RU2225522C2 - Gas-turbine engine behind-the-compressor labyrinth seal - Google Patents
Gas-turbine engine behind-the-compressor labyrinth seal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2225522C2 RU2225522C2 RU2001121214/06A RU2001121214A RU2225522C2 RU 2225522 C2 RU2225522 C2 RU 2225522C2 RU 2001121214/06 A RU2001121214/06 A RU 2001121214/06A RU 2001121214 A RU2001121214 A RU 2001121214A RU 2225522 C2 RU2225522 C2 RU 2225522C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- labyrinth
- tier
- lips
- seal
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения наземного и авиационного применения. The invention relates to the field of engine development of ground and aviation applications.
Известно воздушное лабиринтное уплотнение, состоящее из вращающегося лабиринта с гребешками и ответного ему статорного фланца, закрепленного на статоре [1]. Known air labyrinth seal, consisting of a rotating labyrinth with combs and a reciprocal stator flange mounted on a stator [1].
Недостатками известной конструкции являются повышенные утечки воздуха из-за малого количества уплотнительных гребешков и пониженная надежность из-за возможности растрескивания последнего по потоку гребешка лабиринта и поломки вращающегося лабиринта. The disadvantages of the known design are increased air leakage due to the small number of sealing scallops and reduced reliability due to the possibility of cracking the last downstream scallop maze and breakage of the rotating labyrinth.
Наиболее близкой к заявляемой является уплотнительное устройство за компрессором турбореактивного двухконтурного двигателя, состоящего из многоярусного лабиринта, соединенного с валом двигателя, и ответного ему статорного фланга. На внутреннем ярусе лабиринта выполнено кольцевое радиальное ребро для установки балансировочных грузиков [2]. Closest to the claimed is a sealing device behind the compressor of a turbojet dual-circuit engine, consisting of a multi-tier labyrinth connected to the motor shaft, and a stator flank reciprocal to it. An annular radial rib is made on the inner tier of the labyrinth for the installation of balancing weights [2].
Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за возможности растрескивания последнего лабиринтного гребешка на каждом ярусе лабиринта, а также износ лабиринтных гребешков на внутреннем ярусе лабиринта из-за его упругой деформации под воздействием центробежной силы от балансировочных грузиков. A disadvantage of the known design is low reliability due to the possibility of cracking the last labyrinth scallop on each tier of the labyrinth, as well as the wear of the labyrinth scallops on the inner tier of the labyrinth due to its elastic deformation under the influence of centrifugal force from balancing weights.
Для минимизации упругой деформации внутреннего яруса лабиринта также важно оптимальное число гребешков лабиринтного уплотнения (Z2), расположенных на нем.To minimize the elastic deformation of the inner tier of the labyrinth, the optimal number of ridges of the labyrinth seal (Z 2 ) located on it is also important.
При малом Z2 ухудшаются уплотняющие свойства лабиринтного уплотнения, а при излишне большом - увеличивается упругая деформация и износ гребешков нижнего яруса лабиринтного уплотнения. Это связано с тем, что внутренний ярус лабиринта расположен консольно по отношению к полотну лабиринта, и при большом выносе консоли (т.е. при большом числе гребешков Z2) внутренний ярус деформируется под действием центробежных сил.With a small Z 2, the sealing properties of the labyrinth seal deteriorate, and with an excessively large one, the elastic deformation and wear of the combs of the lower tier of the labyrinth seal increase. This is due to the fact that the inner tier of the labyrinth is cantilevered with respect to the canvas of the labyrinth, and with a large extension of the cantilever (i.e., with a large number of combs Z 2 ), the inner tier is deformed by centrifugal forces.
Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности работы за счет снижения термических напряжений и повышения виброустойчивости в гребешках уплотнения, а также исключения его износа. The technical problem that the invention solves is to increase the reliability by reducing thermal stresses and increasing vibration resistance in the combs of the seal, as well as eliminating its wear.
