Осевое уплотнение вала

Авторы патента:


Осевое уплотнение вала
Осевое уплотнение вала
Осевое уплотнение вала

 


Владельцы патента RU 2600195:

АТЛАС КОПКО ЭНЕРГАЗ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к турбомашине с установленным в корпусе (1) вала валом (2) ротора, по меньшей мере с одним расположенным на конце вала (2) ротора в корпусе (5) рабочего колеса радиальным рабочим колесом (4) и с системой (9) уплотнения между поперечным сечением (7) потока корпуса (5) рабочего колеса и охватывающим вал (2) ротора внутри корпуса (1) вала свободным пространством (8), причем система (9) уплотнения имеет несколько расположенных на некотором расстоянии друг от друга элементов (10A, 10B, 10C) уплотнения, предназначенных для отделения поперечного сечения (7) потока от свободного пространства (8). Согласно изобретению вся система (9) уплотнения расположена со своими элементами (10A, 10B, 10C) уплотнения в радиальном зазоре (11), вследствие чего осевые участки вала (2) ротора выполнены свободными от уплотнений. Изобретение улучшает эксплуатационные характеристики устройства. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к турбомашине с установленным в корпусе вала валом ротора, по меньшей мере с одним расположенным на конце вала ротора в корпусе рабочего колеса радиальным рабочим колесом и с системой уплотнения между поперечным сечением потока корпуса рабочего колеса и охватывающим вал ротора внутри корпуса вала свободным пространством, причем система уплотнения имеет несколько расположенных на некотором расстоянии друг от друга элементов уплотнения, для отделения поперечного сечения потока от свободного пространства. Радиальное рабочее колесо служит для расширения или сжатия рабочей среды, причем поперечные сечения потока внутри корпуса рабочего колеса, в частности радиально направленное к рабочему колесу поперечное сечение потока, имеют другой уровень давления, чем в свободном пространстве, охватывающем вал ротора внутри корпуса вала.

Для предотвращения нежелательных течений рабочей среды через корпус вала, а также уменьшающих коэффициент полезного действия потерь давления, между поперечными сечениями потока корпуса рабочего колеса, с одной стороны, а также свободным пространством внутри корпуса вала, с другой стороны, обычно предусматривают систему уплотнения, расположенную на осевом участке вала. В частности, из практики известны уплотнения в виде щеточных уплотнений, торцевых уплотнений или лабиринтных уплотнений между валом ротора и корпусом вала на осевом участке вала. Для возможности такого выполнения вал ротора должен иметь достаточную длину внутри корпуса вала. Кроме того, в корпусе вала установлены подшипники и опционально-электрическая машина в виде двигателя или генератора.

Из документа DE 102004041439 A1 известна турбомашина для расширения или уплотнения газообразной или парообразной рабочей среды, имеющая охватывающее щеточное уплотнение в радиальном зазоре между задней стороной радиального рабочего колеса и соответствующей поверхностью корпуса. В варианте выполнения с описанными ранее признаками, в соответствии с которым предусмотрена система уплотнения с несколькими расположенными на некотором расстоянии друг от друга элементами уплотнения, дополнительно к охватывающему щеточному уплотнению на осевом участке предусмотрено лабиринтное уплотнение, причем примыкающее сбоку к радиальному рабочему колесу поперечное сечение потока отделено от охватывающего вал ротора внутри корпуса вала свободного пространства как посредством расположенного в зазоре щеточного уплотнения, так и расположенного на осевом участке вала лабиринтного уплотнения.

Из документа EP 1281836 B1, а также DE 102006049516 B3 известны турбомашины, в которых на задней стороне радиального рабочего колеса расположена камера рабочей среды, с возможностью подведения в нее уплотненной рабочей среды для коррекции осевых касательных усилий. Посредством подвода и сброса уплотненной рабочей среды можно изменять создаваемые зазором в качестве буфера опорные усилия. Для отделения этого зазора между задней стороной радиального рабочего колеса и корпусом, с одной стороны, а также осевым участком вала ротора, с другой стороны, необходима система уплотнения.

Часто при эксплуатации турбомашин, вследствие высокого числа оборотов, возникает проблема, состоящая в том, что требуется учитывать собственные частоты элементов, в частности компоновки ротора. Если рабочая частота в турбомашине находится на участке критических собственных частот, существует опасность повышенных колебаний, которые могут приводить к усиленному износу или даже разрушению турбомашины. В частности, известно, что при эксплуатации турбомашины следует избегать участков специфических собственных частот.

Исходя из этого, в основу данного изобретения положена задача устранить описанные недостатки или, по меньшей мере, сократить их количество.

