RU2409769C1 - Labyrinth packing of compressor case - Google Patents

Labyrinth packing of compressor case Download PDF

Info

Publication number
RU2409769C1
RU2409769C1 RU2009139971/06A RU2009139971A RU2409769C1 RU 2409769 C1 RU2409769 C1 RU 2409769C1 RU 2009139971/06 A RU2009139971/06 A RU 2009139971/06A RU 2009139971 A RU2009139971 A RU 2009139971A RU 2409769 C1 RU2409769 C1 RU 2409769C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
bushing
sleeve
cone
conic
Prior art date
Application number
RU2009139971/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яхия Зиннатович Гузельбаев (RU)
Яхия Зиннатович Гузельбаев
Валерий Адельзянович Залялов (RU)
Валерий Адельзянович Залялов
Ибрагим Габдулхакович Хисамеев (RU)
Ибрагим Габдулхакович Хисамеев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа"
Priority to RU2009139971/06A priority Critical patent/RU2409769C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2409769C1 publication Critical patent/RU2409769C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: labyrinth packing of compressor case consists of conic bushing installed in point of joint of rotor with case; this bushing is secured to rotor and with its conic grooved surface it faces conjugating conic surface of response bushing installed in case and travelling along axis of rotor, this response bushing can be fixed in required position. Grooves on conic surface of the rotor bushing are of spiral shape; their axes coincide with axis of a cone. At rotor rotation and during transfer of the spiral tangent to any point of each spiral forms an acute angel in plane view. In the zone of conic small diametre each spiral groove enters a circular runout groove, wile in the zone of cone of bigger diametre it comes to the end of the bushing. Also, the bushing cone of the rotor with its vertex faces the side of the low pressure cavity. A row of circular grooves is made on conic surface of the response bushing. ^ EFFECT: reduced losses of working gas flowing through packing. ^ 7 dwg

Description

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано при проектировании компрессорной техники, а именно при разработке узлов бесконтактных лабиринтных уплотнений.The invention relates to the field of general engineering and can be used in the design of compressor technology, namely in the development of nodes of non-contact labyrinth seals.

Созданию бесконтактных лабиринтных уплотнений в книге В.Б.Шнеппа "Конструкция и расчет центробежных машин" издательства "Машиностроение" 1995 г., УДК 621.515, посвящен раздел 3.5, стр.129-132, в котором раскрыт механизм работы лабиринтных уплотнений, приводятся расчеты и сделаны рекомендации по выбору их параметров, а также рассмотрены различные варианты конструктивного исполнения уплотнений с указанием их достоинств и недостатков. Как показано в книге, действие бесконтактных лабиринтных уплотнений основано на торможении потока утечки газа, перетекающего из области с повышенным давлением в область с более низким давлением. В лабиринте газ поочередно то увеличивает скорость в щелях, то теряет эту скорость почти до нуля в камерах. Газ, проходя последовательно через многократно повторяющиеся участки сужения и расширения лабиринта, теряет свою энергию, затормаживается, уменьшая давление и скорость. Как показал расчет и опыт, наиболее удачными конструктивными исполнениями лабиринтов являются соты в качестве камер расширения вместо канавок потому, что в сотовых ячейках происходит более полная потеря энергии протекающего газа, однако применение сотовых лабиринтов ограничено в связи с их высокой трудоемкостью и стоимостью.The creation of non-contact labyrinth seals in the book of VB Shnepp in the Design and Calculation of Centrifugal Machines of the Mashinostroenie Publishing House in 1995, UDC 621.515, is described in Section 3.5, pp. 129-132, in which the mechanism of the labyrinth seals is described, calculations and recommendations are made on the selection of their parameters, and various options for the design of seals are considered, indicating their advantages and disadvantages. As shown in the book, the action of non-contact labyrinth seals is based on the inhibition of the flow of gas leakage flowing from the area with high pressure to the area with lower pressure. In the maze, the gas alternately increases the speed in the slots, then loses this speed to almost zero in the chambers. Gas, passing sequentially through repeatedly repeated sections of the narrowing and expansion of the labyrinth, loses its energy, brakes, reducing pressure and speed. As calculation and experience have shown, the most successful design of the labyrinths are honeycombs as expansion chambers instead of grooves, because in the cells there is a more complete loss of energy of the flowing gas, however, the use of cellular labyrinths is limited due to their high complexity and cost.