Сущность изобретения заключается в том, что в закомпрессорном лабиринтном уплотнении газотурбинного двигателя, содержащем установленный на валу двухъярусный лабиринт с уплотнительными гребешками и ответный ему статорный фланец, согласно изобретению крайний от ротора компрессора уплотнительный гребешок каждого яруса лабиринта выполнен утолщенным, причем Н/h= 1,5...3, где Н - толщина крайнего гребешка; h - толщина остальных гребешков. The essence of the invention lies in the fact that in the compressor labyrinth seal of a gas turbine engine containing a two-tier labyrinth mounted on the shaft with sealing ridges and a stator flange corresponding to it, according to the invention, the sealing comb of the labyrinth extreme from the compressor rotor is thickened, and H / = 5 ... 3, where H is the thickness of the extreme scallop; h is the thickness of the remaining combs.
Рабочие поверхности уплотнительных гребешков внутреннего яруса лабиринта выполнены по образующей конуса с углом наклона 0,5-3o в сторону выхода из уплотнения, при этом число гребешков на внешнем ярусе лабиринта превышает число гребешков на внутреннем ярусе лабиринта в 1,5...5 раз.The working surfaces of the sealing ridges of the inner tier of the labyrinth are made along the generatrix of the cone with an angle of inclination of 0.5-3 o in the direction of exit from the seal, while the number of ridges on the outer tier of the labyrinth exceeds the number of ridges in the inner tier of the labyrinth by 1.5 ... 5 times .
Выполнение крайних от ротора компрессора уплотнительных гребешков яруса лабиринта утолщенными связано с тем, что на каждом ярусе они испытывают повышенные термические напряжения на переходных режимах и акустические вибронапряжения, т.к. в лабиринтном уплотнении максимальные скорости уплотняемого рабочего тела (воздуха) реализуются на последнем по потоку лабиринтном гребешке. The thicker combs of the labyrinth tier, which are extreme from the compressor rotor, are thickened due to the fact that at each tier they experience increased thermal stresses in transient conditions and acoustic vibratory stresses, because in a labyrinth seal, the maximum velocities of the compacted working fluid (air) are realized on the last flowing labyrinth scallop.
Утолщенные гребешки обладают улучшенной теплоотдачей от вершины гребешка к его основанию, что снижает термические напряжения в них на переходных режимах, а также повышенной виброустойчивостью. Thickened scallops have improved heat transfer from the top of the scallop to its base, which reduces thermal stresses in them during transient conditions, as well as increased vibration resistance.
Это особенно важно для закомпрессорных лабиринтных уплотнений, т.к. современные компрессоры для повышения экономичности двигателя выполняются с высокой степенью сжатия, равной 20...35, и поэтому на выходе из каждого яруса лабиринтного уплотнения реализуются высокие сверхзвуковые скорости уплотняемого рабочего тела. This is especially important for pressurized labyrinth seals, as modern compressors to increase engine efficiency are performed with a high compression ratio of 20 ... 35, and therefore, at the exit from each tier of the labyrinth seal, high supersonic speeds of the compacted working medium are realized.
Отношение толщины крайнего гребешка Н по потоку уплотняемого тела к толщине остальных гребешков h составляет 1,5...3. The ratio of the thickness of the extreme scallop N along the flow of the compacted body to the thickness of the remaining scallops h is 1.5 ... 3.
При Н/h<1,5 возможно растрескивание крайнего гребешка из-за возникающих при работе двигателя акустических колебаний рабочего тела. At H / h <1.5, cracking of the extreme scallop is possible due to acoustic vibrations of the working fluid arising during engine operation.
При Н/h>5 высока вероятность растрескивания предшествующих крайнему гребешку из-за термических напряжений, возникающих вследствие низкой теплоотдачи от периферии уплотнительного гребешка к его основанию. At H / h> 5, there is a high probability of cracking preceding the extreme scallop due to thermal stresses arising from low heat transfer from the periphery of the sealing scallop to its base.
Рабочие поверхности уплотнительных гребешков внутреннего яруса лабиринта необходимо выполнять по образующей конуса с углом наклона α = 0,5-3° в сторону выхода из уплотнения для исключения излишнего врезания гребешков в статорный фланер и износа лабиринтного уплотнения.The working surfaces of the sealing ridges of the inner tier of the labyrinth must be carried out along the generatrix of the cone with an angle of inclination α = 0.5-3 ° in the direction of exit from the seal to avoid excessive cutting of the ridges into the stator flange and wear of the labyrinth seal.