Согласно изобретению, основываясь на турбомашине с ранее описанными особенностями, задача решается при помощи того, что сохраняющая различие давления система уплотнения между поперечным сечением потока и свободным пространством расположена со своими элементами уплотнения в радиальном зазоре, вследствие чего осевые участки вала ротора являются свободными от уплотнений. В соответствии с этим в конструкции турбомашины на вале ротора не нужно предусматривать осевой участок для системы уплотнения, поэтому вал ротора можно соответственно укоротить. Даже если экономия материала и экономия места сравнительно незначительны, существенно улучшаются вращательно-динамические характеристики. Благодаря сокращению осевого конструктивного пространства вала ротора, весь ротор становится стабильнее, вследствие чего увеличиваются специфические собственные частоты. В соответствии с этим при эксплуатации турбомашины специфические собственные частоты достигают своей величины только при более высоких числах оборотов, когда они и вовсе не смещаются выше максимального числа оборотов.

Турбомашина может иметь на вале ротора только одно радиальное рабочее колесо или на обоих концах вала соответственно одно радиальное рабочее колесо. В частности, в рамках изобретения предусмотрено, что на первом конце вала расположено первое радиальное рабочее колесо в первом корпусе рабочего колеса, а на втором конце вала - второе радиальное рабочее колесо во втором корпусе рабочего колеса, причем между поперечным сечением потока первого корпуса рабочего колеса и свободным пространством, с одной стороны, а также между поперечным сечением потока второго корпуса рабочего колеса и свободным пространством, с другой стороны, в радиальном зазоре соответственно предусмотрена одна система уплотнения с ранее описанными признаками. Система уплотнения содержит по меньшей мере два элемента уплотнения, расположенные в радиальном зазоре с интервалом друг к другу.

В рамках изобретения радиальный зазор может быть образован также несколькими смещенными на одной оси друг к другу участками зазора, формируя при этом ступенчатую форму. Однако и в этом случае отдельные элементы уплотнения всегда расположены в радиальных участках зазора.

В рамках изобретения имеются различия между корпусом вала, с одной стороны, и корпусом рабочего колеса, с другой стороны. При этом изобретение предусматривает, чтобы корпус вала и корпус рабочего колеса имели возможность полностью отделяться друг от друга. Однако речь может также идти о корпусе вала и корпусе рабочего колеса, как об элементах общего корпуса. Для обеспечения доступа к отдельным компонентам турбомашины, весь такой общий корпус может, например, разделяться в осевом направлении на два элемента, например на верхнюю часть и нижнюю части. Если турбомашина имеет на вале ротора только одно расположенное с односторонней опорой радиальное рабочее колесо, в корпусе вала обычно предусматривают привод или электрическую машину, как привод при эксплуатации в качестве компрессора или как выходной вал при эксплуатации в качестве расширителя. Если предусматривают турбомашину при ее выполнении с двумя расположенными с односторонней опорой радиальными рабочими колесами в качестве двухступенчатого компрессора или двухступенчатого расширителя, то также и в этом случае необходим привод или электрическая машина, т.е. двигатель или генератор, как привод или как выходной вал. В комбинированном компандере, если предусмотрено одно радиальное рабочее колесо для расширения, а другое радиальное рабочее колесо - для сжатия, ступень компрессора может непосредственно приводиться в движение ступенью расширителя. Для отвода лишней или для подвода недостающей энергии в этом случае также может быть предусмотрен привод или электрическая машина.

Система уплотнения с несколькими находящимися на некотором расстоянии друг от друга элементами уплотнения расположена согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения на обращенной в направлении корпуса вала задней стороне радиального рабочего колеса, в то время как передняя сторона радиального рабочего колеса снабжена лопатками для сжатия или расширения технологической рабочей среды.

В зависимости от технологической рабочей среды может возникать необходимость ее защиты от загрязнения или предотвращения попадания потерь от утечек технологической рабочей среды в корпус вала. Для промывки участка системы уплотнения или отвода утечек газа по меньшей мере в одной образованной между элементами уплотнения промежуточной камере может быть предусмотрено соединительное отверстие для подвода запирающего газа или отвода утечек газа. Эта промежуточная камера продолжается, по меньшей мере, на некоторых участках также вдоль зазора в радиальном направлении. Соединительное отверстие может быть образовано, например, сверлением в корпусе вала, к которому примыкает линия подвода или отвода.

