Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины
END CONTACT SEAL OF TURBOMACHINE ROTOR

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к уплотнениям турбомашин компрессоров авиационных газотурбинных двигателей, и предназначено для разделения масляной и воздушной сред.
Известно торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку, установленную на валу и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку, соединенную с статором, графитовое кольцо, установленное в дополнительной втулке и контактирующее одним из своих торцов с радиальной стенкой последнего, осевую пружину (см. рис. 18.5_2б, стр. 1202, глава 18-Уплотнения ГТД, авторы: А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий, «Газотурбинные двигатели», ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2007 г.).
Данное уплотнение выбрано в качестве прототипа.
В известном уплотнении усилие прижатия графитового кольца к торцу втулки вала задается осевыми пружинами по направляющим штифтам через дополнительную втулку. Данное усилие постоянно на всех режимах работы и настроено на максимальный режим, поэтому на малых режимах работы происходит повышенный износ графитового кольца. Это снижает ресурс уплотнения.
Кроме того, известное уплотнение ограничено к допустимому перепаду давлений, т.к. к усилию прижатия графитового кольца к торцу втулки от пружин добавляется еще усилие давления воздушной полости, воздействующее на торец дополнительной втулки как поршень. Это ограничивает допустимый перепад давлений на уплотнении и область его применения.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является снижение степени износа графитового кольца, повышение ресурса уплотнения, а также расширения области его применения, за счет повышения допустимого перепада давлений на уплотнении.
Указанный технический результат достигается тем, что известное торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку, установленную на валу и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку, жестко соединенную с статором, графитовое кольцо, установленное в дополнительной втулке и контактирующее одним из своих торцов с радиальной стенкой последней, осевую пружину, согласно настоящему изобретению, содержит дополнительное графитовое кольцо, установленное на бурте, выполненном на наружной поверхности втулки и контактирующее с графитовым кольцом по торцу, дополнительный бурт выполненный на наружной поверхности втулки, кольцевой элемент, выполненный зацело с дополнительным буртом и контактирующий участком своей внутренней поверхности с участком наружной поверхности дополнительного графитового кольца, причем между дополнительным графитовым кольцом и дополнительным буртом образована кольцевая полость, в которой установлена осевая пружина, при этом графитовое кольцо зафиксировано от проворота относительно дополнительной втулки, а внутренние диаметры графитового кольца, дополнительного графитового кольца, а также упомянутой радиальной стенки расположены на одном уровне, кроме того, во втулке выполнены маслоподводящие каналы, а в дополнительном графитовом кольце - отверстия, сообщающие масляную полость с кольцевой полостью и нагнетающей маслоподводящей магистралью соответственно.
Такое выполнение устройства позволяет снизить степень износа графитового кольца и повысить его ресурс за счет того, что усилие затяжки осевой пружины изначально настроено на малые режимы работы. С повышением режима работы до рабочих усилие контакта в торце дополнительного графитового кольца возрастает за счет масла, поступающего в полость осевой пружины, и под действием центробежных сил масло дополнительно давит на дополнительное графитовое кольцо. Тем самым создается нужное осевое поджатие дополнительного графитового кольца, обеспечивающее работу уплотнения. Отверстия в дополнительном графитовом кольце предназначены для сбрасывания излишек масла, его обновления в полости с осевой пружиной, и дополнительного охлаждения дополнительного графитового кольца. Данное уплотнение не зависит от перепада давлений, за счет того, что давление воздуха в осевом направлении воздействует только на дополнительную втулку статора и на бурт втулки вала. Из-за того, что внутренние диаметры дополнительной втулки статора, графитового кольца и дополнительного графитового кольца расположены на одном уровне - на них воздействует давление воздуха только в радиальном направлении, которое не оказывает влияния на работоспособность уплотнения. Таким образом, расширяется область применения данного уплотнения.
На фигуре чертежа представлен продольный разрез торцевого контактного уплотнения ротора турбомашины.
Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку 1, установленную на валу 2 и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку 3, жестко соединенную с статором 4 (посредством шлицевого соединения), графитовое кольцо 5, установленное в дополнительной втулке 3 и контактирующее одним из своих торцов с ее радиальной стенкой, осевую пружину 6. Причем на участке наружной поверхности графитового кольца 5, контактирующей с внутренней поверхностью дополнительной втулки 3, выполнена кольцевая канавка, в которой установлено уплотнительное кольцо 7.
Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины также содержит дополнительное графитовое кольцо 8, установленное на бурте 9, выполненном на наружной поверхности втулки 1, и контактирующее с графитовым кольцом 5 по их близлежащим торцам торцам, причем на участке наружной поверхности бурта 9 выполнена кольцевая канавка, в которой установлено уплотнительное кольцо 10.
Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины дополнительно содержит дополнительный бурт 11, выполненный на наружной поверхности втулки 1, кольцевой элемент 12, выполненный зацело с дополнительным буртом 12 и контактирующий участком своей внутренней поверхности с участком наружной поверхности дополнительного графитового кольца 8. Дополнительный бурт 11 и кольцевой элемент 12 размещены со стороны масляной полости 13 (фактически в ней).
Между дополнительным графитовым кольцом 8 и дополнительным буртом 11 образована кольцевая полость 14, в которой установлена упомянутая осевая (например, тарельчатая или S-образная) пружина 6. При этом графитовое кольцо 5 зафиксировано от проворота относительно дополнительной втулки 3 посредством штифтов 15, а внутренние диаметры графитового кольца 5, дополнительного графитового кольца 8, а также упомянутой радиальной стенки дополнительной втулки 3 расположены на одном уровне, с образованием осевого кольцевого зазора 16, с одной стороны сообщенного с воздушной полостью 17, а с другой - ограниченного торцом бурта 9.
Кроме того, во втулке 1 выполнены маслоподводящие каналы 18, а в дополнительном графитовом кольце 8 - отверстия 19, сообщающие масляную полость 13 с кольцевой полостью 14 и нагнетающей маслоподводящей магистралью соответственно.
При работе турбомашины на малых режимах усилие прижатия дополнительного графитового кольца 8 к графитовому кольцу 5 определяется осевой пружиной 6. При увеличении частоты вращения ротора за счет увеличения давления масла в кольцевой полости 14 за счет центробежных сил создается дополнительное осевое воздействие, которое давит на дополнительное графитовое кольцо 8. Тем самым создается нужное осевое поджатие дополнительного графитового кольца 8, обеспечивающее работу уплотнения. Отверстия 19 в дополнительном графитовом кольце 8 предназначены для сбрасывания излишек масла и обновления его в кольцевой полости 14 с осевой пружины 6, а также для дополнительного охлаждения дополнительного графитового кольца 8.
Данное уплотнение не зависит от перепада давлений, за счет того, что давление воздуха в осевом направлении воздействует только на дополнительную втулку 3 статора 4 и на бурт 9 втулки 1 вала 2.
Вследствие того, что внутренние диаметры дополнительной втулки 3, графитового кольца 5 и дополнительного графитового кольца 8 выполнены на одном уровне - на них воздействует давление воздуха только в радиальном направлении, которое не оказывает влияния на работоспособность уплотнения. Таким образом, повышается ресурс уплотнения и расширяется его область применения.