RU2283984C1

RU2283984C1 - Contactless seal for helicopter gearbox shaft

Info

Publication number: RU2283984C1
Application number: RU2005109191/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Белашов (RU); Владимир Дмитриевич Белашов; Александр Александрович Кузнецов (RU); Александр Александрович Кузнецов; Валерий Алексеевич Ломов (RU); Валерий Алексеевич Ломов
Original assignee: Санкт-Петербургское открытое акционерное общество "Красный Октябрь"
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-09-20

Abstract

FIELD: aircraft manufacture; seals for lubricated supports of helicopter gearbox shafts rotating at high speed.

SUBSTANCE: proposed contactless seal for helicopter gearbox shaft has body, impeller, oil control thread and slotted seal on shaft to be sealed. Impeller consists of two vanes: one vane is located at angle of about 70° relative to impeller axis and other vane is provided with baffle plate over periphery of vane and two slotted seals. One slotted seal is formed by inner surface of impeller which is provided with groove with relief holes and shaft and second slotted seal is formed by outer surface of impeller with body of seal.

EFFECT: enhanced tightness at simple construction; reduced overall dimensions.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиастроению, преимущественно к уплотнениям смазываемых опор высокооборотных валов редукторов вертолетов.The invention relates to aircraft manufacturing, mainly to seals lubricated bearings of high-speed shafts of helicopter gearboxes.

Бесконтактное уплотнение применяется для валов редукторов, смазываемых жидкой смазкой, имеющих скорости на уплотняемом диаметре вала >15 м/с, в которых давление внутри редуктора посредством суфлирования выровнено с атмосферным и эксплуатирование выполняется на высотах до 6000 м над уровнем моря.Non-contact sealing is used for shafts of gearboxes lubricated with liquid lubricant having speeds on the shaft diameter to be sealed> 15 m / s, in which the pressure inside the gearbox by means of venting is atmospheric and operation is carried out at altitudes up to 6000 m above sea level.

В редукторах вертолетов применяются комбинированные бесконтактные уплотнения, которые состоят из щелевого уплотнения, маслосгонной резьбы и маслоотражателя описанные в Л.Б.Бушмарин и др. Механические передачи вертолетов. М.: Машиностроение, 1983. 120 с. В таких уплотнениях маслоотражатель центробежными силами преграждает доступ масла в щелевое уплотнение. Маслосгонная резьба выполнена таким образом, что витки отгоняют масло в корпус, а щелевое уплотнение препятствует попаданию в редуктор (всасыванию) внешней воздушной среды, в которой может быть пыль.In helicopter gearboxes, combined non-contact seals are used, which consist of a gap seal, oil siding thread and an oil deflector described in L.B. Bushmarin and other Mechanical transmissions of helicopters. M.: Mechanical Engineering, 1983. 120 p. In such seals, the oil baffle by centrifugal forces blocks the access of oil to the gap seal. The oil siding thread is designed in such a way that the coils drive the oil into the housing, and the gap seal prevents external air from entering the gearbox (suction), which may contain dust.

Эти уплотнения имеют неограниченный ресурс и работают при высоких частотах вращения уплотняемых валов. Недостатком вышеуказанных уплотнений является низкий перепад давления, при котором обеспечивается герметичность уплотнения вала. Увеличение уплотняющей способности приводит к увеличению осевых габаритов деталей, а, следовательно, к увеличению массы, что для авиации не приемлемо.These seals have an unlimited resource and operate at high speeds of rotation of the sealed shafts. The disadvantage of the above seals is the low pressure drop at which the tightness of the shaft seal is ensured. The increase in sealing ability leads to an increase in the axial dimensions of the parts, and, consequently, to an increase in mass, which is not acceptable for aviation.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является уплотнение входного вала (от двигателя) редуктора ВР-2 вертолета Ми-2. В этом уплотнении применен импеллер, который объединяет маслоотражатель с центробежной крыльчаткой, представленный в Бюллетень Э-4212/82 "Главный редуктор ВР-2 IV серии" и принятый за прототип.Of the known devices, the closest in technical essence is the input shaft seal (from the engine) of the VR-2 gearbox of the Mi-2 helicopter. In this seal, an impeller is used, which combines an oil deflector with a centrifugal impeller, presented in Bulletin E-4212/82 “Main Gearbox BP-2 IV Series” and adopted as a prototype.

