RU2174632C2

RU2174632C2 - Circular seal

Info

Publication number: RU2174632C2
Application number: RU99127916A
Authority: RU
Inventors: В.С. Васильев
Original assignee: Васильев Валентин Сергеевич
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-10-10

Abstract

FIELD: sealing technology; sealing revolving shafts in inner cavities of gas- and steam-turbine plants, compressors, rotary machines and other units. SUBSTANCE: circular seal includes movable interconnected parallel disks forming cavity communicated with low-pressure zone. Thrust bush with sealing units is fitted between disks. Sealing units form cavity communicated with high-pressure zone. EFFECT: enhanced reliability of sealing. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в газотурбинных двигателях, турбомашинах и компрессорах для герметизации внутренних коммуникаций, а также масляных и предмасляных полостей подшипниковых узлов. The invention relates to a sealing technique and can be used in gas turbine engines, turbomachines and compressors for sealing internal communications, as well as oil and pre-oil cavities of bearing assemblies.

Известно уплотнение, выполненное в виде установленного с зазором в кольцедержателе радиального уплотнительного кольца с полкой, на торцовых поверхностях которого выполнены дугообразные желоба, сообщенные с зоной высокого давления, на торце между полкой и желобами выполнена кольцевая канавка, зазор между ободом кольца и кольцедержателем и канавка сообщены с зоной низкого давления (а.с. 463827, кл. F 16 J 15/44). It is known that a seal is made in the form of a radial sealing ring with a shelf installed with a gap in the ring holder, on the end surfaces of which there are arcuate grooves in communication with the high pressure zone, an annular groove is made at the end between the shelf and the grooves, the gap between the ring rim and the ring holder and the groove are communicated with low pressure zone (AS 463827, class F 16 J 15/44).

В таком уплотнении возможна утечка рабочего тела при износе торцовых поверхностей. In such a seal, leakage of the working fluid during wear of the end surfaces is possible.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является уплотнение, содержащее те же элементы, что и описанное выше, но у которого уплотнительное кольцо образовано двумя параллельно установленными дисками, соединенными между собой с возможностью относительного осевого перемещения, например, с помощью концентричных кольцевых выступов и образующими между торцовыми поверхностями полость, сообщенную с зоной низкого давления. Однако в этом уплотнении действуют усилия растяжения, восприятие которых материалами с анизотропными механическими свойствами, например, углеграфитами, применяемыми для изготовления высокоскоростных контактных уплотнений авиационных ГТД, не гарантируется изготовителем, что снижает надежность и ресурс уплотнения (а.с. 525822, кл F 16 J 15/44). The closest technical solution to the claimed one is a seal containing the same elements as described above, but in which the sealing ring is formed by two parallel mounted disks interconnected with the possibility of relative axial movement, for example, using concentric annular protrusions and forming between the end faces the surfaces of the cavity in communication with the zone of low pressure. However, tensile forces act in this seal, whose perception by materials with anisotropic mechanical properties, such as carbon graphites used for the manufacture of high-speed contact gaskets of aircraft gas turbine engines, is not guaranteed by the manufacturer, which reduces the reliability and life of the seal (A.S. 525822, class F 16 J 15/44).

Установка опорной втулки также позволяет уменьшить осевую ширину полки 5 ввиду восприятия в радиальном направлении усилий со стороны полости высокого давления. The installation of the support sleeve also allows you to reduce the axial width of the shelf 5 due to the perception in the radial direction of the forces from the high-pressure cavity.

Изобретение решает задачу повышения надежности и ресурса уплотнения. Техническим результатом является устранение усилий растяжения в уплотнении. The invention solves the problem of increasing the reliability and resource of compaction. The technical result is the elimination of tensile forces in the seal.

Технический результат достигается в кольцевом уплотнении, содержащем установленное в кольцедержателе уплотнительное кольцо, образованное двумя параллельно установленными и снабженными полками дисками, соединенными между собой с возможностью осевого перемещения и образующими между смежными торцовыми поверхностями полость, сообщенную с зоной низкого давления, причем между дисками установлена опорная втулка с герметизаторами, сопряженная с корневыми участками полок дисков, а полость между смежными торцами полок соединена с зоной высокого давления. The technical result is achieved in an annular seal containing a sealing ring installed in the ring holder, formed by two disks parallel mounted and provided with shelves, axially displaceable to each other and forming a cavity communicating with the low pressure zone between adjacent end surfaces, and a support sleeve installed between the disks with sealants, mated to the root sections of the disk shelves, and the cavity between the adjacent ends of the shelves is connected to the zone okogo pressure.

Герметизаторы выполнены в виде U-образного профиля, обращенного углублением в сторону зоны высокого давления. Sealers are made in the form of a U-shaped profile, facing a recess in the direction of the high pressure zone.

