РАДИАЛЬНО-ТОРЦЕВОЕ КОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ОПОРЫ ТУРБОМАШИНЫ
RADIAL-END CONTACT SEAL OF TURBO-MACHINE SUPPORT

Радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины.
Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Известно радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины, содержащее два упругих графитовых кольца с поперечными разрезами, установленных на роторе турбомашины, контактные втулки (контактные кольца), торцевые поверхности которых выполнены контактирующими с торцевыми поверхностями упомянутых упругих графитовых колец, и втулку (RU 2425270 C1, опубл. 27.07.2011). Известное уплотнение выбрано в качестве наиболее близкого аналога.
Указанному уплотнению присущи следующие недостатки. При увеличении частоты вращения ротора повышается трение скольжения графитовых колец с контактными кольцами и втулками в зоне их взаимного контакта с последующим износом и повышенным тепловыделением. Также графитовые кольца от центробежных нагрузок плотно прилегают к втулке и могут зависнуть, тогда основное трение скольжения происходит по поверхностям контактных колец. Также в прототипе между графитовыми кольцами установлена пружина, которая с определенным усилием прижимает графитовые кольца к контактным кольцам. В связи с тем что усилие прижатия постоянно на всех частотах вращения ротора, это дополнительно приводит к износу, в результате чего появляются продукты износа, уплотнение теряет герметичность, снижается ресурс и работоспособность.
Техническим результатом, объективно проявляющимся при реализации настоящего изобретения, является повышение ресурса графитового уплотнения за счет проскальзывания в зоне контакта графитовых колец относительно контактных колец и втулки.
Указанный технический результат достигается тем, что радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины, содержащее два упругих графитовых кольца с поперечными разрезами, установленных на роторе турбомашины, контактные кольца, торцевые поверхности которых выполнены контактирующими с торцевыми поверхностями упомянутых упругих графитовых колец, и втулку, дополнительно содержит третье упругое графитовое кольцо с поперечным разрезом, расположенное между упомянутыми упругими графитовыми кольцами, установленное на роторе турбомашины, наружная поверхность которого выполнена контактирующей с внутренней поверхностью втулки, при этом контактирующие поверхности третьего упругого графитового кольца и упомянутых контактных колец выполнены коническими.
Такое конструктивное исполнение графитового уплотнения позволяет следующее.
При низких частотах вращения ротора трение скольжения может происходить как по контактным поверхностям графитовых колец и контактных колец и втулки, так и по коническим поверхностям графитовых колец. Преимущества предложенного устройства проявляются с увеличением частоты вращения ротора. Как известно, ограничением использования графитового уплотнения является повышение трения скольжения в зонах контакта. При увеличении частоты вращения ротора увеличивается центробежная нагрузка третьего кольца на втулку. За счет увеличивающегося трения частота вращения графитового кольца будет стремиться к частоте вращения втулки (при межроторном расположении графитового уплотнения), проскальзывая как по вставке, так и по коническим поверхностям. Частоты вращения остальных графитовых колец в основном будут стремиться к частотам вращения контактных колец. При оптимальных площадях контакта с учетом массовых характеристик колец и коэффициентов трения в зонах контакта на наиболее нагруженных скоростных режимах будет происходить взаимное половинное проскальзывание всех контактных поверхностей, тем самым снижая трение скольжения в зонах контакта. Это повышает ресурс уплотнения, расширяет его область применения по скоростным показателям.
Также заявленное уплотнение применимо при противовращении роторов. В этом случае основное скольжение будет происходить по коническим поверхностям графитовых колец, обладающих низким коэффициентом трения. Уплотнение, выбранное в качестве прототипа, при противовращении роторов не работоспособно.
На роторе турбомашины между упомянутыми двумя упругими графитовыми кольцами может быть установлена распорная втулка.
Распорная втулка позволяет подбирать необходимые минимальные зазоры в графитовых кольцах в зоне поперечных разрезов.
На чертеже показан продольный разрез радиально-торцевого контактного уплотнения.
Радиально-торцевое контактное уплотнение опоры турбомашины содержит два упругих графитовых кольца 1,2 с поперечными разрезами, установленных на роторе 3 турбомашины, контактные кольца 4 и 5, торцевые поверхности 6 и 7 которых выполнены контактирующими с торцевыми поверхностями упомянутых упругих графитовых колец, и втулку 8. Третье упругое графитовое кольцо 9 с поперечным разрезом, расположенное между упомянутыми упругими графитовыми кольцами 1,2, установлено на роторе турбомашины, наружная поверхность 10 которого выполнена контактирующей с внутренней поверхностью втулки 8, при этом контактирующие поверхности 11 и 12 третьего упругого графитового кольца и контактных колец 4,5 выполнены коническими, кроме того, между упругими графитовыми кольцами 1,2 расположена распорная втулка 13.
При работе турбомашины происходит взаимное проскальзывание графитовых колец 1 и 2 и контактных колец 4 и 5 по торцевым поверхностям 6 и 7, графитового кольца 9 и втулки 8 по поверхности 10. Также графитовые кольца 1,2 проскальзывают по коническим поверхностям 11 и 12 соответственно.
В связи с вышеизложенным специалисту на основании существующего уровня техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение повышает ресурс уплотнения, расширяет его область применения по скоростным показателям за счет проскальзывания в зоне контакта графитовых колец относительно контактных колец и втулки.