RU2698170C1 - Finger seal - Google Patents
Finger seal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698170C1 RU2698170C1 RU2019100626A RU2019100626A RU2698170C1 RU 2698170 C1 RU2698170 C1 RU 2698170C1 RU 2019100626 A RU2019100626 A RU 2019100626A RU 2019100626 A RU2019100626 A RU 2019100626A RU 2698170 C1 RU2698170 C1 RU 2698170C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- annular
- parts
- cuts
- slots
- fingers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области турбо- и двигателестроения и может быть использовано в конструкциях газотурбинных двигателей и паровых турбин для уплотнения радиальных зазоров.The invention relates to the field of turbo and engine building and can be used in the construction of gas turbine engines and steam turbines for sealing radial clearances.
Радиальные зазоры в проточной части паровых и газовых турбин позволяют исключить "заклинивания" ротора и статора во время работы. В то же время требование к минимизации перетоков рабочей среды через кольцевую щель между ротором и статором (между рабочими лопатками и сопловым аппаратом, валом и корпусом и т.п.) приводит к необходимости установки уплотнений в проточной части.Radial clearances in the flow part of steam and gas turbines make it possible to exclude “jamming” of the rotor and stator during operation. At the same time, the requirement to minimize the overflow of the working medium through the annular gap between the rotor and the stator (between the working blades and the nozzle apparatus, the shaft and the housing, etc.) makes it necessary to install seals in the flow part.
К одним из наиболее эффективных уплотнений радиальных зазоров относятся пальчиковые уплотнения. Известно, например, реверсивное пальчиковое уплотнение, содержащее, по крайней мере, две пары сложенных в стопку тонких кольцевых деталей, каждая из которых содержит кольцевой массив радиально и тангенциально вступающих пальчиков, между которыми имеются щели. Кольцевые детали каждой из пар расположены таким образом, что пальчики одной кольцевой детали перекрывают щели в другой. Причем пальчики кольцевых деталей одной из пар расположены под углом в направлении по часовой стрелке, а пальчики кольцевых деталей другой пары - в направлении против часовой стрелки (патент США №5031922, МПК F16J 15/447, Bidirectional finger seal. 1991).One of the most effective radial clearance seals is finger seals. It is known, for example, a reversible finger seal, containing at least two pairs of thin ring parts folded into a stack, each of which contains an annular array of radially and tangentially entering fingers, between which there are gaps. The ring parts of each of the pairs are arranged so that the fingers of one ring part overlap the slots in the other. Moreover, the fingers of the ring parts of one of the pairs are located at an angle in a clockwise direction, and the fingers of the ring parts of the other pair are in a counterclockwise direction (US patent No. 5031922, IPC F16J 15/447, Bidirectional finger seal. 1991).
Недостатком этого уплотнения является то, что оно не может компенсировать значительные отклонения ротора вследствие тепловых и механических деформаций, т.к. форма пальчиков не является оптимальной с точки зрения упругих свойств данной конструкции. Недостаточная гибкость пальчиков приводит к тому, что в процессе эксплуатации из-за чрезмерного обжатия уплотняемой поверхности возможно появление прижогов на соприкасающихся поверхностях пальчиков и поверхности ротора, снижение мощности на валу двигателя, повышение износа контактирующих пар.The disadvantage of this seal is that it cannot compensate for significant deviations of the rotor due to thermal and mechanical deformation, because the shape of the fingers is not optimal in terms of the elastic properties of this design. The insufficient flexibility of the fingers leads to the fact that during operation due to excessive compression of the sealing surface, burns may occur on the contacting surfaces of the fingers and the rotor surface, a decrease in power on the motor shaft, and increased wear of the contacting pairs.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пальчиковое уплотнение, содержащее две примыкающие друг к другу кольцевые детали, каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности пальчики, образованные путем выполнения щелей в кольцевых деталях, по меньшей мере, одна из которых имеет выступающие площадки, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками, причем кольцевые детали установлены таким образом, чтобы пальчики каждой кольцевой детали перекрывали щели примыкающей к ней другой кольцевой детали. Все пальчики имеют одинаковую толщину и отделены друг от друга одинаковыми щелями (патент США №5755445, МПК F16J 15/447, Noncontacting finger seal with hydrodynamic foot portion. 1998).The closest in technical essence to the proposed one is a finger seal containing two adjacent ring parts, each of which contains fingers evenly spaced around the circumference, formed by making slits in the ring parts, at least one of which has protruding pads made integrally with the corresponding fingers, and the annular parts are mounted so that the fingers of each annular part overlap the slots adjacent to the other ring Second part. All fingers have the same thickness and are separated from each other by the same slots (US Pat. No. 5,754,545, IPC F16J 15/447, Noncontacting finger seal with hydrodynamic foot portion. 1998).
