RU2176741C2

RU2176741C2 - Sealing device installed after compressor of double-flow turbojet engine

Info

Publication number: RU2176741C2
Application number: RU2000102133/06A
Authority: RU
Inventors: А.А. Иноземцев; А.И. Тункин; В.А. Кузнецов; С.А. Харин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: turbojet engines. SUBSTANCE: device has labyrinth with sealing ribs and mating stator segment ring with deflector and slot-like space in between secured on last disk of compressor. Segment ring is secured on flange to, form additional slot-like space between flange and deflector. This space is connected at inlet with slot-like space between segment ring and deflector and at outlet, with unloading space. Cellular segments are installed on segment ring telescopically by means of axial and c-shaped flanges. Cellular segments fixed by detachable dowels from ring slots with segment ring. Turbolators in form of large-number ring radial ribs mechanically engaging with axial ribs of deflector are made from other side of ring opposite to ring slots. EFFECT: increased reliability and repairability of device owing to intensive two-side cooling of deflector. 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению. The invention relates to aircraft engine manufacturing.

Известно уплотнительное устройство за компрессором турбореактивного двигателя, содержащее лабиринт, соединенный с валом компрессора и снабженный уплотнительными гребешками, и ответное им сегментное кольцо, закрепленное фланцем на спрямляющем аппарате компрессора с образованием разгрузочной полости, сообщенной с наружным контуром двигателя.[1]. A sealing device behind a turbojet compressor is known, containing a labyrinth connected to the compressor shaft and equipped with sealing ridges, and a segment ring responding thereto, mounted by a flange on the compressor straightening apparatus with the formation of a discharge cavity in communication with the external circuit of the engine. [1].

Известное устройство отличается простотой, но имеет увеличенные утечки закомпрессорного воздуха из-за увеличенного зазора между роторными и статорными элементами уплотнения - из-за повышенного износа элементов уплотнения на переходных режимах работы двигателя. The known device is simple, but has increased leakage of compressor air due to the increased clearance between the rotor and stator elements of the seal - due to increased wear of the seal elements at transient engine operation.

Наиболее близким к заявляемому является уплотнительное устройство с активным управлением величиной радиального зазора между статорными и роторными элементами уплотнения путем охлаждения по определенной программе статорных элементов холодным воздухом на основных режимах работы двигателя. [2]. Closest to the claimed is a sealing device with active control of the magnitude of the radial clearance between the stator and rotor elements of the seal by cooling according to a specific program of the stator elements with cold air in the main engine operating modes. [2].

Известное устройство, принятое за прототип, позволяет выполнять при сборке (монтаже) большие радиальные монтажные зазоры между роторными и статорными элементами уплотнения, а при работе на основных режимах за счет охлаждения статорных элементов доводить их до величин, близких к нулю. Однако эффективность охлаждения сотового фланца лабиринта в этой конструкции является недостаточной, что приводит к снижению надежности из-за необходимости уменьшать монтажные радиальные зазоры при сборке, а это в свою очередь приводит к заеданию уплотнительного устройства после остановки двигателя, за счет чего происходит заклинивание ротора относительно статора и невозможность повторного запуска двигателя в течение 2...7 часов. Указанный недостаток связан с тем, что после остановки двигателя и отключения системы вентиляции ротора относительно тонкостенные статорные элементы уплотнения, например сотовый фланец, за счет внутренних конвективных потоков в неработающем двигателе сравнительно быстро остывают, однако лабиринт, закрепленный на последнем диске компрессора, в течение нескольких часов поддерживает высокую температуру за счет передачи к нему тепла от массивного барабанно-дискового ротора компрессора. Кроме того, в случае износа сотового уплотнения необходимо заменить весь сегментный сотовый фланец, что является экономически невыгодным. The known device adopted as a prototype allows for the assembly (installation) of large radial mounting gaps between the rotor and stator elements of the seal, and when working in the main modes due to the cooling of the stator elements, bring them to values close to zero. However, the cooling efficiency of the labyrinth honeycomb flange in this design is insufficient, which leads to a decrease in reliability due to the need to reduce the mounting radial clearances during assembly, and this in turn leads to jamming of the sealing device after the engine stops, due to which the rotor is jammed relative to the stator and the inability to restart the engine within 2 ... 7 hours. This drawback is due to the fact that after the engine is stopped and the rotor ventilation system is turned off, relatively thin-walled stator sealing elements, for example a honeycomb flange, cool relatively quickly due to internal convective flows in an idle engine, however, the labyrinth mounted on the last compressor disk within several hours maintains high temperature due to the transfer of heat to it from the massive drum-disk rotor of the compressor. In addition, in case of wear of the honeycomb seal, it is necessary to replace the entire segmented honeycomb flange, which is economically disadvantageous.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и ремонтопригодности уплотнительного устройства за счет двухстороннего интенсивного охлаждения дефлектора. The technical problem to which the invention is directed is to increase the reliability and maintainability of the sealing device due to two-sided intensive cooling of the deflector.

