RU2525378C1

RU2525378C1 - End seal of turbomachine rotor

Info

Publication number: RU2525378C1
Application number: RU2013127807/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Еричев; Сергей Александрович Заваруев; Николай Владимирович Кикоть; Наталья Юрьевна Кикоть
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2014-08-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: end seal of turbomachine rotor comprises a ring element with sealing rings installed on the rotor shaft, the outer surface of the ring element is fitted by radially oriented collar, and a pressing bush installed on the ring element and able of axial displacement with a graphite ring being set in the bush. A spring ring with cross cut is installed between the pressing bush and the ring element collar and is contacting with them by end surfaces. The contacting end surfaces of the pressing bush and the spring ring with the cross cut are made conical.

EFFECT: simplified seal design and its improved reliability in the course of operation due to the decreased degree of graphite ring wear.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely to seals of oil cavities of gas turbine engines and power plants.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано торцевое контактное уплотнение, установленное на валу ротора турбомашины, содержащее втулку уплотняющую, направляющие штифты, втулку прижимную, кольца уплотнительные, графитовое кольцо (Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 3. Газотурбинные двигатели, Авторы: Иноземцев А.А., Нихамкин М.А. и др., Издательство: Машиностроение, 2007, стр.171, рис.13.28б).As the closest analogue, an end contact seal installed on the shaft of a turbomachine rotor, containing a sealing sleeve, guide pins, a pressing sleeve, sealing rings, a graphite ring (Fundamentals of Designing Aircraft Engines and Power Plants. Volume 3. Gas Turbine Engines, Authors: Inozemtsev A .A., Nikhamkin MA et al., Publisher: Mashinostroenie, 2007, p. 171, fig. 13.28b).

В известном уплотнении усилие прижатия графитового кольца к торцу прижимной втулки задается осевыми пружинами по направляющим штифтам. Данное усилие постоянно на всех режимах работы и настроено на максимальный режим, поэтому на малых режимах работы происходит повышенный износ графитового кольца.In the known seal, the pressing force of the graphite ring to the end of the pressure sleeve is set by axial springs along the guide pins. This effort is constant in all operating modes and is set to the maximum mode, therefore, in small operating modes, increased wear of the graphite ring occurs.

Следует отметить, что для того, чтобы задать равномерное усилие прижатия графитового кольца к торцу прижимной втулки, требуется множество пружин с одинаковыми жесткостными характеристиками, что трудоемко и трудновыполнимо. Также из-за окружных температурных неравномерностей и присущих в работе допустимых перекосах ротора относительно статора, прижимную втулку может заклинивать в районе направляющих штифтов, что приводит к раскрытию уплотнения (отсутствие в определенной зоне контакта между графитовым кольцом и ответной уплотняющей втулкой), вследствие чего теряется работоспособность уплотнения.It should be noted that in order to set the uniform pressing force of the graphite ring to the end face of the clamping sleeve, many springs with the same stiffness characteristics are required, which is laborious and difficult. Also, due to circumferential temperature irregularities and the permissible distortions of the rotor relative to the stator inherent in the work, the pressure sleeve can jam in the region of the guide pins, which leads to the opening of the seal (absence of a contact area between the graphite ring and the response sealing sleeve), resulting in loss of operability seals.

Кроме того, известное уплотнение ограничено к допустимому перепаду давлений, т.к. втулка прижимная работает как поршень под давлением наддува (полость справа), дополнительно изнашивая графитовое кольцо.In addition, the known seal is limited to an allowable differential pressure, because the pressure sleeve works like a piston under boost pressure (cavity on the right), additionally wearing a graphite ring.

Задачей заявленного изобретения является создание торцевого уплотнения ротора турбомашины, лишенного указанных выше недостатков.The objective of the claimed invention is the creation of the mechanical seal of the rotor of a turbomachine, devoid of the above disadvantages.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной конструкции является снижение степени износа графитового кольца, упрощение конструкции уплотнения, повышение его надежности при работе и, как следствие, повышение срока службы заявленного торцевого уплотнения.The technical result achieved by using the claimed design is to reduce the degree of wear of the graphite ring, simplify the design of the seal, increase its reliability during operation and, as a result, increase the service life of the claimed mechanical seal.

