МЕЖВАЛЬНОЕ РАДИАЛЬНО-ТОРЦЕВОЕ КОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ
INTER-SHAFT RADIAL-END CONTACT SEAL

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано торцевое контактное уплотнение, установленное на валу ротора турбомашины, содержащее втулку уплотняющую, направляющие штифты, втулку прижимную, кольца уплотнительные, графитовое кольцо (Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 3. Газотурбинные двигатели, Авторы: Иноземцев А.А., Нихамкин М.А. и др., Издательство: Машиностроение, 2007, стр.171, рис.13.28 б).
В известном уплотнении усилие прижатия графитового кольца к торцу прижимной втулки задается осевыми пружинами по направляющим штифтам. Данное усилие постоянно на всех режимах работы и настроено на максимальный режим, поэтому на малых режимах работы происходит повышенный износ графитового кольца.
Следует отметить, что для того, чтобы задать равномерное усилие прижатия графитового кольца к торцу прижимной втулки, требуется множество пружин с одинаковыми жесткостными характеристиками, что трудоемко и трудновыполнимо. Также из-за окружных температурных неравномерностей и присущих в работе допустимых перекосах ротора относительно статора прижимную втулку может заклинивать в районе направляющих штифтов, что приводит к раскрытию уплотнения (отсутствие в определенной зоне контакта между графитовым кольцом и ответной уплотняющей втулкой), вследствие чего теряется работоспособность уплотнения.
Кроме того, известное уплотнение ограничено к допустимому перепаду давлений, т.к. втулка прижимная работает как поршень под давлением наддува (полость справа), дополнительно изнашивая графитовое кольцо.
Задачей заявленного изобретения является создание межвального радиально-торцевого контактного уплотнения, лишенного указанных выше недостатков.
Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленной конструкции, является снижение степени износа графитовых колец, упрощение конструкции уплотнения, повышение его надежности при работе и, как следствие, повышение срока службы заявленного торцевого уплотнения.
Указанные технические эффекты достигаются тем, что межвальное радиально-торцевое контактное уплотнение содержит две прижимные втулки, установленные на внутреннем валу с уплотнительными кольцами симметрично относительно друг друга, выполненные с возможностью осевого смещения, в которых установлены два графитовых кольца, торцевые поверхности которых контактируют с торцевыми поверхностями наружного вала, при этом на внутреннем валу, между прижимными втулками, установлено разрезное пружинное кольцо, контактирующее с ними по коническим поверхностям.
Такое конструктивное исполнение графитового уплотнения позволяет следующее.
При увеличении частоты вращения валов под действием центробежных сил увеличивается нагрузка на прижимные втулки, в которых установлены графитовые кольца, разрезным пружинным кольцом по коническим поверхностям. При этом радиальная нагрузка разрезного пружинного кольца будет равномерно оказывать усилие прижатия графитовых колец.
А на пониженных режимах работы турбомашины снижается нагрузка на прижимные втулки, и, соответственно, на графитовые кольца, что снижает трение, а следовательно, повышаются срок службы и ресурс заявленного уплотнения в целом и расширяется его область применения по скоростным показателям.
Также отсутствие осевых пружин упрощает конструкцию уплотнения и повышает его надежность.
Регулировочная втулка, установленная на наружном валу между его торцевыми поверхностями, позволяет подбирать необходимую начальную радиальную нагрузку разрезного пружинного кольца.
На чертеже представлен продольный разрез заявленного межвального радиально-торцевого контактного уплотнения.
Межвальное радиально-торцевое контактное уплотнение содержит две прижимные втулки 1, установленные на внутреннем валу 2 с уплотнительными кольцами 3 симметрично относительно друг друга, выполненные с возможностью осевого смещения, в которых установлены два графитовых кольца 4, торцевые поверхности которых контактируют с торцевыми поверхностями 5 наружного вала, при этом на внутреннем валу 2, между прижимными втулками 1 установлено разрезное пружинное кольцо 6, контактирующее с ними по коническим поверхностям.
Также на наружном валу, между его торцевыми поверхностями 5, установлена регулировочная втулка 7.
Уплотнение собирается следующим образом. В наружный вал последовательно устанавливаются прижимные втулки 1, разрезное пружинное кольцо 6. Усилие контакта торцевых поверхностей 5 с графитовыми кольцами 4 регулируется втулкой 7. Этот пакет деталей затягивается гайкой.
В процессе работы уплотнения за счет увеличения частоты вращения валов увеличивается центробежная сила разрезного пружинного кольца 6, которая преобразуется в усилие прижатия по торцевым поверхностям 5 графитовыми кольцами 4. Уплотнительные кольца 3 при этом должны удерживать за счет трения от кольцевого проворота прижимные втулки относительно внутреннего вала 2, позволяя при этом осевое смещение прижимных втулок 1 относительно внутреннего вала 2.