При этом в случае, когда α < 0,5°, возможно ухудшение работы уплотнения из-за излишнего врезания гребешков в ответный им статорный фланец, особенно на максимальном режиме работы двигателя.Moreover, in the case when α <0.5 ° , the seal may deteriorate due to excessive cutting of the combs into the stator flange reciprocal to them, especially at the maximum engine operating mode.
Если α > 3°, то возможно ухудшение работы уплотнения, особенно на промежуточных и переходных режимах работы двигателя, из-за излишнего раскрытия радиального зазора между статором и ротором.If α> 3 ° , then the seal may deteriorate, especially in intermediate and transient engine operation, due to excessive disclosure of the radial clearance between the stator and rotor.
Поскольку внутренний ярус двухъярусного лабиринта выполнен в виде кольцевого ребра, консольно расположенного относительно полотна лабиринта, то соотношение числа гребешков Z1 на внешнем ярусе лабиринта и числа гребешков на внутреннем ярусе лабиринта Z2 должны быть оптимальными.Since the inner tier of the two-tier labyrinth is made in the form of an annular rib cantilever relative to the maze web, the ratio of the number of scallops Z 1 on the outer tier of the labyrinth and the number of scallops on the inner tier of the labyrinth Z 2 should be optimal.
Если Z1/Z2<1,5, то из-за излишней радиальной деформации внутреннего яруса лабиринта произойдет износ уплотнительных гребешков лабиринта.If Z 1 / Z 2 <1.5, then due to excessive radial deformation of the inner tier of the labyrinth, wear of the sealing ridges of the labyrinth will occur.
При Z1/Z2>5 снижается эффективность лабиринтного уплотнения.When Z 1 / Z 2 > 5, the effectiveness of the labyrinth seal decreases.
Изобретение проиллюстрировано следующим образом. The invention is illustrated as follows.
На фиг. 1 показан продольный разрез заявляемого уплотнения, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the inventive seal, figure 2 - element I in figure 1 in an enlarged view.
Закомпрессорное лабиринтное уплотнение 1 газотурбинного двигателя состоит из двухъярусного закомпрессорного лабиринта 2 и ответного ему статорного фланца 3, установленного на опоре 4 радиально-упорного шарикоподшипника 5, и служит для уплотнения полости высокого давления 6 за последней рабочей лопаткой 7 компрессора от закомпрессорной разгрузочной полости 8 низкого давления. The compressor labyrinth seal 1 of the gas turbine engine consists of a two-stage compressor labyrinth 2 and a
Двухъярусный закомпрессорный лабиринт 2 установлен шлицами 9 на шлицевом валу 10 и закреплен на диске последней ступени 11 компрессора с помощью байонетного соединения 12, которое выполнено на внешнем ярусе 13 лабиринта 2. The two-tier compressor maze 2 is installed with slots 9 on the splined shaft 10 and mounted on the disk of the last stage 11 of the compressor using a
На наружных поверхностях 14, 15 внешнего яруса 13 и внутреннего яруса 16 лабиринта 2 выполнены уплотнительные гребешки 17 толщиной h и крайние для каждого яруса по течению потока 18 уплотняемого рабочего тела (воздуха) уплотнительные гребешки 19 толщиной Н. On the
Внутренний ярус 16 двухъярусного лабиринта 2 выполнен в виде кольцевого ребра 20, расположенного консольно относительно полотна 21 лабиринта. Осевая длина этого ребра 20 и, следовательно, отношение числа Z2 гребешков 17, 19 на этом ярусе и числа гребешков Z1 на внешнем ярусе выбирают оптимальными с целью исключения радиальной пластической деформации ребра 20 при максимальных режимах работы двигателя.The inner tier 16 of the two-tier labyrinth 2 is made in the form of an
Для балансировки ротора 22 компрессора на внутренней стороне кольцевого ребра 20 выполнено радиальное ребро 23, на которое установлены балансировочные грузики 24, под действием центробежных сил от которых при работе двигателя кольцевое ребро 20 упруго демпфируется в радиальном направлении, что приводит к излишнему врезанию гребешков 17 и 19 в стационарный фланец 3. Для исключения такого врезания рабочие поверхности 25 гребешков 17 и 19 внутреннего яруса 16 лабиринта 2 выполнены по образующей конуса с углом наклона α = 0,5-3° в сторону выхода из уплотнения 1.To balance the compressor rotor 22, a
Заявляемое устройство работает следующим образом. The inventive device operates as follows.
