Торцевое уплотнение вала турбомашины

 

Использование: газотурбостроение, в частности з сухих газовых торцевых уплотнениях валов турбомашины. Сущность изобретения: уплотнение состоит из вращающегося кольца 1. подпружиненного осевой пружиной 2, статорного кольца 3, подпружиненного осевой пружиной 4. Уплотнение снабжено специально спрофилированными шпонками 5. Шпонки 5 расположены в радиальной плоскости в пазах во вращающемся коаьце 1 и во втулке 6 вала 7. Шпонки 5 служат как для передачи вращающего момента от вала 7 на вращающееся кольцо 1, так и для создания осевого зазора между уплотняющими торцевыми поверхностями вращающегося кольца 1 и статорного кольца 3 путем осевого смещения вращающегося кольца 1 в противоположную сторону от статорного кольца 3. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. J Ы 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ЗИ5 F 02 С7/2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

}»

}M (21) 4744845/06; 4783927/06 (22) 03.10.89 (23) 30.11.89 (46) 30.10.92, Вюл, ¹ 40 (71) Всесоюзное научно-пооизводственное объединение турбохолодильной газоперекачивающей и газотурбинной техники

"Союзтурбо га,з." (72) В.Н.Далакав, В,A.}лшенко, В,К,Кривонос и Г.M,Àëòóõåð (56) Патент США ¹ 4212475, кл. F 16 } 15/34, опублик. }980, (54) ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ТУРБОМАШИНЫ (57) Использование: газотурбостроение, в частности в сухих газовых торцевых уплотБЫ,, 17/2383 Al нениях валов турбомашины. Сущность изобретения: уплотнение состоит из вращающегося кольца 1, подпружиненного осевой пружиной 2, статорного кольца 3, подпружиненного осевой пружиной 4. Уплотнение снабжено специально спрофилированными шпонками 5. Шпонки 5 расположены в радиальной плоскости в пазах во вращающемся кольце 1 и во втулке 6 вала 7, Шпонки 5 служат как для передачи вращающего момента от вала 7 на вра.цэющееся кольцо 1, так и для создания осевого зазора между уплотняющими торцевыми поверхностями вращающегося кольца 1 и статорного кольца 3 путем осевого смещения вращающегося кольца 1 в противоположную сторону от статорного кольца 3. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1772383

Изобретение относится к области газовой промышленности, в частности к сухим газовым торцевым уплотнениям вала турбомашины, Известны торцевые уплотнения валов трубомашин, недостатком которых являются большие потери мощности на работу уплотнения, значительные эксплуатационные затраты, большие размеры и вес уплотнения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является сухое газовое торцевое уплотнение, которое содержит графитовое статорное кольцо, нагруженное пружинами, торцевая уплотняющая поверхность которого контактирует с торцевой уплотняющей поверхностью вращающегося кольца из карбида вольфрама, жестко сидящего на валу турбомашины. На его торцевой поверхности со стороны статорного кольца в районе внутреннего диаметра имеется уплотнительный кольцевой поясок, к которому на стояночном режиме трубомашины прижимается подпружиненное статорное кольцо, По периферии вращающегося кольца имеются спиральные канавки, с помощью которых образуются ребра, выполняющие роль компрессорных лопаток, В динамике, при вращении вала турбомашины, гаэ захватывается лопатками и нагнетается к уплотнительному торцевому пояску, Увеличенное таким путем давление

-.перед уплотнительным пояском преодолевает сопротивление пружины статорного кольца и отодвигает его в осевом направлении до возникновения рабочего зазора между статорным кольцом и вращающимся кольцом. Таким способом возникает осевой зазор между уплотняющими торцевыми поверхностями колец, обеспечивающий безаварийную работу уплотнения скоростных турбомашин.

Недостатками, данной конструкции уплотнения являются конструктивная и технологическая сложность изготовления уплотнения из-за принятого принципа разделения уплотняющих колец путем нагнетания газа в зазор между ними до преодоления сопротивления пружины.статорного кольца; недостаточная надежность работы конструкции из-за жесткого соединения вращающегося. кольца с валом, которое может привести к угловым отклонениям уплотняющих торцевых поверхностей вследствие тепловых деформаций и возможных прогибов вала, что ухудшит условия работы уплотнения, увеличенный расход газа через зазор между торцами уплотнительных колец, т.к, уплотнение работает по принципу нагнетания газа лопатками вра5

10 щающегося кольца к уплотнительному торцевому пояску; расходование части мощности турбомашины на нагнетание газа лопаточным аппаратом. вращающегося кольца к уплотнительному пояску; вследствие определенной профилировки лопаток нагнетателя вращающегося кольца уплотнение конструктивно привязано к определенной стороне вращения вала, что не дает возможности выполнить унифицированное уплотнение.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности работы уплотнения, а также создание унифициро15 ванной конструкции торцевого уплотнения независимо от стороны. вращения вала турбомашины.

Поставленная цель достигается новой конструкцией уплотнения, в которой разь20 единение уплотняющих колец осуществляется шпоночно-пружинным механизмом с помощью центробежных сил, действующих на шпонку, при большей степени свободы вращающегося кольца относительно вала

25 турбомашины.

Такой способ раэьединения уплотняющих колец позволяет повысить экономичность уплотнения.

