Комбинированное уплотнение ротора турбомашины
COMBINATION SEAL OF TURBOMACHINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Известно радиальное секционное уплотнение, содержащее графитовое кольцо в виде сегментов, установленное в корпусе уплотнения и обжатое браслетной пружиной, осевую пружину, установленную в корпусе уплотнения, крышку, жестко зафиксированную на корпусе уплотнения посредством разъемного соединения (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.
Данное устройство не обеспечивает работоспособность на рабочих режимах работы газотурбинных двигателей при отсутствии перепада давлений воздуха на уплотнении. Также данное уплотнение ограничено максимальным перепадом давлений воздуха. Все это в целом ограничивает область применения известного уплотнения.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является обеспечение работоспособности на рабочих режимах работы газотурбинных двигателей при отсутствии перепада давлений воздуха на уплотнении при одновременном снижении перетечек воздуха на всех режимах работы уплотнения и расширение области применения уплотнения в различных узлах газотурбинного двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что известное уплотнение ротора турбомашины, содержащее графитовое кольцо в виде сегментов, установленное в корпусе уплотнения и обжатое браслетной пружиной, осевую пружину, установленную в корпусе уплотнения, крышку, зафиксированную на корпусе уплотнения посредством разъемного соединения, согласно настоящему изобретению содержит контактную втулку, установленную на валу и зафиксированную на последнем в осевом и окружном направлениях, на наружном диаметре которой установлено упомянутое графитовое кольцо в виде сегментов, цельное графитовое кольцо, установленное в корпусе уплотнения между графитовым кольцом в виде сегментов и крышкой, тонкостенные криволинейные в поперечном сечении упругие элементы, при этом осевая пружина установлена между близлежащими торцами корпуса уплотнения и графитового кольца в виде сегментов, кроме того, на наружном диаметре контактной втулки выполнена кольцевая проточка, поперек которой по окружности установлены упомянутые упругие элементы, каждый из которых выполнен с возможностью контактирования участка его наружной поверхности с внутренней поверхностью цельного графитового кольца и жестко зафиксирован на внутренней поверхности кольцевой проточки.
Такое выполнение устройства позволяет следующее. На малых частотах вращения ротора уплотнение осуществляется за счет графитового кольца, выполненного в виде сегментов, обжатого браслетной пружиной и подпружиненного в осевом направлении. С увеличением частоты вращения ротора до рабочих частот в работу вступают тонкостенные криволинейные в поперечном сечении упругие элементы. Между упругими элементами и графитовым кольцом возникают воздушные газодинамические прослойки высокого давления, которые препятствуют проникновению воздуха из полости наддува в масляную полость. Это позволяет снизить перетечки воздуха из полости наддува в масляную полость, увеличить давление в полости наддува, поднять ресурс и исключить потери масла при отсутствии давления наддува, что расширяет область применения данного уплотнения.
На фигуре 1 представлен продольный разрез комбинированного уплотнения ротора турбомашины.
На фигуре 2 представлен вид А-А.
Комбинированное уплотнение ротора турбомашины содержит графитовое кольцо в виде сегментов 1, установленное в корпусе уплотнения 2 и обжатое браслетной пружиной 3 по наружному диаметру, осевую пружину 4, установленную в корпусе уплотнения 2, крышку 5, жестко зафиксированную на корпусе уплотнения 2 посредством разъемного соединения, например, фланцевого 6.
Комбинированное уплотнение ротора турбомашины также содержит контактную втулку 7, установленную на валу 8 и зафиксированную на последнем в осевом (например, посредством внутреннего кольца подшипника 9 с одной стороны и радиального бурта 10 на валу 8 с другой стороны) и окружном (например, посредством штифтов, на чертежах не показаны) направлениях. На наружном диаметре контактной втулки 7 и установлено упомянутое графитовое кольцо в виде сегментов 1.
Заявленное уплотнение содержит также цельное графитовое кольцо 11, установленное в корпусе уплотнения 2 между графитовым кольцом в виде сегментов 1 и крышкой 5 и соответственно контактирует с ними по торцам, а осевая пружина 4 выполнена S-образной и установлена между близлежащими торцами корпуса уплотнения 2 и графитового кольца в виде сегментов 1, причем между внутренней поверхностью цельного графитового кольца 11 и наружной поверхностью контактной втулки 7 образован минимальный зазор,
Заявленное уплотнение также содержит тонкостенные криволинейные в поперечном сечении упругие элементы 12, (в частном случае реализации каждый из упругих элементов представляет собой пластину, изогнутую таким образом, что имеет профиль, близкий к S-образному), кроме того, на наружном диаметре контактной втулки 7 выполнена кольцевая проточка 13, поперек которой по окружности установлены упомянутые упругие элементы 12, каждый из которых выполнен с возможностью контактирования участка его наружной поверхности с внутренней поверхностью цельного графитового кольца 11 (в статике между ними может быть минимальный зазор) и жестко зафиксирован на внутренней поверхности кольцевой проточки 13.
При реализации одного из вариантов вышеприведенной жесткой фиксации контактная втулка состоит из двух колец 14, 15 (для возможности сборки), контактирующих по торцам друг с другом, при этом в контактной втулке по окружности выполнены осевые глухие отверстия 16, в которые установлены штифты 17, прижимающие упомянутые упругие элементы 12 к внутренней поверхности кольцевой проточки 13.
На малых частотах вращения уплотнение происходит по внутренней поверхности сегментного графитового кольца 1, обжимающего контактную втулку 7 и по его торцу с цельным графитовым кольцом 11 за счет осевой пружины 4. С увеличением частоты вращения до рабочих частот в работу вступают упругие элементы 12. Между упругими элементами 12 и цельным графитовым кольцом 11 возникают воздушные газодинамические прослойки высокого давления, которые препятствуют проникновению воздуха из полости наддува в масляную полость.
Заявленное техническое решение позволяет снизить перетечки воздуха из полости наддува в масляную полость, увеличить давление в полости наддува, поднять ресурс и исключить потери масла при отсутствии давления наддува, что расширяет область применения данного уплотнения.