RU2634510C1 - End contact seal of turbomachine rotor - Google Patents

End contact seal of turbomachine rotor Download PDF

Info

Publication number
RU2634510C1
RU2634510C1 RU2016144331A RU2016144331A RU2634510C1 RU 2634510 C1 RU2634510 C1 RU 2634510C1 RU 2016144331 A RU2016144331 A RU 2016144331A RU 2016144331 A RU2016144331 A RU 2016144331A RU 2634510 C1 RU2634510 C1 RU 2634510C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
additional
graphite ring
sleeve
bushing
seal
Prior art date
Application number
RU2016144331A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Донцов
Николай Владимирович Кикоть
Андрей Валерьевич Узбеков
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо")
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 Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") filed Critical Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо")
Priority to RU2016144331A priority Critical patent/RU2634510C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634510C1 publication Critical patent/RU2634510C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/26—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for rigid sealing rings
    • F16J15/30—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for rigid sealing rings with sealing rings made of carbon

Landscapes

  • Mechanical Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: end contact seal of turbomachine rotor contains a bushing mounted on the shaft and fixed with respect to the last in the axial direction, an additional bushing rigidly connected to the stator, a graphite ring mounted in an additional bushing and contacting one of its ends with a radial wall of the latter, and an axial spring. Also, the end seal comprises an additional graphite ring mounted on a collar formed on the outer surface of the bushing and in contact with the graphite ring at the end, an additional collar made on the outer surface of the bushing, an annular element made with a complementary collar and contacting by a part of its inner surface with a part of the outer surface of the additional graphite ring. Between the additional graphite ring and the additional collar, an annular cavity is formed in which an axial spring is installed, wherein the graphite ring is fixed against rotation with respect to the additional bushing. The internal diameters of graphite ring, the additional graphite ring, and also the said radial wall are arranged at the same level, in addition, the oil supply channels are provided in the bushing, and in the additional graphite ring - the openings communicating the oil cavity with the annular cavity and the oil supply line respectively.
EFFECT: reduction of the degree of graphite ring wear and increase in the allowable pressure drop across the seal.
1 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к уплотнениям турбомашин компрессоров авиационных газотурбинных двигателей, и предназначено для разделения масляной и воздушной сред.The invention relates to a sealing technique, namely, to seals of turbomachines for compressors of aircraft gas turbine engines, and is intended for the separation of oil and air environments.

Известно торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку, установленную на валу и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку, соединенную с статором, графитовое кольцо, установленное в дополнительной втулке и контактирующее одним из своих торцов с радиальной стенкой последнего, осевую пружину (см. рис. 18.5_2б, стр. 1202, глава 18-Уплотнения ГТД, авторы: А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий, «Газотурбинные двигатели», ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2007 г.).A mechanical contact seal of a turbomachine rotor is known, comprising a sleeve mounted on the shaft and fixed relative to the latter in the axial direction, an additional sleeve connected to the stator, a graphite ring installed in the additional sleeve and contacting one of its ends with the radial wall of the latter, an axial spring (see Fig. 18.5_2b, p. 1202, chapter 18-Seals of gas turbine engines, authors: A. A. Inozemtsev, M. A. Nikhamkin, V. L. Sandratsky, “Gas turbine engines”, OJSC “Aviadvigatel”, Perm, 2007).

Данное уплотнение выбрано в качестве прототипа.This seal is selected as a prototype.

В известном уплотнении усилие прижатия графитового кольца к торцу втулки вала задается осевыми пружинами по направляющим штифтам через дополнительную втулку. Данное усилие постоянно на всех режимах работы и настроено на максимальный режим, поэтому на малых режимах работы происходит повышенный износ графитового кольца. Это снижает ресурс уплотнения.In the known seal, the pressing force of the graphite ring to the end of the shaft sleeve is set by axial springs along the guide pins through the additional sleeve. 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. This reduces the compaction life.

