RU2593575C1 - Seal oil cavity support of turbomachine rotor - Google Patents
Seal oil cavity support of turbomachine rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593575C1 RU2593575C1 RU2015112512/06A RU2015112512A RU2593575C1 RU 2593575 C1 RU2593575 C1 RU 2593575C1 RU 2015112512/06 A RU2015112512/06 A RU 2015112512/06A RU 2015112512 A RU2015112512 A RU 2015112512A RU 2593575 C1 RU2593575 C1 RU 2593575C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- split
- ring
- support
- sleeve
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения масляной полости опор роторов турбомашин и газотурбинных двигателей.The invention relates to a sealing technique and can be used to seal the oil cavity of the supports of the rotors of turbomachines and gas turbine engines.
Известно радиально-торцовое контактное уплотнение (см. а.с. СССР №15537774, МПК F16J 15/34, 9/14. Радиально-торцовое контактное уплотнение / А.И. Белоусов, С.В. Фалалеев, В.Б. Балякин, С.П. Сорока. - Опубл. 30.03.90. Бюл. №12), содержащее вращающуюся втулку, разрезное графитовое уплотнительное кольцо, контактирующее торцовой поверхностью с втулкой, а радиальной поверхностью - с корпусом, и устройство регулирования усилия прижатия уплотнительного кольца к корпусу, выполненное в виде пазов в уплотнительном кольце со стороны разрезов, в которые установлен элемент из пористого упругодемпфирующего материала.Known radial-mechanical contact seal (see AS USSR No. 15537774, IPC
Известно радиально-торцовое контактное уплотнение (см. а.с. СССР №1425401, МПК F16J 15/34. Радиально-торцовое контактное уплотнение / А.И. Белоусов, В.А. Зрелов, С.В. Фалалеев, В.Б. Балякин, Р.В. Харламов. - Опубл. 23.09.88. Бюл. №35), содержащее вращающуюся втулку, разрезное графитовое уплотнительное кольцо, контактирующее торцовой поверхностью с втулкой, а радиальной поверхностью - с корпусом, и кольцо из материала с большим коэффициентом теплового линейного расширения, расположенное концентрично с натягом внутри разрезного графитового уплотнительного кольца, с упором в торец этого кольца.Known radial-mechanical contact seal (see AS USSR No. 1425401, IPC F16J 15/34. Radial-mechanical contact seal / A.I. Belousov, V.A. Zrelov, S.V. Falaleev, V.B. Balyakin, RV Kharlamov. - Publish. September 23, 88. Bull. No. 35), containing a rotating sleeve, a split graphite sealing ring in contact with the end surface of the sleeve, and the radial surface - with the housing, and a ring of material with a large thermal linear expansion coefficient, located concentrically with an interference fit inside a split graphite sealing ring knock, with an emphasis in an end face of this ring.
Известно также радиально-торцовое контактное уплотнение (РТКУ) (см. Эскин И.Д. Конструкция демпферов и контактных уплотнений опор роторов авиационных ГТД: на стр. 8, 9 и 10 / И.Д. Эскин. - Учебное пособие, Куйбышев: КуАИ, 1984. - 48 с.), содержащее разрезное графитовое уплотнительное кольцо, прижатое к корпусу РТКУ упругими силами этих колец и давлением воздуха в предмасляной полости опоры, поступающего из воздушной полости в роторе через отверстия в нем и лабиринтном кольце, а к торцовой поверхности втулки, напрессованной на вал ротора, - этим давлением воздуха, лабиринтное уплотнение, образованное лабиринтным кольцом, закрепленным на валу, и корпусом, уплотняющее предмасляную полость опоры. Втулка выполнена с отбортовкой, образующей кольцевую ванну, заполненную маслом. Во втулке сделаны равнораспределенные по окружности сквозные отверстия, через которые под действием центробежных сил масло из ванны поступает на смазку контактных поверхностей втулки и графитового уплотнительного кольца и равномерно размазывается по этим поверхностям вращающейся втулкой.The radial-mechanical contact seal (RTKU) is also known (see. I. Eskin. Design of dampers and contact seals of aircraft engine rotor bearings: on
Это РТКУ по технической сущности наиболее близко к предлагаемому изобретению и принято за прототип.This RTKU in technical essence is the closest to the proposed invention and is taken as a prototype.
Общими недостатками этих конструкций является то, что на рабочих режимах турбомашины при высоких рабочих температурах вследствие большой разницы в величинах коэффициента теплового линейного расширения материалов корпуса и уплотнительного кольца в разрезе уплотнительного кольца появляется зазор, через который происходит утечка воздуха в масляную полость опоры, а на переходных режимах работы турбомашины, когда давление воздуха мало, утечка масла из масляной полости опоры, и высока интенсивность износа уплотнительного кольца вследствие относительно высокой величины коэффициента трения скольжения на контактных поверхностях этого кольца и вращающейся втулки.The common drawbacks of these designs is that in the operating modes of the turbomachine at high operating temperatures due to the large difference in the coefficients of the linear thermal expansion coefficient of the materials of the casing and the sealing ring, a gap appears in the section of the sealing ring through which air leaks into the oil cavity of the support, and on transitional operating modes of the turbomachine, when the air pressure is low, oil leakage from the oil cavity of the support, and the wear rate of the sealing ring is high due to a relatively high value of the coefficient of sliding friction on the contact surfaces of this ring and the rotating sleeve.
