Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины

Авторы патента:


Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины
Вращающаяся машина и уплотнительный узел для такой машины

 


Владельцы патента RU 2455497:

ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ (US)

Уплотнительный узел для вращающейся машины, включает в себя вращающийся компонент и неподвижный компонент. Уплотнительный узел включает в себя две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, при этом задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие, и множество гибких листовых пластин, расположенных в отверстии, при этом передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия. Технический результат изобретения - увеличение срока службы уплотнительного узла и уменьшение общих расходов по техническому обслуживанию и ремонту машины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится в целом к вращающимся машинам, а более конкретно к способам и устройству для уплотнения вращающейся машины.

По меньшей мере, некоторые известные вращающиеся машины, такие как паровые турбины и газовые турбины, но не только они, включают в себя множество уплотнительных узлов на траектории движения пара или траектории движения воздуха для того, чтобы способствовать повышению эффективности работы вращающейся машины. По меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы расположены между неподвижным компонентом и вращающимся компонентом и/или между областью высокого давления и областью низкого давления. Например, для того чтобы способствовать равномерному распределению осевого давления, ротор турбины может быть уплотнен относительно взаимодействующего статора для облегчения поддержания более высокого давления в прямом направлении ротора по сравнению с более низким давлением в обратном направлении ротора.

По меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы включают в себя уплотнения, такие как щеточные уплотнения, листовые уплотнения и/или пластинчатые уплотнения, но возможные уплотнения не ограничены вышеуказанными. Известные листовые и пластинчатые уплотнения включают в себя множество расположенных упорядоченно многослойных гибких пластин, известных как листовые пластины, которые выровнены и наклонены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента. Более конкретно, листовые пластины, как правило, выполнены с возможностью сцепления и расцепления с ротором или вращающимся компонентом во время различных стадий работы вращающейся машины. Например, во время остановки газотурбинного двигателя концы листовых пластин обычно находятся в контакте с вращающимся компонентом. Во время вращения вращающегося компонента различные силы обычно действуют на листовые пластины, вызывая отклонение пластины вверх и вниз. К подобным силам относятся контактные усилия листовых пластин и ротора, гидродинамические подъемные силы и усилия, обусловленные перепадом давлений, но возможные силы не ограничены вышеуказанными. Контактные усилия листовых пластин и ротора возникают в результате исходного контакта между листовой пластиной и вращающимся компонентом. Гидродинамические подъемные силы возникают вследствие вращения вращающегося компонента. Силы, обусловленные перепадом давлений, включают в себя подъемные силы, вызванные перепадом давлений, и направленные радиально внутрь опускающие силы, которые возникают в результате изменений перепада давлений, массы листовой пластины и/или наклона листовой пластины. Поскольку очень малая величина зазора между концами листовых пластин и вращающимся компонентом способствует уменьшению износа листовых пластин, равновесие или «действие рычага» между подобными силами, воздействующими на листовые пластины, желательно для гарантирования того, что концы листовых пластин будут выведены из контакта с вращающимся компонентом во время вращения ротора.

По меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы включают в себя корпус уплотнения и механизм регулирования регулируемого [радиального] зазора, который присоединен к неподвижному компоненту. Корпус уплотнения включает в себя, по меньшей мере, переднюю стенку на стороне высокого давления, которая отделена от задней стенки на стороне низкого давления заданным зазором, который установлен производителем. Механизм регулирования [радиального] зазора обеспечивает «приведение в действие» корпуса уплотнения, включающего в себя листовые пластины, для регулирования [радиального] зазора между концами листовых пластин и вращающимся компонентом.

Подобные уплотнительные узлы используются для уменьшения утечки воздуха через [радиальный] зазор и поддержания перепада давлений между различными компонентами машины посредством приведения листовых пластин в действие в радиальном направлении. Однако в подобных уплотнениях передняя стенка на стороне высокого давления и задняя стенка на стороне низкого давления корпуса уплотнения обычно по существу не подвергаются воздействию перепада давлений. Скорее, перепад давлений в основном воздействует на листовые пластины уплотнительного узла. Следовательно, любая регулировка корпуса уплотнения, включающего в себя листовые пластины, обычно требует наличия механизма, который может обеспечить преодоление экстремальных сил, таких как силы, обусловленные перепадом давлений, и силы трения, но возможные силы не ограничены вышеуказанными. Вследствие регулировок уплотнительного узла в радиальном направлении известные механизмы регулирования [радиального] зазора могут вызвать уменьшение срока службы уплотнительного узла и увеличение общих расходов по техническому обслуживанию и ремонту машины.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом предложен способ уплотнения вращающейся машины, включающей в себя вращающийся компонент и неподвижный компонент. Способ включает в себя обеспечение множества гибких листовых пластин в отверстии, образованном между парой разнесенных стенок, которые включают регулируемую переднюю стенку и регулируемую заднюю стенку, которая расположена напротив передней стенки. Способ также включает в себя регулирование ширины отверстия посредством регулирования в осевом направлении передней и/или задней стенки относительно центральной оси вращения вращающегося компонента.

