SU1574967A1 - Узел уплотнени покрывного диска рабочего колеса микротурбодетандера - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к лабиринтным уплотнени м покрывных дисков турбомашин и обеспечивает снижение перетечек за счет более плотного размещени  гребней на всей прот женности покрывного диска, а также простоту сборки за счет облегчени  метрологического контрол . Узел уплотнени  содержит компланарно расположенные гребни 2, которые дистанционированы с помощью электропроводного материала 6. Гребни 2 защемлены в обечайке 7. Электропроводный материал 6 вдоль образующих конусов удален на фиксированную глубину. Уплотнение изготавливаетс  по простой широко известной технологии. 1 ил.

Description

; Изобретение относится к лабиринтным Уплотнениям и может быть использовано в ^лабиринтных уплотнениях покрывных дисков микротурбодетандеров, в частности в гелиевых турбодетандерах высокого давления,

Цель изобретения - повышение эффективности уплотнения и упрощение процесса сборки и изготовления лабиринтного уплотнения покрывного диска рабочего колеса радиально-осевого микротурбодетандера.

На чертеже изображено сечение турбодетандера с установленным в корпусе лаби- риитным уплотнением.

Лабиринтное уплотнение покрывного диска рабочего колеса микротурбодетанде; ра содержит установленные в корпусе. 1 гребни 2, которые по внутреннему диаметру расположены с минимальным технологиче- 2 i ским зазором с сопрягаемым покрывным i диском 3 рабочего колеса 4. Гребни 2 выполнены в виде компланарно расположенных усеченных сопрягаемой поверхностью по всей длине покрывного диска 3 конусов 5. Гребни 2 дистанционированы электропроводным материалом 6 и защемлены в наружной обечайке 7. На всем протяжении лабиринтного уплотнения вдоль конических образующих гребней 2 электропроводный материал 6 удален на фиксированную глубину 8.

В качестве дистанционирующего электропроводного материала 6 можно использовать медь в виде конических шайб, полученных осаживанием плоских шайб, вырубленных из тонкого листа или фольги (медного проката). Гребни 2 можно выпол нить, например, из электроосажденного никеля. Обечайку 7 также можно выполнить из никеля.

Изготовляют лабиринтное уплотнение следующим образом.

Вырубают из медного тонколистового проката шайбы с припуском по наружному и внутреннему диаметрам. Осаживают их в коническом штампе. Затем либо наносят электрогальваническим способом, например никелевое покрытие требуемой толщи- 50 ны, либо напыляют на магнетронных установках покрытие. Причем покрытие можно наносить на одной стороне или по всем поверхностям каждой конической шайбы. Для колес турбодетандера диаметром 4-10 мм в зависимости от типа рабочего колеса протяженность покрывного диска колеблется от 2 до 6 мм. Толщина покрытия выбирается в зависимости от перепада дав ления от 10 до 100 мкм.

Конические шайбы с нанесенным покрытием собирают стопкой, напрессовывают по внутреннему диаметру на Оправку и фиксируют, затем протачивают по наружноί му диаметру до вскрытия материала шайб. При этом диаметр должен быть меньше посадочного диаметра расточки в корпусе 1 под лабиринтное уплотнение. Далее осуществляют избирательное травление электро0 проводного материала по внешнему диаметру на глубину 0,2 0,5 мм. При этом на внешнем диаметре повляются конические кольцевые гребни высотой 0,2 - 0,5 мм. Эго необходимо для надежной фиксации 5 гребней в обечайке, так как никелевое покрытие после прерывания процесса обладает .очень слабой адгезией к следующему слою, в противном случае, т,е. если не осуществлять защемление гребней, происхо:0 дит расслаивание стопки конических шайб по наружному диаметру.