Кроме того, у уплотнения по а.с. СССР №15537774 утечка воздуха, а на переходных режимах работы турбомашины масла, происходит и через вставку из пористого материала.In addition, the seal on A.S. USSR No. 15537774 air leakage, and during transient operation of the oil turbomachine, it also occurs through an insert of porous material.
Ставится задача создания конструкции радиально-торцового контактного уплотнения опор роторов турбомашин с меньшими, чем у известных конструкций РТКУ утечками масла и интенсивностью износа контактных поверхностей уплотнительного кольца, т.е. с большей, чем у известных РТКУ, наработкой до замены уплотнительного кольца.The task is to create a design of radial-mechanical contact sealing of the supports of the rotors of turbomachines with less oil leakage and the wear rate of the contact surfaces of the sealing ring than the known RTKU designs, i.e. with more than the known RTKU operating time before replacing the sealing ring.
Поставленная задача решается тем, что предлагается уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины, содержащее радиально-торцовое контактное уплотнение, состоящее из корпуса, образующего масляную полость опоры ротора, закрепленного на корпусе опоры, вращающуюся втулку, разрезное уплотнительное кольцо, контактирующее торцовой поверхностью с втулкой, а радиальной поверхностью - с корпусом, и лабиринтное уплотнение, уплотняющее предмасляную полость опоры, образованное корпусом и лабиринтным кольцом, закрепленным на роторе, причем разрезное уплотнительное кольцо прижато к корпусу упругими силами этого кольца и давлением воздуха в предмасляной полости опоры, поступающего из воздушной полости в роторе через отверстия в нем и лабиринтном кольце, а к торцовой поверхности втулки - давлением воздуха, и фланец втулки выполнен с отбортовкой, образующей кольцевую ванну, заполненную маслом, а во фланце втулки сделаны равнораспределенные по окружности сквозные отверстия, через которые под действием центробежных сил масло из ванны поступает на смазку контактных поверхностей втулки и разрезного уплотнительного кольца и равномерно размазывается по этим поверхностям вращающейся втулкой, отличающееся тем, что с натягом внутри разрезного уплотнительного кольца установлено второе разрезное уплотнительное кольцо, имеющее свободную консольную кольцевую цилиндрическую часть, по которой это кольцо, как и первое, установлено с натягом по цилиндрической поверхности этой части в корпус, встык с первым разрезным уплотнительным кольцом, до упора во втулку так, что разрезы уплотнительных колец расположены диаметрально противоположно, и в торец первого уплотнительного кольца запрессован штифт, входящий с зазором в глухое отверстие во втором разрезном уплотнительном кольце, и величина зазора в разрезах уплотнительных колец и величина натяга между разрезными уплотнительными кольцами и корпусом выбраны такими, чтобы при отсутствии избыточного давления воздуха в предмасляной полости опоры и температуре окружающей среды не происходил проворот разрезных уплотнительных колец относительно корпуса, а при максимальной рабочей температуре в опоре зазор в разрезах либо полностью выбирался, либо оставалась небольшая величина этого зазора, предпочтительно меньше 0,2 мм, а сами разрезные уплотнительные кольца изготовлены из бронзы БрС30, или второе разрезное уплотнительное кольцо изготовлено из бронзы БрС30, а первое - из графита.The problem is solved by the fact that it is proposed to seal the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine, containing a radial-mechanical contact seal, consisting of a housing forming an oil cavity of the support of the rotor mounted on the housing of the support, a rotating sleeve, a split sealing ring in contact with the end surface of the sleeve, and a radial surface - with a housing, and a labyrinth seal that seals the pre-oil cavity of the support, formed by the housing and a labyrinth ring mounted on the rotor, and the split sealing ring is pressed against the housing by the elastic forces of this ring and the air pressure in the pre-oil cavity of the support coming from the air cavity in the rotor through the holes in it and the labyrinth ring, and to the end surface of the sleeve by air pressure, and the sleeve flange is made with a flange forming an annular a bathtub filled with oil, and through holes are made equally distributed around the circumference in the sleeve flange, through which, under the action of centrifugal forces, the oil from the bathtub enters the lubrication of the contact surface th sleeve and a split sealing ring and is evenly spread on these surfaces with a rotary sleeve, characterized in that a second split sealing ring is installed with an interference fit inside the split sealing ring, having a free cantilever cylindrical annular part along which this ring, like the first, is fitted with an interference fit along the cylindrical surface of this part into the housing, end-to-end with the first split sealing ring, all the way into the sleeve so that the cuts of the sealing rings are diametrically but on the contrary, a pin is inserted into the end face of the first o-ring and enters with a gap into the blind hole in the second split o-ring, and the gap in the sections of the o-rings and the tightness between the split o-rings and the housing are selected such that, in the absence of excess air pressure in the pre-oil cavity of the support and the ambient temperature did not rotate the split sealing rings relative to the housing, and at the maximum operating temperature in the support, a clearance of the cuts were either completely selected, or a small size of this gap remained, preferably less than 0.2 mm, and the split sealing rings themselves were made of BrC30 bronze, or the second split sealing ring was made of BrC30 bronze, and the first of graphite.