В соответствии с другим аспектом предложен уплотнительный узел для вращающейся машины, включающей в себя вращающийся компонент и неподвижный компонент. Уплотнительный узел включает в себя две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения. Задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие. Уплотнительный узел также включает в себя множество гибких листовых пластин, расположенных в отверстии. Передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.

Предложен также уплотнительный узел, в котором передняя стенка, задняя стенка и листовые пластины расположены в полости, образованной в неподвижном компоненте.

Предложен также уплотнительный узел, в котором передняя стенка и листовые пластины образуют первый зазор, имеющий первую ширину, образованную между ними, при этом первый зазор подвергается воздействию первого рабочего давления, а листовые пластины и задняя стенка образуют второй зазор, имеющий вторую ширину между ними, причем второй зазор подвергается воздействию второго рабочего давления, которое существенно меньше первого рабочего давления, при этом осевое перемещение передней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины первого зазора, а осевое перемещение задней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины второго зазора.

Уплотнительный узел дополнительно содержит механизм регулирования, функционально соединенный с передней стенкой и/или задней стенкой для обеспечения перемещения передней стенки и/или задней стенки в осевом направлении.

Предложен также уплотнительный узел, в котором механизм регулирования содержит смещающий элемент, и/или сильфонное устройство, и/или пьезоэлектрический привод, и/или сплав с эффектом памяти формы, функционально соединенный с передней стенкой и/или задней стенкой.

Предложен также уплотнительный узел, в котором листовые пластины расположены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента.

Предложен также уплотнительный узел, в котором листовые пластины выровнены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения при плотном расположении.

Предложен также уплотнительный узел, в котором листовые пластины расположены ступенчато в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента.

В соответствии с еще одним аспектом предложена вращающаяся машина. Вращающаяся машина включает в себя неподвижный компонент, установленный неподвижно относительно вращения, и вращающийся компонент, имеющий ось вращения. Вращающийся компонент расположен напротив неподвижного компонента. Вращающаяся машина также включает в себя уплотнительный узел, соединенный с неподвижным компонентом. Уплотнительный узел включает в себя две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку, выполненную с возможностью перемещения. Задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие. Уплотнительный узел также включает в себя множество гибких листовых пластин, расположенных в отверстии. Передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой частичный вид в перспективе части приведенной в качестве примера вращающейся машины, включающей в себя уплотнительный узел;

фиг.2 представляет собой поперечное сечение уплотнительного узла, показанного на фиг.1;

фиг.3 представляет собой увеличенное фронтальное поперечное сечение уплотнительного узла, показанного на фиг.2;

фиг.4 представляет собой схематическую иллюстрацию уплотнительного узла, показанного на фиг.3;

фиг.5 представляет собой схематическую иллюстрацию альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла, который может быть использован вместе с вращающейся машиной, показанной на фиг.1;

фиг.6 представляет собой схематическую иллюстрацию другого альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла, который может быть использован вместе с вращающейся машиной, показанной на фиг.1; и

фиг.7 представляет собой схематическую иллюстрацию еще одного альтернативного приведенного в качестве примера уплотнительного узла, который может быть использован вместе с вращающейся машиной, показанной на фиг.1.

Подробное описание изобретения

Приведенные в качестве примера способы и устройство, описанные здесь, позволяют преодолеть технические недостатки известных уплотнительных узлов, таких как уплотнительные узлы, выполненные с возможностью регулирования в радиальном направлении, но не только их.

Различные приведенные в качестве примера детали описаны здесь со ссылкой на фиг.1-7, на которых идентичные ссылочные позиции относятся к идентичным элементам.

Следует понимать, что термины «осевой» и «в осевом направлении» используются везде в данной заявке для обозначения направлений и ориентаций слева направо на странице и наоборот, для облегчения понимания. Также следует понимать, что термины «осевой» и «в осевом направлении» используются для обозначения направлений и ориентаций, по существу параллельных центральной оси вращения вращающейся машины.

Следует понимать, что термины «радиальный» и «в радиальном направлении» используются везде в данной заявке для обозначения направлений и ориентаций снизу вверх на странице и наоборот, для облегчения понимания. Также следует понимать, что термины «радиальный» и «в радиальном направлении» используются для обозначения направлений и ориентаций, по существу перпендикулярных «осевым» элементам и элементам, расположенным «в осевом направлении».

Также следует понимать, что термины «периферийный» и «в периферийном направлении» используется везде в данной заявке для обозначения направлений, которые описывают окружность вокруг центральной оси вращения вращающейся машины.

На фиг.1 показан частичный вид в перспективе приведенной в качестве примера вращающейся машины 10. В приведенном в качестве примера варианте осуществления вращающаяся машина 10 включает в себя неподвижный компонент 100, вращающийся компонент 200 и уплотнительный узел 300. Например, вращающаяся машина 10 может представлять собой газотурбинный или паротурбинный двигатель, который включает в себя неподвижный статор и выполненный с возможностью вращения ротор. Тем не менее, следует понимать, что вращающаяся машина 10 может представлять собой любую машину, такую как газотурбинный или паротурбинный двигатель, в которой энергия подводится к вращающемуся компоненту, но вращающиеся машины не ограничены вышеуказанными.

Неподвижный компонент 100 включает в себя полость 110, образованную в нем, и расположен по существу коаксиально относительно вращающегося компонента 200, так что центральная ось неподвижного компонента 100 по существу коаксиальна с центральной осью RA вращения вращающегося компонента 200. Кроме того, в приведенном в качестве примера варианте осуществления неподвижный компонент 100 расположен на некотором расстоянии в радиальном направлении от наружной поверхности 210 вращающегося компонента 200. Кроме того, следует понимать, что неподвижный компонент 100 включает в себя любой компонент, который установлен неподвижно относительно вращения относительно других компонентов во вращающейся машине 10, и что вращающийся компонент 200 включает в себя любой компонент, который вращается вокруг центральной оси вращения.

В приведенном в качестве примера варианте осуществления уплотнительный узел 300 включает в себя корпус 310 уплотнения и множество листовых пластин 320. Корпус 310 уплотнения включает в себя верхнюю стенку 312 и две по существу параллельные переднюю и заднюю стенки 314 и 316, которые образуют полость 318 между ними. Листовые пластины 320 прикреплены к верхней стенке 312 таким образом, что листовые пластины 320 частично расположены, выровнены и наклонены внутри полости 318. Уплотнительный узел 300 расположен между неподвижным компонентом 100 и вращающимся компонентом 200 с тем, чтобы способствовать уплотнению зазора, образованного между ними. Несмотря на то что уплотнительный узел 300 описан как включающий в себя корпус 310 уплотнения, предназначенный для крепления листовых пластин 320 к неподвижному компоненту 100, следует понимать, что верхняя стенка 312 корпуса 310 уплотнения может быть удалена, так что передняя стенка 314, задняя стенка 316 и листовые пластины 320 закреплены непосредственно в полости 110.

На фиг.2 показано поперечное сечение уплотнительного узла 300. В приведенном в качестве примера варианте осуществления листовые пластины 320 выровнены и наклонены в окружном направлении вокруг центральной оси RA вращения вращающегося компонента 200. Радиально наружные концевые части 321 листовых пластин 320 расположены на некотором расстоянии друг от друга рядом с неподвижным компонентом 100, и радиально внутренние концы 322 листовых пластин 320 плотно расположены на некотором расстоянии друг от друга рядом с наружной поверхностью 210 вращающегося компонента 200.

В результате минимальное количество пара или воздуха, представляющее собой утечку, может проходить через уплотнительный узел 300, что способствует выполнению таких функций, как продувка полостей, охлаждение компонентов и/или воспрепятствование контакту горячего пара или воздуха с некоторыми компонентами вращающейся машины 10, но возможные функции не ограничены вышеуказаиными. Например, уплотнительный узел 300 обеспечивает возможность прохода воздушного потока AF (показанного на фиг.1) по каналам между листовыми пластинами 320 ближе к радиально наружным концевым частям 321, чем к концам 322 листовых пластин. По существу листовые пластины 320 способствуют регулированию величины утечки воздуха или пара, при этом утечка будет иметь место на заданной траектории, проходящей через уплотнительный узел 300.

На фиг.3 показано увеличенное фронтальное поперечное сечение уплотнительного узла 300. В приведенном в качестве примера варианте осуществления концы 322 листовых пластин расположены на некотором расстоянии от вращающегося компонента 200 во время вращения вращающегося компонента 200 в направлении RD вращения. Различные операции вращающейся машины, такие как запуск, вращение или остановка вращающейся машины, - но возможные операции не ограничены вышеуказанными, - могут вызвать радиальное смещение неподвижного компонента 100 и вращающегося компонента 200 из их исходного местоположения при запуске.

Например, известные роторы и статоры имеют разные реакции (отклики) на разных стадиях работы вращающейся машины. Например, при запуске ротор может вращаться в направлении вращения, таком как направление RD вращения, и может смещаться в радиальном направлении к статору. По мере увеличения рабочих температур статор может затем перемещаться в радиальном направлении в сторону от ротора за счет теплового расширения. При остановке вращающейся машины процесс расширения может обратиться. Следовательно, по меньшей мере, некоторые известные уплотнительные узлы обеспечивают регулирование положения листовых пластин в радиальном направлении и приведение листовых пластин в движение в радиальном направлении, чтобы отрегулировать зазор, образованный между концами листовых пластин и вращающимся компонентом. Тем не менее, по меньшей мере, некоторые известные приводные механизмы для листовых пластин, выполненных с возможностью регулирования в радиальном направлении, как правило, ограничены и являются менее точными при выполнении действий, способствующих уравновешиванию сил, таких как контактные усилия между листовыми пластинами и ротором ("BF"), гидродинамические подъемные силы ("LF"), силы ("DF"), вызванные перепадом давлений, и силы трения ("FF"), но возможные силы не ограничены вышеуказанными.