Кроме того, известное уплотнение ограничено к допустимому перепаду давлений, т.к. к усилию прижатия графитового кольца к торцу втулки от пружин добавляется еще усилие давления воздушной полости, воздействующее на торец дополнительной втулки как поршень. Это ограничивает допустимый перепад давлений на уплотнении и область его применения.In addition, the known seal is limited to an allowable differential pressure, because to the force of pressing the graphite ring to the end face of the sleeve from the springs is added another pressure force of the air cavity, acting on the end face of the additional sleeve as a piston. This limits the permissible differential pressure across the seal and its scope.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является снижение степени износа графитового кольца, повышение ресурса уплотнения, а также расширения области его применения, за счет повышения допустимого перепада давлений на уплотнении.The technical result achieved when using the present invention is to reduce the degree of wear of the graphite ring, increase the life of the seal, as well as expand the scope of its application, by increasing the allowable differential pressure on the seal.

Указанный технический результат достигается тем, что известное торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку, установленную на валу и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку, жестко соединенную с статором, графитовое кольцо, установленное в дополнительной втулке и контактирующее одним из своих торцов с радиальной стенкой последней, осевую пружину, согласно настоящему изобретению, содержит дополнительное графитовое кольцо, установленное на бурте, выполненном на наружной поверхности втулки и контактирующее с графитовым кольцом по торцу, дополнительный бурт выполненный на наружной поверхности втулки, кольцевой элемент, выполненный зацело с дополнительным буртом и контактирующий участком своей внутренней поверхности с участком наружной поверхности дополнительного графитового кольца, причем между дополнительным графитовым кольцом и дополнительным буртом образована кольцевая полость, в которой установлена осевая пружина, при этом графитовое кольцо зафиксировано от проворота относительно дополнительной втулки, а внутренние диаметры графитового кольца, дополнительного графитового кольца, а также упомянутой радиальной стенки расположены на одном уровне, кроме того, во втулке выполнены маслоподводящие каналы, а в дополнительном графитовом кольце - отверстия, сообщающие масляную полость с кольцевой полостью и нагнетающей маслоподводящей магистралью соответственно.The specified technical result is achieved by the fact that the known mechanical contact seal of the rotor of the turbomachine, containing a sleeve mounted on the shaft and fixed relative to the latter in the axial direction, an additional sleeve rigidly connected to the stator, a graphite ring installed in the additional sleeve and in contact with one of its ends with the radial wall of the latter, the axial spring, according to the present invention, contains an additional graphite ring mounted on a collar made on the bunk the outer surface of the sleeve and in contact with the graphite ring at the end, an additional shoulder made on the outer surface of the sleeve, an annular element made integrally with an additional shoulder and in contact with a portion of its inner surface with a portion of the outer surface of the additional graphite ring, moreover, formed between the additional graphite ring and the additional shoulder the annular cavity in which the axial spring is installed, while the graphite ring is fixed against rotation relative to the additional the bushing, and the inner diameters of the graphite ring, the additional graphite ring, and the aforementioned radial wall are located at the same level, in addition, the oil supply channels are made in the sleeve, and the holes communicating the oil cavity with the annular cavity and the pumping oil supply line in the additional graphite ring respectively.

Такое выполнение устройства позволяет снизить степень износа графитового кольца и повысить его ресурс за счет того, что усилие затяжки осевой пружины изначально настроено на малые режимы работы. С повышением режима работы до рабочих усилие контакта в торце дополнительного графитового кольца возрастает за счет масла, поступающего в полость осевой пружины, и под действием центробежных сил масло дополнительно давит на дополнительное графитовое кольцо. Тем самым создается нужное осевое поджатие дополнительного графитового кольца, обеспечивающее работу уплотнения. Отверстия в дополнительном графитовом кольце предназначены для сбрасывания излишек масла, его обновления в полости с осевой пружиной, и дополнительного охлаждения дополнительного графитового кольца. Данное уплотнение не зависит от перепада давлений, за счет того, что давление воздуха в осевом направлении воздействует только на дополнительную втулку статора и на бурт втулки вала. Из-за того, что внутренние диаметры дополнительной втулки статора, графитового кольца и дополнительного графитового кольца расположены на одном уровне - на них воздействует давление воздуха только в радиальном направлении, которое не оказывает влияния на работоспособность уплотнения. Таким образом, расширяется область применения данного уплотнения.This embodiment of the device allows to reduce the degree of wear of the graphite ring and increase its resource due to the fact that the torque of the axial spring is initially set to small operating modes. With an increase in the operating mode to working, the contact force at the end of the additional graphite ring increases due to the oil entering the cavity of the axial spring, and under the action of centrifugal forces, the oil additionally presses on the additional graphite ring. This creates the necessary axial compression of the additional graphite ring, which ensures the operation of the seal. The holes in the additional graphite ring are designed to discharge excess oil, its renewal in the cavity with an axial spring, and additional cooling of the additional graphite ring. This seal does not depend on the differential pressure, due to the fact that the air pressure in the axial direction acts only on the additional stator sleeve and on the shoulder of the shaft sleeve. Due to the fact that the inner diameters of the additional stator sleeve, graphite ring and additional graphite ring are located at the same level, they are affected by air pressure only in the radial direction, which does not affect the performance of the seal. Thus, the scope of this seal is expanding.