На рабочих торцовых поверхностях дисков выполнены распределительные желоба, соединенные через дроссельные каналы с зоной высокого давления. On the working end surfaces of the disks, distribution chutes are made, connected through throttle channels to a high-pressure zone.

Опорная втулка выполнена Z-образного профиля, расположенный в его впадине со стороны полости высокого давления диск установлен с радиальным зазором, а на участке его рабочей поверхности между распределительным желобом и внешней кромкой выполнены дренажные каналы, соединенные с зоной низкого давления. The support sleeve is made of a Z-shaped profile, the disk located in its depression from the side of the high-pressure cavity is installed with a radial clearance, and drainage channels connected to the low-pressure zone are made on the section of its working surface between the distribution chute and the outer edge.

На рабочих поверхностях элементов уплотнения выполнены интенсификаторы динамической несущей способности (площади Реллея, винтовые или шевронные канавки). Intensifiers of dynamic bearing capacity (Relay areas, helical or chevron grooves) are made on the working surfaces of the sealing elements.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 показано предложенное уплотнение в разрезе; на фиг. 2 - уплотнение с герметизаторами U-образного профиля; на фиг. 3 - уплотнение с опорной втулкой Z-образного профиля; на фиг. 4 - рабочая поверхность элемента уплотнения с интенсификаторами динамической несущей способности. The invention is illustrated in FIG. 1-4, where in FIG. 1 shows the proposed seal in section; in FIG. 2 - seal with U-profile sealants; in FIG. 3 - seal with the supporting sleeve of the Z-shaped profile; in FIG. 4 - the working surface of the sealing element with intensifiers of dynamic bearing capacity.

Кольцевое уплотнение содержит установленное в кольцедержателе 1 уплотнительное кольцо, образованное двумя параллельно установленными дисками 2 и 3, снабженными полками 4. Диски 2 и 3 соединены между собой с возможностью осевого перемещения и образуют между смежными торцовыми поверхностями полость 5, сообщенную с зоной 6 низкого давления. Между дисками 2 и 3 установлена опорная втулка 7 с герметизаторами 8 сопряжений корневых участков полок 4 и дисков 2, 3, а полость 9 между смежными торцами полок 10 соединена с зоной 11 высокого давления. The O-ring contains a sealing ring installed in the ring holder 1, formed by two parallel mounted disks 2 and 3, equipped with shelves 4. The disks 2 and 3 are axially displaceable and form a cavity 5 between adjacent end surfaces communicating with the low pressure zone 6. Between the disks 2 and 3, a support sleeve 7 is installed with the sealants 8 of the mates of the root sections of the shelves 4 and the disks 2, 3, and the cavity 9 between the adjacent ends of the shelves 10 is connected to the high-pressure zone 11.

На фиг. 2 показано уплотнение с герметизаторами 8, выполненными в виде U-образного профиля, обращенного углублениями в сторону зоны 11 высокого давления. В уплотнении фиг. 1 на рабочих торцовых поверхностях дисков 2 и 3 выполнены распределительные желоба 12, соединенные через дроссельные каналы 13 с зоной 11 высокого давления. In FIG. 2 shows a seal with sealants 8 made in the form of a U-shaped profile facing indentations toward the high-pressure zone 11. In the seal of FIG. 1, on the working end surfaces of the disks 2 and 3, distribution chutes 12 are made, connected through throttling channels 13 to the high-pressure zone 11.

По фиг. 3 опорная втулка 7 выполнена Z-образного профиля, расположенный в его впадине со стороны зоны 11 высокого давления диск 3 установлен с радиальным зазором, а на участке его рабочей поверхности между распределительным желобом 12 и внешней кромкой выполнены дренажные каналы 14, соединенные с полостью 5 низкого давления. In FIG. 3, the supporting sleeve 7 is made of a Z-shaped profile, the disk 3 is located in its depression from the side of the high-pressure zone 11 with a radial clearance, and drainage channels 14 connected to the low cavity 5 are made on the section of its working surface between the distribution channel 12 and the outer edge pressure.

По фиг. 4 на рабочих поверхностях элементов уплотнения выполнены интенсификаторы динамической несущей способности, например площади Реллея 15, винтовые или шевронные канавки 16. Диски 2 и 3 удерживаются пружиной 17. In FIG. 4 on the working surfaces of the sealing elements are made of intensifiers of dynamic bearing capacity, for example, Relay area 15, helical or chevron grooves 16. The disks 2 and 3 are held by a spring 17.

