Устройство для герметизации двух камер разного давления

 

Изобретение относится к устройству для герметизации двух камер разного давления посредством воспринимающего осевые усилия заплечика между первой нагревающейся металлической конструктивной деталью и расположенной с радиальным зазором к ней второй нагревающейся металлической конструктивной деталью, в частности статором или крышкой корпуса, и корпусом турбодвигателя. Устройство содержит уплотнение, прилегающее к заплечику и перекрывающее радиальный зазор. Уплотнение состоит из имеющего приблизительно прямоугольное сечение и расположенного с возможностью осевого перемещения несущего элемента, содержащего расположенное в нем средство, прижимающее к заплечику обращенную к нему сторону несущего элемента. Уплотнительный элемент перекрывает радиальный зазор между несущим элементом и деталью конструкции. Противоположная заплечику сторона несущего элемента выполнена с возможностью нагружения со стороны камеры с более высоким давлением. Изобретение повышает надежность уплотнения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству для герметизации двух камер разного давления, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

При герметизации двух камер разного давления посредством заплечика для получения уплотнительных функций необходимо реализовать очень узкие осевые зазоры, или при герметизации на стенке цилиндра - очень узкие радиальные зазоры при использовании обычных уплотнительных элементов. Если для осевого зазора следует выполнить чисто металлическую герметизацию, то для достаточного удельного давления в герметизируемой зоне необходимо обеспечить зазор, равный нулю. Во многих случаях соблюдение названных требований невозможно по следующим причинам: - различное тепловое расширение двух деталей конструкции на основе Δα или ΔT или Δ1 к другим фиксированным точкам (двойная подгонка в осевом направлении); - радиальное или осевое расширение (удлинение) корпуса; - имеющиеся неточности изготовления в имеющихся конструкциях в осевом и радиальном направлениях, вращение с торцевым и радиальным биением; - с имеющимися возможностями изготовления необходимая точность в осевом и радиальном направлениях или вращение без торцевого и радиального биения недостижимы или достижимы лишь с неприемлемыми затратами.

Из SU 1393971 A1 известно, в частности устройство для герметизации двух камер разного давления (Р₂, Р₁) посредством воспринимающего осевые усилия заплечика между первой нагревающейся конструктивной деталью и расположенной с радиальным зазором относительно нее второй нагревающейся конструктивной деталью турбодвигателя, причем предусмотрено уплотнение, которое содержит имеющий, по существу, прямоугольное сечение и установленный с возможностью осевого перемещения несущий элемент, в котором размещено средство для обеспечения прилегания несущего элемента к заплечику обращенной к нему стороной, причем предусмотрен уплотнительный элемент, который перекрывает радиальный зазор между несущим элементом и второй конструктивной деталью, и причем противоположная заплечику сторона несущего элемента выполнена с возможностью нагружения со стороны камеры более высокого давления (Р₂).

Недостатком известного технического решения является то, что несущий элемент не обеспечивает перекрытия радиального зазора между обоими конструктивными элементами. Кроме того, указанная конструкция не решает проблем герметизации металлических конструктивных деталей.

Задачей изобретения является создание устройства для герметизации двух камер разного давления, с помощью которого могут быть решены все рассмотренные выше проблемы.

В устройстве для герметизации двух камер разного давления (Р₂, Р₁) посредством воспринимающего осевые усилия заплечика между первой нагревающейся конструктивной деталью и расположенной с радиальным зазором относительно нее второй нагревающейся конструктивной деталью турбодвигателя, причем предусмотрено уплотнение, которое содержит имеющий, по существу, прямоугольное сечение и установленный с возможностью осевого перемещения несущий элемент, в котором размещено средство для обеспечения прилегания несущего элемента к заплечику обращенной к нему стороной, причем предусмотрен уплотнительный элемент, который перекрывает радиальный зазор между несущим элементом и второй конструктивной деталью, и причем противоположная заплечику сторона несущего элемента выполнена с возможностью нагружения со стороны камеры более высокого давления (Р₂), поставленная задача согласно изобретению решается тем, что обе конструктивные детали выполнены из металла, первая конструктивная деталь образует статор или крышку корпуса, а вторая конструктивная деталь образует корпус турбодвигателя, на первой конструктивной детали выполнен заплечик, полное перекрытие радиального зазора между первой и второй конструктивными деталями обеспечивается посредством несущего элемента и уплотнительного элемента, причем в процессе работы всегда обеспечивается прилегание несущего элемента к заплечику.