Известно аэродинамическое лабиринтно-винтовое уплотнение, содержащее установленные с радиальным зазором поверхности статора и ротора, на поверхностях которых выполнены резьбовые канавки, причем указанные канавки статора и ротора имеют противоположное направление (см. патент RU 2193698, опубликован 27.11.2002).An aerodynamic labyrinth-screw seal is known that contains stator and rotor surfaces mounted with a radial clearance, and on the surfaces of which are made threaded grooves, said stator and rotor grooves having opposite directions (see patent RU 2193698, published November 27, 2002).

Наиболее близким аналогом является лабиринтно-винтовое уплотнение компрессора, содержащее статор и ротор, на валу ротора с натягом установлена цилиндрическая втулка и закрепленная с возможностью регулировки радиальных зазоров, на поверхности статора закреплена ответная втулка, при этом на обращенных друг к другу поверхностях втулок, роторной и статорной, выполнены резьбовые канавки одного направления (см. патент RU 34677, опубликован 10.12.2003).The closest analogue is a labyrinth-screw compressor seal containing a stator and a rotor, a cylindrical sleeve mounted on the rotor shaft with an interference fit and fixed with the ability to adjust radial clearances, a response sleeve is fixed on the stator surface, while on the facing surfaces of the sleeves, the rotor and stator, threaded grooves of one direction are made (see patent RU 34677, published December 10, 2003).

Недостатком известных устройств является значительная потеря рабочего газа, протекающего через уплотнение, которая составляет до 9% производительности корпуса сжатия.A disadvantage of the known devices is a significant loss of working gas flowing through the seal, which is up to 9% of the performance of the compression housing.

Техническим результатом предложенного устройства является уменьшение потерь рабочего газа, перетекающего через уплотнение.The technical result of the proposed device is to reduce the loss of working gas flowing through the seal.

Этот технический результат достигается благодаря тому, что лабиринтное уплотнение корпуса компрессора содержит в месте стыка ротора с корпусом конусную втулку, скрепленную с ротором и обращенную конусной поверхностью с выполненными на ней канавками к сопрягаемой конусной поверхности ответной втулки, установленной в корпусе с возможностью ее перемещения вдоль оси ротора и ее фиксации в требуемом положении, при этом канавки на конической поверхности втулки ротора имеют форму спиралей, оси которых совпадают с осью конуса, а касательная к любой точке каждой спирали образует с направлением ее перемещения при вращении ротора острый угол при виде в плане, каждая спиральная канавка входит в зоне малого диаметра конуса в кольцевую сбеговую канавку, а по большому диаметру - выходит на торец втулки, при этом конус втулки ротора своей вершиной обращен в сторону полости пониженного давления, а на конической поверхности ответной втулки выполнен ряд кольцевых канавок.This technical result is achieved due to the fact that the labyrinth seal of the compressor housing contains at the junction of the rotor with the housing a conical sleeve fastened to the rotor and facing the conical surface with grooves made on it to the mating conical surface of the counter sleeve installed in the housing with the possibility of its movement along the axis the rotor and its fixation in the required position, while the grooves on the conical surface of the rotor sleeve are in the form of spirals, the axes of which coincide with the axis of the cone, and the tangent at any point of each spiral, with the direction of its movement, forms an acute angle when viewed from the plan, each spiral groove enters the annular runaway groove in the zone of small diameter of the cone, and extends to the end of the sleeve along the large diameter, while the cone of the rotor sleeve is its apex facing the cavity of the reduced pressure, and a number of annular grooves are made on the conical surface of the mating sleeve.

Сущность предложенного устройства представлена на фиг.1-7.The essence of the proposed device is presented in figures 1-7.

На фиг.1 показан общий вид корпуса сжатия с частичным вырывом и обозначенным выносным элементом А узлом лабиринтного уплотнения.Figure 1 shows a General view of the compression housing with a partial tear and marked by an external element And the node of the labyrinth seal.

На фиг.2 показан узел лабиринтного уплотнения (вынос А на фиг.1).Figure 2 shows the labyrinth seal assembly (stem A in figure 1).

На фиг.3 показаны канавки втулок (вынос Ж на фиг.2).Figure 3 shows the grooves of the sleeves (take-out W in figure 2).

На фиг.4 показан разрез И-И на фиг.3.Figure 4 shows a section II in figure 3.

На фиг.5 показаны кольцевые канавки втулки корпуса (разрез Б-Б на фиг.2).Figure 5 shows the annular grooves of the sleeve of the housing (section BB in figure 2).

