RU196232U1

RU196232U1 - COMBINED SEALING IN TURBO MACHINES

Info

Publication number: RU196232U1
Application number: RU2019139562U
Authority: RU
Inventors: Виктор Тимофеевич Перевезенцев; Иван Алексеевич Никитин; Виктор Сергеевич Чухнов; Андрей Владимирович Колганов
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-02-21

Abstract

Полезная модель относится к области турбостроения и может быть использована в концевых и диафрагменных уплотнениях валов, бандаженных лопатках турбин, компрессоров, уплотнениях покрывных дисков нагнетателей и насосов, думмисах, а также в уплотняемых частях различных агрегатов между неподвижными и вращающимимся элементами. Комбинированное уплотнение в турбомашинах содержит уплотняющую сотовую поверхность статора и ротор. На уплотняющей поверхности ротора выполнены лунковые выемки, расположенные напротив сотовой уплотняющей поверхности статора, причем отношение высоты hк диаметру dлунковых выемок должно быть равным 0,1. 2 ил.The utility model relates to the field of turbine engineering and can be used in end and diaphragm shaft seals, shrouded turbine blades, compressors, cover disc seals of blowers and pumps, dummies, as well as in the sealed parts of various units between stationary and rotating elements. Combined seal in turbomachines contains a sealing honeycomb surface of the stator and a rotor. On the sealing surface of the rotor, dimples are made located opposite the honeycomb sealing surface of the stator, and the ratio of the height h to the diameter d of the dimples should be equal to 0.1. 2 ill.

Description

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.The utility model relates to the field of turbine construction and can be used in end and diaphragm shaft seals, shroud blades of turbines, compressors, cover disc seals of superchargers and pumps, dummies, as well as in the sealed parts of various units between stationary and rotating elements.

Применение сотовых структур для уплотнения радиальных зазоров в настоящее время широко используется на практике.The use of honeycomb structures for sealing radial clearances is currently widely used in practice.

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.)Known honeycomb seal of the low pressure stages of a steam turbine, including a band of rotor blades of a turbine rotor, having a smooth surface and one or more rows of segments of the housing of cellular blocks made of plastic alloy steel (RF patent No. 92471 F01D 11/08, publ. 20.03 .2010)

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.A disadvantage of the known solution is the presence of significant leaks through the gap formed by the honeycomb seal on the stator and a smooth wall on the rotor, which leads to an increase in volumetric losses of the working fluid and a decrease in the efficiency of the stage.

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.The sealing effect of the honeycomb seal can be enhanced by external turbulators, for example, due to partitions (ridges) on the surface of a rotating rotor, bandage, etc. [Rechkoblit, A.Ya. Study of the effectiveness of some types of non-contact sealing devices of turbomachines / A.Ya. Rechkoblit, O.V. Avdeenko // Proceedings of TsIAM No. 1035, 1982, - 8 pp.] In this article, the closest seal to the proposed solution consists of a honeycomb structure on a fixed wall (stator) and a surface in the form of transverse partitions on a rotating rotor. A significant sealing effect is achieved, however, the expenditure of power on the drive of the rotating element is proportionally increased, spent on periodic acceleration in the circumferential direction of the working fluid pulsating in the cells of the cellular seal.

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.The sealing effect in the gap largely depends on the interaction of the vortices in the space of the cells and the leakage flow. The intensification of this interaction is due to the "tornado" vortices formed on a rotating surface opposite the cellular one, which has many holes located in a certain sequence.

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.The main objective of this utility model is to reduce the leakage rate and reduce the power spent on periodic acceleration in the circumferential direction of the working fluid while reducing the cost of manufacturing the structure.

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_л к диаметру d_л лунковых выемок должно быть равным 0,1.This goal is achieved by the fact that the combined seal in turbomachines containing the sealing honeycomb surface of the stator and the rotor, characterized in that on the sealing surface of the rotor are made dimples located opposite the honeycomb sealing surface of the stator, and the ratio of the height h _l to the diameter d _{l of the} dimples should be equal to 0.1.

При создании уплотнительного устройства необходимо рассмотрение соотношения гидравлической и энергетической характеристик.When creating a sealing device, it is necessary to consider the ratio of hydraulic and energy characteristics.

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]The peculiarity of the utility model involves the use of a rotating surface of a rotor with holes as a turbulizer, which, due to the "death-like" gas emissions from the wells, intensifies the interaction with vortices in the space of cell cells. At the same time, friction resistance on the dimple increases to a lesser extent. [Alekseev, V.V. Tornado energy exchange on a three-dimensional concave relief structure of self-organizing flows, their visualization and mechanisms of flow around surfaces / V.V. Alekseev, I.A. Gagechiladze, G.I. Kiknadze, V.G. Oleinikov // Proceedings of the Second Russian Conference on Heat Transfer. T. 6. Publishing House MPEI, 1998, p. 37-42]

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_л к диаметру d_л лунковых выемок должно быть равным 0,1. Данное отношение обеспечивает оптимальное образование «смерчевидных» выбросов газа из лунок.The specific dimensions of the honeycomb structure, the wells, their location and sizes are found empirically (experimentally and numerically) depending on the radial clearance and the operating parameters of the flow of the working fluid in the seal, but the ratio of the height h _l to the diameter d _{l of the} dimples should be equal to 0 ,1. This ratio ensures the optimal formation of “death-like” gas emissions from the wells.

На фиг. 1 показан поперечный разрез уплотнения; на фиг.2 представлен продольный разрез уплотнения с величиной зазора l.In FIG. 1 shows a cross section through a seal; figure 2 presents a longitudinal section of a seal with a gap value l.

Комбинированное уплотнение представляет собой лунковая поверхность 1 на роторе, радиальный зазор 2, сотовое уплотнение 3 статоре. Соотношение h_я/d_я, где высота h_я и диаметр d_я ячейки сотового уплотнения 3, должно быть в пределах h_я/d_я≈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].The combined seal is a hole surface 1 on the rotor, a radial clearance 2, a honeycomb seal 3 stator. The ratio h _i / d _i , where the height h _i and the diameter d _{i of the} cell of the honeycomb seal 3, should be within h _i / d _i ≈ 0.3 ÷ 0.5 [Buglaev VT, Cellular seals in turbomachines: monograph / V.T. Buglaev, V.T. Perevezentsev, S.V. Perevezentsev et al. - Bryansk: BSTU, 2006. - 192 s].

Claims

A combined seal in turbomachines, comprising a sealing stator honeycomb surface and a rotor, characterized in that dimple holes are made on the rotor sealing surface opposite the stator honeycomb sealing surface, and the ratio of the height h _l to the diameter d _{l of the} dimples must be 0.1.