Лабиринтное уплотнение турбины

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.

 

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известно лабиринтное уплотнение турбины, содержащее размещенный между дисками турбины лабиринт и ответный ему статорный фланец (патент US №7921634, F02K 3/02, 2008 г.).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за повышенной температуры лабиринта, контактирующего с высокотемпературным газовым потоком.

Наиболее близким к заявляемому является лабиринтное уплотнение турбины, включающее в себя размещенный между дисками турбины лабиринт с уплотнительными гребешками и ответный лабиринту сотовый статорный фланец, установленный на сопловой лопатке (патент US №6883303, F01D 25/16, 2005 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность уплотнительных гребешков лабиринта, имеющих повышенную температуру и повышенные термические напряжения на переходных режимах работы турбины.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности лабиринтного уплотнения турбины путем снижения температуры уплотнительных гребешков лабиринта.

Указанный технический результат достигается тем, что в лабиринтном уплотнении турбины, состоящем из размещенного на сопловой лопатке статорного фланца и установленного между дисками турбины лабиринта, на внешней поверхности которого размещены уплотнительные гребешки, каждый из которых состоит из обращенных к фланцу внешних прямоугольной и конической частей, согласно изобретению на противоположной внутренней поверхности лабиринта также расположена прямоугольная в поперечном сечении внутренняя часть уплотнительного гребешка, при этом лабиринт состоит из переднего лабиринта, установленного на переднем по потоку газа диске турбины, и заднего лабиринта, установленного на заднем по потоку диске, со стыком переднего и заднего лабиринтов по внутренней поверхности прямоугольной части уплотнительного гребешка заднего лабиринта, причем отношения Н/y=6…12; H/h=2…5; и H/L=2…6; где:

Н - общая высота уплотнительного гребешка, включая его прямоугольную часть, расположенную на внутренней поверхности лабиринта,

y - радиальный зазор между лабиринтом и фланцем лабиринта,

h - радиальная высота внутренней прямоугольной части гребешка,

L - осевая толщина прямоугольной части гребешка.

Размещение на противоположной, внутренней поверхности лабиринта прямоугольной в поперечном сечении внутренней части уплотнительного гребешка позволяет за счет теплопроводности материала обода лабиринта снизить температуру обращенных к фланцу внешних прямоугольной и конической частей гребешка, что повышает надежность лабиринтного уплотнения турбины.

Выполнение лабиринта составным, состоящим из переднего лабиринта, установленного на переднем по потоку газа диске турбины и заднего лабиринта, установленного на заднем по потоку диске, повышает ремонтопригодность турбины за снижение трудоемкости при демонтаже и монтаже дисков турбины.

Выполнение стыка переднего и заднего лабиринтов по внутренней поверхности прямоугольной части уплотнительного гребешка заднего лабиринта повышает надежность лабиринтного уплотнения, так как температура внутренней прямоугольной части гребешка минимальна.

При Н/y<6 - ухудшаются уплотнительные свойства лабиринтного уплотнения турбины.

При Н/y>12 - увеличивается вес лабиринтного уплотнения турбины.

При Н/h<2 - излишне повышается вес уплотнительных гребешков.

При Н/h>5 - ухудшается охлаждение гребешков лабиринтного уплотнения из-за уменьшения охлаждаемой площади внутренней поверхности лабиринта.

При H/L<2 - ухудшается работа лабиринтного уплотнения.

При H/L>6 - снижается надежность из-за возможности образования трещин в уплотнительных гребешках.

На фиг.1 - изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения турбины.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Лабиринтное уплотнение 1 турбины состоит из размещенного на сопловой лопатке 2 статорного фланца 3 и установленного между передним по потоку газа 4 диском 5 турбины и задним по потоку 4 диском 6 лабиринта 7 с уплотнительными гребешками 8.

Каждый из уплотнительных гребешков 8 состоит из обращенных к статорному фланцу 3 внешних прямоугольной 9 и конической 10 в поперечном сечении частей, размещенных на внешней поверхности 11 лабиринта 7, а также из прямоугольной в поперечном сечении внутренней части 12, размещенной на противоположной внутренней поверхности 13 лабиринта 7.

Лабиринт 7 выполнен составным, состоящим из переднего лабиринта 14, установленного на переднем по потоку 4 диске 5 турбины и из заднего лабиринта 15, установленного на заднем по потоку 4 диске 6, со стыком лабиринтов 14 и 15 по внутренней поверхности 16 прямоугольной части 12 крайнего уплотнительного гребешка 17 заднего лабиринта 15.

Во внутренней полости 18 лабиринта 7 протекает поток 19 охлаждающего воздуха, снижающий температуру лабиринта 7.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе лабиринтного уплотнения 1 турбины высокотемпературный газовый поток 4, протекающий через лабиринтное уплотнение 1, интенсивно нагревает внешние коническую и прямоугольную в поперечном сечении части уплотнительных гребешков 8, что могло бы привести к перегреву и разрушению лабиринта 7. Однако этого не происходит, так как протекающий во внутренней полости лабиринта 7 поток охлаждающего воздуха 19 интенсивно турбулизируется внутренними прямоугольными в поперечном сечении частями 12 уплотнительных гребешков 8 и 17, что способствует улучшению охлаждения лабиринта 7.

Лабиринтное уплотнение турбины, состоящее из размещенного на сопловой лопатке статорного фланца и установленного между дисками турбины лабиринта, на внешней поверхности которого размещены уплотнительные гребешки, каждый из которых состоит из обращенных к фланцу внешних прямоугольной и конической частей, отличающееся тем, что на противоположной внутренней поверхности лабиринта также расположена прямоугольная в поперечном сечении внутренняя часть уплотнительного гребешка, при этом лабиринт состоит из переднего лабиринта, установленного на переднем по потоку газа диске турбины, и заднего лабиринта, установленного на заднем по потоку диске, со стыком переднего и заднего лабиринтов по внутренней поверхности прямоугольной части уплотнительного гребешка заднего лабиринта, причем отношения Н/y=6…12, Н/h=2…5 и Н/L=2…6, где:
Н - общая высота уплотнительного гребешка, включая его прямоугольную часть, расположенную на внутренней поверхности лабиринта,
y - радиальный зазор между лабиринтом и фланцем лабиринта,
h - радиальная высота внутренней прямоугольной части гребешка,
L - осевая толщина прямоугольной части гребешка.