Формирование наружной обечайки, обеспечивающей защемление конических 25 гребней и их фиксацию, можно осуществить, например, методами гальванопластического формирования. Затем на оправке производится обработка посадочной и сопрягаемой с покрывающим диском пове30 рхностей за одну установку, чем обеспечивается минимум погрешностей изготовления, что в дальнейшем упрощает процесс сборки. Метрологический контроль, например, по пятну контакта, после 35 операции совместной притирки сопрягаемых поверхностей лабиринтного уплотнения возможен, гак как сопрягаемая поверхность лабиринтного уплотнения гладкая, что существенно упрощает процесс 40 доводки. Заключительной операцией является избирательное травление электропро водного материала дистанционирующих шайб. При этом гребни освобождаются от подложки из электропроводного материала 45 с острыми входными и выходными кромками без заусенцев и задиров. Травление или анодное растворение на фиксированную глубину вдоль конических образующих гребней осуществляют по времени на заданную глубину одновременно для всего уплотнения, чем обеспечивается фиксированная глубина удаления электропроводного материала на всей протяженности покрывного диска. Оптимальная глубина 55 удаления или время процесса растворения электропроводного материала определяется расчетным или экспериментальным путем. Электролит, в котором можно осуществить формообразование гребней, обычный.

Лабиринтное уплотнение работает следующим образом.

Газ высокого давления устремляется з зазор между первым гребнем 2 и поверхно- 1 стью покрывающего диска 3. Затем происходят внезапное расширение сечения и завихрение потока, что сопровождается потерей энергии. В дальнейшем процесс повторяется при прохождении следующего 1 гребня.

В конструкции лабиринтного уплотнения может применяться не только пара медь и никель. Так можно использовать титан в качестве дистанционирующего материала и 1 подложки для гребней из алмазной пленки, полученной осаждением из газовой фазы, с последующим частичным растворением титана в 50%-ной H2SO4 при t=95°C. В качестве подложки может использоваться сталь, 2 на которую осаждают нитрид титана или двуокись циркония, с последующим формированием обечайки из материала гребней, В обоих этих случаях подложку можно удалить на фиксированную глубину в смеси 2 азотной и соляных кислот.

В конструкции лабиринтного уплотнения общим является то, что материал дистанционирующих элементов используется как подложка для формирования гребней, фиксирующая обечайка выполняется из материала гребней, а формообразование собственно гребней осуществляется удалением части дистанционирующего элемента (подложки).

Устройство лабиринтного уплотнения покрывного диска рабочего колеса турбодетандера обладает достаточно простой технологией изготовления, что обеспечивает возможность размещения подлине профиля покрывного диска до 50-100 гребней на 1 мм, а следовательно, гидравлическое со противление уплотнения при прочих равных условиях существенно выше, что особенно важно при работе на гелии в турбодетандерах высокого давления, так как для гелиевых турбодетандеров (Траб-4,5 - 20 к) высокого давления даже незначительные потери холодопроизводительности приводят к резкому возрастанию потребляемой мощности.

Выполнение гребней в виде усеченных конусов, например, с углом при вершине, равным сумме углов установки входной и выходной кромок покрывного диска, позволяет поддерживать отношение длины уплотняемого участка к шагу гребней практически неизменным, что наряду с высокой достижимой плотностью установки гребней обеспечивает снижение утечек и повышение КПД детандера. Простота сборки обеспечивается легкостью метрологического контроля по пятну контакта.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Узел уплотнения покрывного диска рабочего колеса микротурбодетандера, содержащий установленные в корпусе гребни по внутреннему диаметру, которые расположены с минимальным технологическим зазором с поверхностью покрывного диска, о тличающийся тем, что. с целью повышения эффективности уплотнения и упрощения процесса сборки,в корпусе установлена обечайка, гребни выполнены в виде компланарно расположенных усеченных поверхностью по всей длине профиля диска конусов, между которыми установлены элементы из электропроводного материала и защемлены в обечайке, причем на всем протяжении уплотнения вдоль образующих конических гребней электропроводный материал удален на одинаковую глубину.