Недостатком этого изобретения, как и предыдущего, является недостаточно высокая гибкость пальчиков, что не позволяет его использовать при значительных отклонениях ротора в процессе эксплуатации. Еще одним недостатком данного уплотнения является то, что из-за одностороннего наклона пальчиков (по или против часовой стрелки) оно не может быть использовано для эффективного уплотнения роторов, имеющих возможность реверсивного движения.The disadvantage of this invention, as well as the previous one, is the insufficiently high flexibility of the fingers, which does not allow it to be used with significant deviations of the rotor during operation. Another disadvantage of this seal is that due to the one-sided tilt of the fingers (clockwise or counterclockwise), it cannot be used for efficient sealing of rotors with the possibility of reverse movement.
Технический результат заявленного изобретения - повышение эффективности пальчикового уплотнения при значительных отклонениях ротора в процессе эксплуатации и повышение надежности уплотнения за счет улучшения гибкости кольцевых деталей и пальчиков уплотнения.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the finger seal with significant deviations of the rotor during operation and increase the reliability of the seal by improving the flexibility of the ring parts and fingers of the seal.
Указанный технический результат достигается тем, что пальчиковое уплотнение, содержащее примыкающие друг к другу кольцевые детали, каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности пальчики, образованные путем выполнения щелей в кольцевых деталях, причем кольцевые детали установлены таким образом, чтобы пальчики каждой кольцевой детали перекрывали щели примыкающей к ней другой кольцевой детали, в отличие от прототипа, щели в кольцевой детали выполнены в виде чередующихся друг с другом внутренних и внешних радиальных надрезов, расположенных с одинаковым шагом, причем внутренние и внешние надрезы выходят соответственно к внутренней и внешней поверхностям кольцевой детали, количество внутренних и внешних надрезов равно друг другу, и они имеют одинаковую глубину, не превышающую в радиальном направлении ширину кольцевой детали, а взаимное перекрытие щелей каждой кольцевой детали пальчиками примыкающей к ней другой кольцевой детали обеспечивается за счет сдвига в тангенциальном направлении кольцевых деталей относительного друг друга.The indicated technical result is achieved in that the finger seal containing annular parts adjacent to each other, each of which contains fingers evenly spaced around the circumference, formed by making slits in the annular parts, and the annular parts are installed so that the fingers of each annular part overlap the slots adjacent to it another annular part, unlike the prototype, the slots in the annular part are made in the form of alternating internal and external radial addresses located at the same pitch, with internal and external notches extending respectively to the inner and outer surfaces of the annular part, the number of internal and external notches is equal to each other, and they have the same depth, not radially exceeding the width of the annular part, and the mutual overlap of the slots each ring part with the fingers adjacent to it another ring part is provided due to the shift in the tangential direction of the ring parts relative to each other.
Указанный технический результат достигается также тем, что в пальчиковом уплотнении величина сдвига в тангенциальном направлении кольцевых деталей относительно друг друга составляет величину (0,2 до 0,8) t, где t - шаг расположения надрезов.The specified technical result is also achieved by the fact that in the finger seal the amount of shift in the tangential direction of the ring parts relative to each other is (0.2 to 0.8) t, where t is the pitch of the incisions.