На фигуре чертежа представлен продольный разрез торцевого контактного уплотнения ротора турбомашины.The figure of the drawing shows a longitudinal section of the mechanical seal of the rotor of the turbomachine.

Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку 1, установленную на валу 2 и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку 3, жестко соединенную с статором 4 (посредством шлицевого соединения), графитовое кольцо 5, установленное в дополнительной втулке 3 и контактирующее одним из своих торцов с ее радиальной стенкой, осевую пружину 6. Причем на участке наружной поверхности графитового кольца 5, контактирующей с внутренней поверхностью дополнительной втулки 3, выполнена кольцевая канавка, в которой установлено уплотнительное кольцо 7.The mechanical seal of the rotor of the turbomachine, comprising a sleeve 1 mounted on the shaft 2 and fixed relative to the latter in the axial direction, an additional sleeve 3, rigidly connected to the stator 4 (by means of a spline connection), a graphite ring 5 installed in the additional sleeve 3 and in contact with one of their ends with its radial wall, an axial spring 6. Moreover, on the portion of the outer surface of the graphite ring 5 in contact with the inner surface of the additional sleeve 3, an annular Navka, wherein the sealing ring 7 is established.

Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины также содержит дополнительное графитовое кольцо 8, установленное на бурте 9, выполненном на наружной поверхности втулки 1, и контактирующее с графитовым кольцом 5 по их близлежащим торцам торцам, причем на участке наружной поверхности бурта 9 выполнена кольцевая канавка, в которой установлено уплотнительное кольцо 10.The mechanical seal of the rotor of the turbomachine also contains an additional graphite ring 8 mounted on the shoulder 9, made on the outer surface of the sleeve 1, and in contact with the graphite ring 5 at their adjacent ends, and on the outer surface of the shoulder 9 there is an annular groove in which o-ring 10.

Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины дополнительно содержит дополнительный бурт 11, выполненный на наружной поверхности втулки 1, кольцевой элемент 12, выполненный зацело с дополнительным буртом 12 и контактирующий участком своей внутренней поверхности с участком наружной поверхности дополнительного графитового кольца 8. Дополнительный бурт 11 и кольцевой элемент 12 размещены со стороны масляной полости 13 (фактически в ней).The mechanical seal of the rotor of the turbomachine additionally contains an additional collar 11, made on the outer surface of the sleeve 1, an annular element 12, made integrally with an additional collar 12 and in contact with a portion of its inner surface with a portion of the outer surface of the additional graphite ring 8. Additional collar 11 and annular element 12 placed on the side of the oil cavity 13 (actually in it).

Между дополнительным графитовым кольцом 8 и дополнительным буртом 11 образована кольцевая полость 14, в которой установлена упомянутая осевая (например, тарельчатая или S-образная) пружина 6. При этом графитовое кольцо 5 зафиксировано от проворота относительно дополнительной втулки 3 посредством штифтов 15, а внутренние диаметры графитового кольца 5, дополнительного графитового кольца 8, а также упомянутой радиальной стенки дополнительной втулки 3 расположены на одном уровне, с образованием осевого кольцевого зазора 16, с одной стороны сообщенного с воздушной полостью 17, а с другой - ограниченного торцом бурта 9.An annular cavity 14 is formed between the additional graphite ring 8 and the additional collar 11, in which said axial (for example, Belleville or S-shaped) spring 6 is installed. In this case, the graphite ring 5 is fixed against rotation by the additional sleeve 3 by pins 15, and the inner diameters graphite ring 5, additional graphite ring 8, as well as the aforementioned radial wall of the additional sleeve 3 are located at the same level, with the formation of an axial annular gap 16, on the one hand Foot with an air cavity 17, and on the other - a limited end collar 9.