Согласно изобретению, элементами системы уплотнения являются щеточные уплотнения, торцевые уплотнения, а также попеременно расположенные в зазоре выступы, образующие лабиринт. Для выполнения системы уплотнения могут использоваться аналогичные элементы уплотнения или разные типы элементов уплотнения. В щеточных уплотнениях и торцевых уплотнениях соответствующие друг другу поверхности уплотнения предпочтительно направлены перпендикулярно к оси вала ротора.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - поперечное сечение турбомашины;

фиг.2 - детальный вид предпочтительного варианта выполнения турбомашины на участке радиального рабочего колеса.

На фиг.1 показана турбомашина в соответствии с ее общей конструкцией, имеющая установленный в корпусе 1 вала вал 2 ротора. Подшипники 3 для осевой и радиальной опоры вала 2 ротора изображены только в качестве примера, причем без ограничений могут быть предусмотрены подшипники качения, магнитные подшипники, гидростатически смазываемые подшипники и/или гидродинамически смазываемые подшипники.

В примере выполнения на обоих концах вала 2 ротора с односторонней опорой расположены радиальные рабочие колеса 4 в соответствующем корпусе 5 рабочего колеса. Наконец, внутри корпуса 1 вала и на вале 2 ротора предусмотрена электрическая машина 6 в качестве привода или выходного вала. При эксплуатации обоих радиальных рабочих колес 4 в качестве ступеней компрессора вал 2 ротора приводится в движение электрической машиной 6 в виде двигателя. И наоборот, если радиальные рабочие колеса 4 являются ступенями расширителя, электрическую машину 6 приводят в движение в качестве генератора.

Согласно изобретению для разделения рабочей среды соответственно радиального поперечного сечения 7 потока корпуса 5 рабочего колеса и охватывающего вал 2 ротора внутри корпуса 1 вала свободного пространства 8 предусмотрена система 9 уплотнения с несколькими расположенными на некотором расстоянии друг от друга элементами 10A, 10B уплотнения. Согласно изобретению вся сохраняющая различие давления система 9 уплотнения между поперечным сечением 7 потока и свободным пространством 8 с ее элементами 10A, 10B уплотнения расположена в радиальном зазоре 11, вследствие чего осевые участки вала 2 ротора не заполнены уплотнениями. Поэтому по сравнению с известными из уровня техники выполнениями вал 2 ротора может быть выполнен сравнительно коротким, вследствие чего весь ротор по своим вращательно-динамическим характеристикам становится стабильнее и имеет высокие специфические собственные частоты.

В качестве элементов 10A, 10B уплотнения в варианте выполнения по фиг.1 на задней стороне 12 обоих радиальных рабочих колес 4 предусмотрены охватывающее торцевое уплотнение в качестве первого элемента 10A уплотнения, а также несколько, образующих лабиринт выступов в качестве других элементов 10B уплотнения.

На фиг.2 показан детальный вид предпочтительного варианта выполнения соответствующей изобретению турбомашины, причем радиальный зазор 11 разделен вследствие ступенчатого выполнения на участки 11A, 11B и 11C зазора. В каждом проходящем в радиальном направлении участке 11A, 11B, 11C зазора расположен элемент 10C уплотнения, выполненный в данном варианте в виде щеточного уплотнения. Для возможности подвода в систему 9 уплотнения запирающего газа или для отвода от системы 9 уплотнения утечки газа в корпусе 1 вала выполнено сверление 13, впадающее в промежуточную камеру 14 между двумя расположенными на некотором расстоянии друг от друга элементами 10C уплотнения.

1. Турбомашина с установленным в корпусе (1) вала валом (2) ротора, по меньшей мере с одним расположенным на конце вала (2) ротора в корпусе (5) рабочего колеса радиальным рабочим колесом (4) и с системой (9) уплотнения между поперечным сечением (7) потока корпуса (5) рабочего колеса и охватывающим вал (2) ротора внутри корпуса (1) вала свободным пространством (8), причем система (9) уплотнения содержит множество расположенных на расстоянии друг от друга элементов (10A, 10B, 10C) уплотнения, предназначенных для отделения поперечного сечения (7) потока от свободного пространства (8), отличающаяся тем, что система (9) уплотнения расположена со своими элементами (10A, 10B, 10C) уплотнения в радиальном зазоре (11), при этом осевые участки вала (2) ротора не заполнены уплотнениями.

2. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что система (9) уплотнения расположена на обращенной в направлении корпуса (1) вала задней стороне (12) радиального рабочего колеса (4).

3. Турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере в одной образованной между элементами (10C) уплотнения промежуточной камере (14) выполнено соединительное отверстие для подвода запирающего газа или отвода утечек газа.

4. Турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система (9) уплотнения содержит по меньшей мере один элемент (10C) уплотнения в виде щеточного уплотнения, причем относящиеся друг к другу поверхности щеточного уплотнения направлены перпендикулярно к оси вала (2) ротора.

5. Турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система (9) уплотнения содержит по меньшей мере один элемент (10A) уплотнения в виде торцевого уплотнения, причем относящиеся друг к другу поверхности торцевого уплотнения направлены перпендикулярно к оси вала (2) ротора.

6. Турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система (9) уплотнения содержит по меньшей мере один лабиринт из расположенных на расстоянии друг от друга элементов (10B) уплотнения в виде выступов, попеременно установленных на обеих ограничивающих радиальный зазор (11) поверхностях.

7. Турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на первом конце вала установлено первое радиальное рабочее колесо (4) в первом корпусе (5) рабочего колеса, а на втором конце вала - второе радиальное рабочее колесо (4) во втором корпусе (5) рабочего колеса, причем между поперечным сечением (7) потока первого корпуса (5) рабочего колеса и свободным пространством (8), с одной стороны, а также между поперечным сечением (7) потока второго корпуса (5) рабочего колеса и свободным пространством (8), с другой стороны, в радиальном зазоре (11), соответственно, расположена одна система (9) уплотнения.

8. Турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в корпусе (1) вала расположена электрическая машина (6).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к щеточным уплотнениям. Щеточное уплотнение содержит корпус, имеющий заднюю пластину и переднюю пластину, и первый слой щетинок, расположенный смежно с задней пластиной, причем по меньшей мере одна из щетинок первого слоя имеет первый диаметр.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство подачи топлива для ДВС, имеющее корпус (1), в котором размещены по меньшей мере один подающий модуль и один приводной вал (2), который установлен с возможностью вращения в предусмотренном в корпусе (1) опорном отверстии (3), в пределах которого расположена уплотнительная система (4) с по меньшей мере одним кольцевым уплотнением (5) приводного вала для герметичного отделения топливопроводящей внутренней части (6) от смазкопроводящей внешней части (7).

Изобретение относится к уплотнениям вращающихся валов турбомашин. Щеточное уплотнение содержит корпус уплотнения, закрепленный в невращающемся корпусе, охватывающем вал, пучки проволочек, размещенных равномерно по окружности плотно друг к другу в плоскости, перпендикулярной оси вала, закрепленные одним концом в корпусе уплотнения, а другим концом касающиеся наружной цилиндрической поверхности уплотнительного кольца, навернутого на втулку с резьбой, нарезанной в направлении против вращения вала, закрепленную на валу.

Уплотнительная система (1) для промышленных клапанов, в частности для запорных клапанов, содержащая, по меньшей мере, одно гнездо (20), предназначенное для того, чтобы его вставляли в охватывающий корпус (10) запорного клапана, одну пластину (30), предназначенную для того, чтобы закрывать клапан, герметически примыкая к упомянутому гнезду (20), и один уплотнительный элемент (60а, 60b), выполненный из термопластичного материала, расположенный на поверхности упомянутого гнезда (20), направленный к упомянутой пластине (30) и предназначенный для того, чтобы получать жидкостное уплотнение между упомянутым гнездом (20) и пластиной (30) упомянутого клапана, также содержащая на поверхности упомянутого гнезда (20), по меньшей мере, один дополнительный элемент (70а, 70b), выполненный из эластомерного материала, направленный в сторону упомянутой пластины (30), причем упомянутый элемент (60а, 60b), выполненый из термопластичного материала, имеет кольцеобразную форму и многоугольное сечение.

Изобретение относится к щеточному уплотнению для использования в ротационной машине. Щеточное уплотнение содержит сегменты, каждый из которых содержит дугообразный защитный элемент, дугообразную опорную пластину, окружная протяженность которой, по существу, равна окружной протяженности дугообразного защитного элемента и которая имеет первый конец и второй конец, и множество щетинок, расположенных между дугообразной опорной пластиной и дугообразным защитным элементом под углом относительно радиальной оси дугообразной опорной пластины и по меньшей мере одного из первого конца и второго конца дугообразной опорной пластины, и неподвижный элемент, к которому прикреплен по меньшей мере один из указанных сегментов щеточного уплотнения.

Изобретение относится к уплотнительному устройству для гидравлического контура. Уплотнительное устройство имеет масляный канал, который подает гидравлическое масло или отводит гидравлическое масло из гидравлического привода.