В приведенном в качестве примера варианте осуществления вышеупомянутые силы также действуют на листовые пластины 320 и, как правило, изменяются во время различных стадий работы вращающейся машины 10. По сравнению с известными уплотнительными узлами уплотнительный узел 300 способствует улучшенному регулированию зазора, образованного между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200, за счет того, что он образует устройство, выполненное с возможностью регулирования в осевом направлении. В результате уплотнительный узел 300 обеспечивает улучшенное регулирование утечки пара или воздуха между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 во время различных стадий работы вращающейся машины 10, как описано ниже более подробно.

На фиг.4 показана схематическая иллюстрация уплотнительного узла 300. В приведенном в качестве примера варианте осуществления первый осевой зазор 330, имеющий ширину Х1, образован между передней стенкой 314 и листовыми пластинами 320. Кроме того, второй осевой зазор 332, имеющий ширину Х2, образован между листовыми пластинами 320 и задней стенкой 316. Посредством изменения ширины Х1 и Х2 соответствующих зазоров 330 и 332 можно регулировать поток пара или воздушный поток через соответствующие зазоры 330 и 332. Кроме того, зазор 324 между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 также можно изменять во время различных стадий работы вращающейся машины 10.

В приведенном в качестве примера варианте осуществления уплотнительный узел 300 включает в себя регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 326 и 328, выполненные в виде передней стенки 314 и задней стенки 316 корпуса 310 уплотнения. Например, в одном варианте осуществления передняя стенка 314 и задняя стенка 316 выполнены из сплавов с эффектом памяти формы, таких как никелетитановый, серебряно-кадмиевый, медноалюминиевоникелевый, медноцинкоалюминиевый и/или железомарганцевокремниевый сплавы, но возможные сплавы с эффектом памяти формы не ограничены вышеуказанными. Подобные сплавы с эффектом памяти формы возвращаются к их исходной форме после подвергания их деформированию и/или воздействию напряжений в результате нагрева их до температур, которые выше температуры фазового превращения сплава. Более конкретно, сплавы с эффектом памяти формы представляют собой металлы, имеющие свойства материалов, которые изменяют форму, положение, жесткость, собственную частоту и/или другие механические свойства в ответ на изменения температуры и/или электромагнитных полей.

Например, подобные металлические сплавы, которые имеют определенную форму, подвергаются фазовым превращениям, которые вызывают перегруппировку атомов в кристаллической структуре сплава, так что сплав может совершить переход между исходной формой и деформированными формами. Поскольку сплавы с эффектом памяти формы подвергаются кристаллическими фазовым превращениям при определенных температурах фазовых превращений, сплавы с эффектом памяти формы обеспечивают возможность выдерживания больших усилий, которые создаются при возникновении какого-либо сопротивления во время превращения, и обеспечивают возможность осуществления больших перемещений для восстановления формы после больших деформаций.

Посредством изменения ширины X1 и Х2 зазоров 330 и 332 также осуществляют изменение потока пара или воздушного потока, воздействующего на листовые пластины 320. В результате изменяется распределение давления в уплотнительном узле 300, что вызывает перемещение, то есть подъем и опускание, листовых пластин 320. Например, если ширина X1 зазора превышает ширину Х2 зазора, то распределение результирующего давления может вызвать перемещение концов 322 листовых пластин по направлению к вращающемуся компоненту 200. Напротив, если ширина X1 зазора меньше ширины Х2 зазора, то может быть создана результирующая подъемная сила, вызывающая подъем концов 322 листовых пластин ближе к корпусу 310 уплотнения. По существу посредством изменения ширины X1 зазора 330 и ширины Х2 зазора 332 распределение результирующего давления, воздействующего на уплотнительный узел 300, можно регулировать и избирательно распределять между передней стенкой 314, задней стенкой 316 и листовыми пластинами 320.

В нижеприведенной таблице показаны приведенные в качестве примера результаты аналитического анализа, показывающие влияние изменения величины осевого зазора 330 («переднего зазора») и осевого зазора 332 («зазора у задней пластины»). Как показано в таблице, изменения массовой скорости потока и значений крутящего момента могут быть получены посредством регулирования переднего зазора и/или зазора у задней пластины.

Например, приведенная в таблице отрицательная величина полного крутящего момента указывает на результирующую опускающую силу для опускания концов 322 листовых пластин, когда передний зазор 330 имеет большую ширину, чем зазор 332 у задней пластины. С другой стороны, положительная величина полного крутящего момента указывает на результирующую подъемную силу для подъема концов 322 листовых пластин, когда передний зазор 330 меньше зазора 332 у задней пластины. Тем не менее, оба типа сил необходимы для того, чтобы способствовать оптимизации радиальных зазоров на разных стадиях работы машины, таких как циклы запуска, работы и остановки, но возможные стадии не ограничены вышеуказанными.

Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении перепад давлений может быть распределен между передней стенкой 314, задней стенкой 316 и листовыми пластинами 322 в отличие от некоторых известных регулируемых в радиальном направлении уплотнительных узлов, в которых большая часть перепада давлений по существу воспринимается листовыми пластинами. Кроме того, во время регулировки в осевом направлении выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении передняя и задняя стенки 314 и 316 подвергаются воздействию меньших сил трения между корпусом 310 уплотнения и полостью 110 неподвижного компонента по сравнению с некоторыми известными регулируемыми в радиальном направлении уплотнительными узлами. Кроме того, посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении зазор 324 может быть более точно отрегулирован до заданной высоты на основе стадии работы вращающейся машины 10 по сравнению с некоторыми известными регулируемыми в радиальном направлении уплотнительными узлами.

На фиг.5 показана схематическая иллюстрация альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла 340. В частности, уплотнительный узел, показанный на фиг.5, представляет собой такой же уплотнительный узел, как показанный на фиг.4, за исключением изменений нескольких компонентов, описанных ниже более подробно. По существу компоненты, показанные на фиг.5, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.4, обозначены на фиг.5 посредством использования тех же ссылочных позиций, которые использованы на фиг.4. Более конкретно, в варианте осуществления, показанном на фиг.5, уплотнительный узел 340 включает в себя выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении приводные механизмы 342 и 344, присоединенные к передней стенке 314 и задней стенке 316 корпуса 310 уплотнения, вместо сплавов с эффектом памяти формы, показанных на фиг.4. Например, передняя стенка 314 и задняя стенка 316 могут быть присоединены к неподвижному компоненту 100 посредством смещающих элементов 346 и 348, расположенных в выемках 120, образованных в неподвижном компоненте 100. Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении может быть облегчено регулируемое распределение давления и регулирование зазора 324 между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 для обеспечения преимуществ, рассмотренных выше в отношении фиг.4.

На фиг.6 показана схематическая иллюстрация другого альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла 350. В частности, уплотнительный узел, показанный на фиг.6, представляет собой такой же уплотнительный узел, как показанный на фиг.4, за исключением изменений нескольких компонентов, описанных ниже более подробно. По существу компоненты, показанные на фиг.6, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.4, обозначены на фиг.6 посредством использования тех же ссылочных позиций, которые использованы на фиг.4. Более конкретно, в варианте осуществления, показанном на фиг.6, уплотнительный узел 350 включает в себя выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении приводные механизмы 352 и 354, присоединенные к передней стенке 314 и задней стенке 316 корпуса 310 уплотнения, вместо сплавов с эффектом памяти формы, показанных на фиг.4. Например, передняя стенка 314 и задняя стенка 316 могут быть присоединены к неподвижному компоненту 100 посредством сильфонных устройств 356 и 358, расположенных в выемках 120, образованных в неподвижном компоненте 100. Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении может быть облегчено регулируемое распределение давления и регулирование зазора 324 между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 для обеспечения преимуществ, рассмотренных выше в отношении фиг.4.

На фиг.7 показана схематическая иллюстрация еще одного альтернативного варианта осуществления уплотнительного узла 360. В частности, уплотнительный узел, показанный на фиг.7, представляет собой такой же уплотнительный узел, как показанный на фиг.4, за исключением изменений нескольких компонентов, описанных ниже более подробно. По существу компоненты, показанные на фиг.7, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.4, обозначены на фиг.7 посредством использования тех же ссылочных позиций, которые использованы на фиг.4. Более конкретно, в варианте осуществления, показанном на фиг.7, уплотнительный узел 360 включает в себя выполненные с возможностью регулирования в осевом направлении приводные механизмы 362 и 364, присоединенные к передней стенке 314 и задней стенке 316 корпуса 310 уплотнения, вместо сплавов с эффектом памяти формы, показанных на фиг.4. Например, передняя стенка 314 и задняя стенка 316 могут быть присоединены к неподвижному компоненту 100 посредством пьезоэлектрических устройств 366 и 368, расположенных в выемках 120, образованных в неподвижном компоненте 100. Посредством регулирования передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении и приведения передней стенки 314 и задней стенки 316 в движение в осевом направлении может быть облегчено регулируемое распределение давления и регулирование зазора между концами 322 листовых пластин и вращающимся компонентом 200 для обеспечения преимуществ, рассмотренных выше в отношении фиг.4.