В рабочем состоянии высокое давление зоны 11 прижимает полки 4 дисков к крышке уплотнения (фиг. 1), не нагружая при этом материал растягивающими усилиями, а также воздействуя на торцовые поверхности 10 полок 4 дисков 2 и 3, нагружает их опорные торцовые поверхности, сопряженные с кольцедержателем 1. In working condition, the high pressure of zone 11 presses the shelves 4 of the disks to the seal cover (Fig. 1), without loading the material with tensile forces, and also acting on the end surfaces of 10 shelves 4 of the disks 2 and 3, loads their supporting end surfaces associated with ring holder 1.

В уплотнении фиг. 1 рабочая среда с высоким давлением зоны 11 поступает через дроссельные каналы 13 и распределительные желоба 12 и создает уравновешивающее усилие с образованием оптимальных зазоров между рабочими торцовыми поверхностями дисков 2 и 3 и кольцедержателя 1. In the seal of FIG. 1, a high-pressure working medium of zone 11 enters through the throttle channels 13 and distribution channels 12 and creates a balancing force with the formation of optimal gaps between the working end surfaces of the disks 2 and 3 and the ring holder 1.

Уплотнение фиг. 1, составленное из двух одинаковых дисков 2 и 3, например, образует предмасляную полость наддува подшипникового узла газотурбинного двигателя, обеспечивая его герметичность. The seal of FIG. 1, composed of two identical disks 2 and 3, for example, forms a pre-oil cavity of pressurization of the bearing assembly of a gas turbine engine, ensuring its tightness.

В уплотнении фиг. 2 герметизаторы 8 выполнены U-образного профиля из тонкого листового материала, обеспечивающего работоспособность при высоких температурах. Необходимый уплотняющий контакт кромок герметизаторов 8 с полками 4 дисков 2 и 3 и опорной втулкой 7 достигается действием давления уплотняемой среды во впадине U-образного профиля. In the seal of FIG. 2 sealants 8 are made of a U-shaped profile of thin sheet material, which ensures operability at high temperatures. The necessary sealing contact of the edges of the sealants 8 with the shelves 4 of the disks 2 and 3 and the supporting sleeve 7 is achieved by the pressure of the medium being sealed in the depression of the U-shaped profile.

Уплотнение фиг. 3 предотвращает сток рабочей среды в сторону зоны низкого давления 6 из зоны высокого давления 11, расположенной за диском 3. При этом рабочая среда, проникая в зазор между кольцедержателем 1 и диском 3, установленным во впадине Z-образной опорной втулки 7, перепускается через дренажные каналы 14 в полость 5 и далее в зону низкого давления 6. The seal of FIG. 3 prevents the flow of the working medium towards the low-pressure zone 6 from the high-pressure zone 11 located behind the disk 3. In this case, the working medium, penetrating into the gap between the ring holder 1 and the disk 3 installed in the cavity of the Z-shaped support sleeve 7, is passed through the drainage channels 14 into the cavity 5 and further into the low pressure zone 6.

Механический контакт опорных рабочих поверхностей дисков 2, 3 и кольцедержателя фиг. 4 может быть предотвращен также выполнением интенсификаторов динамической несущей способности, например площадок Реллея 15, и винтовых или шевронных канавок 16, а также совместным действием давления рабочей среды и гидродинамическим давлением интенсификаторов. The mechanical contact of the supporting working surfaces of the disks 2, 3 and the ring holder of FIG. 4 can also be prevented by the implementation of dynamic load-bearing intensifiers, for example, Relay pads 15, and screw or chevron grooves 16, as well as by the combined action of the pressure of the working medium and the hydrodynamic pressure of the intensifiers.

Уплотнение может быть использовано для герметизации вращающихся валов газо- и паротурбинных установок компрессоров, роторных машин и других устройств. The seal can be used to seal the rotating shafts of gas and steam turbine units of compressors, rotary machines and other devices.

Claims

1. The annular seal comprises a sealing ring located in the ring holder, composed of two parallel mounted disks having an incision and a shelf, axially displaceable to each other and forming a cavity between adjacent end surfaces communicating with a low pressure zone, characterized in that a support is installed between the disks a sleeve with sealants that seal the cavity formed by them, in communication with the high pressure zone.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the sealants are made in the form of a U-shaped profile facing indentation towards the high-pressure zone.

3. The seal according to claims 1 and 2, characterized in that on the working end surfaces of the disks distribution channels are made, connected via throttle channels to the high pressure zone.

4. Sealing according to claims 1-3, characterized in that the supporting sleeve is made of a Z-shaped profile, in the cavity of which a disk is installed on the side of the high pressure zone with a radial clearance relative to the cover, drainage sections are made on the section of the working surface between the distribution channels and the edge channels connected to the low pressure zone.

5. The seal according to claims 1 to 4, characterized in that on the working surfaces of the sealing elements intensifiers of dynamic bearing capacity (Relay pad, helical or chevron grooves) are made.