На фиг.6 показаны спиральные канавки втулки ротора (разрез В-В на фиг.2).Figure 6 shows the spiral grooves of the rotor sleeve (section BB in figure 2).

На фиг.7 показаны детали узла лабиринтного уплотнения в аксонометрическом изображении.Figure 7 shows the details of the labyrinth seal assembly in an axonometric image.

Лабиринтное уплотнение устанавливается в месте стыка ротора 2 с корпусом 1 (выносной элемент А, фиг.1) и содержит конусную втулку 3, скрепленную с ротором 2 и обращенную конусной поверхностью Д к сопрягаемой конусной поверхности Е ответной втулки 5, установленной в корпусе 1. Втулка 5 связана с корпусом 1 через регулирующее кольцо 6 и фиксируется в требуемом положении крепежными деталями 7. Герметизация стыка втулки 5 с корпусом 1 обеспечивается уплотнительными кольцами 8, размещенными в кольцевых гнездах, выполненных на цилиндрической поверхности ответной втулки 5 (фиг.2, 7). На конической поверхности Д втулки 3 выполнены канавки 4 в виде спиралей, оси которых совпадают с осью конуса, а касательная "а" к любой точке Г каждой спирали образует с направлением ее перемещения "б", при вращении ротора 2, острый угол α, при виде в плане (фиг.6). Каждая спиральная канавка 4 конусной втулки 3 входит в зоне малого диаметра конуса в кольцевую "глухую" сбеговую канавку 9, а по большому диаметру выходит на торец К втулки 3, причем конус втулки 3 своей вершиной обращен в сторону полости пониженного давления Р (фиг.2). На конической поверхности Е втулки 5, установленной в корпусе 1, выполнен ряд кольцевых канавок 10.The labyrinth seal is installed at the junction of the rotor 2 with the housing 1 (remote element A, Fig. 1) and contains a conical sleeve 3 fastened to the rotor 2 and facing the conical surface D to the mating conical surface E of the mating sleeve 5 installed in the housing 1. Bushing 5 is connected to the housing 1 through the adjusting ring 6 and is fixed in the required position by the fasteners 7. The sealing of the joint of the sleeve 5 with the housing 1 is provided by the sealing rings 8 located in the annular sockets made on a cylindrical surface 5 minute response sleeve (2, 7). On the conical surface D of the sleeve 3, grooves 4 are made in the form of spirals, the axes of which coincide with the axis of the cone, and the tangent " a " to any point Г of each spiral forms with the direction of its movement " b ", when the rotor 2 rotates, an acute angle α, when view in plan (Fig.6). Each spiral groove 4 of the conical sleeve 3 enters in the zone of small diameter of the cone in the annular "blind" runaway groove 9, and along the large diameter extends to the end face K of the sleeve 3, the cone of the sleeve 3 with its apex facing toward the cavity of reduced pressure P (Fig. 2 ) On the conical surface E of the sleeve 5 installed in the housing 1, a series of annular grooves 10 are made.

Устройство работает следующим образом. Перед пуском установки производят сборку лабиринтного уплотнения в следующей последовательности.The device operates as follows. Before starting the installation, the labyrinth seal is assembled in the following sequence.

1. Устанавливают конусную втулку 3 на ротор 2, например, напрессовкой.1. Install the conical sleeve 3 on the rotor 2, for example, by pressing.

2. Устанавливают конусную втулку 5 в корпус 1, например в крышку, предварительно установив в кольцевые гнезда втулки 5 уплотнительные кольца 8 и регулирующее кольцо 6 в расточку крышки корпуса 1 с заведомо увеличенной толщиной h кольца 6 (фиг.2).2. Install the conical sleeve 5 in the housing 1, for example in the cover, having previously installed the sealing rings 8 and the adjusting ring 6 in the annular nests of the sleeve 5 with the boring of the housing cover 1 with a deliberately increased thickness h of the ring 6 (Fig. 2).

3. Закрепляют втулку 5 с крышкой корпуса 1 крепежными деталями 7.3. Fix the sleeve 5 with the cover of the housing 1 fasteners 7.

4. Производят замер фактического кольцевого зазора S между втулками 3 и 5.4. Measure the actual annular gap S between the bushings 3 and 5.

5. Производят демонтаж втулки 5 и осуществляют доработку кольца 6 по размеру h для обеспечения требуемого зазора S.5. Disassemble the sleeve 5 and refine the ring 6 in size h to provide the required clearance S.

6. Производят окончательную сборку втулки 5.6. Make the final assembly of the sleeve 5.