Несмотря на то что были описаны регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 326, 328, 342, 344, 352, 354, 362 и 364, включая сплавы с эффектом памяти формы, смещающие элементы, сильфонные устройства и пьезоэлектрические устройства, следует понимать, что регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 326, 328, 342, 344, 352, 354, 362 и 364 могут включать в себя любое устройство, которое обеспечивает регулирование и приведение в движение передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении, как описано здесь.

Несмотря на то что неподвижный компонент 100 описан как включающий в себя выемки 120, образованные в неподвижном компоненте 100 с тем, чтобы способствовать установке регулируемых в осевом направлении приводных механизмов 342, 344, 352, 354, 362 и 364 в заданном положении в данном компоненте, следует понимать, что регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 342, 344, 352, 354, 362 и 364 могут быть присоединены непосредственно к любой поверхности неподвижного компонента 100 при условии, что регулируемые в осевом направлении приводные механизмы 342, 344, 352, 354, 362 и 364 ориентированы так и выполнены с такой конфигурацией, чтобы обеспечить возможность регулирования или приведения в движение передней стенки 314 и задней стенки 316 в осевом направлении.

В каждом приведенном в качестве примера варианте осуществления вышеописанные уплотнительные узлы включают в себя регулируемые в осевом направлении приводные механизмы, которые способствуют поддержанию перепада давлений во вращающейся машине. В результате приведения в движение передней и/или задней стенок в осевом направлении потребуется существенно меньшая воздействующая сила по сравнению с воздействующими силами, которые, как правило, требуются в случае известных приводимых в действие в радиальном направлении уплотнительных узлов. Следовательно, уплотнительные узлы согласно настоящему изобретению включают в себя регулируемые в осевом направлении приводные механизмы, которые способствуют повышению функциональности, снижению стоимости и/или снижению сложности.

Приведенные в качестве примера варианты осуществления уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов описаны выше подробно. Использование уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов не ограничено их использованием вместе с конкретными вариантами осуществления вращающейся машины, описанными здесь, но уплотнительные узлы и/или действующие в осевом направлении приводные механизмы могут быть использованы независимо и отдельно от других компонентов вращающейся машины, описанных здесь. Кроме того, изобретение не ограничено вариантами осуществления уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов, описанными выше подробно. Напротив, другие разновидности вариантов осуществления уплотнительных узлов и действующих в осевом направлении приводных механизмов могут быть использованы в рамках сущности и объема притязаний формулы изобретения.

Несмотря на то что изобретение было описано в отношении различных конкретных вариантов осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть реализовано на практике с изменениями в рамках сущности и объема притязаний формулы изобретения.

Перечень компонентов
10 Вращающаяся машина
100 Неподвижный компонент
110 Полость
200 Вращающийся компонент
210 Наружная поверхность
300 Уплотнительный узел
312 Верхняя стенка
314 Передняя стенка
316 Задняя стенка
318 Полость
320 Листовые пластины
321 Радиально наружные концевые части
322 Радиально внутренние концы листовых пластин
324 Зазор
326 Приводные механизмы
328 Приводные механизмы
330 Соответствующие зазоры
332 Второй осевой зазор

1. Уплотнительный узел (300) для вращающейся машины (10), включающей в себя вращающийся компонент (200) и неподвижный компонент (100), при этом уплотнительный узел содержит:
две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку (314), выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку (316), выполненную с возможностью перемещения, при этом задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие; и
множество гибких листовых пластин (320), расположенных в отверстии, при этом передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.

2. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором передняя стенка (314), задняя стенка (316) и листовые пластины (320) расположены в полости (318), образованной в неподвижном компоненте (100).

3. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором передняя стенка (314) и листовые пластины (320) образуют первый зазор (330), имеющий первую ширину, образованную между ними, при этом первый зазор подвергается воздействию первого рабочего давления, а листовые пластины и задняя стенка (316) образуют второй зазор (332), имеющий вторую ширину между ними, причем второй зазор подвергается воздействию второго рабочего давления, которое существенно меньше первого рабочего давления, при этом осевое перемещение передней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины первого зазора, а осевое перемещение задней стенки обеспечивает избирательное регулирование ширины второго зазора.

4. Уплотнительный узел (300) по п.1, дополнительно содержащий механизм регулирования, функционально соединенный с передней стенкой (314) и/или задней стенкой (316) для обеспечения перемещения передней стенки и/или задней стенки в осевом направлении.

5. Уплотнительный узел (300) по п.4, в котором механизм регулирования содержит смещающий элемент, и/или сильфонное устройство, и/или пьезоэлектрический привод, и/или сплав с эффектом памяти формы, функционально соединенный с передней стенкой (314) и/или задней стенкой (316).

6. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором листовые пластины (320) расположены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента (200).

7. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором листовые пластины (320) выравнены в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения при плотном расположении.

