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 (прототипа) выбрано межвальное радиально-торцевое уплотнение ротора турбомашины, содержащее два примыкающих друг к другу кольцевых элемента, имеющих кольцевые массивы пальчиков, образованные путем выполнения пазов в каждом из них, установленные на валу с угловым смещением относительно друг друга с возможностью перекрывания пазов одного кольцевого элемента пальчиками примыкающего к нему другого кольцевого элемента, а на свободных концах пальчиков выполнены выступающие площадки (см. патент US 5755445).As the closest analogue (prototype), an inter-shaft radial-end seal of the turbomachine rotor was selected, containing two adjacent annular elements having annular arrays of fingers formed by grooves in each of them mounted on a shaft with an angular offset relative to each other with the possibility of overlapping the grooves of one annular element with the fingers of the adjacent other annular element, and protruding pads are made at the free ends of the fingers (see US Pat. No. 5,754,545).
Известному техническому решению присущи следующие недостатки:The known technical solution has the following disadvantages:
В известном уплотнении бесконтактный режим работы обеспечивается за счет балансировки пальчиков в потоке воздуха за счет возникновения в зазоре под площадками газодинамических (вызванных вращением ротора) и газостатических (определяемых осевым перепадом давления) подъемных сил, которые уравновешивают силы реакции при деформировании пальчиков. При этом возникают дополнительные изгибные деформации, связанные с асимметричностью радиального зазора из-за прецессии ротора. Следствием является снижение срока службы уплотнения в целом. Кроме того, данное уплотнение невозможно использовать между роторами, что сужает его область применения.In the known seal, the non-contact mode of operation is ensured by balancing the fingers in the air flow due to the occurrence of gas-dynamic (caused by the rotation of the rotor) and gas-static (determined by the axial differential pressure) lifting forces in the gap under the platforms, which balance the reaction forces when the fingers are deformed. In this case, additional bending deformations arise, associated with the asymmetry of the radial clearance due to the precession of the rotor. The consequence is a decrease in the life of the seal as a whole. In addition, this seal cannot be used between the rotors, which narrows its scope.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является повышение его срока службы и расширение области применения.The technical result achieved by using the present invention is to increase its service life and expand the scope.
Указанные технические результаты достигаются тем, что радиально-торцевое уплотнение ротора турбомашины содержит два примыкающих друг к другу кольцевых элемента, имеющих кольцевые массивы пальчиков, образованные путем выполнения пазов в каждом из них, установленные на валу с угловым смещением относительно друг друга с возможностью перекрывания пазов одного кольцевого элемента пальчиками примыкающего к нему другого кольцевого элемента, а на свободных концах пальчиков выполнены выступающие площадки, при этом согласно настоящему изобретению оно снабжено двумя графитовыми кольцами, установленными на валу по обе стороны от примыкающих друг к другу кольцевых элементов, двумя контактными втулками, установленными на валу по обе стороны от графитовых колец, при этом выступающие площадки выполнены с образованием кольца, расположенного с зазором относительно наружных поверхностей графитовых колец с возможностью контактирования его наружной поверхности с внутренней поверхностью цилиндрического участка наружного вала или статора, причем контактные втулки, графитовые кольца и кольцевые элементы зафиксированы на валу в осевом направлении, а между одной из контактных втулок и близлежащим графитовым кольцом установлена осевая пружина.These technical results are achieved by the fact that the radial-mechanical seal of the rotor of the turbomachine contains two adjacent annular elements having annular arrays of fingers formed by making grooves in each of them, mounted on a shaft with an angular offset relative to each other with the possibility of overlapping grooves of one ring element with the fingers of another ring element adjacent to it, and protruding pads are made at the free ends of the fingers, while according to the present invention It is equipped with two graphite rings mounted on the shaft on both sides of the ring elements adjacent to each other, two contact bushings mounted on the shaft on both sides of the graphite rings, while the protruding pads are formed to form a ring located with a gap relative to the outer surfaces graphite rings with the possibility of contacting its outer surface with the inner surface of the cylindrical portion of the outer shaft or stator, moreover, contact bushings, graphite rings tsa and annular elements are fixed on the shaft in the axial direction, and between one of the contact bushings and the surrounding graphite ring installed axial spring.
Такое выполнение устройства позволяет расположить кольцевые элементы на вращающемся валу выступающими площадками вверх. Поэтому давление в канале площадки зависит не только от частоты вращения, но и от центробежных сил площадок за счет изгиба пальчиков. Это позволяет уже на малых частотах вращения иметь необходимое давление в уплотнительном канале и снижать перетечки воздуха на уплотнении. Данное уплотнение может располагаться как между валами, так и между валом и неподвижной наружной контактной втулкой статора. Это расширяет область его применения. Кольцевые элементы имеют возможность радиального смещения при прецессии роторов. При этом они скользят по торцевым поверхностям графитовых колец, а трение снижается за счет наличия паров масла, т.к. уплотнение отделяет масляную полость от воздушной. Это исключает дополнительные деформации пальчиков, присущие в прототипе, увеличивая тем самым ресурс уплотнения.This embodiment of the device allows you to arrange the ring elements on a rotating shaft with protruding platforms up. Therefore, the pressure in the channel of the site depends not only on the frequency of rotation, but also on the centrifugal forces of the sites due to the bending of the fingers. This makes it possible, even at low speeds, to have the necessary pressure in the sealing channel and to reduce air overflow on the seal. This seal can be located both between the shafts and between the shaft and the stationary external stator contact sleeve. This expands the scope of its application. Ring elements have the ability to radial displacement during the precession of the rotors. At the same time, they glide along the end surfaces of graphite rings, and friction is reduced due to the presence of oil vapor, because a seal separates the oil cavity from the air. This eliminates the additional finger deformation inherent in the prototype, thereby increasing the compaction resource.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез радиально-торцевого уплотнения ротора турбомашины.The essence of the present invention is illustrated by the drawing, which shows a longitudinal section of the radial-mechanical seal of the rotor of the turbomachine.
