СОТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБОМАШИНЫ

Полезная модель относится к области турбостроения и конкретно применима к диафрагменным, надбандажным или концевым уплотнениям радиального зазора турбомашины.
На экономичность современных турбомашин существенно влияют утечки рабочего тела через радиальные зазоры между ротором и статором. Уменьшение радиальных зазоров в уплотнениях с целью снижения утечек не всегда возможно, так как это связано с особенностями работы турбомашины при пуско-налад очных работах.
Известны лабиринтовые ступенчатые уплотнения с уплотнительными гребешками на статоре и канавками на валу, применяющиеся, например, для диафрагм проточных частей низкого давления паровых турбин [Трухний, А.Д. Стационарные паровые турбины / А.Д.Трухний. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 640 с. стр.108, рис.3.53].
Недостатками известных лабиринтовых уплотнений является то, что они характеризуются относительно большими утечками рабочего тела и применяются только при небольших перепадах давления.
Наиболее близко к предлагаемому решению лабиринтное привальное уплотнение раскрыто в [патент на полезную модель RU №90845, МПК F01D 11/02]. Лабиринтное привальное уплотнение паровой турбины по указанному авторскому свидетельству содержит вал с уплотнительными кольцевыми гребнями трапециевидной формы и корпус, на внутренней поверхности которого выполнены кольцевые проточки, в которые вставлены уплотнительные сегментные кольца. В сегментах выполнены глухие радиальными отверстия, в которые установлены винтовые пружины сжатия. На уплотнительные сегментные кольца установлены с помощью пайки мелкоячеистые сотовые поверхности, изготовленные из тонкой металлической фольги. Радиальный зазор между уплотнительными кольцевыми гребнями вала и сотовой поверхностью уплотнительных сегментных колец выдерживается в диапазоне 0,15÷0,20 миллиметров.
Недостатком данного технического решения являются относительно большие утечки рабочего тела.
Полезная модель решает задачу снижения утечек рабочего тела через сотовое лабиринтное уплотнение турбомашины.
Сотовое уплотнение радиального зазора турбомашины содержит статор турбины, на который с помощью пайки установлены мелкоячеистые сотовые поверхности, изготовленные из тонкой металлической фольги и вал ротора, на котором выполнены уплотнительные гребешки, расположенные с радиальным зазором напротив сотовой уплотняющей поверхности.
Уплотнительные гребешки вала, расположенные напротив сотовой поверхности, выполняются утолщенными с острой передней кромкой и имеют кольцевую проточку на вершине глубиной до 25% высоты гребешка. Вершина уплотнительного гребешка имеет наклон 10÷15 градусов против направления течения основного потока утечки.
На вершине уплотнительных гребешков с целью дополнительной турбулизации потока может быть выполнена острая передняя кромка.
В дальнейшем полезная модель поясняется конкретным примером ее реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фигура 1 - продольное сечение сегмента уплотнения;
Фигура 2 - узел «А» фигуры 1 в увеличенном масштабе.
Сотовое уплотнение радиального зазора турбомашины содержит статор 1 с кольцевой проточкой 2, пружины 3, корпусы сегментов 4. На внутренней (уплотняемой) поверхности сегментов 4 с помощью паяного шва 5 закреплена мелкоячеистая сотовая поверхность 6, изготовленная из тонкой металлической фольги. На валу 7 ротора имеются уплотнительные гребешки 8, расположенные с радиальным зазором напротив сотовой структуры 6. Уплотнительные гребешки 8 имеют кольцевую проточку 9 на вершине глубиной до 25% высоты гребешка. Вершина уплотнительных гребешков 8 выполнена с наклоном 10÷15 градусов против направления течения основного потока утечки и имеет острую переднюю кромку 10. Между сотовой поверхностью 6 и гребешками 8 вала 7 ротора выдерживается необходимый радиальный зазор.
Работа сотового уплотнения радиального зазора турбомашины осуществляется следующим образом. Сотовая структура 6 на корпусах сегментов 4 и уплотнительные гребешки 8 на поверхности вала 7 ротора препятствуют протеканию рабочего тела через радиальный зазор в уплотнении. При многократном дросселировании и внезапном расширении рабочего тела, происходящем при последовательном протекании потока через зазоры и камеры между уплотнительными гребешками 8 на валу ротора 7, вследствие значительного гидравлического сопротивления уменьшается давление рабочего тела, что ведет к снижению утечки через уплотнение.
Рабочее тело при попадании в кольцевую проточку 9 на вершине уп-лотнительного гребешка 8, имеющую наклон 10÷15 градусов против направления течения основного потока утечки, изменяет свое направление и выбрасывается в пространство зазора под углом к основному потоку, способствуя большему проникновению его в пространство сотовых ячеек, увеличению трения потока о стенки сотовой поверхности и образованию дополнительных вихрей, что, в свою очередь, снижает осевую составляющую скорости потока утечки, и как следствие, величину расхода утечки через уплотнение.
Кольцевая проточка на вершине уплотнительных гребешков глубиной до 25% высоты гребешка позволяет использовать энергию образовавшегося в ней вихря для запирания потока утечки через радиальный зазор уплотнения.
Сотовое уплотнение радиального зазора турбомашины снабжено средством турбулизации потока, выполненным в виде острой передней кромки 10 на вершинах уплотнительных гребешков 8. Острая передняя кромка гребешка обеспечивает отрыв потока при ее обтекании и ограничение расхода утечки через уплотнение.
Преимуществом предлагаемой конструкции сотового уплотнения является уменьшение утечек рабочего тела через радиальный зазор, что приводит к повышению КПД турбомашины в целом.