При работе двигателя воздух высокого давления из полости 8 за последней рабочей лопаткой 7 ротора компрессора 22 стремится перетекать в разгрузочную закомпрессорную полость низкого давления 8. При этом на крайних уплотнительных гребешках 19 каждого из ярусов 13, 16 двухъярусного лабиринта 2 возникают сверхзвуковые скорости уплотняемого потока 18, которые могут привести к их растрескиванию и поломке. When the engine is running, high-pressure air from the cavity 8 behind the last rotor blade 7 of the compressor rotor 22 tends to flow into the low pressure compressor unloading cavity 8. In this case, at the
Однако так как гребешки 19 выполнены с увеличенной толщиной Н, то образование трещин и поломок гребешков 19 не происходит. However, since the
Источники информации
1. Г.С. Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981, стр.98, рис.3.43а.Sources of information
1. G.S. Skubachevsky. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. M.: Engineering, 1981, p. 98, Fig. 3.43a.
2. Патент РФ 2036312, F 01 D 11/02, 1995. 2. RF patent 2036312, F 01 D 11/02, 1995.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001121214/06A RU2225522C2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Gas-turbine engine behind-the-compressor labyrinth seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001121214/06A RU2225522C2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Gas-turbine engine behind-the-compressor labyrinth seal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001121214A RU2001121214A (en) | 2003-04-10 |
RU2225522C2 true RU2225522C2 (en) | 2004-03-10 |
Family
ID=32390040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001121214/06A RU2225522C2 (en) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | Gas-turbine engine behind-the-compressor labyrinth seal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2225522C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2513466C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbine labyrinth seal |
RU2513061C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbo machine labyrinth seal |
-
2001
- 2001-07-27 RU RU2001121214/06A patent/RU2225522C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СКУБАЧЕВСКИЙ Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981, с. 98, рис. 3.43а. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2513466C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbine labyrinth seal |
RU2513061C1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbo machine labyrinth seal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5538240B2 (en) | Impeller and turbocharger | |
US5100158A (en) | Compliant finer seal | |
US5525038A (en) | Rotor airfoils to control tip leakage flows | |
US7255531B2 (en) | Gas turbine tip shroud rails | |
EP2098686B1 (en) | Two-shaft gas turbine | |
US6786488B2 (en) | Seal structure, turbine having the same, and leak-preventing seal system for rotating shaft | |
JPS5810600B2 (en) | Axial compressor casing | |
CN111720175B (en) | Impeller machinery movable vane top seal structure | |
JP5299150B2 (en) | Centrifugal compressor | |
US8561997B2 (en) | Adverse pressure gradient seal mechanism | |
RU2225522C2 (en) | Gas-turbine engine behind-the-compressor labyrinth seal | |
EP0952309A2 (en) | Fluid seal | |
CN214366405U (en) | Multi-thrust-disc gas turbine capable of balancing axial force | |
RU2353815C1 (en) | Compressor of gas-turbine engine | |
EP3222811A1 (en) | Damping vibrations in a gas turbine | |
CN113062774B (en) | Semi-open centripetal turbine and gas turbine | |
KR19980024652U (en) | Impeller for Centrifugal Compressors | |
JP2021089072A (en) | Journal and thrust gas bearing | |
CN112555026A (en) | Multi-thrust-disc gas turbine capable of balancing axial force | |
RU2250386C2 (en) | Two-shaft gas-turbine engine | |
RU2386816C1 (en) | High-temperature gas turbine | |
JP2530526B2 (en) | Turbo pump for simultaneously compressing two fluids | |
RU2146765C1 (en) | Rotor of gas-turbine engine | |
EP0567123A1 (en) | Impeller blade with reduced stress | |
RU2224893C2 (en) | Gas-turbine engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20051206 |
|
QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20051206 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20051206 Effective date: 20111220 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |