РАДИАЛЬНО-ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
RADIAL-END SEAL OF TURBOMACHINE ROTOR

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрано межвальное радиально-торцевое уплотнение ротора турбомашины, содержащее два примыкающих друг к другу кольцевых элемента, имеющих кольцевые массивы пальчиков, образованные путем выполнения пазов в каждом из них, установленные на валу с угловым смещением относительно друг друга с возможностью перекрывания пазов одного кольцевого элемента пальчиками примыкающего к нему другого кольцевого элемента, а на свободных концах пальчиков выполнены выступающие площадки (см. патент US 5755445).
Известному техническому решению присущи следующие недостатки:
В известном уплотнении бесконтактный режим работы обеспечивается за счет балансировки пальчиков в потоке воздуха за счет возникновения в зазоре под площадками газодинамических (вызванных вращением ротора) и газостатических (определяемых осевым перепадом давления) подъемных сил, которые уравновешивают силы реакции при деформировании пальчиков. При этом возникают дополнительные изгибные деформации, связанные с асимметричностью радиального зазора из-за прецессии ротора. Следствием является снижение срока службы уплотнения в целом. Кроме того, данное уплотнение невозможно использовать между роторами, что сужает его область применения.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является повышение его срока службы и расширение области применения.
Указанные технические результаты достигаются тем, что радиально-торцевое уплотнение ротора турбомашины содержит два примыкающих друг к другу кольцевых элемента, имеющих кольцевые массивы пальчиков, образованные путем выполнения пазов в каждом из них, установленные на валу с угловым смещением относительно друг друга с возможностью перекрывания пазов одного кольцевого элемента пальчиками примыкающего к нему другого кольцевого элемента, а на свободных концах пальчиков выполнены выступающие площадки, при этом согласно настоящему изобретению оно снабжено двумя графитовыми кольцами, установленными на валу по обе стороны от примыкающих друг к другу кольцевых элементов, двумя контактными втулками, установленными на валу по обе стороны от графитовых колец, при этом выступающие площадки выполнены с образованием кольца, расположенного с зазором относительно наружных поверхностей графитовых колец с возможностью контактирования его наружной поверхности с внутренней поверхностью цилиндрического участка наружного вала или статора, причем контактные втулки, графитовые кольца и кольцевые элементы зафиксированы на валу в осевом направлении, а между одной из контактных втулок и близлежащим графитовым кольцом установлена осевая пружина.
Такое выполнение устройства позволяет расположить кольцевые элементы на вращающемся валу выступающими площадками вверх. Поэтому давление в канале площадки зависит не только от частоты вращения, но и от центробежных сил площадок за счет изгиба пальчиков. Это позволяет уже на малых частотах вращения иметь необходимое давление в уплотнительном канале и снижать перетечки воздуха на уплотнении. Данное уплотнение может располагаться как между валами, так и между валом и неподвижной наружной контактной втулкой статора. Это расширяет область его применения. Кольцевые элементы имеют возможность радиального смещения при прецессии роторов. При этом они скользят по торцевым поверхностям графитовых колец, а трение снижается за счет наличия паров масла, т.к. уплотнение отделяет масляную полость от воздушной. Это исключает дополнительные деформации пальчиков, присущие в прототипе, увеличивая тем самым ресурс уплотнения.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез радиально-торцевого уплотнения ротора турбомашины.
Радиально-торцевое уплотнение ротора турбомашины содержит два примыкающих друг к другу кольцевых элемента 1 и 2, имеющие кольцевые массивы пальчиков, образованные путем выполнения пазов в каждом из них, установленные на валу 3 с угловым смещением относительно друг друга с возможностью перекрывания пазов одного кольцевого элемента пальчиками примыкающего к нему другого кольцевого элемента, а на свободных концах пальчиков выполнены выступающие площадки, при этом оно снабжено двумя графитовыми кольцами 4 и 5, установленными на валу 3 по обе стороны от примыкающих друг к другу кольцевых элементов 1 и 2, двумя контактными втулками 6 и 7, установленными на валу 3 по обе стороны от графитовых колец 4 и 5, при этом выступающие площадки выполнены с образованием кольца 8, расположенного с зазором относительно наружных поверхностей графитовых колец 4, 5 с возможностью контактирования его наружной поверхности с внутренней поверхностью цилиндрического участка наружного вала или статора 9, причем контактные втулки 6 и 7, графитовые кольца 4 и 5 и кольцевые элементы 1 и 2 зафиксированы на валу 3 в осевом направлении, а между одной из контактных втулок 1 или 2 и близлежащим графитовым кольцом 4 или 5 установлена осевая пружина 10.
В процессе работы уплотнения с увеличением частоты вращения вала 3 в зазоре, образованном выступающими площадками, образующими кольцо 8, и цилиндрическим участком наружного вала или статора 9, возникает избыточное давление воздуха, которое является уплотнительной средой. При этом изгибы кольцевых массивов пальчиков кольцевых элементов 1 и 2 способствуют повышению этого давления за счет центробежных сил. Кольцевые элементы 1, 2 обжаты дополнительно графитовыми кольцами 4 и 5 и контактными втулками 6 и 7 с целью исключения перетечек через зазоры в пальчиках и снижения трения об торцевые взаимно контактирующие поверхности, т.к. уплотнение допускает взаимное смещение вала 3 относительно наружного вала или статора 9, что значительно расширяет область его применения. При этом величина обжатия вышеперечисленных элементов настраивается осевой пружиной 10. Так как уплотнение расположено в масляно-воздушной полости, то трение между кольцевыми элементами 1, 2 и графитовыми кольцами 4, 5 значительно снижается за счет паров масла. Это повышает надежность и долговечность уплотнения в целом.