Сущность изобретения заключается в том, что в уплотнительном устройстве за компрессором турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащем закрепленный на последнем диске компрессора лабиринт с уплотнительными гребешками и ответное ему статорное сегментное кольцо с дефлектором и щелеобразной полостью между ними, согласно изобретению, сегментное кольцо закреплено на фланце с образованием дополнительной щелеобразной полости между фланцем и дефлектором, соединенной на входе с щелеобразной полостью между сегментным кольцом и дефлектором, а на выходе - с разгрузочной полостью, при этом на сегментном кольце телескопически с помощью осевых и с-образных фланцев установлены сотовые сегменты, зафиксированные съемными штифтами, образующие с кольцом кольцевые щели, напротив которых с другой стороны кольца выполнены турбулизаторы в виде множества кольцевых радиальных ребер, механически контактирующих с осевыми ребрами дефлектора. The essence of the invention lies in the fact that in the sealing device behind the compressor of a turbojet bypass engine containing a labyrinth mounted on the last compressor disk with sealing ridges and a stator segment ring with a deflector and a slot-like cavity between them, according to the invention, the segment ring is mounted on the flange to form an additional slit-like cavity between the flange and the deflector connected at the inlet to the slit-like cavity between the segment ring and the deflator in the outlet, with an unloading cavity, while on the segment ring, telescopically using axial and c-shaped flanges, honeycomb segments are mounted, fixed by removable pins, forming ring slots with the ring, opposite which on the other side of the ring are turbulators in the form of many ring radial ribs mechanically in contact with the axial ribs of the deflector.

Установка сегментного кольца на фланце с образованием дополнительной щелеобразной полости между фланцем и дефлектором, соединенной на входе с щелеобразной полостью между сегментным кольцом и дефлектором, а на выходе - с разгрузочной полостью, позволяет дополнительно помимо охлаждения дефлектора со стороны сегментного кольца охлаждать дефлектор с другой стороны, т.е. со стороны фланца, что значительно повышает надежность двигателя. The installation of the segment ring on the flange with the formation of an additional slot-like cavity between the flange and the deflector, connected at the inlet with the slot-like cavity between the segment ring and the deflector, and at the outlet with the discharge cavity, allows in addition to cooling the deflector on the side of the segment ring to cool the deflector on the other hand, those. from the flange side, which significantly increases engine reliability.

Установка на сегментном кольце телескопически с помощью осевых и с-образных фланцев сотовых сегментов, зафиксированных съемными штифтами, способствует повышению ремонтопригодности уплотнительного устройства за счет съемных сотовых сегментов. Mounting on a segment ring telescopically using axial and c-shaped flanges of honeycomb segments fixed with removable pins helps to improve the maintainability of the sealing device due to removable honeycomb segments.

Выполнение между сотовыми сегментами и кольцом кольцевых щелей, напротив которых с другой стороны кольца выполнены турбулизаторы в виде множества кольцевых радиальных ребер, механически контактирующих с осевыми ребрами дефлектора, позволяет уменьшить теплоотдачу от сегментов в регулируемый фланец за счет кольцевых щелей, которые являются тепловым сопротивлением, что позволяет улучшить интенсификацию охлаждения регулируемого фланца и дефлектора. The implementation between the honeycomb segments and the ring of annular slots, opposite which on the other side of the ring there are turbulators in the form of a plurality of annular radial ribs mechanically in contact with the axial ribs of the deflector, reduces heat transfer from the segments to the adjustable flange due to annular slots, which are thermal resistance, which improves the cooling intensification of the adjustable flange and deflector.

На фиг. 1 изображен продольный разрез закомпрессорного уплотнительного устройства. In FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor seal device.

На фиг. 2 - элемент I - на фиг. 1 в увеличенном виде. In FIG. 2 - element I - in FIG. 1 enlarged view.

На фиг. 3 - элемент II на фиг. 2 в увеличенном виде. In FIG. 3 - element II in FIG. 2 enlarged view.