В этом уплотнении (см. Фиг.3) поясок фланца 1 образует сдвоенное щелевое уплотнение. Импеллер 2 создает противодействие масловоздушной смеси от давления возникающего внутри корпуса редуктора, на переменных режимах предотвращая выброс масла. Для улучшения слива масла между подшипником и крыльчаткой импеллера имеется полость 3 для успокоения масловоздушного потока.In this seal (see FIG. 3), the flange band 1 forms a double gap seal. Impeller 2 creates a reaction of the air-oil mixture from the pressure arising inside the gear case, preventing the discharge of oil in variable modes. To improve oil drainage, a cavity 3 is provided between the bearing and the impeller impeller to calm the oil-air flow.

Недостатком данного уплотнения является низкий перепад давления, при котором обеспечивается полная герметичность приводного вала редуктора, что существенно сужает область применения этого уплотнения и достаточно большие габаритные размеры. По результатам исследований подобного типа уплотнений выявлено, что капельная течь появляется при избыточном давлении в полости редуктора <100 мм водного столба при рабочей частоте вращения.The disadvantage of this seal is the low pressure drop, which ensures complete tightness of the drive shaft of the gearbox, which significantly narrows the scope of this seal and large enough overall dimensions. According to the results of studies of this type of seals, it was revealed that a droplet leak appears at an overpressure in the cavity of the gearbox <100 mm water column at the operating speed.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание бесконтактного уплотнения с улучшенными свойствами по герметичности без существенного усложнения конструкции и с меньшими, чем у существующих устройств, габаритными размерами. По результатам испытаний представляемого уплотнения герметичность обеспечена до избыточного давления в полости редуктора до 500 мм водного столба при рабочей частоте вращения.The technical result of the present invention is the creation of non-contact seals with improved sealing properties without significantly complicating the design and with smaller overall dimensions than existing devices. According to the test results of the presented seal, the tightness is ensured up to an overpressure in the cavity of the reducer up to 500 mm of water column at the operating speed.

Указанный результат достигается тем, что в уплотнении вала применен принципиально новый импеллер.The specified result is achieved by the fact that a fundamentally new impeller is used in the shaft seal.

На фигуре 1 изображен пример установки бесконтактного уплотнения вала. На фигуре 2 изображен импеллер, примененный в конструкции уплотнения вала. Последовательно слева на право вид на импеллер справа, продольный разрез и вид на импеллер слева. На фигуре 3 изображено бесконтактное уплотнение вала, принятое за прототип.The figure 1 shows an example of installing a non-contact shaft seal. The figure 2 shows the impeller used in the construction of the shaft seal. Sequentially from left to right view of the impeller on the right, a longitudinal section and a view of the impeller on the left. The figure 3 shows the non-contact shaft seal adopted for the prototype.

В состав конструкции бесконтактного уплотнения вала входит импеллер 1 с двумя крыльчатками 2 и 3 (фигура 1 и 2), которые представляют собой набор лопаток. Крыльчатка 2 изготовленная с внутренней стороны редуктора выполнена наклонной (~70° к оси импеллера). Над крыльчаткой 3 имеется козырек 16, который выступает над лопатками крыльчатки. В собранном уплотнении козырек располагается в проточке выполненной в корпусе уплотнения 10 с зазорами ~0,3...0,5 мм. Внутренняя 5 и наружная 4 поверхности импеллера с корпусом уплотнения 10 имеют малые радиальные зазоры (~0,2 мм) и образуют щелевые уплотнения. На внутренней поверхности 5 импеллера выполнена канавка 13 с тремя равнорасположенными наклонными отверстиями 7 диаметром 1,5 мм (разгрузочными элементами).The structure of the non-contact shaft seal includes an impeller 1 with two impellers 2 and 3 (figure 1 and 2), which are a set of blades. The impeller 2 made on the inside of the gearbox is made inclined (~ 70 ° to the axis of the impeller). Above the impeller 3 there is a visor 16, which protrudes above the impeller blades. In the assembled seal, the visor is located in the groove made in the seal housing 10 with gaps of ~ 0.3 ... 0.5 mm. The inner 5 and outer 4 surfaces of the impeller with the seal housing 10 have small radial clearances (~ 0.2 mm) and form gap seals. On the inner surface 5 of the impeller, a groove 13 is made with three equally inclined openings 7 with a diameter of 1.5 mm (unloading elements).

