RU2204071C2 - Labyrinth seal - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; vane machines. SUBSTANCE: invention can be used in vane machines for improving their operation. proposed labyrinth seal contains ribs arranged at angle to axis of rotation. Novelty is that vortex generator is installed on surface of inner load bearing ring of guide vane assembly before first rib of labyrinth seal. EFFECT: improved reliability of labyrinth seal. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения. Оно может быть использовано в лопаточных машинах для совершенствования их рабочего процесса за счет уменьшения перетекания рабочего тела из области повышенного давления в область пониженного давления через зазор между ротором и статором. The invention relates to the field of engine manufacturing. It can be used in blade machines to improve their working process by reducing the flow of the working fluid from the high pressure region to the low pressure region through the gap between the rotor and stator.

Известно воздушное лабиринтное уплотнение, содержащее прямые гребешки [1, 2] . Оно обеспечивает частичное уменьшение перетекания рабочего тела из области повышенного давления в область пониженного давления. Known air labyrinth seal containing straight scallops [1, 2]. It provides a partial reduction in the flow of the working fluid from the region of high pressure to the region of low pressure.

Недостатком указанного лабиринтного уплотнения является низкая его эффективность в силу малой интенсивности вихревых потоков в пространстве между зубьями и малого гидравлического сопротивления, создаваемого прямыми гребешками. The disadvantage of this labyrinth seal is its low efficiency due to the low intensity of the vortex flows in the space between the teeth and the small hydraulic resistance created by straight scallops.

Известно воздушное лабиринтное уплотнение с гребешками, расположенными под углом к оси вращения [1], обеспечивающее более высокий эффект дросселирования рабочего тела, перетекающего из области повышенного давления в область пониженного давления. Known air labyrinth seal with scallops located at an angle to the axis of rotation [1], providing a higher effect of throttling of the working fluid flowing from the area of high pressure to low pressure.

Недостатком указанного лабиринтного уплотнения также является сравнительно низкая его эффективность в силу малой интенсивности вихревых потоков в полостях между наклонными гребешками и малого гидравлического сопротивления. The disadvantage of this labyrinth seal is also its relatively low efficiency due to the low intensity of the vortex flows in the cavities between the inclined scallops and low hydraulic resistance.

Анализ проведенных экспериментов показал, что эффективность лабиринтного уплотнения может быть повышена за счет увеличения гидравлического сопротивления потока рабочего тела на входе в лабиринтное уплотнение. An analysis of the experiments showed that the effectiveness of the labyrinth seal can be improved by increasing the hydraulic resistance of the flow of the working fluid at the entrance to the labyrinth seal.

Задачей изобретения является повышение эффективности лабиринтного уплотнения за счет организации вихревого движения потока рабочего тела на входе в лабиринтное уплотнение посредством генератора вихрей. The objective of the invention is to increase the efficiency of the labyrinth compaction due to the organization of the vortex movement of the flow of the working fluid at the entrance to the labyrinth compaction by means of a vortex generator.

Решаемая задача достигается введением перед первым гребешком лабиринтного уплотнения генератора вихрей, установленного на поверхности внутреннего силового кольца направляющего аппарата. The problem to be achieved is achieved by introducing a labyrinth seal of the vortex generator before the first scallop, mounted on the surface of the inner power ring of the guide vane.

Появление предлагаемого конструктивного признака (генератора вихрей, установленного на поверхности внутреннего силового кольца направляющего аппарата) соответствует одному из критериев изобретения и позволяет получить новый положительный эффект - дополнительное увеличение гидравлического сопротивления лабиринтного уплотнения. Это отвечает одному из основных требований к изобретательскому уровню. The appearance of the proposed design feature (a vortex generator mounted on the surface of the inner power ring of the guide vane) meets one of the criteria of the invention and allows to obtain a new positive effect - an additional increase in the hydraulic resistance of the labyrinth seal. This meets one of the basic requirements for inventive step.