Уплотнительное устройство 1 состоит из двойного лабиринта 2 с уплотнительными гребешками 3, закрепленного с помощью байонетного соединения 4 на последнем, диске 5 компрессора 6. Ответная лабиринту 2 статорная часть уплотнительного устройства 1 состоит из фланца 7, закрепленного на диафрагме 8 шарикоподшипниковой опоры (не показано) с помощью болтов 9. На фланце 7 с помощью болтов 10 закреплено статорное сегментное кольцо 11, состоящее из регулируемого фланца 12 и множества сотовых сегментов 13, которые и образуют с гребешками 3 лабиринта 2 закомпрессорное лабиринтное уплотнение. На регулируемом фланце 12 с помощью болтов 14 закреплен дефлектор 15, образующий с регулируемым фланцем 12 кольцевой коллектор 16 на внутренней части уплотнительного устройства 1, и щелеобразную полость 17, а с фланцем 7 - щелеобразную полость 18, которая на входе соединена с полостью 17, а на выходе - с разгрузочной полостью А низкого давления. К коллектору 16 подсоединены трубы 19 - для подвода охлаждающего воздуха. Сотовые сегменты 13 с сотовым уплотнителем 20 установлены в пазах 21 регулируемого фланца 12 и зафиксированы на осевых кольцевых выступах 22 фланца 12 с помощью с-образного фланца 23 и сменных штифтов 24, которые в свою очередь фиксируются от выпадания с помощью отгибных усиков 25, расположенных на с-образном фланце 23 со стороны диска 5 компрессора 6. Для уменьшения теплоотдачи от сегментов 13 в регулируемый фланец 12 в последнем со стороны сегментов выполнены кольцевые щели 26. Для интенсификации охлаждения регулируемого фланца 12 и дефлектора 15 на дефлекторе выполнено множество осевых ребер 27, а на фланце 12 - множество турбулизаторов в виде кольцевых радиальных ребер 28, которые по поверхностям 29 механически контактируют с осевыми ребрами 27. Такая интенсификация охлаждения выполнена на выступах 30 фланца 12, непосредственно контактирующих с сотовыми сегментами 13 уплотнительного устройства 1, остальные же поверхности регулируемого фланца 12 со стороны диска 5 компрессора 6 закрыты теплоизоляцией 31. The sealing device 1 consists of a double labyrinth 2 with sealing ridges 3, mounted with the help of a bayonet connection 4 on the last disk 5 of the compressor 6. The stator part of the sealing device 1, which responds to the labyrinth 2, consists of a flange 7 mounted on the ball bearing support diaphragm 8 (not shown) by means of bolts 9. On the flange 7 by means of bolts 10 a stator segment ring 11 is mounted, consisting of an adjustable flange 12 and a plurality of honeycomb segments 13, which form the labyrinth 2 with combs 3 weed labyrinth seal. A deflector 15 is mounted on the adjustable flange 12 with the help of bolts 14, forming an annular collector 16 with an adjustable flange 12 on the inside of the sealing device 1, and a slot-like cavity 17, and with a flange 7 - a slot-like cavity 18, which is connected to the cavity 17 at the inlet, and at the exit - with a low pressure discharge chamber A. Pipes 19 are connected to the manifold 16 for supplying cooling air. Cell segments 13 with a honeycomb seal 20 are installed in the grooves 21 of the adjustable flange 12 and are fixed on the axial annular protrusions 22 of the flange 12 with the help of the c-shaped flange 23 and interchangeable pins 24, which in turn are fixed from falling out using the folding antenna 25 located on c-shaped flange 23 from the side of the compressor 5 disk 6. To reduce heat transfer from the segments 13 to the adjustable flange 12, ring slots 26 are made on the last from the segments side. To intensify the cooling of the adjustable flange 12 and deflector 15 by def many axial ribs 27 are made in the lecturer, and on the flange 12 there are many turbulators in the form of radial radial ribs 28, which are mechanically in contact with the axial ribs 27 on the surfaces 29. Such cooling intensification is performed on the protrusions 30 of the flange 12 directly in contact with the honeycomb segments 13 of the sealing device 1, the remaining surfaces of the adjustable flange 12 from the side of the disk 5 of the compressor 6 are closed by thermal insulation 31.