Указанные технические эффекты достигаются тем, что торцевое уплотнение ротора турбомашины содержит установленный на валу ротора кольцевой элемент с уплотнительными кольцами, на наружной поверхности которого выполнен радиально сориентированный бурт, прижимную втулку, установленную на кольцевом элементе с возможностью осевого перемещения, в которой установлено графитовое кольцо, причем между прижимной втулкой и буртом кольцевого элемента расположено пружинное кольцо с поперечным разрезом, контактирующее с ними торцевыми поверхностями, при этом контактирующие торцевые поверхности прижимной втулки и пружинного кольца с поперечным разрезом выполнены коническими.These technical effects are achieved by the fact that the mechanical seal of the rotor of the turbomachine contains an annular element mounted on the rotor shaft with sealing rings, on the outer surface of which a radially oriented collar is made, a clamping sleeve mounted on the annular element with the possibility of axial movement, in which a graphite ring is installed, wherein between the clamping sleeve and the collar of the ring element is a spring ring with a transverse section in contact with the end surface in this case, the contacting end surfaces of the clamping sleeve and the spring ring with a transverse section are made conical.

Такое конструктивное исполнение графитового уплотнения позволяет следующее.Such a design of the graphite seal allows the following.

При увеличении частоты вращения ротора под действием центробежных сил, увеличивается нагрузка на прижимную втулку, в которой установлено графитовое кольцо, пружинным кольцом с поперечным разрезом по коническим поверхностям. При этом радиальная нагрузка пружинного кольца с поперечным разрезом будет равномерно оказывать усилие прижатия графитового кольца.With an increase in the rotor speed under the action of centrifugal forces, the load on the pressure sleeve, in which the graphite ring is installed, increases by a spring ring with a transverse section along conical surfaces. In this case, the radial load of the spring ring with a cross section will uniformly exert a pressing force on the graphite ring.

А на пониженных режимах работы турбомашины снижается нагрузка на прижимную втулку и, соответственно, на графитовое кольцо, что снижает трение, а следовательно, повышается срок службы и ресурс заявленного уплотнения в целом и расширяет его область применения по скоростным показателям.And at reduced operating modes of the turbomachine, the load on the clamping sleeve and, accordingly, on the graphite ring is reduced, which reduces friction, and therefore, the service life and resource of the claimed seal is increased in general and expands its scope in terms of speed.

Также отсутствие осевых пружин упрощает конструкцию уплотнения и повышает его надежность.Also, the absence of axial springs simplifies the design of the seal and increases its reliability.

Наличие радиально сориентированного бурта позволяет уплотнению работать на любых перепадах давлений, т.к. вся нагрузка будет восприниматься шариковым подшипником, а не графитовым кольцом.The presence of a radially oriented collar allows the seal to work at any pressure drop, because all load will be absorbed by a ball bearing, not a graphite ring.

Для осевого выставления ротора и первоначальной настройки контактного давления графитового кольца на корпус подшипника заявленное уплотнение может содержать регулировочное кольцо и втулку, установленные на валу ротора и контактирующие с кольцевым элементом торцевыми поверхностями.For axial alignment of the rotor and initial adjustment of the contact pressure of the graphite ring on the bearing housing, the claimed seal may include an adjusting ring and a sleeve mounted on the rotor shaft and in contact with the ring element end surfaces.

Для охлаждения корпуса подшипника регулировочное кольцо может содержать маслоподводящие сквозные каналы, по которым масло под действием центробежных сил поступает из вала ротора на стенку корпуса подшипника.To cool the bearing housing, the adjustment ring may contain oil-supplying through channels through which oil under the action of centrifugal forces flows from the rotor shaft to the wall of the bearing housing.

Для предотвращения проворота прижимной втулки и пружинного кольца с поперечным разрезом относительно кольцевого элемента, со стороны внешней поверхности кольцевого элемента и внутренних поверхностей прижимной втулки и пружинного кольца с поперечным разрезом в них выполнены радиальные глухие отверстия, образующие единую цилиндрическую полость, в которой установлен штифт.To prevent rotation of the clamping sleeve and the spring ring with a transverse cut relative to the annular element, radial blind holes are made in them on the side of the outer surface of the ring element and the inner surfaces of the pressure sleeve and the spring ring with a transverse cut, forming a single cylindrical cavity in which the pin is mounted.

На фигуре 1 представлен продольный разрез заявленного торцевого уплотнения ротора турбомашины.The figure 1 presents a longitudinal section of the claimed mechanical seal of the rotor of the turbomachine.

На фигуре 2 представлен продольный разрез заявленного торцевого уплотнения ротора турбомашины с штифтом, установленном в кольцевом элементе.The figure 2 presents a longitudinal section of the claimed mechanical seal of the rotor of the turbomachine with a pin mounted in the annular element.

