БЕСКОНТАКТНОЕ ПАЛЬЧИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ С АКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЗАЗОРОМ
NON-CONTACT FINGER SEAL WITH ACTIVE GAP CONTROL

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях газотурбинных двигателей и паровых турбин.
В качестве прототипа данного технического решения выбрано бесконтактное пальчиковое уплотнение, содержащее кольцевые пластины с прорезями, образующие гибкие пальчики с подвижными площадками, и два утолщенных сплошных корпусных диска с кольцевыми проставками, скрепленных вместе по внешнему диаметру заклепками (Дзева И.Ю. Математическое моделирование работы бесконтактного пальчикового уплотнения турбомашины [Текст]: дис. на. соиск. учен. степ. канд. техн. наук. (05.13.18, 01.02.06) / Дзева Иван Юрьевич; Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана. - Москва, 2015. - 164 с.).
Недостатками данного уплотнения являются возможные автоколебания гибких пальчиков с подвижными площадками, приводящие к их усталостному разрушению и к неэффективной работе уплотнения.
Техническая задача, которую решает данное изобретение, - улучшение расходных и динамических характеристик уплотнения за счет активного управления перемещениями подвижными площадками, что позволяет контролировать зазор между ними и валом.
Поставленная задача достигается тем, что в бесконтактном пальчиковом уплотнении, содержащем кольцевые пластины с прорезями, образующие гибкие пальчики с подвижными площадками, и два утолщенных сплошных корпусных диска с кольцевыми проставками, скрепленных вместе по внешнему диаметру заклепками, в одном из корпусных дисков закреплены пьезоактуаторы, подключенные к источнику питания, связанному с управляющим контроллером, соединенным с датчиком перемещения подвижных площадок. Пьезоактуаторы могут деформироваться в радиальном направлении к центру вала, поджимая подвижные площадки и тем самым уменьшая объем утечек через уплотнение.
Технический результат применения данного устройства заключается в уменьшении объема утечек газа, повышении ресурса бесконтактного пальчикового уплотнения за счет активного управления перемещениями гибкими подвижными площадками, что позволяет предотвратить автоколебания и повысить эффективность работы уплотнения.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1а изображено бесконтактное пальчиковое уплотнение, продольный разрез при выключенном пьезоактуаторе; на фиг. 1б изображено бесконтактное пальчиковое уплотнение, продольный разрез при включенном в работу пьезоактуаторе; на фиг. 2 изображена тонкая кольцевая пластина с прорезями, образующими гибкие пальчики с подвижными площадками.
Бесконтактное пальчиковое уплотнение (фиг. 1 и 2) состоит из двух тонких соосных кольцевых пластин 1 и 2 с прорезями и двух утолщенных сплошных корпусных дисков 3 и 4 с кольцевыми проставками 5, скрепленных вместе по внешнему диаметру заклепками 6. В корпусном диске 3 расположены пьезоактуаторы 7, подключенные к источнику питания 8. Источник питания 8 связан с управляющим контроллером 9, который принимает и обрабатывает сигнал с датчика перемещений 10. Кольцевая пластина 1 (фиг. 2) имеет прорези 11, образующие гибкие пальчики 12 с подвижными площадками 13, охватывающими поверхность вала.
Устройство работает следующим образом.
При вращении вала между его поверхностью и подвижными площадками 13 возникает газостатическая и газодинамическая силы, которые стремятся отжать гибкие пальчики 12 от поверхности вала. Перемещения гибких пальчиков 12 ограничиваются силами упругой реакции и статическим давлением над поверхностью подвижной площадки 13. При колебаниях вала баланс между силами, действующими на подвижные площадки 13, изменяется, что приводит к их дополнительным колебаниям относительно поверхности вала. Колебания подвижных площадок 13 фиксируются датчиком перемещений 10, при превышения некоторого уровня контроллер 9 подает сигнал на включение источника питания 8 и пьезоактуатор увеличивается в размерах, тем самым ограничивая перемещения подвижных площадок 13.