Работает данное устройство следующим образом. При сборке двигателя радиальные монтажные зазоры δ между ротором и статором уплотнительного устройства 1 устанавливаются относительно большими с тем, чтобы при сбросе газа и после остановки двигателя не происходило "закусывания" и заклинивания ротора двигателя. После выхода двигателя на номинальный режим работы с помощью регулирующего устройства (не показано) по трубам 19 в коллектор 16 подается охлаждающий воздух из-за промежуточной ступени (не показано) компрессора 6. Протекая по щелеобразной полости 17, охлаждающий воздух охлаждает регулируемый фланец 12 и дефлектор 15, причем в местах установки сегментов 13, т. е. там, где нет теплоизоляции, со стороны компрессора 6, охлаждение фланца 12 интенсифицировано за счет множества кольцевых радиальных ребер 28, по которым контактируют осевые ребра 27 дефлектора 15. Далее охлаждающий воздух поступает в щелеобразную полость 18 между дефлектором 15 и фланцем 7, дополнительно охлаждая дефлектор 15 с другой стороны. Охлажденный дефлектор через ребра 27 и 28 дополнительно механически обжимает регулируемый фланец 12 на выступах 30, за счет чего дополнительно уменьшается радиальный зазор δ до околонулевой высоты и перетекание закомпрессорного воздуха через уплотнительное устройство резко уменьшается. Сотовые сегменты 13, телескопически установленные в регулируемом фланце 12 с помощью осевых выступов 22 и с-образных фланцев 23, зафиксированы в окружном и в осевом направлениях с помощью сменных штифтов 24, которые в свою очередь фиксируются с помощью отгибных усиков 25, выполненных на с-образном фланце сегмента 13. Кольцевая щель 26 между регулируемым фланцем 12 и сотовым сегментом 13 уменьшает теплоотдачу от сегмента 13 во фланец 12, являясь тепловым сопротивлением. При сбросе газа или при остановке двигателя подача охлаждающего воздуха в коллектор 16 прекращается, регулируемый фланец 12 нагревается за счет тепла окружающих его деталей и радиальный зазор δ увеличивается - заклинивание ротора не происходит. This device works as follows. When assembling the engine, the radial mounting clearances δ between the rotor and the stator of the sealing device 1 are set relatively large so that when the gas is discharged and after the engine stops, there is no “biting” and jamming of the rotor of the engine. After the engine reaches its rated operating mode using a regulating device (not shown), cooling air is supplied through the pipes 19 to the manifold 16 due to the intermediate stage (not shown) of the compressor 6. Flowing through the slit-like cavity 17, the cooling air cools the adjustable flange 12 and the deflector 15, moreover, in the places of installation of the segments 13, i.e., where there is no thermal insulation, from the side of the compressor 6, the cooling of the flange 12 is intensified due to the multitude of annular radial ribs 28 along which axial ribs 27 are contacted by the deflector 15. Next, the cooling air enters the slit-like cavity 18 between the baffle 15 and the flange 7, further cooling the deflector 15 on the other side. The cooled deflector through the ribs 27 and 28 additionally mechanically compresses the adjustable flange 12 on the protrusions 30, due to which the radial clearance δ is further reduced to a near-zero height and the overflow of compressed air through the sealing device is sharply reduced. Cell segments 13, telescopically mounted in an adjustable flange 12 by means of axial protrusions 22 and c-shaped flanges 23, are fixed in the circumferential and axial directions using interchangeable pins 24, which in turn are fixed using the folding antenna 25, made on a shaped flange of the segment 13. The annular gap 26 between the adjustable flange 12 and the honeycomb segment 13 reduces the heat transfer from the segment 13 to the flange 12, being thermal resistance. When the gas is discharged or when the engine is stopped, the supply of cooling air to the manifold 16 is stopped, the adjustable flange 12 is heated due to the heat of the surrounding parts and the radial clearance δ increases - jamming of the rotor does not occur.

Источники информации
1. "Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30", М., Машиностроение, 1971 г., стр.19.Sources of information
1. "Aircraft dual-circuit turbojet engine D-30", M., Mechanical Engineering, 1971, p. 19.

2. Патент RU N 2036312 C1, F 01 D 11/02 - прототип. 2. Patent RU N 2036312 C1, F 01 D 11/02 - prototype.

Claims

A sealing device behind the compressor of a turbojet bypass engine containing a labyrinth mounted on the last compressor disk with sealing ridges and a stator segment ring with a deflector and a slit cavity between them, characterized in that the segment ring is mounted on the flange with the formation of an additional slit cavity between the flange and the deflector connected at the inlet with a slit-like cavity between the segment ring and the deflector, and at the outlet with the discharge cavity, at the same time, honeycomb segments are fixed telescopically using axial and c-shaped flanges on the segment ring, fixed by removable pins, forming ring slots with the ring, opposite which on the other side of the ring are turbulators in the form of a plurality of circular radial ribs mechanically contacting with the axial ribs of the deflector.