Уплотнительное устройство за компрессором газотурбинного двигателя

 

Уплотнительное устройство предназначено для газотурбинных двигателей. Уплотнительное устройство за компрессором газотурбинного двигателя включает лабиринт со ступицей, соединенный с валом компрессора шлицами. Причем полотно ступицы состоит из двух участков с разной толщиной. Между участками в полотне ступицы выполнено утолщение, а радиус донышка впадины между шлицами ступицы составляет 0,45-0,5 ширины впадины. Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности уплотнительного устройства за счет уменьшения уровня напряжений в ступице лабиринта. 3 ил.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнительным устройствам газотурбинных двигателей авиационного, а также наземного применения.

Известен компрессор, ротор которого содержит закомпрессорный лабиринт, выполненный за одно целое с последним диском компрессора [1] . Однако в случае износа гребешков лабиринта ремонт конструкции является трудоемким и дорогостоящим.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция уплотнительного устройства за компрессором газотурбинного двигателя, в котором закомпрессорный лабиринт выполнен отдельно от последнего диска компрессора. Такая конструкция является ремонтопригодной, т. к. в случае износа уплотнительных гребешков лабиринта его можно заменять, поскольку лабиринт закреплен на диске последней ступени с помощью байонетного соединения, а на валу компрессора - с помощью шлицевого соединения по ступице лабиринта [2] .

Однако шлицевое соединение выполнено с малыми радиусами, которые являются концентраторами напряжений для самой напряженной части лабиринта - его ступицы, что снижает надежность шлицевого соединения и устройства в целом.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности уплотнительного устройства за счет уменьшения уровня напряжений в ступице лабиринта.

Сущность изобретения заключается в том, что в уплотнительном устройстве за компрессором газотурбинного двигателя, включающем лабиринт со ступицей, соединенный с валом компрессора шлицами, причем полотно ступицы состоит из двух участков с разной толщиной, согласно изобретению между участками в полотне ступицы выполнено утолщение, а радиус донышка впадины между шлицами ступицы составляет 0,45-0,5 ширины впадины.

Выполнение утолщения на ступице лабиринта между двумя участками с разной толщиной позволяет снизить напряжения в зоне размещения шлиц.

Соотношение радиуса донышка впадины R между шлицами ступицы и ширины Н впадины необходимо устанавливать в интервале 0,45-0,5.

Радиус донышка впадины R является концентратором напряжений, и поэтому он выполняется максимально возможной величины.

При R<0,45 Н наблюдается возрастание концентрации напряжений в ступице, а в случае, когда R>0,5 Н, радиус R "не вписывается" в донышко впадины.

Такая конструкция уплотнительного устройства позволяет обеспечить ресурс лабиринта, необходимый для работы стационарной газотурбинной установки (≈50000 часов).

На фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого уплотнительного устройства, на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде. На фиг. 3 представлено сечение А-А на фиг. 2.

Уплотнительное устройство 1 за компрессором 2 газотурбинного двигателя закреплено на диске последней ступени 3 с помощью байонетного соединения 4 и зацентрировано относительно вала 5 компрессора 2 с помощью прямоугольных шлиц 6 шириной Н. Уплотнительное устройство 1 состоит из обода 7 с лабиринтными гребешками 8, полотна 9 и ступицы 10 со шлицами 11 на внутреннем диаметре. Для исключения вибрации ступица 10 закреплена в осевом направлении между ступицей 12 диска 3 и контровочной шайбой 13 с помощью гайки 14. Уплотнительное устройство 1 зацентрировано относительно вала 5 с помощью шлиц 6, а вал 5 установлен в радиально - упорный подшипник 15, поэтому радиальные зазоры по лабиринтному уплотнению 16 выдерживаются минимальными. Впадины 17 имеют радиус R и выполнены между шлицами 11, являясь концентраторами напряжений в ступице 10. Ступица 10 выполнена на участке 18 с параллельными стенками 19 и 20, что обеспечивает затяжку ступицы 10 в осевом направлении с помощью гайки 14. Участок 21 ступицы 10 выполнен утолщеннным, а периферийный участок 22 ступицы 10 выполнен сужающимся.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя обод 7 уплотнительного устройства 1 находится под действием больших центробежных сил, нагрузка от которых передается через полотно 9 на ступицу 10, которая зацентрирована относительно вала 5 компрессора 2 с помощью шлиц 6 и 11. Прямоугольные шлицы 6 позволяют радиально перемещаться ступице 10 относительно вала 5 без нарушения центровки (телескопическое соединение). Однако впадины 17 между шлицами 11 являются концентраторами напряжений на самом напряженном участке - в ступице 10. Благодаря выполнению впадин 17 с максимально возможным радиусом R, а также утолщенного участка 21 ступицы 10 уровень напряжений под действием центробежных сил снижается и не приводит к разрушению ступицы 10. При этом плоские стенки 19 и 20 участка 18 ступицы 10 позволяют осуществить осевую фиксацию между ступицей 12 диска 3 и гайкой 14. что снижает вибронапряжения в полотне 9.

Заявляемая конструкция позволяет обеспечить ресурс уплотнительного устройства 1, необходимый для работы на стационарной газотурбинной установке (≈50000 ч) в условиях воздействия высоких температур (до 60^oС) и напряжений.

Источники информации 1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, М. : Машиностроение, 1989, стр. 66, рис. 3.10.

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

Формула изобретения

Уплотнительное устройство за компрессором газотурбинного двигателя, включающее лабиринт со ступицей, соединенный с валом компрессора шлицами, причем полотно ступицы состоит из двух участков с разной толщиной, отличающееся тем, что между участками в полотне ступицы выполнено утолщение, а радиус донышка впадины между шлицами ступицы составляет 0,45-0,5 ширины впадины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3