Указанный технический результат достигается также тем, что в пальчиковом уплотнении: по меньшей мере, одна из кольцевых деталей имеет выступающие площадки, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками; внутренние поверхности выступающих площадок, по меньшей мере, одной из кольцевых деталей имеют сотовую структуру в виде массива ячеек с отношением глубины ячеек к диаметру вписанных в них окружностей в диапазоне 0,3…0,5; ячейки имеют шестигранную или круглую, или квадратную, или треугольную форму; диаметр вписанной в ячейки окружности составляет не более 1 мм.The specified technical result is also achieved by the fact that in the finger seal: at least one of the annular parts has protruding pads made in one piece with the corresponding fingers; the inner surfaces of the protruding pads of at least one of the annular parts have a honeycomb structure in the form of an array of cells with a ratio of the depth of the cells to the diameter of the circles inscribed in them in the range of 0.3 ... 0.5; cells are hexagonal or round, or square, or triangular; the diameter of the circle inscribed in the cells is not more than 1 mm.
Выполнение в кольцевой детали щелей в виде чередующихся друг с другом внутренних и внешних радиальных надрезов позволяет повысить гибкость уплотнения, уменьшить износ и исключить повреждение контактирующих пар, что, соответственно, повышает эффективность и надежность пальчикового уплотнения.The execution in the annular part of the slots in the form of alternating internal and external radial cuts allows one to increase the flexibility of the seal, reduce wear and eliminate damage to the contacting pairs, which, accordingly, increases the efficiency and reliability of the finger seal.
При этом, внутренние и внешние надрезы выходят соответственно к внутренней и внешней поверхностям кольцевой детали, что позволяет выполнить кольцевую деталь в виде зигзагообразной пружины, охватывающей сопрягаемую деталь (ротор турбины). Для обеспечения зигзагообразной формы пружины количество внутренних и внешних надрезов берется равным друг другу. Равномерность прижатия кольцевого уплотнения к сопрягаемой детали достигается при следующих условиях: одинаковой глубине верхних надрезов, одинаковой глубине нижних надрезов, при глубинах надрезов, не превышающих в радиальном направлении ширину кольцевой детали и при равенстве шага t расположения надрезов. Герметичность уплотнения обеспечивается за счет взаимного перекрытия щелей каждой кольцевой детали пальчиками примыкающей к ней другой кольцевой детали, которое достигается за счет сдвига в тангенциальном направлении кольцевых деталей относительного друг друга.In this case, the internal and external cuts extend respectively to the inner and outer surfaces of the annular part, which allows the annular part to be made in the form of a zigzag spring spanning the mating part (turbine rotor). To ensure a zigzag shape of the spring, the number of internal and external notches is taken equal to each other. The uniformity of pressing the annular seal to the mating part is achieved under the following conditions: the same depth of the upper cuts, the same depth of the lower cuts, with the depth of the cuts not radially exceeding the width of the annular part and if the pitch t of the cuts is equal. The tightness of the seal is ensured by the mutual overlapping of the slots of each annular part with the fingers of the adjoining other annular part, which is achieved due to the shift in the tangential direction of the annular parts relative to each other.
Конструкция предлагаемого пальчикового уплотнения иллюстрируется приведенными схематичными чертежами.The design of the proposed finger seal is illustrated by the schematic drawings.
На фиг. 1 схематически изображен изометрический вид фрагмента пальчикового уплотнения; на фиг. 2 - схема наложения двух примыкающих друг к другу кольцевых деталей пальчикового уплотнения; на фиг. 3 - изометрический вид пальчикового уплотнения и уплотняемого вала.In FIG. 1 is a schematic isometric view of a fragment of a finger seal; in FIG. 2 is a diagram of the superposition of two annular adjacent annular parts of a finger seal; in FIG. 3 is an isometric view of a finger seal and a shaft to be sealed.
Фигуры 1-3 содержат: 1, 2 - кольцевые детали; 3, 4 - пальчики уплотнения; 5, 6 - щелевые отверстия; 7 - выступающие площадки уплотнения; 8 - внешние радиальные надрезы; 9 - внутренние радиальные надрезы; 10 - кольцевые крышки; 11 - деталь ротора. Стрелками обозначены направления вращения ротора относительно уплотнения.Figures 1-3 contain: 1, 2 - ring details; 3, 4 - sealing fingers; 5, 6 — slotted holes; 7 - protruding pads seals; 8 - external radial cuts; 9 - internal radial cuts; 10 - ring covers; 11 - detail of the rotor. The arrows indicate the direction of rotation of the rotor relative to the seal.