Величина радиального зазора между несущим элементом и конструктивной деталью соответствует максимально допустимому радиальному сжатию уплотнительного элемента.

Частичная формоустойчивость несущего элемента выбрана с возможностью уменьшения радиального зазора за счет радиальной деформации несущего элемента.

Средство для прижатия несущего элемента к заплечику выполнено в виде расположенной в проходящей аксиально выемке несущего элемента пружины сжатия, опирающейся одним концом на дно выемки, а другим концом - на конструктивную деталь.

В обращенной к заплечику зоне несущего элемента расположен дополнительный уплотнительный элемент для закрытия осевого зазора между заплечиком и обращенной к заплечику стороной несущего элемента.

В качестве монтажного предохранителя для нагруженного осевым усилием несущего элемента в соответствующей конструктивной детали расположен упор для несущего элемента.

Сущностью изобретения является выполнение уплотнения в виде несущего элемента, имеющего приблизительно прямоугольное сечение и расположенного с возможностью осевого перемещения. В этом несущем элементе расположено средство, которое прижимает к заплечику, обращенную к нему сторону несущего элемента. Кроме того, несущий элемент содержит уплотнительный элемент, перекрывающий радиальный зазор. Противоположная заплечику сторона несущего элемента выполнена с возможностью нагружения со стороны камеры с более высоким давлением.

Средство, прижимающее несущий элемент к заплечику, выполнено преимущественно в виде пружины сжатия, расположенной в осевой выемке несущего элемента. Один конец пружины сжатия опирается на дно выемки, а другой конец на деталь конструкции. Таким образом, несущий элемент смещается посредством усилия пружины к заплечику. Это предварительное натяжение имеет значение в том случае, когда, как это предложено в качестве усовершенствования, в обращенной к заплечику зоне несущего элемента расположен дополнительный уплотнительный элемент. Этот уплотнительный элемент осуществляет свое действие также в том случае, когда разность давлений между обеими герметизируемыми камерами должна равняться нулю. При повышении разности давлений уплотнительное действие увеличивается за счет осевого усилия, действующего на заднюю сторону несущего элемента. Это обязательно особенно при чисто металлической герметизации. При очень больших разностях давлений радиальный зазор должен быть очень узким, с тем, чтобы образующаяся величина радиального зазора между несущим элементом и деталью конструкции соответствовала максимально допустимому сжатию уплотнительного элемента. В качестве поддержки частичную формоустойчивость несущего элемента можно поэтому выбрать такой, что за счет действующей снаружи разности давлений несущий элемент подвергается осадке, и радиальный зазор, тем самым, уменьшается. Одной из возможностей оказать влияние на частичную формоустойчивость является изменение сечения несущего элемента.

Для уплотнительных элементов, независимо от их осевого или радиального расположения, могут быть использованы обычные, подходящие для данного случая уплотнения. Это, например, может быть кольцо круглого сечения. Возможно также использование специальных уплотнений, например, усиленного пружиной тефлонового кольца.

В качестве монтажного предохранителя для нагруженного усилием пружины несущего элемента в соответствующей детали конструкции располагают упор. Это может быть пружинное кольцо, цилиндрический штифт, стяжная гильза, винт и т. п.

На чертеже в продольном разрезе изображено устройство согласно изобретению.