При работе компрессора перед лабиринтным уплотнением возникает повышенное давление (P1>P) (фиг.2), при этом из зоны повышенного давления P1 через лабиринт устремляется рабочий газ, который проходит последовательно через сужающие каналы высотой S (зазор между втулками 3 и 5) и полости кольцевых канавок 10 (фиг.3), при этом постепенно теряя свою энергию, а следовательно, скорость и давление. Одновременно часть газа попадает в полости спиральных канавок 4, которые во время работы компрессора вращаются вокруг оси ротора 2. Рабочий газ под действием центробежных сил и составляющей силы от наклона спирали на угол α от направления "б" (фиг.6) отклоняется по направлению "г" в сторону большого диаметра конусной втулки 3, при этом в кольцевом зазоре S по малому диаметру втулки 3 давление рабочего газа уменьшается, а следовательно, уменьшается перепад давления относительно полости низкого давления Р, что способствует уменьшению утечек газа через уплотнение.When the compressor is operating, an increased pressure (P 1 > P) arises in front of the labyrinth seal (Fig. 2), while working gas rises from the increased pressure zone P 1 through the labyrinth, which passes sequentially through the narrowing channels of height S (gap between bushings 3 and 5 ) and the cavity of the annular grooves 10 (figure 3), while gradually losing its energy, and therefore, speed and pressure. At the same time, part of the gas enters the cavity of the spiral grooves 4, which during operation of the compressor rotate around the axis of the rotor 2. The working gas under the influence of centrifugal forces and the force component from the tilt of the spiral at an angle α from direction " b " (Fig.6) deviates in the direction " r "in the direction of large-diameter conical sleeve 3, the annular gap S of the small diameter of the hub 3 of the working gas pressure decreases and hence the pressure drop decreases relatively low pressure P cavity, which helps to reduce leakage g for the seal.

Приведенные в устройстве отличительные признаки обусловлены следующими соображениями.The distinguishing features given in the device are due to the following considerations.

1. В части ориентации спиральных канавок 4 на конусной втулке 3. Рабочий газ, попадая из кольцевого зазора S в полость спиральной канавки 4, меняет свое направление на сравнительно небольшую величину - острый угол α (направление "г"), изменение направления струи происходит плавно, при этом сила торможения газа незначительна и не приводит к значительным потерям мощности на валу.1. Regarding the orientation of the spiral grooves 4 on the conical sleeve 3. The working gas, falling from the annular gap S into the cavity of the spiral groove 4, changes its direction by a relatively small amount - an acute angle α (direction " g "), the direction of the jet changes smoothly while the braking force of the gas is negligible and does not lead to significant losses of power on the shaft.

2. Изменение направления струи рабочего газа за счет указанного наклона α спиральных канавок 4 в сочетании с центробежной силой отбрасывает рабочий газ в канавках 4 за кромку К втулки 3, создавая при этом пониженное давление в зоне сбеговой канавки 9.2. Changing the direction of the working gas jet due to the indicated inclination α of the spiral grooves 4 in combination with centrifugal force casts the working gas in the grooves 4 beyond the edge K of the sleeve 3, thereby creating a reduced pressure in the zone of the run-off groove 9.

3. Предусмотренная в устройстве сбеговая канавка 9 отсекает выход спиральных канавок 4 в полость пониженного давления Р, тем самым препятствует подсосу газа из полости пониженного давления Р в полость с повышенным давлением P1.3. The escape groove 9 provided in the device cuts off the exit of the spiral grooves 4 into the cavity of low pressure P, thereby preventing the suction of gas from the cavity of low pressure P into the cavity with high pressure P 1 .

Таким образом, выполнение лабиринтного уплотнения корпуса компрессора из двух втулок с сообщенными конусными поверхностями, на которых выполнены кольцевые и спиральные канавки, обеспечивает уменьшение потерь протекающего через него рабочего газа путем снижения скорости поступающего в уплотнение рабочего газа, понижения его энергии и давления, устраняя возможность прохода рабочего газа из зоны с большим давлением в зону с меньшим давлением.Thus, the implementation of the labyrinth seal of the compressor housing from two bushings with communicated conical surfaces on which annular and spiral grooves are made, reduces the loss of the working gas flowing through it by reducing the speed of the working gas entering the seal, lowering its energy and pressure, eliminating the possibility of passage working gas from the zone with higher pressure to the zone with lower pressure.