Пальчиковое уплотнение состоит из двух примыкающих друг к другу кольцевых деталей 1 и 2 (фиг. 1), каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности пальчики 3 и 4 (фиг. 1 и 2), между которыми имеются ответные им щели 5 и 6. На кольцевой детали 1, расположенной со стороны полости низкого давления, имеются выступающие площадки 7, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками 3. Кольцевые детали 1 и 2 ориентированы по сквозным отверстиям, выполненным в кольцевых деталях 1 и 2 (не показано) и установлены друг относительно друга таким образом, что пальчики каждой кольцевой детали перекрывают щели между пальчиками в другой кольцевой детали, причем ширина пальчиков больше ширины перекрываемых ими щелей. Взаимное перекрытие щелей каждой кольцевой детали пальчиками примыкающей к ней другой кольцевой детали обеспечивается за счет сдвига в тангенциальном направлении кольцевых деталей относительного друг друга. Величина сдвига в тангенциальном направлении кольцевых деталей относительно друг друга составляет величину (0,2 до 0,8) t, где t - шаг расположения надрезов.The finger seal consists of two
В расширенном варианте конструкции пальчикового уплотнения кольцевые детали 1 и 2 могут быть прижаты со стороны полостей низкого и высокого давления кольцевыми крышками 10 (фиг. 3) для повышения жесткости конструкции в осевом направлении.In an expanded embodiment of the design of the finger seal, the
Пакет из кольцевых деталей 1, 2 и кольцевых крышек может быть закреплен с помощью соединительных элементов, например заклепок (на чертежах не показаны), расположенных в сквозных отверстиях по окружности пальчикового уплотнения. Для повышения точности установки кольцевых деталей могут использоваться соединения типа «шип-паз».A package of
Приведенное описание пальчикового уплотнения составлено для случая использования двух кольцевых деталей с пальчиками, но не исключает применение и большего числа кольцевых деталей.The above description of the finger seal is made for the case of using two ring parts with fingers, but does not exclude the use of a larger number of ring parts.
Пальчиковое уплотнение работает следующим образом.Finger seal works as follows.
Между деталью 11 ротора (фиг. 3) и пальчиками 3 и 4 устанавливается минимально допустимый зазор, который выбирается из условия отсутствия задевания деталью 11 ротора выступающих площадок 7 при нормальном режиме работы (в зависимости от габаритов ротора и условий работы зазор составляет 0,05…0,2 мм).Between the rotor part 11 (Fig. 3) and the
В процессе пуска и изменения режима работы двигателя, когда возникают значительные отклонения детали ротора 11, происходит контакт пальчиков 3 и 4 с поверхностью детали ротора 11. При этом пальчики 3 и 4 деформируются, что предотвращает "заклинивание" деталей ротора и статора.In the process of starting and changing the engine operating mode, when significant deviations of the
В отличие от известных пальчиковых уплотнений предлагаемая конструкция имеет повышенные упругие свойства, что позволяет использовать данное уплотнение при значительных колебаниях ротора без ущерба работоспособности конструкции.In contrast to the known finger seals, the proposed design has increased elastic properties, which allows the use of this seal with significant rotor vibrations without compromising the operability of the structure.
Еще одним преимуществом предлагаемой конструкции является то, что выступающие площадки благодаря упругости кольцевой детали, обеспечиваемой чередованием внутренних и внешних радиальных надрезов (образующих из кольцевой детали зигзагообразную пружину), отклоняются преимущественно в радиальном направлении, что позволяет использовать данную конструкцию для уплотнения роторов, имеющих возможность реверсивного движения (фиг. 3).Another advantage of the proposed design is that protruding platforms due to the elasticity of the annular part provided by the alternation of internal and external radial cuts (forming a zigzag spring from the annular part) are deflected mainly in the radial direction, which allows the use of this design to seal rotors that have the ability to reverse movement (Fig. 3).
Для получения щелей пальчиковых уплотнений может использоваться, например, импульсная электрохимическая обработка, основные преимущества которой следующие: отсутствие износа электрода-инструмента во время обработки, отсутствие термически измененного слоя, острых кромок и заусенцев на обработанной поверхности, возможность одновременной обработки всех межпальчиковых пазов специальным электродом-инструментом, достаточно низкая погрешность обработки (не более 20…30 мкм), хорошие показатели по шероховатости (Ra 0,2…1,25 мкм - в зависимости от материала).To obtain finger seal gaps, for example, pulsed electrochemical processing can be used, the main advantages of which are the following: no wear of the electrode tool during processing, absence of a thermally changed layer, sharp edges and burrs on the treated surface, the ability to simultaneously treat all inter-finger grooves with a special electrode - tool, rather low processing error (maximum 20 ... 30 mm), the good performance of the roughness (R a 0.2 ... 1.25 mm - depending m material).