Изобретение относится к судостроению, а именно к компоновке и способу уплотнения гребного вала судна. Для уплотнения гребного вала судна используют уплотнение, которое содержит группу манжетных уплотнителей, которые размещены последовательно в направлении гребного вала таким образом, что уплотнительная камера формируется между соседними манжетными уплотнителями.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к щеточным уплотнениям, предназначенным для уплотнения ротора относительно статора. Техническим результатом является повышение износостойкости и надежности щеточного уплотнения.

Описаны уплотнительные комплекты для применения с гидравлическими клапанами. Предлагаемый вариант клапанного затвора, предназначенный для применения с гидравлическими клапанами, включает клетку (328) и уплотнительный комплект (330), который следует поместить, по меньшей мере, либо в клетке, либо в фиксаторе клетки (326), либо в плунжере (322).

Группа изобретений относится к щеточным уплотнениям, сохраняющим работоспособность в условиях обратного потока и предназначенным для ограничения переноса находящейся под давлением текучей среды между первой и второй камерами вдоль движущегося вала.

Уплотнительный узел для турбоустановки содержит дугообразную или кольцеобразную пластину, уплотнительное кольцо, дугообразные зубцы и смещающий элемент. Пластина имеет Т-образное поперечное сечение, присоединена к внутренней поверхности неподвижного корпуса турбоустановки и расположена в радиальной плоскости.

Уплотнительный узел турбомашины содержит дугообразные сегменты уплотнительного кольца и поджимающие элементы. Дугообразные сегменты уплотнительного кольца расположены между ротором и неподвижным корпусом турбомашины и имеют межсегментные промежутки, проходящие вдоль радиальной оси ротора.

Уплотнительный узел для турбоустановки содержит переднее и заднее кольца, эластичные пластинчатые элементы, неподвижное кольцо и гаситель вибраций. Переднее и заднее кольца соединены с неподвижным корпусом турбоустановки.

Изобретение относится к герметичному уплотнению статора турбомашины. Герметичное уплотнение (7) имеет первую истираемую поверхность, расположенную напротив роторной части турбомашины, и вторую поверхность, находящуюся в соприкосновении с внутренним кожухом статора.

Группа изобретений относится к уплотнительным устройствам, предназначенным для использования между первым компонентом и вторым компонентом ротационной установки.

Лопатка турбины включает аэродинамический профиль и бандажную полку у его внутреннего торца. Бандажная полка содержит верхнюю плиту и переднюю стенку, содержащую изогнутый участок с уплотнительный участком, а также плоский участок, направленный перпендикулярно верхней плите и расположенный между верхней плитой и изогнутым участком.

Газотурбинный двигатель содержит ротор, радиально наружную и внутреннюю статорные части, между которыми проходит воздушный канал компрессора, кольцевой зазор между ротором и радиально внутренней статорной частью, а также выпускной трубопровод.

Уплотнительный узел (86), расположенный между вращающимся компонентом (82) и неподвижным компонентом (84) вращательного механизма, содержит зубцы (94) и гребешки (96). Зубцы (94) расположены в первых осевых местах (89) на расстоянии друг от друга вдоль оси вращения вращающегося компонента (82).

Изобретение относится к турбинам турбореактивных двигателей повышенной степени двухконтурности. Турбина турбореактивного двигателя включает статор, роторы высокого и низкого давлений с размещенным между ними межвальным уплотнением, содержащим установленный на валу ротора высокого давления фланец и ответный ему лабиринт на валу ротора низкого давления.

Изобретение относится к роторам высокотемпературных турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. В роторе (1) высокотемпературной турбомашины между первым (7) и вторым (8) и предпоследним (9) и последним (10) по потоку газа (11) уплотнительными гребешками в ободе (6) промежуточного диска 5 выполнены радиальные каналы (13) и (14), соединяющие воздушную междисковую полость (4) с газовой полостью (12) турбины.

Аспираторное торцевое уплотнение содержит первичное уплотнение, вторичное уплотнение и поджимающее устройство. Первичное уплотнение содержит первый уплотнительный компонент и второй уплотнительный компонент. Первый уплотнительный компонент выполнен с возможностью присоединения к ротору и вращения вместе с ротором. Вторичное уплотнение содержит гибкие элементы и выполнено с возможностью расположения между вторым уплотнительным компонентом и статорным корпусом. Поджимающее устройство присоединено ко второму уплотнительному компоненту так, что второй уплотнительный компонент поджат в осевом направлении от первого уплотнительного компонента при нерабочем состоянии. Технический результат изобретения - улучшение динамических характеристик и повышение срока службы вторичного уплотнения. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх