Модернизированное периферийное уплотнение рабочего колеса
UPGRADED PERIPHERAL SEAL OF IMPELLER

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в качестве сигнализатора предаварийного состояния в связи с уменьшением величины радиального зазора в проточной части турбомашины в уплотнениях на периферии ступеней или в концевых (промежуточных) уплотнениях валов.
Одним из перспективных направлений повышения надежности высокотемпературных газовых турбин при возможных задеваниях уплотнений в проточной части газовых турбин и уплотнений на валу является использование сотовых уплотнений, допускающих ограниченное врезание ротора в сотовую структуру без потер ее целостности. Однако выборка зазора при задеваниях является весьма опасным явлением для вращающихся частей ротора. Задевания деталей ротора при вращении элементов статора создает проблему надежной (безаварийной) работы всей установки.
Известные способы [1, 2 ,3] измерения радиальных зазоров в работающих турбинах, использующие датчики перемещения: емкостные, токовихревые, оптические, эндоскопические и другие. Их точность и принцип действия соответствуют физическим режимным параметрам рабочего тела, протекающего в лопаточной машине.
Характерной особенностью указанных методов является их относительная дороговизна, нестабильность показаний (ненадежность как сигнализаторов аварийного состояния). Кроме того возникают, например, проблемы использования датчиков в высокотемпературных газовых турбинах из-за их недостаточной надежности в условиях высокой температуры в проточной части турбины (до 1500 К). Конструкция охлаждаемых датчиков весьма сложна и недостаточно надежная.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, рассматривается система с сотовыми уплотнением над рабочим колесом с бандажной полкой [4], в котором измерение радиального зазора является косвенным, использование которого в системе защиты является проблематичным. Применение изобретения для рабочих колес без бандажных полос неприемлемо.
Задача изобретения это повышение надежности системы диагностики и сигнализации задеваний в проточной части и по валу работающей машине в процессе эксплуатации, а также использование недорогого и надежного оборудования в системе сигнализации и диагностики задеваний.
Указанная задача достигается тем, что модернизированное периферийное уплотнение рабочего колеса, включающее в себя датчики-сигнализаторы перемещения сотовых вставок при задеваниях, отличающееся тем, что датчики-сигнализаторы установлены над сегментами с сотовыми вставками в зоне охлаждающего воздуха, а не в проточной части, причем нет специального охлаждения для датчиков -сигнализаторов
В предлагаемом изобретении датчики-сигнализаторы задевания установлены над сегментами с сотовыми вставками, которые подпружинены в радиальном направлении и при возможном задевании перемещаются, ликвидируя зазор между датчиками-сигнализаторами и сегментами с сотовой вставкой, что повышает надежность регистрации возможных аварийных ситуаций при контакте с вращающимися частями на работающем двигателе, как в бандажных так и безбандажных турбинных ступенях. Так как датчики находятся в зоне охлаждающего воздуха, а не в проточной части, и не обтекаются газом высокой температуры, что повышает их эксплуатационную надежность и не требует специального охлаждения их. Сигнал перемещения сотовых вставок при касании с рабочей лопаткой, при δ=0, где δ-радиальный зазор между рабочей лопаткой и сотовым уплотнением, вырабатывается в бандажных и безбандажных ступенях, так как передается через подвижную вставку. Вырабатываемый сигнал (емкостной, токовихревой) поступает в систему аварийной сигнализации или схему автоматического регулирования зазора.
На рисунке показан общий вид уплотнения рабочего колеса.
Предлагаемое изобретение состоит из рабочего колеса, которое содержит обойму 1 с отверстием для подачи охлаждающего воздуха, сегмент с сотовой вставкой 2 с каналами для пропуска охлаждающего воздуха, плоскую пружину 3, датчик-сигнализатор 4, регистрирующий изменение радиального зазора, и указывающий прибор 5.
Диагностический признак задевания используется не только в системе защиты и регулирования зазора, но и как диагностический фактор состояния проточной части, используемый в процессе ремонта.
Источники информации
1. Эванс Д.М., Глезер Б. «Критический радиальный зазор рабочих лопаток газовой турбины: теория теплопередачи и эксперимент». (Evans D.M., Glezer В. «Critical gas turbine blade tip clearance: heat transfer analisis and experiment. Head and mass transfer rotation machinery. (1984).)
2. Щербаков В.Ф., Ивченко Д.Ф., Шатагин Л.Н., Богатов Э.Я. Измерение радиальных зазоров и осевого перемещения ротора в турбинах ГТД оптическим методом в сборнике «Метрологическое обеспечение испытаний авиационных двигателей».М. Труды ЦИАМ, №1090, 1984 г.
3. Шевченко И.В., Черный М.С., Бутонов В.В. «Методы измерения величины радиального зазора турбины на работающем двигателе». - М: «Техника воздушного флота». №6, 2002. г.
4. Патент на изобретение №2261994 «Способ регулирования демпфирующей силы в сотовом уплотнении для ротора турбомашин» FO1D 11/06.