Лабиринтное уплотнение радиального зазора турбомашины

 

Использование: в области машиностроения для авиационных газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: уплотнение выполнено в виде расположенного на роторе кольца с гребешками, образующими кольцевые канавки, и охватывающего их сотового кольца, выполненного из зигзагообразных кольцевых ребер и укрепленного на статоре. Ширина каждой кольцевой канавки равна высоте впадины зигзагообразного ребра, а профиль поперечного сечения каждой кольцевой канавки образован дугой окружности с центром, расположенным на образующей поверхности кольца ротора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к авиационным газотурбинным двигателям.

На экономичность современного и перспективного авиационного двигателя существенно влияют утечки рабочего тела через радиальные зазоры между ротором и статором. Уменьшение радиальных зазоров в устройствах для снижения утечек не всегда возможно, т.к. это связано с высоким уровнем температур рабочего тела и окружных скоростей вращения, а также с особенностями работы двигателя на переходных режимах.

В газотурбинных двигателях широко используются лабиринтные уплотнения, состоящие из тонких лабиринтных гребешков, выполненных на роторе, и ответной гладкой поверхности статора. Однако для исключения задевания гребешков ротора о статор необходим достаточно большой радиальный зазор, что ведет к существенным утечкам рабочего тела и снижению эффективности турбомашины.

Наиболее близким к заявляемому является лабиринтное уплотнение для турбомашины, состоящее из статора с короткими и длинными гребешками и ротора с выступами, имеющими конические проточки. Такое уплотнение позволяет устанавливать переменные радиальные зазоры в уплотнении по режимам работы турбомашины, однако в случае контакта ротора со статором наблюдается износ гребешков лабиринтного уплотнения, их оплавление, и, как следствие, повышение утечек рабочего тела. Кроме того, тонкие и высокие гребешки быстро прогреваются и принимают температуру рабочего тела в отличие от массивного кольца ротора. Разница температур между основанием и вершиной гребешков приводит к высоким термическим напряжениям и образованию трещин.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении достаточно высокой теплопередачи от вершины гребешков лабиринтного уплотнения к их основанию, что предупреждает появление термических трещин, повышает надежность уплотнения, а также снижает утечки рабочего тела из проточной части двигателя, а следовательно, удельный расход топлива двигателя.

На фиг. 1 изображен продольный разрез последнего рабочего колеса компрессора высокого давления двигателя с лабиринтным уплотнением; на фиг. 2 продольный разрез уплотнения; на фиг. 3 то же, при трех лабиринтных уплотнениях; на фиг. 4 узел I на фиг. 2; на фиг. 5 то же, при образовании заусенцев; на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 4.

Лабиринтное уплотнение радиального зазора турбомашины содержит расположенные на кольце 1 ротора гребешки 2 и охватывающее их сотовое кольцо 3 статора 4. Ширина m кольцевой канавки 5 между гребешками 2 равна высоте n впадины зигзагообразного ребра 6 сотового кольца 3. Профиль поперечного сечения каждой кольцевой канавки 5 между гребешками 2 образован дугой окружности с радиусом R с центром, расположенным на образующей 7 наружной поверхности кольца 1 ротора по вершинам гребешков 2.

Кольца 1 ротора расположены на диске 8, жестко закрепленном болтами 9 на диске 10 рабочего колеса последней ступени компрессора. Уплотнение установлено на выходе из компрессора и изолирует полость В высокого давления за компрессором от низконапорной полости Б, сообщенной с каналом наружного контура двигателя.

Лабиринтное уплотнение работает следующим образом.

Во время работы двигателя рабочее тело (воздух) перетекает через зазоры между гребешками 2 и зигзагообразными ребрами 6, расширяясь в полостях Г ячеек сот. При многократном дросселировании рабочего тела, протекающего через зазоры и ячейки сот, вследствие значительного гидравлического сопротивления происходит потеря давления рабочего тела из-за чего уменьшается его утечка из полости В. Против каждого ребра 6 при любом режиме работы двигателя расположен гребешок 2 (фиг. 4) и рабочее тело дросселируется узкой щелью между ребром 6 и гребешком 2. Щель имеет переменную вдоль гребешка 2 величину. Эпюра скорости перетекающего через гребешки 2 рабочего тела при различном их положении относительно сотового кольца 3 представлена на фиг. 6.

В случае касания гребешков 2 о стенки сот кольца 3 выделяющееся от трения тепло быстро передается к основанию гребешков, что предотвращает появление в них температурных трещин.

Формула изобретения

1. ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБОМАШИНЫ, содержащее расположенное на роторе кольцо с гребешками, образующими кольцевые канавки, и охватывающее их сотовое кольцо, выполненное из зигзагообразных кольцевых ребер и укрепленное на статоре, отличающееся тем, что ширина каждой кольцевой канавки равна высоте впадины зигзагообразного ребра.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что профиль поперечного сечения каждой кольцевой канавки образован дугой окружности с центром, расположенным на образующей наружной поверхности кольца ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6