Уплотнение турбомашины Советский патент 1993 года по МПК F04D29/04 

Фиг. 1

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к сухим газовым уплотнениям турбомашин большой мощности газоперекачивающих станций.

На фиг. 1 изображен общий вид уплотнения вала турбомашины в статическом положении; на фиг.2 изображен общий вид уплотнения вала турбомашины в динамике; на фиг.З изображено поперечное сечение уплотнения вала турбомашины; на фиг.4 изображен внешний вид вращающегося крльца с компрессорными канавками на его периферийной стороне.

Конструкция уплотнения имеет две ступени уплотнения: первая ступень - радиальная, вторая ступень .- торцевая, Общим конструктивным элементом у них является вращающееся кольцо из карбида вольфрама. К его периферийной поверхности прилегает радиальное кольцо, выполненное из графита, состоящее из нескольких, взаимно подвижных элементов, К его торцовой поверхности прилегает осевое цельное статорное графитное кольцо. -.. . ; . .- ....

Уплотнение состоит из вала 1, с которым кинематически связано вращающееся кольцо 2, которое совместно с радиальным кольцом 3 создают первую, радиальную ступень уплотнения. Радиальное кольцо 3 крепится в обойме 4 корпуса агрегата. Отдельные составные части 5 (фиг.З) радиального кольца 3 прижимаются пружинами 6 к периферии вращающегося кольца 2, на котором на части длины кольца выполнены компрессорные канавки 7 (фиг.4). Периферийная, часть вращающегося кольца 2, не занятая компрессорными-канавками, образует уплотни- тельный поясок а, к которому плотно прилегают в статике подпружиненные составные части радиально.го кольца 3,

Вторую ступень уплотнения, торцовую, образуют вращающееся кольцо 2 и статорное кольцо 8, которое пружинами 9 в статике прижимается к торцовой уплотнительной поверхности вращающегося кольца 2. Вращающееся кольцо 2 связано с валом 1 с помощью Т-образных шпонок 10, которые своими заплечиками держатся за втулку 11, плотно сидящей на валу 1. Благодаря заплечикам устраняется возможность радиально- rb перемещения шпонок 10 под действием центробежных сил, что увеличивает эффективность их работы. Шпонки 10 выполняют в динамике две функции: передают вращающийся момент от вала 1 к вращающемуся кольцу 2; осуществляют разъединение уп- лотнитеяьных поверхностей вращающегося кольца 2 и статорного кольца 8 до возникновения рабочего осевого зазора между ними, Для этого вершины пальцев 12 Т-обраэных

шпонок 10, имеющих сферическую поверхность, вводятся в ответные пазы на вращающемся кольце 2.

Осевая пружина 13 прижимает в статике вращающееся кольцо 2 к статорному

кольцу 8. Имея большую жесткость, чем осе-.

вая пружина 9, она сдвигает вторую ступень

уплотнения, торцовую, вдоль оси вала до

образования осевого зазора б между корпусом и статорным кольцом 8. При этом Т-образная шпонка 10 в плоскости чертежа будет находиться в наклонном положении под углом а к оси вала 1 в сторону статорного кольца 8.

В динамике с увеличением числа оборотов вала 1 начнут возникать рабочие зазоры между вращающимся кольцом 2 и статорными кольцами 3 и 8.

Положение деталей уплотнения в динамике показано на фиг.2.

В радиальном уплотнении при вращении вала компрессорные канавки на периферии вращающегося кольца 2 будут нагнетать газ к уплотнительному пояску а.

Увеличенное таким путем давление, воздействуя на элементы составного радиального кольца 3, будет преодолевать сопротивление пружин б и смещать элементы-кольца в радиальном направлении до возникновения

расчетного радиального зазора Н. Способность указанных компрессорных канавок повышать давление при вращении вала широко используется в технике для создания газодинамических опорных и упорных подшипников вала скоростных агрегатов,

В уплотнении осевой зазор е возникает благодаря воздействию вращающего момента М Р С центробежной силы F с плечом С на шпонку 10. При этом шпонка ТО

из наклонного положения в статике под углом а будет переходить в радиальное положение. При этом вращающееся кольцо 2, преодолевая сопротивление пружины 13, будет смещаться вдоль оси вала в противоположную сторону от статорного кольца 8, которое под давлением осевой пружины 9 будет следовать за смещением вращающегося кольца 2, пока не исчезнет зазор б между статорным кольцом 8 и корпусом. К

моменту выхода шпонки 10 в радиально.е положение в уплотнении уже возникнет рабочий зазор е. Все указанные рабочие зазоры должны быть в пределах 5-10 мк. При остановке двигателя под давленцем сжатых пружин б, 9 и 13 радиальное кольцо 3 и статорное 8 ёновь будут прижаты к уплотнительным поверхностям, периферийному и торцовому, вращающегося кольца 2 и протечки газа в атмосферу прекратятся,

При этом шпонки 10 вновь установятся под углом п в сторону статорного кольца 8. Формула изобретения 1. Уплотнение турбомашины, содержащее корпус и размещенную в нем втулку, закрепленную на валу с установленным на ней вращающимся кольцом, на одной из поверхностей которого выполнены компрессорные канавки, статорное кольцо, подпружиненное относительно корпуса и контактирующее уплотнительной торцовой поверхностью с ответной торцовой поверхностью вращающегося кольца, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, уплотнение снабжено радиальным кольцом, установленным снаружи

стзторного кольця, концентрично последнему и выполненным составным в окружном направлении из отдельных частей, подпружиненных в местах стыка относительно корпуса в радиальном направлении, причем вращающееся кольцо подпружинено, в нем и во втулке выполнены пазы, в которых установлена шпонка с возможностью поворота относительно ее вертикальной оси, а

компрессорные канавки выполнены на наружной поверхности вращающегося кольца.

2. Уплотнение поп.1,отлича ющее- с я тем, что шпонка выполнена Т-образной

формы, причем ее расширяющаяся частьус- тановлена в ответном пазу втулки.

Л-А

фиг 4

Использование; в газовой промышленности, в частности в сухих газовых уплотнениях турбомашин большой мощности газоперекачивающих станций. Сущность изобретения: уплотнение состоит из вала 1, с которым кинематически связано вращаю- А , j щееся кольцо 2, которое совместно с радиальным кольцом 3 создает первую, радиальную ступень уплотнения. Радиальное кольцо 3 крепится в обойме 4 корпуса агрегата. Отдельные составные части 5 радиального кольца 3 прижимаются пружинами 6 к периферии вращательного кольца 2, на котором на периферийной части поверхности вращающегося кольца равномерно по окружности под углом выполнены компрессорные канавки 7. Вторую ступень уплотнения (торцевую) образует вращающееся кольцо 2 и статорное кольцо 8, которое пружинами 9 прижимается к торцовой уплотнительной поверхности вращающегося кольца. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.