Кольцевое уплотнение

 

Изобретение относится к уплотнительной технике и предназначено для герметизации вращающихся валов, например внутренних полостей газо- и паротурбинных установок, компрессоров, роторных машин и других устройств. Кольцевое уплотнение содержит параллельно установленные диски, соединенные между собой с возможностью перемещения. Диски образуют полость, сообщенную с зоной низкого давления. Между дисками установлена опорная втулка с герметизаторами. Герметизаторы образуют полость, сообщенную с зоной высокого давления. Изобретение повышает надежность уплотнения. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в газотурбинных двигателях, турбомашинах и компрессорах для герметизации внутренних коммуникаций, а также масляных и предмасляных полостей подшипниковых узлов.

Известно уплотнение, выполненное в виде установленного с зазором в кольцедержателе радиального уплотнительного кольца с полкой, на торцовых поверхностях которого выполнены дугообразные желоба, сообщенные с зоной высокого давления, на торце между полкой и желобами выполнена кольцевая канавка, зазор между ободом кольца и кольцедержателем и канавка сообщены с зоной низкого давления (а.с. 463827, кл. F 16 J 15/44).

В таком уплотнении возможна утечка рабочего тела при износе торцовых поверхностей.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является уплотнение, содержащее те же элементы, что и описанное выше, но у которого уплотнительное кольцо образовано двумя параллельно установленными дисками, соединенными между собой с возможностью относительного осевого перемещения, например, с помощью концентричных кольцевых выступов и образующими между торцовыми поверхностями полость, сообщенную с зоной низкого давления. Однако в этом уплотнении действуют усилия растяжения, восприятие которых материалами с анизотропными механическими свойствами, например, углеграфитами, применяемыми для изготовления высокоскоростных контактных уплотнений авиационных ГТД, не гарантируется изготовителем, что снижает надежность и ресурс уплотнения (а.с. 525822, кл F 16 J 15/44).

Установка опорной втулки также позволяет уменьшить осевую ширину полки 5 ввиду восприятия в радиальном направлении усилий со стороны полости высокого давления.

Изобретение решает задачу повышения надежности и ресурса уплотнения. Техническим результатом является устранение усилий растяжения в уплотнении.

Технический результат достигается в кольцевом уплотнении, содержащем установленное в кольцедержателе уплотнительное кольцо, образованное двумя параллельно установленными и снабженными полками дисками, соединенными между собой с возможностью осевого перемещения и образующими между смежными торцовыми поверхностями полость, сообщенную с зоной низкого давления, причем между дисками установлена опорная втулка с герметизаторами, сопряженная с корневыми участками полок дисков, а полость между смежными торцами полок соединена с зоной высокого давления.

Герметизаторы выполнены в виде U-образного профиля, обращенного углублением в сторону зоны высокого давления.

На рабочих торцовых поверхностях дисков выполнены распределительные желоба, соединенные через дроссельные каналы с зоной высокого давления.

Опорная втулка выполнена Z-образного профиля, расположенный в его впадине со стороны полости высокого давления диск установлен с радиальным зазором, а на участке его рабочей поверхности между распределительным желобом и внешней кромкой выполнены дренажные каналы, соединенные с зоной низкого давления.

На рабочих поверхностях элементов уплотнения выполнены интенсификаторы динамической несущей способности (площади Реллея, винтовые или шевронные канавки).

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 показано предложенное уплотнение в разрезе; на фиг. 2 - уплотнение с герметизаторами U-образного профиля; на фиг. 3 - уплотнение с опорной втулкой Z-образного профиля; на фиг. 4 - рабочая поверхность элемента уплотнения с интенсификаторами динамической несущей способности.

Кольцевое уплотнение содержит установленное в кольцедержателе 1 уплотнительное кольцо, образованное двумя параллельно установленными дисками 2 и 3, снабженными полками 4. Диски 2 и 3 соединены между собой с возможностью осевого перемещения и образуют между смежными торцовыми поверхностями полость 5, сообщенную с зоной 6 низкого давления. Между дисками 2 и 3 установлена опорная втулка 7 с герметизаторами 8 сопряжений корневых участков полок 4 и дисков 2, 3, а полость 9 между смежными торцами полок 10 соединена с зоной 11 высокого давления.