В первой камере 3, образованной двумя конструктивными деталями 1, 2, должно быть давление p₂, а во второй камере 4 - давление Р₁, причем должно быть соблюдено условие Р₂>Р₁. Обе камеры 3, 4 разного давления герметизируют посредством устройства, выполненного согласно изобретению. Это устройство состоит из имеющего приблизительно прямоугольное сечение несущего элемента 5, прилегающего стороной 6 к заплечику 7, выполненному на первой детали 1 и воспринимающему осевое усилие. Между второй деталью 2 и несущим элементом 5 имеется радиальный зазор 8, с тем, чтобы детали 1, 2 при нагревании могли расширяться, не мешая друг другу. Для перекрытия этого радиального зазора 8 в обращенной к второй детали 2 зоне расположен уплотнительный элемент 9, выполненный так, что он может без ограничений надежно перекрывать образующийся при работе максимальный и минимальный зазор 8. Осевая герметизация между несущим элементом 5 и первой деталью 1 может осуществляться посредством чисто металлической герметизации. В этом примере выполнения в обращенной к заплечику 7 зоне несущего элемента 5 расположен дополнительный уплотнительный элемент 10. Для того, чтобы он действовал также при разности давлений между камерами 3, 4, равной нулю, в осевой выемке 11 несущего элемента 5 расположена пружина 12 сжатия. Эта пружина 12 опирается одним концом на дно 13 выемки 11, а другим концом - на уступ 14 второй детали 2. Если при работе между камерами 3, 4 устанавливается разность давлений, то против усилия F_feder пружины действует усилие F₁, образованное произведением Р₁ на площадь боковой стенки 6 несущего элемента, а в направлении пружины - усилие F₂, образованное произведением Р₂ на площадь задней стороны 14 несущего элемента. Поскольку Р₂≥Р₁ также F₂≥F₁, то всегда преобладает сумма действующих влево усилий, что обеспечивает достаточную осевую герметизацию. Радиальный зазор 17 между несущим элементом 5 и первой деталью 1 может быть при этом произвольным, например, за счет расширения первой детали 1.

В качестве монтажного предохранителя для натянутого пружиной 12 несущего элемента 5 в этом примере выполнения во второй детали 2 расположен винт 16. Как альтернатива в качестве этого упора может быть предусмотрено также пружинное кольцо, цилиндрический штифт, стяжная гильза и т.п.

Формула изобретения

1. Устройство для герметизации двух камер (3, 4) разного давления (Р₂, Р₁) посредством воспринимающего осевые усилия заплечика (7) между первой нагревающейся конструктивной деталью (1) и расположенной с радиальным зазором относительно нее второй нагревающейся конструктивной деталью (2) турбодвигателя, причем предусмотрено уплотнение, которое содержит имеющий, по существу, прямоугольное сечение и установленный с возможностью осевого перемещения несущий элемент (5), в котором размещено средство (12) для обеспечения прилегания несущего элемента (5) к заплечику (7) обращенной к нему стороной, причем предусмотрен уплотнительный элемент (9), который перекрывает радиальный зазор (8) между несущим элементом (5) и второй конструктивной деталью (2), причем противоположная заплечику (7) сторона (15) несущего элемента (5) выполнена с возможностью нагружения со стороны камеры (3) более высокого давления (Р₂), отличающееся тем, что обе конструктивные детали (1, 2) выполнены из металла, первая конструктивная деталь (1) образует статор или крышку корпуса, а вторая конструктивная деталь (2) образует корпус турбодвигателя, на первой конструктивной детали (1) выполнен заплечик (7), полное перекрытие радиального зазора между первой (1) и второй (2) конструктивными деталями обеспечивается посредством несущего элемента (5) и уплотнительного элемента (9), причем в процессе работы всегда обеспечивается прилегание несущего элемента (5) к заплечику (7).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина радиального зазора (8) между несущим элементом (5) и конструктивной деталью (2) соответствует максимально допустимому радиальному сжатию уплотнительного элемента (9).

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что частичная формоустойчивость несущего элемента (5) выбрана с возможностью уменьшения радиального зазора (8) за счет радиальной деформации несущего элемента (5).

4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что средство (12) для прижатия несущего элемента (5) к заплечику (7) выполнено в виде расположенной в проходящей аксиально выемке (11) несущего элемента (5) пружины сжатия, опирающейся одним концом на дно (13) выемки (11), а другим концом - на конструктивную деталь (2).

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что в обращенной к заплечику (7) зоне несущего элемента (5) расположен дополнительный уплотнительный элемент (10) для закрытия осевого зазора между заплечиком (7) и обращенной к заплечику (7) стороной (6) несущего элемента (5).

6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что в качестве монтажного предохранителя для нагруженного осевым усилием несущего элемента (5) в соответствующей конструктивной детали (2) расположен упор (16) для несущего элемента (5).

РИСУНКИ

Рисунок 1