КОНТАКТНОЕ ГРАФИТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
CONTACT GRAPHITE SEALING OF TURBINE MACHINE ROTOR

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Известно радиальное секционное уплотнение, содержащее контактную втулку, установленную на валу, корпус с крышкой, с расположенными в нем уплотнительным кольцом в виде сегментов и осевой пружиной (см. рис. 18.5_2а, стр. 1202, глава 18-Уплотнения ГТД, авторы: А.А.Иноземцев, М.А.Нихамкин, В.Л.Сандрацкий, «Газотурбинные двигатели», ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2007 г.).
Данное уплотнение выбрано в качестве прототипа.
В известном уплотнении перетечка воздуха происходит через суммарный торцевой зазор графитовых сегментов как обжатому диаметру, так и упорному торцу. Усилие прижатия по уплотняемому диаметру и упорному торцу осуществляется затяжкой двух видов пружин браслетной и осевых, что нетехнологично и неоднозначно при изготовлении. Также осевые пружины оказывают неравномерное прижатие по окружности графитовых сегментов. Так как сегменты зафиксированы в окружном направлении, то уплотнение ограничено в эксплуатации линейной скоростью скольжения в зоне контакта сегментов и вала.
Задачей настоящего изобретения является создание контактного графитового уплотнения ротора турбомашины, в котором устранены описанные выше недостатки.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного уплотнения является снижение перетечек воздуха, упрощение конструкции, повышение надежности, а также возможность эксплуатации при больших линейных скоростях.
Указанный технический результат достигается тем, что в контактном графитовом уплотнении ротора турбомашины, содержащем контактную втулку, установленную на валу, корпус с крышкой, с расположенными в нем уплотнительным кольцом в виде сегментов и осевой пружиной, согласно настоящему изобретению оно снабжено кольцевой обоймой, расположенной в корпусе с радиальным зазором, и неразрезным упорным графитовым кольцом, установленным в кольцевой обойме и контактирующим с уплотнительным кольцом в виде сегментов по торцам, выполненными коническими относительно продольной оси вала, а другим торцом неразрезное упорное графитовое кольцо контактирует с корпусом, причем неразрезное упорное графитовое кольцо и уплотнительное кольцо в виде сегментов зафиксированы в кольцевой обойме от проворота.
Такое конструктивное выполнение уплотнения позволяет снизить перетечки воздуха за счет того, что графитовое упорное кольцо выполнено без разреза. Также браслетная и осевые пружины заменяются одной осевой (например, тарельчатой) пружиной, что упрощает конструкцию уплотнения и повышает надежность его работы. Уплотнение разгружено по перепаду давлений за счет наличия в кольцевых выступах проточек графитовых колец, кроме внутреннего кольцевого выступа на упорном графитовом кольце. Паз на кольцевой обойме однозначно определяет окружное взаимное расположение графитовых колец и сегментов. Усилие пружины настраивается таким образом, чтобы возможно было проскальзывание как по контактной втулке, так и по упорному торцу корпуса. Это снижает скорость взаимного скольжения, чем расширяет область применения этого уплотнения по скоростному параметру.
В частном случае реализации контактного графитового уплотнения ротора турбомашины:
- оно содержит расположенное между осевой пружиной и крышкой ответное графитовое кольцо, установленное в кольцевой обойме и зафиксированное в ней от проворота. Это приводит к повышению надежности, так как исключает трение осевой пружины об крышку.
Следует отметить, что для выравнивания давления и уменьшения площади контакта на внутренних поверхностях неразрезного упорного графитового кольца и уплотнительного кольца, контактирующих с контактной втулкой, а также на торцевых поверхностях неразрезного упорного графитового кольца и ответного графитового кольца, контактирующих с корпусом и крышкой, выполнены кольцевые каналы, сообщенные между собой и с радиальным зазором, расположенным между кольцевой обоймой и корпусом.
На чертеже представлен продольный разрез контактного графитового уплотнения ротора турбомашины.
Контактное графитовое уплотнение ротора турбомашины содержит контактную втулку 1, установленную на валу 2, корпус 3 с крышкой 4, с расположенными в нем уплотнительным кольцом 5 в виде сегментов и осевой пружиной 6, при этом оно снабжено кольцевой обоймой 7, расположенной в корпусе 3 с радиальным зазором 8, и неразрезным упорным графитовым кольцом 9, установленным в кольцевой обойме 7 и контактирующим с уплотнительным кольцом 5 в виде сегментов по торцам, выполненными коническими относительно продольной оси вала 2, а другим торцом неразрезное упорное графитовое кольцо 9 контактирует с корпусом 3, причем неразрезное упорное графитовое кольцо 9 и уплотнительное кольцо 5 в виде сегментов зафиксированы в кольцевой обойме 7 от проворота, например, посредством выполнения со стороны внешней поверхности в неразрезном упорном графитовом кольце 9 и уплотнительном кольце 5 в виде сегментов радиальных глухих пазов, образующих единую цилиндрическую полость, в которую установлен выполненный на кольцевой обойме 7 радиальный выступ 10.
В случае установки между осевой пружиной 6 и крышкой 4 ответного графитового кольца 11 со стороны его внешней поверхности также выполняется радиальный глухой паз, образующий с пазами неразрезного упорного графитового кольца 9 и уплотнительного кольца 5 в виде сегментов единую цилиндрическую полость, в которую установлен выполненный на кольцевой обойме 7 радиальный выступ 10.
На внутренних поверхностях неразрезного упорного графитового кольца 9 и уплотнительного кольца 5, контактирующих с контактной втулкой 1, а также на торцевых поверхностях неразрезного упорного графитового кольца 9 и ответного графитового кольца 11, контактирующих с корпусом 3 и крышкой 4, выполнены кольцевые каналы 12, сообщенные между собой и с радиальным зазором 8, расположенным между кольцевой обоймой 7 и корпусом 3.
Уплотнение собирается следующим образом. В корпус 3 устанавливается неразрезное упорное графитовое кольцо 9, уплотнительное кольцо 5 в виде сегментов, кольцевая обойма 7, осевая пружина 6 и ответное графитовое кольцо 11. Полученный пакет деталей поджимается крышкой 4. Полученное уплотнение устанавливается на контактной втулке 1.
В процессе работы осевая пружина 6 оказывает осевое воздействие на неразрезное упорное графитовое кольцо 9, уплотнительное кольцо 5, выполненное в виде сегментов, и ответное графитовое кольцо 11. При этом за счет контакта неразрезного упорного графитового кольца 9 и уплотнительного кольца 5 в виде сегментов по конической поверхности происходит дополнительное поджатие по контактной втулке 1.