5 кольцо 6 снабжено двумя сотовыми элементами 8 и 9, размещенными на поверхности, обращенной к статорному кольцу 2. Между сотовыми элементами 8 и 9 образован кольцевой паз 10 и в корпусе 1 выполнена допол0 нительная кольцевая полость 11. В роторном кольце 6 выполнены входные 12 и выходные 13 отверстия, сообщающие кольцевую полость 7 с радиальным зазором 5, а в корпусе 1 выполнены входные 14 и выход5 ные 15 отверстия, сообщающие кольцевую полость 11с радиальным зазором 5. Выходные отверстия 13 в роторном кольце 6 расположены между выходными 15 и входными 14 отверстиями в корпусе 1, а кольцевой паз

0 10 расположен напротив выходных отверстий 15 в корпусе 1.

Во время работы турбомашины в сотовом уплотнении возникает перепада давлений, что приводит к утечке рабочей среды

5 через радиальный зазор 5. Часть потока утечки вследствие вращения ротора 4 отбрасывается сотовыми элементами 8 и 9 через радиальный зазор 5 в наклонные сотовые ячейки 3, поворачивается в них на

0 угол около 180° и опять возвращается в радиальный зазор 5 под углом более 90° к основному потоку утечки.

В результате смещения вытекающей из сотовых ячеек 3 рабочей среды и основного

5 потока утечки расход последнего снижается.

Перепад давлений в уплотнении создает дополнительный поток рабочей среды, проходящей через входные отверстия 12, кольцевую полость 7 и выходные отверстия

13 При этом в кольцевой камере 7 давление в окружном направлении выравнивается, в результате чего уровень аэродинамических возбуждающих сил, воздействующих на ротор 4, уменьшается.

Из выходных отверстий 13 рабочая среда поступает в сотовый элемент 9 и выбрасывается из него в радиальный зазор 5 перпендикулярно основному потоку утечки, при этом давление дополнительного потока утечки повышается за счет механической энергии ротора 4. В радиальном зазоре 5 потоки смешиваются, образуя результирующий поток, основная часть которого поступает в наклонные сотовые ячейки 3 и сообщающиеся с ними входные отверстия 14. При этом давление во входных отверстиях 14 повышается, за счет чего создается дополнительный поток рабочей среды через кольцевую полость 11 и выходные отверстия 15. Дополнительный поток рабочей среды из выходных отверстий 15 через наклонные сотовые ячейки 3 выбрасывается в кольцевой паз 10. В кольцевом пазу 10 происходит внезапное расширение основного потока утечки и смешение его с дополнительным потоком рабочей среды, поступающей из выходных отверстий 15, при этом угол между основным и дополнительным потоками составляет более 90°.

В результате гидравлическое сопротивление уплотнения потоку утечки возрастает, а окружное распределение давления рабо0

5

0

5

0

чей среды на ротор в уплотнении выравни вается Расход рабочей среды через уплог нение уменьшается и снижается уровень аэродинамических возмущающих сил дей ствующих на ротор Это повышает экономичность и надежность работы турбомашины

Формула изобретения Сотовое уплотнение турбомашины содержащее корпус с установленным в нем статорным кольцом с выполненными на его внутренней поверхности, скошенными против направления потока утечек сотовыми ячейками и установленное напротив статор- ного кольца с образованием радиального зазора роторное кольцо, закрепленное на роторе турбомашины с образованием кольцевой полости, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности в работе, роторное кольцо снабжено двумя сотовыми элементами, размещенными на поверхности, обращенной к статорному кольцу с образованием кольцевого паза между ними, при этом в корпусе выполнена дополнительная кольцевая полость, а в роторном кольце и корпусе выполнены входные и выходные отверстия, сообщающие кольцевые полости с радиальным зазором, -причем выходные отверстия в роторном кольце расположены между выходными и входными отверстиями в корпусе, а кольцевой паз - напротив выходных отверстий в корпусе

Использование турбостроение, в частности в уплотнениях сотового типа. Сущность изобретения в корпусе 1 установлено статорное коль до 2, на внутренней поверхности которого выполнены скошенные против направления потока утечек сотовые ячейки 3 На роторе 4 с радиальным зазором 5 установлено роторное кольцо 6 с сотовыми элементами 8 и 9, между которыми образован кольцевой паз 10 В корпусе 1 и роторном кольце 6 выполнена система отверстий 12-15 и кольцевых полостей 7 и 11, сообщенных с радиальным зазором 5 для организации дополнительных потоков рабочей среды внутри уплгтнения Зил.

А-А

5-5

//