8. Уплотнительный узел (300) по п.1, в котором листовые пластины (320) расположены ступенчато в периферийном направлении вокруг центральной оси вращения вращающегося компонента (200).

9. Вращающаяся машина (10), содержащая:
неподвижный компонент (100), установленный неподвижно относительно вращения;
вращающийся компонент (200), имеющий ось вращения, причем вращающийся компонент расположен напротив неподвижного компонента; и
уплотнительный узел (300), соединенный с неподвижным компонентом и содержащий:
две разнесенные стенки, представляющие собой переднюю стенку (314), выполненную с возможностью перемещения, и заднюю стенку (316), выполненную с возможностью перемещения, при этом задняя стенка расположена напротив передней стенки, так что между ними образуется отверстие; и множество гибких листовых пластин (320), расположенных в отверстии, при этом передняя и задняя стенки выполнены с возможностью регулирования в осевом направлении относительно центральной оси вращения вращающегося компонента для избирательного регулирования ширины отверстия.

10. Вращающаяся машина (10) по п.9, в которой передняя стенка (314), задняя стенка (316) и листовые пластины (320) расположены в полости (318), образованной в неподвижном компоненте (100).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к области турбостроения. .

Изобретение относится к двухступенчатым турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям для газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к турбинам высокого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения

Изобретение относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению. Способ фиксации сотового уплотнения во внутреннем корпусе статора турбины газотурбинного двигателя, состоящего из сотоблока и корпуса, установленного во внутреннем корпусе статора турбины. Во внутреннем корпусе выполняют специальные пазы и сквозные прорези. В кольцевом сотовом уплотнении устанавливают штифты. Фиксацию сотового уплотнения во внутреннем корпусе производят поворотом уплотнения относительно внутреннего корпуса статора турбины в направлении вращения ротора турбины, до упора штифтов, по поверхности специальных пазов, на внутреннем корпусе статора турбины и за счет контровки фигурными пластинчатыми контровками, установленными в проточке внутреннего корпуса до постановки сотового уплотнения, загибкой их по торцу корпуса уплотнения и по наружной поверхности внутреннего корпуса статора турбины. Изобретение позволяет повысить надежность и качество монтажа сотового уплотнения, технологичность сборки, ремонта, снизить трудоемкость изготовления и обеспечивает ремонтопригодность узла. 5 ил.

Направляющий сопловый аппарат турбины газотурбинного двигателя содержит внутреннюю и внешнюю кольцевые платформы, соединенные радиальными лопатками. Внутренняя платформа содержит кольцевые элементы из истираемого материала, размещенные на образующих кольцо листовых секторах с сечением L, S или С-образной формы, установленных внутри внутренней платформы. Каждый из листовых секторов своей внешней периферией закреплен пайкой или сваркой на внутренней платформе, а внутренней периферией - на элементе из истираемого материала или на листовом кольце, закрепленном на элементе из истираемого материала. Внутренняя платформа соплового аппарата является цилиндрической перегородкой, разделенной на участки. Секторы внутренней платформы выполнены литьем и несут герметизирующие пластинки, приваренные или припаянные одним краем к сектору платформы, а другим краем находящиеся в скользящем контакте с соседним сектором платформы на уровне листовых секторов, несущих элементы из истираемого материала. Другие изобретения группы относятся к турбине газотурбинного двигателя, содержащей указанный выше направляющий сопловый аппарат, и к газотурбинному двигателю, содержащему такую турбину. Группа изобретений позволяет снизить вес и тепловую инерцию средств, удерживающих элементы из истираемого материала. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к турбинам низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения. Турбина низкого давления газотурбинного двигателя включает ротор, статор с задней опорой, лабиринтное уплотнение с внутренним и внешним фланцами на задней опоре статора. Лабиринтное уплотнение турбины выполнено двухъярусным. Внутренний ярус образован двумя уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к оси турбины, и рабочей поверхностью внутреннего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к проточной части турбины. Внешний ярус образован уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к проточной части турбины, и рабочей поверхностью внешнего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к оси турбины. Уплотнительные гребешки лабиринта внутреннего яруса лабиринтного уплотнения выполнены с параллельными внутренними стенками, между которыми установлено демпфирующее кольцо. Внешний фланец лабиринтного уплотнения выполнен с наружной замкнутой кольцевой воздушной полостью. Между проточной частью турбины и внешним фланцем лабиринтного уплотнения размещена кольцевая заградительная стенка, установленная на задней опоре статора. Рабочая поверхность внутреннего фланца лабиринтного уплотнения расположена таким образом, чтобы отношение внутреннего диаметра на выходе из проточной части турбины к диаметру рабочей поверхности внутреннего фланца лабиринтного уплотнения составляло 1,05…1,5. Изобретение позволяет повысить надежность турбины низкого давления газотурбинного двигателя. 3 ил.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение содержит установленный на статоре сотовый фланец и лабиринтом с демпфирующим кольцом в кольцевой канавке на краю обода. Край обода направлен к диску турбины. Сотовый фланец установлен с возможностью регулировки осевого положения с помощью размещенного между фланцем и статором регулировочного кольца. Между лабиринтом и диском размещена ступица дефлектора диска с образованием щелевой полости между боковой поверхностью ступицы дефлектора диска и ближним к диску кольцевым радиальным ребром, ограничивающим кольцевую канавку. Отношение диаметра демпфирующего кольца в поперечном сечении к высоте щелевой полости составляет 6…12. изобретение позволяет повысить надежность лабиринтного уплотнения. 2 ил.

