Уплотнительное устройство газотурбинного двигателя

 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к уплотнительным устройствам за компрессором газотурбинного двигателя. Уплотняющее рабочее тело, перетекающее через уплотнительное устройство через щелевой канал 11 и полость смешения 15 в полость В низкого давления из полости Б высокого давления, создает разрежение на входе в полость смешения 15, куда увлекается через канал 14 низкотемпературный охлаждающий воздух из щелеобразной полости А в полость низкого давления В. Решена техническая задача, заключающаяся в повышении экономичности газотурбинного двигателя за счет обеспечения минимальной величины радиального зазора на всех режимах работы двигателя путем организации газоструйной эжекции на выходе из уплотнительного устройства. 2 ил.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к уплотнительным устройствам за компрессором газотурбинного двигателя.

Известны газоструйные компрессоры, которые служат для транспортировки воздуха или газа и состоят из активного сопла, пассивного сопла и камеры смешения [1]. Газоструйные компрессоры выполняются как с центральным, так и с боковым подводом активного газа. Однако для работы такого компрессора необходим активный газ или воздух повышенного давления, что приводит к ухудшению экономичности газотурбинного двигателя.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция уплотнительного устройства за компрессором газотурбинного двигателя, включающего лабиринт с уплотнительными гребешками, закрепленный на последнем колесе компрессора, и ответное лабиринту неподвижное кольцо с дефлектором, в щелеобразную полость между которыми подается охлаждающий воздух из-за промежуточной ступени компрессора на рабочих режимах двигателя [2].

Однако известное устройство не обеспечивает высокую экономичность двигателя, возможность регулирования расхода охлаждающего воздуха и, как следствие, величины радиального зазора и снижения утечек воздуха через лабиринт при работе газотурбинного двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении экономичности газотурбинного двигателя за счет обеспечения минимальной величины радиального зазора на всех режимах работы двигателя путем организации газоструйной эжекции на выходе из уплотнительного устройства.

Данная задача решается за счет того, что в уплотнительном устройстве газотурбинного двигателя, содержащем лабиринт с уплотнительными гребешками и ответный ему фланец с дефлектором, соединяющие через радиальный зазор полости низкого и высокого давлений газотурбинного двигателя, согласно изобретению, лабиринт, фланец лабиринта и дефлектор на выходе из устройства выполнены с кольцевыми осевыми выступами, образующими между собой щелевые каналы, причем между выступами лабиринта и дефлектора расположена полость смешения, соединенная с радиальным зазором и щелевым каналом между фланцем и дефлектором.

Такое выполнение конструкции позволяет организовать газоструйный компрессор (эжектор) с активным и пассивным соплами, активным рабочим телом в котором является перетекающий через лабиринтное уплотнение газ (воздух), а пассивным телом является охлаждающий воздух, поступающий из полости низкого давления.

Данное устройство работает как система с обратной связью: при увеличении радиального зазора расход уплотняемого рабочего тела через активное сопло (щелевой канал, образованный кольцевым осевым выступом лабиринта и фланца лабиринта) растет. Это в свою очередь создает разрежение в полости смешения и влечет за собой увеличение расхода охлаждающего воздуха через пассивное сопло, образованное кольцевым осевым выступом фланца лабиринта и дефлектора и уменьшение радиального зазора.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 изображено последнее рабочее колесо компрессора с опорой радиально-упорного подшипника и уплотнительным устройством заявляемой конструкции. На фиг.2 - элемент I с фиг.1 в увеличенном виде.

Уплотнительное устройство включает в себя лабиринт 1 с уплотняющими гребешками 2, ответный неподвижный сотовый фланец лабиринта 3 с дефлектором 4, которые образуют между собой щелевой канал А для продувки охлаждающего воздуха.

Уплотнительное устройство служит для уменьшения перетекания рабочего тела (воздуха) из полости высокого давления Б в полость низкого давления В.

Лабиринт 1 закреплен на рабочем колесе 5, которое в свою очередь закреплено на валу 6, вращающемся в радиально-упорном подшипнике 7. Подшипник 7 закреплен в опоре 8, на которой и крепится неподвижный фланец 3 с дефлектором 4.

На выходе из устройства расположены кольцевые осевые выступы 9 и 10, образующие между собой щелевой канал 11 (активное сопло), сообщающийся с радиальным зазором 12. Дефлектор 4 имеет также кольцевой осевой выступ 13, который образует с выступом 10 щелевой канал 14 (пассивное сопло) и далее - с выступом 9 - полость смешения 15. Канал 14 сообщается через щелевую полость А с полостью низкого давления двигателя. По трубам 16 в полость А подводят холодный воздух низкого давления, близкий по величине давления к воздуху, находящемуся в полости В на выходе из уплотнительного устройства.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Уплотняемое рабочее тело, перетекающее через уплотнительное устройство через щелевой канал 11 и полость смешения 15 в полость В низкого давления из полости Б высокого давления, создает разрежение на входе в полость смешения 15, куда увлекается через канал 14 низкотемпературный охлаждающий воздух из щелевого канала А в полость низкого давления В.

При изменении режима работы двигателя, когда растет радиальный зазор дельта, расход и скорость активного рабочего тела (газа или воздуха), проходящего через лабиринтное уплотнение, увеличивается. Рабочее тело протекает через щелевой канал 11, выступающий в роли активного сопла, что приводит к разрежению в полости смешения 15. Это явление в свою очередь приводит к увеличению прокачки охлаждающего воздуха через щелевой канал 14 (пассивное сопло) и щелевой канал А, охлаждению фланца 3 и уменьшению величины радиального зазора.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет поддерживать минимальной величину радиального зазора между лабиринтом и фланцем при работе газотурбинного двигателя, в том числе на режимах максимальной длительности, и приводит к повышению экономичности газотурбинного двигателя.

Источники информации: 1. В. К. Щукин, Н.Н. Калмыков "Газоструйные компрессоры", Москва, 1963, стр. 7.

2. Патент РФ N 2036312, F 01 D 11/02, 1995 г.

Формула изобретения

Уплотнительное устройство газотурбинного двигателя, содержащее лабиринт с уплотнительными гребешками и ответный ему фланец с дефлектором, соединяющие через радиальный зазор полости низкого и высокого давлений газотурбинного двигателя, отличающееся тем, что лабиринт, фланец лабиринта и дефлектор на выходе из устройства выполнены с кольцевыми осевыми выступами, образующими между собой щелевые каналы, причем между выступами лабиринта и дефлектора расположена полость смещения, соединенная с радиальным зазором и щелевым каналом между фланцем и дефлектором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2