Кроме того, во втулке 1 выполнены маслоподводящие каналы 18, а в дополнительном графитовом кольце 8 - отверстия 19, сообщающие масляную полость 13 с кольцевой полостью 14 и нагнетающей маслоподводящей магистралью соответственно.In addition, oil supply channels 18 are made in sleeve 1, and holes 19 are made in additional graphite ring 8, communicating oil cavity 13 with annular cavity 14 and an oil supply pipe, respectively.

При работе турбомашины на малых режимах усилие прижатия дополнительного графитового кольца 8 к графитовому кольцу 5 определяется осевой пружиной 6. При увеличении частоты вращения ротора за счет увеличения давления масла в кольцевой полости 14 за счет центробежных сил создается дополнительное осевое воздействие, которое давит на дополнительное графитовое кольцо 8. Тем самым создается нужное осевое поджатие дополнительного графитового кольца 8, обеспечивающее работу уплотнения. Отверстия 19 в дополнительном графитовом кольце 8 предназначены для сбрасывания излишек масла и обновления его в кольцевой полости 14 с осевой пружины 6, а также для дополнительного охлаждения дополнительного графитового кольца 8.When the turbomachine operates in small modes, the pressing force of the additional graphite ring 8 to the graphite ring 5 is determined by the axial spring 6. With an increase in the rotor speed due to an increase in oil pressure in the annular cavity 14, an additional axial action is created by the centrifugal forces, which presses on the additional graphite ring 8. Thereby, the necessary axial compression of the additional graphite ring 8 is created, which ensures the operation of the seal. The holes 19 in the additional graphite ring 8 are intended for dropping excess oil and updating it in the annular cavity 14 from the axial spring 6, as well as for additional cooling of the additional graphite ring 8.

Данное уплотнение не зависит от перепада давлений, за счет того, что давление воздуха в осевом направлении воздействует только на дополнительную втулку 3 статора 4 и на бурт 9 втулки 1 вала 2.This seal does not depend on the differential pressure, due to the fact that the air pressure in the axial direction acts only on the additional sleeve 3 of the stator 4 and on the shoulder 9 of the sleeve 1 of the shaft 2.

Вследствие того, что внутренние диаметры дополнительной втулки 3, графитового кольца 5 и дополнительного графитового кольца 8 выполнены на одном уровне - на них воздействует давление воздуха только в радиальном направлении, которое не оказывает влияния на работоспособность уплотнения. Таким образом, повышается ресурс уплотнения и расширяется его область применения.Due to the fact that the inner diameters of the additional sleeve 3, the graphite ring 5 and the additional graphite ring 8 are made at the same level, they are affected by air pressure only in the radial direction, which does not affect the performance of the seal. Thus, the resource of compaction is increased and its scope is expanded.

Claims (1)

Торцевое контактное уплотнение ротора турбомашины, содержащее втулку, установленную на валу и зафиксированную относительно последнего в осевом направлении, дополнительную втулку, жестко соединенную с статором, графитовое кольцо, установленное в дополнительной втулке и контактирующее одним из своих торцов с радиальной стенкой последней, осевую пружину, отличающееся тем, что содержит дополнительное графитовое кольцо, установленное на бурте, выполненном на наружной поверхности втулки и контактирующее с графитовым кольцом по торцу, дополнительный бурт, выполненный на наружной поверхности втулки, кольцевой элемент, выполненный зацело с дополнительным буртом и контактирующий участком своей внутренней поверхности с участком наружной поверхности дополнительного графитового кольца, причем между дополнительным графитовым кольцом и дополнительным буртом образована кольцевая полость, в которой установлена осевая пружина, при этом графитовое кольцо зафиксировано от проворота относительно дополнительной втулки, а внутренние диаметры графитового кольца, дополнительного графитового кольца, а также упомянутой радиальной стенки расположены на одном уровне, кроме того, во втулке выполнены маслоподводяшие каналы, а в дополнительном графитовом кольце - отверстия, сообщающие масляную полость с кольцевой полостью и нагнетающей маслоподводящей магистралью соответственно.The mechanical seal of the rotor of the turbomachine, containing a sleeve mounted on the shaft and fixed relative to the latter in the axial direction, an additional sleeve rigidly connected to the stator, a graphite ring installed in the additional sleeve and contacting one of its ends with a radial wall of the latter, an axial spring, characterized the fact that it contains an additional graphite ring mounted on the shoulder, made on the outer surface of the sleeve and in contact with the graphite ring at the end, an additional shoulder made on the outer surface of the sleeve, an annular element made integrally with an additional shoulder and in contact with a portion of its inner surface with a portion of the outer surface of the additional graphite ring, an annular cavity formed in which an axial spring is installed between the additional graphite ring and the additional shoulder this graphite ring is fixed from rotation relative to the additional sleeve, and the inner diameters of the graphite ring, additional the graphite ring, as well as the said radial wall, are located at the same level, in addition, oil-supplying channels are made in the sleeve, and holes communicating the oil cavity with the annular cavity and the pumping oil supply line in the additional graphite ring, respectively.
RU2016144331A 2016-11-11 2016-11-11 End contact seal of turbomachine rotor RU2634510C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144331A RU2634510C1 (en) 2016-11-11 2016-11-11 End contact seal of turbomachine rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144331A RU2634510C1 (en) 2016-11-11 2016-11-11 End contact seal of turbomachine rotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634510C1 true RU2634510C1 (en) 2017-10-31