Торцевое уплотнение ротора турбомашины содержит установленный на валу 1 ротора кольцевой элемент 2 с уплотнительными кольцами 3, на наружной поверхности которого выполнен радиально сориентированный бурт 4, прижимную втулку 5, установленную на кольцевом элементе 2 с возможностью осевого перемещения, в которой установлено графитовое кольцо 6, контактирующее с корпусом 7 шарикоподшипника 8, также установленного на валу 1 ротора, причем между прижимной втулкой 5 и буртом 4 кольцевого элемента расположено пружинное кольцо 9 с поперечным разрезом, контактирующее с ними торцевыми поверхностями, при этом контактирующие торцевые поверхности прижимной втулки 5 и пружинного кольца 9 с поперечным разрезом выполнены коническими.The mechanical seal of the rotor of the turbomachine contains an annular element 2 mounted on the rotor shaft 1 with sealing rings 3, on the outer surface of which a radially oriented collar 4 is made, a pressure sleeve 5 mounted on the annular element 2 with axial movement, in which a graphite ring 6 is installed, which contacts with the housing 7 of the ball bearing 8, also mounted on the shaft 1 of the rotor, and between the clamping sleeve 5 and the collar 4 of the ring element is a spring ring 9 with a transverse section contacting them with end surfaces, while the contacting end surfaces of the clamping sleeve 5 and the spring ring 9 with a transverse section are made conical.

Также на валу 1 ротора установлены регулировочное кольцо 10 и втулка 11, причем первое установлено между внутренним кольцом 12 шарикоподшипника 8 и кольцевым элементом 2 и контактирует с ними по торцевым поверхностям, а последнее установлено между кольцевым элементом 2 и кольцевым выступом вала 1 ротора и контактирует с ними по торцевым поверхностям.Also, an adjusting ring 10 and a sleeve 11 are installed on the rotor shaft 1, the first being installed between the inner ring 12 of the ball bearing 8 and the annular element 2 and in contact with them along the end surfaces, and the latter is installed between the annular element 2 and the annular protrusion of the rotor shaft 1 and is in contact with them along the end surfaces.

В регулировочном кольце 10 выполнены сквозные маслоподводящие каналы 13, по которым масло под действием центробежных сил поступает из вала 1 ротора на стенку корпуса 7 шарикоподшипника 8.In the adjusting ring 10, through oil-supplying channels 13 are made, through which oil under the action of centrifugal forces flows from the shaft 1 of the rotor to the wall of the housing 7 of the ball bearing 8.

Со стороны внешней поверхности кольцевого элемента 2 и внутренних поверхностей прижимной втулки 5 и пружинного кольца 9 с поперечным разрезом в них выполнены радиальные глухие отверстия, образующие единую цилиндрическую полость, в которой установлен штифт 14.From the side of the outer surface of the annular element 2 and the inner surfaces of the clamping sleeve 5 and the spring ring 9 with a transverse section, there are made radial blind holes forming a single cylindrical cavity in which the pin 14 is installed.

Осевое выставление ротора относительно шарикоподшипника определяется втулкой 11.The axial alignment of the rotor relative to the ball bearing is determined by the sleeve 11.

При работе турбомашины усилие прижатия прижимной втулки 5 с графитовым кольцом 6 определяется предварительным усилием обжатия пружинного кольца 9 с поперечным разрезом, которое задается регулировочным кольцом 10. При увеличении частоты вращения ротора за счет массовых характеристик пружинного кольца 9 с поперечным разрезом происходит увеличение усилия прижатия кольцевой втулки 5 и графитового кольца 6 к корпусу 7 шарикоподшипника 8, компенсируя тем самым увеличение перепада давлений на графитовом уплотнении.When the turbomachine is operating, the pressing force of the pressure sleeve 5 with the graphite ring 6 is determined by the preliminary compression force of the spring ring 9 with a transverse section, which is set by the adjusting ring 10. When the rotor speed increases due to the mass characteristics of the spring ring 9 with a transverse section, the pressure of the ring sleeve increases 5 and graphite ring 6 to the housing 7 of the ball bearing 8, thereby compensating for the increase in differential pressure on the graphite seal.

Claims

1. The mechanical seal of the rotor of the turbomachine, characterized in that it contains an annular element mounted on the rotor shaft with o-rings, on the outer surface of which a radially oriented collar is made, a clamping sleeve mounted on the annular element with axial movement, in which a graphite ring is installed, wherein between the clamping sleeve and the collar of the ring element there is a spring ring with a transverse section in contact with the end surfaces, while uyuschie end surface of the pressure sleeve and the spring ring with a cross-sectional are conical.

2. The mechanical seal of the rotor of the turbomachine according to claim 1, characterized in that it contains an adjusting ring and a sleeve mounted on the rotor shaft and in contact with the annular element by the end surfaces.

3. The mechanical seal of the rotor of the turbomachine according to claim 2, characterized in that through channels are made in the adjusting ring.

4. The mechanical seal of the rotor of the turbomachine according to claim 1, characterized in that on the side of the outer surface of the annular element and the inner surfaces of the pressure sleeve and the spring ring with a transverse section, radial blind holes are made in them, forming a single cylindrical cavity in which the pin is mounted.