Элементом новизны является установка на поверхности внутреннего силового кольца направляющего аппарата перед первым гребешком лабиринтного уплотнения генератора вихрей, создающего предварительную закрутку потока рабочего тела и увеличивающего гидравлическое сопротивление предлагаемого лабиринтного уплотнения. An element of novelty is the installation of a vortex generator on the surface of the inner power ring of the guide apparatus in front of the first scallop of the labyrinth seal, creating a preliminary swirl of the working fluid flow and increasing the hydraulic resistance of the proposed labyrinth seal.

На чертеже изображено предлагаемое лабиринтное уплотнение с генератором вихрей, создающим предварительную закрутку потока перед первым гребешком. Оно представлено в совокупности с фрагментом осевого компрессора, включающего корпус 1, рабочее колесо 2, направляющий аппарат 3, рабочее колесо 4 и поверхность барабана ротора компрессора 5. Лабиринтное уплотнение представляет собой совокупность гребешков 6, наклонных к продольной оси вращения ротора, внутреннего силового кольца 7 направляющего аппарата 3 и генератора вихрей 8, установленного на поверхности внутреннего силового кольца 7 направляющего аппарата 3. The drawing shows the proposed labyrinth seal with a vortex generator that creates a preliminary swirl of the flow in front of the first comb. It is presented in conjunction with a fragment of the axial compressor, including the housing 1, the impeller 2, the guide apparatus 3, the impeller 4 and the surface of the drum of the compressor rotor 5. The labyrinth seal is a combination of scallops 6, inclined to the longitudinal axis of rotation of the rotor, the inner power ring 7 a guiding apparatus 3 and a vortex generator 8 mounted on the surface of the inner power ring 7 of the guiding apparatus 3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Под воздействием перепада давления рабочее тело из полости за направляющим аппаратом 3 перетекает через зазор между поверхностью внутреннего силового кольца 7 и гребешками 6 на вход в направляющий аппарат 3. Дросселирующий эффект, противостоящий перетеканию рабочего тела, создается как за счет гидравлического сопротивления гребешков 6, так и за счет гидравлического сопротивления, создаваемого генератором вихрей 8. Вихрь 9, созданный генератором вихрей 8, обеспечивает предварительное дросселирование перетекаемому потоку до входа его в проточную часть лабиринтного уплотнения. The proposed device operates as follows. Under the influence of a pressure drop, the working fluid from the cavity behind the guide apparatus 3 flows through the gap between the surface of the inner power ring 7 and the scallops 6 to the entrance to the guide apparatus 3. The throttling effect, which resists the flow of the working fluid, is created due to the hydraulic resistance of the scallops 6 and due to the hydraulic resistance created by the vortex generator 8. The vortex 9 created by the vortex generator 8 provides preliminary throttling of the overflowing stream before it enters into the exact portion of the labyrinth seal.

Установка генератора вихрей 8 перед первым гребешком лабиринтного уплотнения обеспечивает увеличение суммарной интенсивности вихреобразования и повышает эффективность предлагаемого лабиринтного уплотнения на 4...6%. The installation of the vortex generator 8 in front of the first scallop of the labyrinth compaction provides an increase in the total intensity of the vortex formation and increases the efficiency of the proposed labyrinth compaction by 4 ... 6%.

ЛИТЕРАТУРА
1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1981, с. 98, рис.3.43а - прототип.LITERATURE
1. Skubachevsky G.S. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. - M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 98, Fig. 3.43a - prototype.

2. Локай В.И. и др. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1979, с. 121, рис.6.3. 2. Lokay V.I. and other gas turbines of aircraft engines. - M.: Mechanical Engineering, 1979, p. 121, Fig. 6.3.

Claims (1)

Лабиринтное уплотнение, содержащее гребешки, расположенные под углом к оси вращения, отличающееся тем, что перед первым гребешком лабиринтного уплотнения введен генератор вихрей, установленный на поверхности внутреннего силового кольца направляющего аппарата. A labyrinth seal containing scallops located at an angle to the axis of rotation, characterized in that a vortex generator is introduced in front of the first scallop of the labyrinth seal, mounted on the surface of the inner ring of the guiding apparatus.