Family

ID=60263699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016144331A RU2634510C1 (en) 2016-11-11 2016-11-11 End contact seal of turbomachine rotor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634510C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2037704C1 (en) * 1990-07-10 1995-06-19 Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" Radial-face contact seal
WO2009103870A2 (en) * 2007-12-21 2009-08-27 Snr Roulements Sealing device with built-in magnetic encoder including at least one frictional radial contact lip
RU2525370C1 (en) * 2013-06-06 2014-08-10 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Turbomachine support radial end seal
RU2598966C1 (en) * 2015-07-03 2016-10-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) End gas dynamic seal of turbomachine rotor support

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2037704C1 (en) * 1990-07-10 1995-06-19 Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" Radial-face contact seal
WO2009103870A2 (en) * 2007-12-21 2009-08-27 Snr Roulements Sealing device with built-in magnetic encoder including at least one frictional radial contact lip
RU2525370C1 (en) * 2013-06-06 2014-08-10 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Turbomachine support radial end seal
RU2598966C1 (en) * 2015-07-03 2016-10-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) End gas dynamic seal of turbomachine rotor support

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИНОЗЕМЦЕВ М.А. и др. Газотурбинные двигатели, ОАО "Авиадвигатель", г.Пермь, 2007, с.1202, рис.18.5 2б. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9695940B2 (en) Bidirectional lift-off circumferential shaft seal segment and a shaft seal including a plurality of the segments
US9638326B2 (en) Arch-bound ring seal and ring seal system including an arch-bound ring seal
US10619512B2 (en) Rotary machine and method for controlling rotary machine
CN102906426B (en) Variable-displacement lubricating pump
JP6918696B2 (en) Fluid cushion sealing device
KR20140045519A (en) Piston pump
RU2525370C1 (en) Turbomachine support radial end seal
RU2632066C2 (en) Device to provide seal between coaxial shafts of turbomachine
RU2658752C1 (en) Turbomachine with grease lubricant rotor support
RU2634510C1 (en) End contact seal of turbomachine rotor
RU2579646C1 (en) Elastic damper rotor support turbomachinery
US9746080B2 (en) High pressure seal assembly for a moveable shaft
JP5920645B2 (en) Energy recovery axial plunger pump
RU2529278C1 (en) Inter-shaft radial-end contact seal
RU2525378C1 (en) End seal of turbomachine rotor
RU2578933C1 (en) Radial-end seal of turbomachine rotor
RU2598966C1 (en) End gas dynamic seal of turbomachine rotor support
RU2561809C1 (en) Contact graphite sealing of turbine machine rotor
RU2666108C1 (en) Turbomachine with grease lubricant rotor support
RU2578939C1 (en) Radial-end seal of turbomachine rotor
JPH09273636A (en) Mechanical seal
KR101584156B1 (en) Seal for gas turbine and seal assembly having the same
RU2211345C1 (en) Gas turbine engine
RU2614910C1 (en) Combination seal of turbomachine
RU2663368C1 (en) Contact radial-butt graphite sealing of the turbo machine rotor

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner