ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ
LABYRINTH SEAL OF TURBOMACHINE

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин авиационного и наземного применения.
Известно лабиринтное уплотнение турбомашины, состоящее из роторного лабиринта и статорного фланца, установленного на упругом элементе (патент RU №2382893).
Недостатком известной конструкции является ее низкая эффективность, так как уплотнительные гребешки лабиринта выполнены на одном диаметре.
Наиболее близким к заявляемому является лабиринтное уплотнение, в котором уплотнительные гребешки лабиринта выполнены с уменьшающимся от диска наружным диаметром (патент RU №2353815).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных утечек через лабиринтное уплотнение в случае увеличенного осевого смещения роторного лабиринта относительно статорного сотового фланца, когда уплотнительные гребешки оказываются, помимо своих рабочих площадок, на сотовом фланце.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности конструкции путем обеспечения в лабиринтном уплотнении минимальных радиальных зазоров на всех режимах работы двигателя.
Сущность технического решения заключается в том, что в лабиринтном уплотнении турбомашины с лабиринтными гребешками, выполненными с уменьшающимся от диска наружным диаметром, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ уплотнительные гребешки выполнены парными с одинаковым наружным диаметром гребешков для каждой пары, а на краях обода лабиринта установлены демпфирующие кольца, при этом статорный сотовый фланец со стороны выхода из лабиринта через упругий элемент закреплен на статоре, а со стороны входа в лабиринт сотовый фланец установлен телескопически в радиальном направлении относительно радиальной диафрагмы с образованием над сотовым фланцем кольцевой замкнутой воздушной полости, при этом отношение H/h=4…6, где:
Н - шаг между парами уплотнительных гребешков,
h - шаг между парными уплотнительными гребешками.
Выполнение уплотнительных гребешков парными, с одинаковым наружным диаметром гребешков для каждой пары позволяет повысить надежность уплотнения при увеличенной осевой сдвижке ротора относительно статора, так как в этом случае хотя бы один гребешок из каждой пары остается в работе, т.е. уплотняющие свойства лабиринтного уплотнения в основном сохраняются.
Установка на краях обода лабиринта демпфирующих колец позволяет снизить уровень вибронапряжений в ободе при работе лабиринтного уплотнения, что повышает его надежность.
Наибольший перепад давления реализуется у лабиринтного уплотнения на последнем его уплотнительном гребешке, поэтому крепление сотового фланца через упругий элемент на статоре со стороны выхода из лабиринта снижает уровень вибронапряжений в сотовом статорном фланце.
Установка сотового фланца со стороны входа в лабиринт телескопически в радиальном направлении относительно статорной диафрагмы позволяет ему свободно перемещаться в радиальном направлении, что способствует уменьшению радиальных зазоров в лабиринтном уплотнении.
Выполнение с внешней стороны от сотового фланца с помощью статорной радиальной диафрагмы кольцевой замкнутой воздушной полости позволяет уменьшить темп нагрева и охлаждения фланца на переходных режимах работы, что позволяет синхронизировать радиальные перемещения обода лабиринта и ответного ему сотового фланца, улучшая таким образом эффективность работы лабиринтного уплотнения на переходных режимах.
При H/h<4 - излишне увеличиваются осевые габариты лабиринтного уплотнения.
При H/h>6 - снижается эффективность лабиринтного уплотнения.
На фигуре - изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения турбомашины.
Лабиринтное уплотнение 1 турбомашины состоит из установленного на диске 2 лабиринта 3 и зафиксированного на статоре 4 сотового фланца 5. Лабиринтное уплотнение 1 выполнено ступенчатым, с уменьшающимся от диска 2 диаметром d по наружной поверхности 6 каждой пары 7 лабиринтных уплотнительных гребешков 8 и 9. Для уменьшения вибронапряжений обод 10 лабиринта 3 со стороны входа 11 и со стороны выхода 12 выполнен с кольцевыми канавками 13 и 14, в которых размещены демпфирующие кольца 15 и 16. Статорный сотовый фланец 5 со стороны выхода 12 из уплотнения 1 через упругий элемент 17 установлен на статоре 4, а со стороны входа 11 фланец 5 с помощью телескопического радиального соединения 18 контактирует с радиальной статорной диафрагмой 19. Диафрагма 19, фланец 5 и статор 4 совместно образуют замкнутую кольцевую воздушную полость 20, расположенную с внешней стороны от сотового статорного фланца 5. Отношение шага Н между парами уплотнительных гребешков 8 и 9 к шагу h между парными уплотнительными гребешками 8 и 9 равно 4…6.
Работает устройство следующим образом.
При работе лабиринтного уплотнения 1 турбомашины давление и температура воздуха в кольцевой замкнутой полости 20 меняется существенно медленнее, чем давление и температура воздуха на входе 11 в лабиринтное уплотнение 1. Это связано с тем, что радиальное телескопическое соединение 18 медленно пропускает воздух в полость 20 и медленно его выпускает из этой полости, что способствует замедлению нагрева и остывания сотового фланца 5 на переходных режимах работы уплотнения 1 и синхронизации радиальных перемещений фланца 5 и обода 10 лабиринта 3.