Радиально-торцевое уплотнение ротора турбомашины содержит два примыкающих друг к другу кольцевых элемента 1 и 2, имеющие кольцевые массивы пальчиков, образованные путем выполнения пазов в каждом из них, установленные на валу 3 с угловым смещением относительно друг друга с возможностью перекрывания пазов одного кольцевого элемента пальчиками примыкающего к нему другого кольцевого элемента, а на свободных концах пальчиков выполнены выступающие площадки, при этом оно снабжено двумя графитовыми кольцами 4 и 5, установленными на валу 3 по обе стороны от примыкающих друг к другу кольцевых элементов 1 и 2, двумя контактными втулками 6 и 7, установленными на валу 3 по обе стороны от графитовых колец 4 и 5, при этом выступающие площадки выполнены с образованием кольца 8, расположенного с зазором относительно наружных поверхностей графитовых колец 4, 5 с возможностью контактирования его наружной поверхности с внутренней поверхностью цилиндрического участка наружного вала или статора 9, причем контактные втулки 6 и 7, графитовые кольца 4 и 5 и кольцевые элементы 1 и 2 зафиксированы на валу 3 в осевом направлении, а между одной из контактных втулок 1 или 2 и близлежащим графитовым кольцом 4 или 5 установлена осевая пружина 10.The radial-mechanical seal of the rotor of the turbomachine contains two adjacent annular elements 1 and 2, having annular arrays of fingers formed by making grooves in each of them, mounted on the shaft 3 with an angular offset relative to each other with the possibility of overlapping grooves of one ring element with fingers adjoining another ring element, and protruding pads are made on the free ends of the fingers, while it is equipped with two graphite rings 4 and 5 mounted on the shaft 3 on both the sides of the adjacent ring elements 1 and 2, two contact bushings 6 and 7 mounted on the shaft 3 on both sides of the graphite rings 4 and 5, while the protruding pads are made with the formation of the ring 8, located with a gap relative to the outer surfaces of the graphite rings 4, 5 with the possibility of contacting its outer surface with the inner surface of the cylindrical portion of the outer shaft or stator 9, and the contact sleeve 6 and 7, graphite rings 4 and 5 and the ring elements 1 and 2 are fixed on the shaft 3 in axial direction, and between one of the contact sleeves 1 or 2 and the adjacent graphite ring 4 or 5, an axial spring 10 is installed.
В процессе работы уплотнения с увеличением частоты вращения вала 3 в зазоре, образованном выступающими площадками, образующими кольцо 8, и цилиндрическим участком наружного вала или статора 9, возникает избыточное давление воздуха, которое является уплотнительной средой. При этом изгибы кольцевых массивов пальчиков кольцевых элементов 1 и 2 способствуют повышению этого давления за счет центробежных сил. Кольцевые элементы 1, 2 обжаты дополнительно графитовыми кольцами 4 и 5 и контактными втулками 6 и 7 с целью исключения перетечек через зазоры в пальчиках и снижения трения об торцевые взаимно контактирующие поверхности, т.к. уплотнение допускает взаимное смещение вала 3 относительно наружного вала или статора 9, что значительно расширяет область его применения. При этом величина обжатия вышеперечисленных элементов настраивается осевой пружиной 10. Так как уплотнение расположено в масляно-воздушной полости, то трение между кольцевыми элементами 1, 2 и графитовыми кольцами 4, 5 значительно снижается за счет паров масла. Это повышает надежность и долговечность уплотнения в целом.During the operation of the seal, with an increase in the frequency of rotation of the shaft 3 in the gap formed by the protruding pads forming the ring 8 and the cylindrical section of the outer shaft or stator 9, excessive air pressure arises, which is the sealing medium. In this case, the bends of the annular arrays of fingers of the annular elements 1 and 2 contribute to an increase in this pressure due to centrifugal forces. The annular elements 1, 2 are additionally compressed with graphite rings 4 and 5 and contact sleeves 6 and 7 in order to prevent overflows through the gaps in the fingers and to reduce friction on the end mutually contacting surfaces, since the seal allows mutual displacement of the shaft 3 relative to the outer shaft or stator 9, which greatly expands its scope. In this case, the compression ratio of the above elements is adjusted by the axial spring 10. Since the seal is located in the oil-air cavity, the friction between the ring elements 1, 2 and the graphite rings 4, 5 is significantly reduced due to oil vapor. This increases the reliability and durability of the seal as a whole.
