РАДИАЛЬНО-ТОРЦЕВОЕ КОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ОПОРЫ ТУРБОМАШИНЫ
TURBOMACHINE SUPPORT RADIAL END SEAL

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Известно радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины, содержащее два упругих графитовых кольца с поперечными разрезами, установленных на роторе турбомашины, контактные кольца, торцевые поверхности которых выполнены контактирующими с торцевыми поверхностями упругих графитовых колец, распорную втулку, установленную на роторе турбомашины между контактными кольцами, и втулку (RU 2425270 С1, опубл. 27.07.2011).
В известном уплотнении усилие прижатия упругих графитовых колец к контактным кольцам по торцевым поверхностям задается S-образной осевой пружиной, установленной между упругими графитовыми кольцами. Оно постоянно на всех режимах работы уплотнения и должно удерживать максимальный перепад давлений на максимальных рабочих режимах. Однако на пониженных режимах усилие упомянутой пружины приводит к дополнительному трению, повышенному износу, снижению герметичности, уменьшая тем самым ресурс и работоспособность уплотнения.
Задачей изобретения является создание радиально-торцевого контактного уплотнения опоры турбомашины, лишенного вышеприведенных недостатков.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является снижение трения и износа элементов уплотнения за счет снижения нагрузки на графитовые кольца на пониженных режимах работы турбомашины и, как следствие, увеличение срока службы заявленного радиально-торцевого контактного уплотнения опоры турбомашины.
Указанный технический результат достигается тем, что радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины, содержащее два упругих графитовых кольца с поперечными разрезами, установленных на роторе турбомашины, контактные кольца, торцевые поверхности которых выполнены контактирующими с торцевыми поверхностями упругих графитовых колец, распорную втулку, установленную на роторе турбомашины между контактными кольцами, и втулку, согласно настоящему изобретению дополнительно содержит упругое кольцо с поперечным разрезом, установленное на роторе турбомашины между упругими графитовыми кольцами, причем наружная поверхность упругого кольца выполнена контактирующей с внутренними поверхностями упругих графитовых колец, при этом контактирующие поверхности упругого кольца и упругих графитовых колец выполнены коническими.
Такое конструктивное исполнение графитового уплотнения позволяет следующее.
При увеличении частоты вращения ротора под действием центробежных сил увеличивается нагрузка на графитовые кольца упругим кольцом с поперечным разрезом по контактирующим коническим поверхностям. При этом радиальная нагрузка упругого кольца с поперечным разрезом будет равномерно оказывать усилие прижатия графитовых колец по цилиндрической поверхности с втулкой и торцовым поверхностям контактных колец.
А на пониженных режимах работы турбомашины снижается нагрузка на графитовые кольца упругим кольцом с поперечным разрезом по контактирующим коническим поверхностям, что снижает трение упомянутых элементов уплотнения друг о друга, а следовательно, повышается срок их службы, что повышает ресурс заявленного уплотнения в целом и расширяет его область применения по скоростным показателям.
Распорная втулка позволяет подбирать необходимые минимальные зазоры в графитовых кольцах в зоне поперечных разрезов, а также усилие предварительного обжатия разрезного кольца.
Также, при проектировании уплотнения выбор углов конических поверхностей относительно продольной оси ротора турбомашины позволяет перераспределять усилия прижатия упругого кольца с поперечным разрезом через упругие графитовые кольца на контактные кольца и втулку в зависимости от размерности уплотнения, рабочих оборотов и перепада давления на нем.
На фигуре чертежа показан продольный разрез радиально-торцевого контактного уплотнения масляной полости турбомашины.
Радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины содержит два упругих графитовых кольца 1 с поперечными разрезами, установленных на роторе турбомашины, контактные кольца 2, торцевые поверхности которых выполнены контактирующими с торцевыми поверхностями упругих графитовых колец 1, распорную втулку 3, установленную на роторе турбомашины между контактными кольцами 2, и втулку 4, ограничивающую область уплотнения, кроме того, дополнительно содержит упругое кольцо 5 с поперечным разрезом, установленное на роторе турбомашины между упругими графитовыми кольцами 1, причем наружная поверхность упругого кольца 5 с поперечным разрезом выполнена контактирующей с внутренними поверхностями упругих графитовых колец 1, при этом контактирующие поверхности упругого кольца 5 и упругих графитовых колец 1 выполнены коническими.
При работе турбомашины усилие прижатия упругих графитовых колец 1 по контактным поверхностям контактных колец 2 и втулки 4 определяется предварительным усилием обжатия упругого кольца 5 с поперечным разрезом, которое задается распорной втулкой 3. При увеличении частоты вращения ротора за счет массовых характеристик упругого кольца 5 с поперечным разрезом происходит увеличение усилий прижатия графитовых колец 1 к контактным кольцам 2 и втулки 4 за счет центробежных сил, компенсируя тем самым увеличение перепада давлений на графитовом уплотнении.