На уплотняемом валу 15 выполнены маслосгонная резьба 9 и точная наружная поверхность, которые образуют с точным отверстием корпуса 10 щелевое уплотнение. Маслосгонная резьба представляет собой многозаходную резьбу с прямобочным профилем витка.An oil-driven thread 9 and a precise outer surface are formed on the shaft 15 to be sealed, which form a gap seal with the exact bore of the housing 10. Masloosgonny thread is a multi-thread with a straight side profile of the coil.

В корпусе уплотнения 10 выполнена кольцевая проточка 6, которая соединена с полостью 12, в которую сливается масло из подшипника, наклонными пазами, изготовленными во втулке 11. Втулка 11 запрессована в корпус уплотнения 10.An annular groove 6 is made in the seal housing 10, which is connected to a cavity 12 into which oil from the bearing is drained by inclined grooves made in the sleeve 11. The sleeve 11 is pressed into the seal housing 10.

Уплотнение, как правило, служит для предотвращения выброса масла, которым смазывается вращающийся подшипник с установленным в него приводным валом.The seal, as a rule, serves to prevent the release of oil, which lubricates the rotating bearing with the drive shaft installed in it.

При работе вспененная, закрученная лопатками импеллера, масловоздушная смесь отводится от подшипника через наклонные пазы во втулке 11 в кольцевую проточку 6 и не может вернуться обратно в полость 12 из-за наклонного расположения пазов. Наклон пазов во втулке 11 выбран по направлению вращения подшипника с установленным в него валом. При этом в кольцевой проточке 6 создается направленное движение масла со сливом его в корпус редуктора через канал 14.During operation, foamed, twisted by impeller blades, the air-oil mixture is discharged from the bearing through the inclined grooves in the sleeve 11 into the annular groove 6 and cannot return back to the cavity 12 due to the inclined grooves. The slope of the grooves in the sleeve 11 is selected in the direction of rotation of the bearing with the shaft installed in it. In this case, in the annular groove 6, a directed movement of oil is created with its discharge into the gear housing through the channel 14.

Наклонное расположение крыльчатки 2 создает дополнительное сопротивление прохождению масловоздушной смеси к щелевому уплотнению 4.The inclined arrangement of the impeller 2 creates additional resistance to the passage of the air-oil mixture to the gap seal 4.

Козырек на крыльчатке 3 обеспечивает улучшение запирания щелевого уплотнения 4.The visor on the impeller 3 provides improved locking of the gap seal 4.

Прошедшее через две крыльчатки и щелевые уплотнения 4 и 5 масло отбрасывается центробежными силами в канавку 13 и далее через отверстия 7 на крыльчатку 2. Кроме того, через эти же отверстия стравливается часть избыточного давления масловоздушной смеси, прошедшей через уплотнение в разряженную зону действия крыльчатки 2, повышая эффективность действия уплотнения.The oil that has passed through two impellers and gap seals 4 and 5 is discarded by centrifugal forces into the groove 13 and then through the openings 7 onto the impeller 2. In addition, part of the overpressure of the air-oil mixture, which has passed through the seal into the discharged impeller action zone 2, is vented. increasing the effectiveness of the seal.

В целях повышения герметичности уплотнения на выходе из уплотнения за маслосгонной резьбой 9 установлено щелевое уплотнение с гладкими стенками 8.In order to increase the tightness of the seal, a gap seal with smooth walls 8 is installed at the outlet of the seal behind the oil-driven thread 9.

Таким образом, без усложнения конструкции, увеличения количества деталей, их точности и массы удалось значительно повысить герметичность бесконтактного уплотнения валов, по экспериментальным данным, при одной частоте вращения уплотняемого вала, более чем в пять раз.Thus, without complicating the design, increasing the number of parts, their accuracy and weight, it was possible to significantly increase the tightness of non-contact shaft seals, according to experimental data, at one rotational speed of the shaft being sealed, more than five times.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в уплотнениях высокооборотных валов авиационной техники.The proposed technical solution can be used in the seals of high-speed shafts of aircraft.

Claims

1. The non-contact shaft seal of the helicopter gearbox, comprising a seal housing, an impeller, an oil drain thread and a gap seal on the shaft to be sealed, characterized in that the impeller consists of two impellers, one of which is located at an angle of ~ 70 ° to the axis of the impeller, and the second has a visor along the periphery of the impeller and contains two gap seals.

2. The non-contact shaft seal of the helicopter gearbox according to claim 1, characterized in that one of the gap seals is formed by the inner surface of the impeller, on which a groove with discharge holes is made, and the shaft, and the second gap seal is formed by the outer surface of the impeller with the seal body.