КОМБИНИРОВАННОЕ УПЛОТНЕНИЕ В ТУРБОМАШИНАХ

Полезная модель относится к области турбостроения и может быть использована в концевых и диафрагменных уплотнениях валов, бандажных лопатках турбин, компрессоров, уплотнениях покрывных дисков нагнетателей и насосов, думмисах, а также в уплотняемых частях различных агрегатов между неподвижными и вращающимися элементами.
Применение сотовых структур для уплотнения радиальных зазоров в настоящее время широко используется на практике.
Известно сотовое надбандажное уплотнение ступеней низкого давления паровой турбины, включающее в себя бандаж рабочих лопаток ротора турбины, имеющий гладкую поверхность и один или более рядов сегментов корпусов сотовых блоков, изготовленных из пластичной легированной стали (патент РФ №92471 F01D 11/08, опубл. 20.03.2010 г.)
Недостатком известного решения является наличие существенных утечек через зазор, образованный сотовым уплотнением на статоре и гладкой стенкой на роторе, что приводит к увеличению объемных потерь рабочего тела и снижению КПД ступени.
Уплотнительный эффект сотового уплотнения может быть усилен внешними турбулизаторами, например, за счет перегородок (гребней) на поверхности вращающегося ротора, бандажа и т.п. [Речкоблит, А.Я. Исследование эффективности некоторых типов бесконтактных уплотнительных устройств турбомашин/ А.Я. Речкоблит, О.В. Авдеенко// Труды ЦИАМ №1035, 1982 г., - 8 с.] В данной статье наиболее близкое к предлагаемому решению уплотнение состоит из сотовой структуры на неподвижной стенке (статоре) и поверхности в виде поперечных перегородок на вращающемся роторе. Достигается значительный уплотняющий эффект, однако пропорционально возрастает затрата мощности на привод вращающегося элемента, затрачиваемая на периодический разгон в окружном направлении импульсирующего в ячейках сотового уплотнения рабочего тела.
Уплотняющий эффект в зазоре во многом зависит от взаимодействия вихрей в пространстве сотовых ячеек и потока утечки. Интенсификация этого взаимодействия осуществляется за счет «смерчевых» вихрей, образующихся на вращающейся поверхности, противоположной сотовой, имеющей множество лунок, расположенных в определенной последовательности.
Основной задачей данной полезной модели является снижение расхода утечки и уменьшение затрачиваемой мощности на периодический разгон в окружном направлении рабочего тела при уменьшении стоимости изготовления конструкции.
л
л
Указанная цель достигается тем, что комбинированное уплотнение в турбомашинах, содержащее уплотняющую сотовую поверхность статора и ротор, отличающийся тем, что на уплотняющей поверхности ротора выполнены лунковые выемки, расположенные напротив сотовой уплотняющей поверхности статора, причем отношение высоты h к диаметру d лунковых выемок должно быть равным 0,1.
При создании уплотнительного устройства необходимо рассмотрение соотношения гидравлической и энергетической характеристик.
Особенность полезной модели предполагает применение в качестве турбулизатора вращающуюся поверхность ротора с лунками, которая за счет «смерчевидных» выбросов газа из лунок интенсифицирует взаимодействие с вихрями в пространстве сотовых ячеек. В то же время сопротивление трением о лунковую поверхность повышается в меньшей степени. [Алексеев, В.В. Смерчевой энергообмен на трехмерной вогнутой рельефной структуре самоорганизующихся течений, их визуализация и механизмы обтекания поверхностей/ В.В. Алексеев, И.А. Гагечиладзе, Г.И. Кикнадзе, В.Г. Олейников// Труды Второй Российской конференции по теплообмену. Т. 6. Издательство МЭИ, 1998, с. 37-42]
л
л
Конкретные размеры сотовой структуры, лунок, их расположение и размеры находятся опытным путем (экспериментальными и численными методами) в зависимости от величины радиального зазора и режимных параметров течения рабочего тела в уплотнении, но отношение высоты h к диаметру d лунковых выемок должно быть равным 0,1. Данное отношение обеспечивает оптимальное образование «смерчевидных» выбросов газа из лунок.
На фиг. 1 показан поперечный разрез уплотнения; на фиг.2 представлен продольный разрез уплотнения с величиной зазора l.
я
я
я
я
я
я
Комбинированное уплотнение представляет собой лунковая поверхность 1 на роторе, радиальный зазор 2, сотовое уплотнение 3 статоре. Соотношение h/d, где высота h и диаметр d ячейки сотового уплотнения 3, должно быть в пределах h/d≈0,3÷0,5 [Буглаев В.Т., Сотовые уплотнения в турбомашинах: монография/ В.Т. Буглаев, В.Т. Перевезенцев, С.В. Перевезенцев и др. - Брянск: БГТУ, 2006. - 192 с].