Таким образом, предложенное изобретение благодаря повышенной гибкости кольцевых деталей и пальчиков позволяет использовать его при значительных отклонениях ротора в процессе эксплуатации, а также повышает надежность уплотнения за счет уменьшения износа и вероятности повреждения контактирующих пар.Thus, the proposed invention due to the increased flexibility of the ring parts and fingers allows you to use it with significant deviations of the rotor during operation, and also increases the reliability of the seal by reducing wear and the likelihood of damage to the contacting pairs.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019100626A RU2698170C1 (en) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Finger seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019100626A RU2698170C1 (en) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Finger seal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2698170C1 true RU2698170C1 (en) | 2019-08-22 |
Family
ID=67733901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019100626A RU2698170C1 (en) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Finger seal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698170C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4781530A (en) * | 1986-07-28 | 1988-11-01 | Cummins Engine Company, Inc. | Compressor range improvement means |
US5031922A (en) * | 1989-12-21 | 1991-07-16 | Allied-Signal Inc. | Bidirectional finger seal |
US5755445A (en) * | 1996-08-23 | 1998-05-26 | Alliedsignal Inc. | Noncontacting finger seal with hydrodynamic foot portion |
RU2416752C1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Cellular structure finger-type seal |
RU2442051C1 (en) * | 2010-10-14 | 2012-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Finger sealing and the method of its production |
-
2019
- 2019-01-10 RU RU2019100626A patent/RU2698170C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4781530A (en) * | 1986-07-28 | 1988-11-01 | Cummins Engine Company, Inc. | Compressor range improvement means |
US5031922A (en) * | 1989-12-21 | 1991-07-16 | Allied-Signal Inc. | Bidirectional finger seal |
US5755445A (en) * | 1996-08-23 | 1998-05-26 | Alliedsignal Inc. | Noncontacting finger seal with hydrodynamic foot portion |
RU2416752C1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Cellular structure finger-type seal |
RU2442051C1 (en) * | 2010-10-14 | 2012-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Finger sealing and the method of its production |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080080972A1 (en) | Stationary-rotating assemblies having surface features for enhanced containment of fluid flow, and related processes | |
EP2670953B1 (en) | Blade root, corresponding blade, rotor disc, and turbomachine assembly | |
US6860484B2 (en) | Rotor seal with folding strip | |
JP3970298B2 (en) | Shaft seal mechanism | |
JP5670789B2 (en) | Active tip clearance control and related methods for shrouded gas turbine blades. | |
US9879548B2 (en) | Turbine blade damper system having pin with slots | |
US5961280A (en) | Anti-hysteresis brush seal | |
JP6088634B2 (en) | Labyrinth seal for turbine | |
EP2586975B1 (en) | Turbine bucket with platform shaped for gas temperature control, corresponding turbine wheel and method of controlling purge air flow | |
JPH023008B2 (en) | ||
KR101721348B1 (en) | Shaft seal device and rotary machine | |
KR102031510B1 (en) | Seal structure and turbine | |
CN108603603B (en) | Sealing device and rotary machine | |
RU2150627C1 (en) | Cellular packing primarily for steam turbine | |
GB2089900A (en) | Locking of rotor blades on a rotor disk | |
JPS6310283B2 (en) | ||
RU2698170C1 (en) | Finger seal | |
KR101838837B1 (en) | Shroud, moving blade element, and rotary machine | |
JP2011080465A (en) | Radial seal pin | |
KR101973313B1 (en) | Sealing device and rotating machine | |
RU2416752C1 (en) | Cellular structure finger-type seal | |
US10006296B2 (en) | Shroud for pre-twisted airfoils | |
RU2425271C1 (en) | Seal with zigzag-shaped pins | |
RU63892U1 (en) | LABYRINTH SEAL | |
JP2009257116A (en) | Seal device and steam turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210111 |