Вместо неэкономичного:способа раэь30 единения уплотняющих колец при работе турбомашины с помощью нагнетателя газа на вращающемся кольце, что увеличивает расход газа через уплотнение, разъединение осуществляется с помощью нескольких

35 специально спрофилированных шпонок. размещенных между вращающимся кольцом и валом турбомашины в радиальных ПЛОСКОСТЯХ.

Данные шпонки служат. одновременно

40 для передачи вращающего момента от вала к вращающемуся кольцу,. при этом повышается надежность работы уплотнения.

Благодаря увеличению степени свободы вращающегося кольца относительно ва45 ла турбомашины это кольцо в работе будет находиться в поле своих центробежных сил и не будет испытывать на себе влияния изменения оси вращения вала вследствие вибрации и возможных погибов вала, чем

50 устраняется возможность угловых перемещений торца вращающегося кольца относительно статорного кольца. При этом создается унифицированная конструкция уплотнения,. не зависящая от стороны вра55 щения, повышается экологическая чистота турбомашины вследствие меньших протечек газа через уплотнение вала в атмосферу

Уплотняющие торцевые поверхностИ вращающегося и статорного колец могут

1772383

30

40

50 быть выполнены как коническими, так и перпендикулярными к оси вала.

В случае конического торцевого уплотнения осевой зазор между уплотняющими торцевыми поверхностями будет дополнительно создаваться за счет растягивающих центробежных сил, действующих на вращающееся кольцо, На фиг.1 показан продольный разрез торцевого уплотнения вала турбомашины с коническими уплотняющими поверхностями; на фиг,2 — продольный разрез торцевого уплотнения вала турбомашины с уплотняющими поверхностями, перпендикулярными к оси нала.

Торцевые уплотнения вала турбомашины, показанные на фиг. 1 и 2, состоят из следующих деталей: вращающееся уплотнительное кольцо 1, осевая пружина 2 вращающегося уплотнительного кольца 1, статорное уплотнительное кольцо 3, осевая пружина 4 статорного уплотнительногс кольца 3, специально спрофилированные шпонки 5 уплотнения, втулка 6 на валу турбомашины, вал 7 турбомашины. .При вращении вала 7 шпонка 5 осуществляет две функции: передает вращающий момент от вала 7 на вращающееся кольцо 1, осуществляет разьединение уплотняющих колец, вращающегося кольца 1 со статорным кольцом 3, до создания осевого зазора между ними.

Для этого соответственно сферическим торцевым поверхностям шпонок 5 во вращающемся кольце 1 и во втулке 5 вала 7 выполнены ответные пазы, в которые вкладываются шпонки 5, В стояночном режиме турбомашины уплотнительное вращающееся кольцо 1 под давлением его осевой пружины 2 будет упираться в статорное кольцо 3 и, преодолевая сопротивление осевой пружины 4. сдвинет стэторное кольцо 3 в осевом направлении до образования расчетного осевого зазора д между стэторным кольцом 3 и корпусом уплотнения. При этом ось шпонки 5 окажется в наклонном положении под углом Рк оси вала.

В динамике с увеличением числа.оборотов вала турбомашины на шпанки 5 будут действовать центробежные силы F, приложенные к центру тяжести шпанки, которые относительно точки опоры шпонки в ответном пазу во втулке 6 ротора 7 создадут вращающий момент М,р.

Вращающий момент Мвр будет поворачивать шпанку в плоскости чертежа до его радиального положения, когда прекратится действие вращающего момента.

При этом под давлением наружного конца шпонки 5 на вращающееся кольцо 1 последнее, преодолевая сопротивление пружины 2, будет смещаться в осевом направлении в противоположную сторону от статорного кольца 3. Статорное кольцо 3 под давлением его осевой пружины 4 будет следовать в осевом направлении за вращающимся кольцом 1, пока не будет выбран зазор д между статорным кольцом 3 и корпусом уплотнения. После этого, к моменту выхода оси шпонки 5 в радиальное положение, возникнет рабочий осевой зазор между вращающимся кольцом 1 и статорным кольцом 3, который предупредит повреждение уплотнения вала быстроходной турбомашины. При этом газ из зоны высокого давления

А будет дросселироваться в зону низкого давления Б и далее s атмосферу.

На приведенных чертежах жирными точками показаны места эластичного уплотнения в конструкции уплотнения для устранения обходных проточек газа, Формула изобретения

1. Торцевое уплотнение вала турбомашины, содержащее втулку, закрепленную на валу, с установленным на ней вращающимся кольцом, корпус с закрепленным в нем с образованием осевого зазора статорным кольцом, контактирующим уплотнительной торцевой поверхностью с ответной торцевой поверхностью вращающегося кольца, пружину, поджимающую статорное кольцо, отл ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности, уплотнение снабжено шпонкой, дополнительной пружиной, поджимающей вращающееся кольцо, во втулке и во вращающемся кольце выполнены пазы, а шпонка установлена в последних с возможностью поворота относительно ее вертикальной оси, 2. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что уплотнительные торцевые поверхности вращающегося и статорного колец выполнены коническими.

3. Уплотнение по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что уплотнительные торцевые поверхности вращающегося и статорного колец выполнены перпендикулярными к оси вала, 1772383

Co<,TàBèòåëü В, Далаков

Текред M,Ìopãåíòàë Корректор О, Юрковецкая

Редактор

Произаодстаенно-издателаский комбинат "Патент", г. Ужгород, уа.Гагарина. 101

Заказ 3825 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5