Claims (1)

Лабиринтное уплотнение корпуса компрессора, содержащее, в месте стыка ротора с корпусом, конусную втулку, скрепленную с ротором и обращенную конусной поверхностью с выполненными на ней канавками к сопрягаемой конусной поверхности ответной втулки, установленной в корпусе с возможностью ее перемещения вдоль оси ротора и ее фиксации в требуемом положении, отличающееся тем, что канавки на конической поверхности втулки ротора имеют форму спиралей, оси которых совпадают с осью конуса, а касательная к любой точке каждой спирали образует с направлением ее перемещения при вращении ротора острый угол при виде в плане, каждая спиральная канавка входит в зоне малого диаметра конуса в кольцевую сбеговую канавку, а по большому диаметру - выходит на торец втулки, при этом конус втулки ротора своей вершиной обращен в сторону полости пониженного давления, а на конической поверхности ответной втулки выполнен ряд кольцевых канавок. A labyrinth seal of the compressor housing, containing, at the junction of the rotor with the housing, a conical sleeve fastened to the rotor and facing the conical surface with grooves made thereon to the mating conical surface of the counter sleeve installed in the housing with the possibility of its movement along the rotor axis and its fixing in the required position, characterized in that the grooves on the conical surface of the rotor sleeve are in the form of spirals, the axes of which coincide with the axis of the cone, and the tangent to any point of each spiral forms By dragging it when the rotor rotates, there is an acute angle in plan view, each spiral groove enters the annular runaway groove in the zone of small diameter of the cone, and extends to the end of the sleeve along the large diameter, while the cone of the rotor sleeve is turned with its apex toward the low pressure cavity and a series of annular grooves are made on the conical surface of the mating sleeve.
RU2009139971/06A 2009-10-29 2009-10-29 Labyrinth packing of compressor case RU2409769C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139971/06A RU2409769C1 (en) 2009-10-29 2009-10-29 Labyrinth packing of compressor case

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139971/06A RU2409769C1 (en) 2009-10-29 2009-10-29 Labyrinth packing of compressor case

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2409769C1 true RU2409769C1 (en) 2011-01-20

Family

ID=46307724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009139971/06A RU2409769C1 (en) 2009-10-29 2009-10-29 Labyrinth packing of compressor case

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2409769C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107830179A (en) * 2017-11-16 2018-03-23 江苏大学 A kind of annular seal assembly that can effectively improve rotor dynamic behavior
CN112651095A (en) * 2021-01-19 2021-04-13 浙江国际海运职业技术学院 Design method of oil seal structure for multistage double-support pump

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107830179A (en) * 2017-11-16 2018-03-23 江苏大学 A kind of annular seal assembly that can effectively improve rotor dynamic behavior
CN112651095A (en) * 2021-01-19 2021-04-13 浙江国际海运职业技术学院 Design method of oil seal structure for multistage double-support pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6344735B2 (en) Seal structure and rotating machine
KR101950924B1 (en) complex sealing apparatus for turbine
CN105934615B (en) Sealing structure and rotary machine
RU2663784C2 (en) Axial turbomachine compressor stage and axial turbomachine comprising said compressor stage
JP5021365B2 (en) Packing ring assembly with variable spacing and turbine diaphragm
CN102733865B (en) Film riding seal for turbines
US20120121411A1 (en) Labyrinth Seals for Turbomachinery
EP2878771B1 (en) Axial flow fluid machine
US8727713B2 (en) Rotor oscillation preventing structure and steam turbine using the same
WO2017098932A1 (en) Seal structure and turbine
KR20030035993A (en) Steam feed hole for retractable packing segments in rotary machines
EP3168427A1 (en) Gas turbine engine stage provided with a labyrinth seal
US7004475B2 (en) Flow dam design for labyrinth seals to promote rotor stability
EP3159488B1 (en) Sealing assembly and corresponding turbine
JP6846374B2 (en) Moving wing side sealing device, stationary wing side sealing device and rotating machine
US10316680B2 (en) Turbine
EP3249157B1 (en) Steam turbine
CN108699915B (en) Seal structure and turbo machine
RU2409769C1 (en) Labyrinth packing of compressor case
WO2015137393A1 (en) Shroud, moving blade element, and rotary machine
JP2014141912A (en) Rotary machine
CN110318818A (en) Turbine rotor blade and rotating machinery
JP6521273B2 (en) Steam turbine
RU90519U1 (en) LABYRINTH SEALING OF THE COMPRESSOR HOUSING
US10837290B2 (en) Structure for cooling rotor of turbomachine, rotor and turbomachine having the same