Лабиринтное уплотнение турбины содержит примыкающий к диску турбины лабиринт и ответный ему фланец с сопловым аппаратом закрутки охлаждающего воздуха. Лабиринт установлен на осевом кольцевом выступе диска и выполнен охватывающим сопловой аппарат закрутки с образованием между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска щелевой полости. В полости размещено уплотнительное кольцо. На внутренней поверхности лабиринта установлено разжимное демпфирующее кольцо, охватывающее кольцевое радиальное ребро лабиринта. На цилиндрическом выступе кольца выполнены радиальные отверстия. Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность лабиринтного уплотнения. 1 ил.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение турбины состоит из размещенного на сопловой лопатке статорного фланца и установленного между дисками и турбиной лабиринта. На внешней поверхности лабиринта размещены уплотнительные гребешки. Каждый из гребешков состоит из обращенных к фланцу внешних прямоугольной и конической частей. На противоположной внутренней поверхности лабиринта также расположена прямоугольная в поперечном сечении внутренняя часть уплотнительного гребешка. Лабиринт состоит из переднего лабиринта, установленного на переднем по потоку газа диске турбины, и заднего лабиринта, установленного на заднем по потоку диске, со стыком лабиринтов и по внутренней поверхности прямоугольной части уплотнительного гребешка заднего лабиринта. Отношение общей высоты Н уплотнительного гребешка, включая его прямоугольную часть, расположенную на внутренней поверхности лабиринта, к радиальному зазору у между лабиринтом и фланцем находится в пределах 6....12. Отношение общей высоты Н к радиальной высоте h внутренней прямоугольной части гребешка находится в пределах 2…5. Отношение общей высоты Н к осевой толщине L прямоугольной части гребешка находится в пределах 2…6. Путем снижения температуры уплотнительных гребешков лабиринта повышается надежность лабиринтного уплотнения. 2 ил.

Паровая турбина (10) содержит корпус (26), ротор (12) и по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел (24), расположенный между корпусом и ротором. Указанный уплотнительный узел содержит опорный элемент (28), неподвижный относительно корпуса, пластинчатые элементы (48), которые установлены на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходят по направлению к ротору и каждый из которых наклонен относительно направления вращения ротора, а также исполнительный механизм (32), предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания указанных пластинчатых элементов в направлении от ротора. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ уплотнения турбины от утечки рабочего флюида. Турбина имеет неподвижный элемент и вращающийся элемент, уплотнительное кольцо введено с возможностью скольжения по меньшей мере в один паз неподвижного элемента, паз имеет расположенную выше по течению боковую поверхность и расположенную ниже по течению боковую поверхность. Способ включает в себя следующие операции: используют уплотнительное кольцо, содержащее головку и корпус, имеющий элементы дросселирования, выступающие радиально из него. Используют, по меньшей мере, один комплект устройств подвески, который подвешивает уплотнительное кольцо в проектном радиальном зазоре. Устанавливают датчик между элементами дросселирования. Соединяют датчик с комплектом устройств подвески, таким образом, что комплект устройств подвески поддерживал уплотнительное кольцо в проектном радиальном зазоре без повреждения элементов дросселирования, всякий раз когда датчик контактирует с вращающимся элементом. Другой способ уплотнения турбины от утечки рабочего флюида включает в себя операции: определение центральной продольной оси, относительно которой вращается вращающийся элемент. Определение проектного радиального зазора между самым длинным элементом дросселирования плавающего уплотнительного кольца и внешней поверхностью вращающегося элемента. Установка с возможностью скольжения плавающего уплотнительного кольца, имеющего корпус, содержащий элементы дросселирования, головку и по меньшей мере один датчик, связанный по меньшей мере с одним комплектом устройств подвески, в паз неподвижного элемента, за счет чего осуществляется соосная подвеска плавающего уплотнительного кольца в проектном радиальном зазоре при помощи комплекта устройств подвески. Поддержание плавающего уплотнительного кольца в проектном радиальном зазоре. Восстановление проектного радиального зазора плавающего уплотнительного кольца без повреждения каких-либо его элементов дросселирования, всякий раз когда датчик контактирует с вращающимся элементом. Изобретение позволяет уменьшить утечки рабочего тела. 2 н.п. ф-лы, 30 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх