Лабиринтное уплотнение

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в машинах различного назначения для уплотнения радиальных зазоров между вращающимися и неподвижными узлами.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является лабиринтное уплотнение, содержащее корпус уплотнения, установленный в статор и сопрягаемый с ротором, на радиальной внутренней поверхности которого последовательно выполнены кольцевые канавки, формирующие уплотнительные гребешки, внутренние кромки которых образуют с ротором лабиринтный зазор (В.Б. Шнепп. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. - М.: Машиностроение, 1995. - стр. 131), которое принято за прототип.
Недостатком данной конструкции является то, что при работе в результате закручивания потока газа в уплотнении при наличии эксцентриситета ротора резко увеличивается силовое воздействие на поверхность ротора от возникающих циркуляционных сил.
В результате силового воздействия могут возникать резонансные явления на собственной частоте ротора, что может привести к возникновению вибраций с амплитудой, превышающей зазоры в подшипниках, что приводит к износу гребешков лабиринтов и часто к разрушению оборудования.
Силы значительно возрастают при изнашивании гребешков, увеличении радиального зазора и несоосности роторной и статорной части, что приводит к возрастанию потока утечек, снижению тем самым эффективности работы уплотнения и возрастанию радиальных и осевых сил, действующих на ротор.
Задачей изобретения является повышение эффективности уплотнения в части уменьшения радиальных динамических воздействий на ротор при увеличении радиального зазора и наличии несоосности роторной и статорной части уплотнения.
Технический результат заключается в устранении вихревых образований между гребешками в канавках уплотнения за счет формы гребешков и канавок заявляемого изобретения и снижении циркуляционных сил, действующих на ротор, что позволяет повысить эффективность лабиринтного уплотнения при увеличении зазора и несоосности роторной и статорной частей уплотнения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном лабиринтном уплотнении, содержащем корпус уплотнения, установленный в статор и сопрягаемый с ротором, на радиальной внутренней поверхности которого последовательно выполнены кольцевые канавки, формирующие уплотнительные гребешки, при чем кольцевая канавка выполнена зигзагообразной формы, при этом торцевые поверхности гребешков параллельны друг к другу, а относительно радиальной внутренней поверхности корпуса уплотнения расположены под углом от 60 до 90 градусов.
Благодаря введению в известный объект гребешков зигзагообразной формы, расположенных под углом к радиальной внутренней поверхности корпуса от 60 до 90 градусов, лабиринтное уплотнение обеспечивает:
- отсутствие вихревых образований между гребешками, которые приводят к появлению циркуляционных сил в уплотнении, что обеспечивает динамическую устойчивость ротора, особенно в оборудовании, работающем под большим давлением;
- снижение закрутки потока на входе в лабиринтное уплотнение за счет наличия выступающих в поток гребешков. Гребешки служат в качестве направляющих элементов, рассекающих вращающийся поток и направляющих его в уплотнение вдоль оси;
- повышенную жесткость гребешков уплотнения и, как следствие, возможность использования при больших перепадах давления.
На фиг. 1 представлено лабиринтное уплотнение машины в разрезе.
На фиг. 2 показан вид А по фигуре 1 этого уплотнения.
Лабиринтное уплотнение содержит роторную часть 1 и корпус уплотнения (статор) 2, между которыми имеется зазор δ. Корпус 2 выполнен в виде кольца, на внутренней поверхности которого расположены гребешки 3, каждый гребешок детали расположен относительно друг друга параллельно, а к радиальной внутренней поверхности корпуса 2 - под углом α. Угол α составляет 60-90 градусов. При этом гребешки формируют кольцевые канавки 4 зигзагообразной формы. Количество гребешков зависит от конструкции узла и условий работы лабиринтного уплотнения.
Изготавливаются такие лабиринтные уплотнения по технологии селективного лазерного сплавления, например, на установке Concept Laser М2.
Заявляемое устройство работает следующим образом. В уплотнении при движении потока рабочей среды через радиальный зазор δ между гребешками 3 корпуса 2 и ротором 1 за счет перепада давления рабочая среда дросселируется в зазорах между уплотнительными гребешками и поверхностью ротора. Зигзагообразная форма кольцевых канавок разбивает поток среды на входе в уплотнение на отдельные струи, а также препятствует образованию в кольцевых канавках между гребешками вихревых явлений, способствующих появлению циркуляционных сил на ротор.
Таким образом, изобретение обеспечивает высокую эффективность уплотнения и уменьшает циркуляционные силы, тем самым снижая силовое воздействие на ротор при увеличении радиального зазора в процессе эксплуатации.