УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО УЗЛА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области газотурбинных двигателей, их эксплуатации, в частности к средствам герметизации газовоздушного тракта двигателей высокотемпературными уплотнениями.
Упругие металлические уплотнительные кольца, устанавливаемые в полость стыковочных элементов узла, в процессе работы герметизируют последние, испытывая осевое и радиальное смещения. Компенсация этих смещений без потери герметичности соединения - основная задача уплотнения. Достигается это за счет создания кольцевых уплотнений с определенным профилем в радиальном сечении, которые обеспечивают постоянство контакта со стенками полости стыковочных элементов узла. Плотность контакта стыковочных элементов обеспечивается наведением предварительного внутреннего напряжения для формирования упругой деформации. Надежность уплотнения зависит от количества контактов уплотнительного элемента со стенками полости, плотности контакта и стабильного действия упругой деформации.
Известно уплотнительное кольцо узла газотурбинного двигателя, выполненное зигзагообразной формы в радиальном сечении с возможностью контакта со стенками полости и стыковочной плоскостью уплотняемых элементов, (US 4813692 за 1989 г. F16J 15/08). Однако известное уплотнительное кольцо не контактирует со всеми стенками полости стыковочных элементов узла, что снижает надежность их герметизации в процессе эксплуатации.
Известно уплотнительное кольцо узла газотурбинного двигателя, выполненное с возможностью контакта одновременно со всеми стенками полости уплотняемых элементов. Уплотнительное кольцо выполнено С-образной формы в радиальном сечении. (US 3783043 за 2001 г. кл. F16N 9/06). Уплотнение контактирует со стенками V-образной канавки каждой уплотняемой детали, центрирует последние при смещении их осей в радиальном направлении и обеспечивает контакт по кольцевой линии каждой поверхности. Однако известное уплотнение при герметизации деталей с различным давлением в каналах компенсирует лишь осевое, но не радиальное смещение. Данное техническое решение принято за прототип. В процессе эксплуатации такого уплотнения при радиальном смещении одной из контактируемых деталей относительно уплотнения происходит износ или деформация контактируемой поверхности. При этом на ней образуются задиры, вмятины, которые приводят к нарушению плотности контакта и снижению герметичности уплотнения.
Задачей, решаемой предложением, является повышение надежности уплотнения узла газотурбинного двигателя при обеспечении последнему возможности компенсации осевых и радиальных смещений контактирующих деталей узла в условиях его эксплуатации.
Указанная задача решается тем, что уплотнительное кольцо узла газотурбинного двигателя, выполненное с возможностью одновременного контакта со всеми стенками полости уплотняемых элементов в радиальном сечении образовано двумя полукольцами, обращенными дугами в противоположные стороны при этом концы их дуг выполнены по форме, соответствующими, контактирующим стенкам полости.
Такое выполнение концов дуг по форме стенок полости обеспечивает установку уплотнения по посадке, что значительно повышает надежность герметичности уплотнения.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает надежность герметизации узла при смещении его контактирующих деталей, как в осевом, так и в радиальном направлении.
Полезная модель поясняется следующими фигурами:
1 - внешний вид части уплотнительного кольца;
2 - уплотнительное кольцо в свободном состоянии при осевом смещении сопрягаемых деталей.
3 - уплотнительное кольцо в сжатом состоянии при осевом смещении сопрягаемых деталей.
4 - уплотнительное кольцо в свободном состоянии при радиальном смещении сопрягаемых деталей.
5 - уплотнительное кольцо в сжатом состоянии при радиальном смещении сопрягаемых деталей.
max
min
Уплотнительное кольцо (фиг. 1-5), образованное в радиальном сечении двумя полукольцами 1, 2, где полукольцо 1 обращено вогнутой стороной дуги в сторону зоны высокого давления P, а полукольцо 2 - в противоположную сторону минимального давления P. Концы дуг 3, 4 полуколец 1, 2 выполнены по форме соответствующими контактирующими с ними стенками 5, 6 полости деталей 7, 8.
При установке уплотнительного кольца в полость его полукольцо 1 контактирует со стенками 5, 9 полости нижней детали 7 а полукольцо 2 - со стенками 6, 10 полости верхней детали 8.
В процессе работы уплотнительное кольцо воспринимает осевое и радиальное смещение. При осевом смещении происходит сжатие профиля, как показано на (фиг. 3). Для его компенсации высоту профиля уплотнительного кольца выполняют больше глубины полости. В этом случае величина напряжений уплотнительного кольца превысит величину упругой деформации его материала. Профиль радиального сечения уплотнительного кольца работает как пружина.
При радиальном смещении происходит сжатие профиля как показано на (фиг. 5). Профиль радиального сечения уплотнительного кольца работает одной стороной на сжатие, второй стороной на растяжение. Плоскости деформации расположены в зонах изгиба полуколец, положение их определяется плоскостями, проходящими через их центра параллельно оси узла. При деформации средней части радиального сечения уплотнительного кольца, концы дуг 3, 4, полуколец 1, 2 надежно фиксируют уплотнительное кольцо относительно контактирующих стенок полости, обеспечивая герметичность соединения.
Таким образом, уплотнительное кольцо, контактируя со всеми четырьмя стенками полости уплотняемого узла газотурбинного двигателя, обеспечивает надежность его герметизации, как при радиальном, так и при осевом относительном смещении этих элементов.