На фиг. 2 показано уплотнение с герметизаторами 8, выполненными в виде U-образного профиля, обращенного углублениями в сторону зоны 11 высокого давления. В уплотнении фиг. 1 на рабочих торцовых поверхностях дисков 2 и 3 выполнены распределительные желоба 12, соединенные через дроссельные каналы 13 с зоной 11 высокого давления.

По фиг. 3 опорная втулка 7 выполнена Z-образного профиля, расположенный в его впадине со стороны зоны 11 высокого давления диск 3 установлен с радиальным зазором, а на участке его рабочей поверхности между распределительным желобом 12 и внешней кромкой выполнены дренажные каналы 14, соединенные с полостью 5 низкого давления.

По фиг. 4 на рабочих поверхностях элементов уплотнения выполнены интенсификаторы динамической несущей способности, например площади Реллея 15, винтовые или шевронные канавки 16. Диски 2 и 3 удерживаются пружиной 17.

В рабочем состоянии высокое давление зоны 11 прижимает полки 4 дисков к крышке уплотнения (фиг. 1), не нагружая при этом материал растягивающими усилиями, а также воздействуя на торцовые поверхности 10 полок 4 дисков 2 и 3, нагружает их опорные торцовые поверхности, сопряженные с кольцедержателем 1.

В уплотнении фиг. 1 рабочая среда с высоким давлением зоны 11 поступает через дроссельные каналы 13 и распределительные желоба 12 и создает уравновешивающее усилие с образованием оптимальных зазоров между рабочими торцовыми поверхностями дисков 2 и 3 и кольцедержателя 1.

Уплотнение фиг. 1, составленное из двух одинаковых дисков 2 и 3, например, образует предмасляную полость наддува подшипникового узла газотурбинного двигателя, обеспечивая его герметичность.

В уплотнении фиг. 2 герметизаторы 8 выполнены U-образного профиля из тонкого листового материала, обеспечивающего работоспособность при высоких температурах. Необходимый уплотняющий контакт кромок герметизаторов 8 с полками 4 дисков 2 и 3 и опорной втулкой 7 достигается действием давления уплотняемой среды во впадине U-образного профиля.

Уплотнение фиг. 3 предотвращает сток рабочей среды в сторону зоны низкого давления 6 из зоны высокого давления 11, расположенной за диском 3. При этом рабочая среда, проникая в зазор между кольцедержателем 1 и диском 3, установленным во впадине Z-образной опорной втулки 7, перепускается через дренажные каналы 14 в полость 5 и далее в зону низкого давления 6.

Механический контакт опорных рабочих поверхностей дисков 2, 3 и кольцедержателя фиг. 4 может быть предотвращен также выполнением интенсификаторов динамической несущей способности, например площадок Реллея 15, и винтовых или шевронных канавок 16, а также совместным действием давления рабочей среды и гидродинамическим давлением интенсификаторов.

Уплотнение может быть использовано для герметизации вращающихся валов газо- и паротурбинных установок компрессоров, роторных машин и других устройств.

Формула изобретения

1. Кольцевое уплотнение содержит размещенное в кольцедержателе уплотнительное кольцо, составленное имеющими разрез и полку двумя параллельно установленными дисками, соединенными между собой с возможностью осевого перемещения и образующими между смежными торцовыми поверхностями полость, сообщенную с зоной низкого давления, отличающееся тем, что между дисками установлена опорная втулка с герметизаторами, уплотняющими образованную ими полость, сообщенную с зоной высокого давления.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что герметизаторы выполнены в виде U-образного профиля, обращенного углублением в сторону зоны высокого давления.

3. Уплотнение по пп.1 и 2, отличающееся тем, что на рабочих торцовых поверхностях дисков выполнены распределительные желоба, соединенные через дроссельные каналы с зоной высокого давления.

4. Уплотнение по пп.1-3, отличающееся тем, что опорная втулка выполнена Z-образного профиля, во впадину которого со стороны зоны высокого давления с радиальным зазором относительно крышки установлен диск, на участке рабочей поверхности которого между распределительными желобами и кромкой выполнены дренажные каналы, соединенные с зоной низкого давления.

5. Уплотнение по пп.1-4, отличающееся тем, что на рабочих поверхностях элементов уплотнения выполнены интенсификаторы динамической несущей способности (площадки Реллея, винтовые или шевронные канавки).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4