Наличие в конструкции второго разрезного уплотнительного кольца, размещенного так, что его разрез расположен диаметрально противоположно разрезу первого уплотнительного кольца, исключает утечки воздуха или масла через разрезы колец даже при наличии зазоров в них.The presence in the design of a second split sealing ring arranged so that its cut is diametrically opposed to the cut of the first sealing ring eliminates air or oil leakage through the cuts of the rings even if there are gaps in them.
Коэффициент трения скольжения бронзы БрС30 по стали при смазке по одному источнику (см. интернет, Справочник конструктора-машиностроителя, sprav-constr.ru/htm/tom1/pages/chapter1/ckm18.html) равен µ=0,004, а по другому источнику (см. Интернет, Марочник металлов, metallicheckiy-portal/ru/marki_metallov/broBrS30) µ=0,009, т.е. в 4,5÷10 раз меньше коэффициента трения скольжения графита, из которого делают разрезные уплотнительные кольца РТКУ, по стали при смазанных контактных поверхностях.The sliding friction coefficient of the BrC30 bronze on steel during lubrication according to one source (see the Internet, Handbook of a mechanical engineering designer, sprav-constr.ru/htm/tom1/pages/chapter1/ckm18.html) is μ = 0.004, and for another source ( see Internet, Marochnik metallov, metallicheckiy-portal / ru / marki_metallov / broBrS30) µ = 0,009, i.e. 4.5 ÷ 10 times less than the coefficient of sliding friction of graphite, from which the RTKU split sealing rings are made, on steel with lubricated contact surfaces.
Это значит, что при том же усилии прижатия первого уплотнительного кольца к втулке момент трения, действующий на кольцо, а следовательно, работа трения и интенсивность износа уплотнительного кольца при изготовлении его из бронзы БрС30 будут также примерно в 4,5÷10 раз меньше, чем у прототипа.This means that with the same effort of pressing the first sealing ring against the sleeve, the friction moment acting on the ring, and therefore the friction work and the wear rate of the sealing ring when manufacturing it from BrС30 bronze, will also be about 4.5 ÷ 10 times less than at the prototype.
Отметим также, что твердость бронзы выше, чем у графита и, следовательно, выше ее износостойкость.We also note that the hardness of bronze is higher than that of graphite and, therefore, its wear resistance is higher.
Кроме того, бронза более теплопроводна, чем графит, и, следовательно, у предлагаемого уплотнения отвод тепла из зоны трения лучше, чем у прототипа.In addition, bronze is more thermally conductive than graphite, and, therefore, the proposed seal heat dissipation from the friction zone is better than that of the prototype.
Все это положительно сказывается на снижении интенсивности износа уплотнительного кольца предлагаемого уплотнения.All this has a positive effect on reducing the wear rate of the sealing ring of the proposed seal.
Коэффициент трения скольжения бронзы БрС30 по стали без смазки µ1=0,165 (см. Марочник металлов).BrS30 bronze slip friction coefficient on steel without lubricant µ 1 = 0.165 (see. Marochnik metals).
Сравним крутящие моменты Мкр и Мкр1, при которых при одном и том же давлении воздуха в предмасляной полости опоры происходят проскальзывания втулки относительно первого уплотнительного кольца, и уплотнительных колец относительно корпуса. Рассмотрим худший по сравнению с практическими гипотетический случай, когда уплотнительные кольца установлены в корпус без натяга. Для простоты примем, что наружный диаметр втулки D и наружные диаметры уплотнительных колец одинаковы, а суммарная длина образующих цилиндрических поверхностей разрезных уплотнительных колец, контактирующих с корпусом, равна ширине L торцовой контактной поверхности втулки, измеренной в радиальном направлении. ТогдаLet us compare the torques Mkr and Mkr1, at which, at the same air pressure in the pre-oil cavity of the support, slipping of the sleeve relative to the first sealing ring and the sealing rings relative to the housing occurs. Consider the worst hypothetical case compared to practical when the o-rings are installed in the housing without interference. For simplicity, we assume that the outer diameter of the sleeve D and the outer diameters of the o-rings are the same, and the total length of the forming cylindrical surfaces of the split sealing rings in contact with the housing is equal to the width L of the end contact surface of the sleeve, measured in the radial direction. Then
Мкр1/Мкр=_2µ1(1-L/D)/µ(1-L/2D).Mkr1 / Mkr = _2µ 1 (1-L / D) / µ (1-L / 2D).
Примем L/D=0,1. Тогда, при воздействии на уплотнительные кольца со стороны втулки некоторого момента Мкр (при заданном давлении воздуха в предмасляной полости опоры) проворот уплотнительных колец относительно корпуса не произойдет, так как для этого потребуется момент Мкр1, больший момента Мкр в 82 раза при µ=0,004 и приблизительно в 36 раз при µ=0,009.Take L / D = 0.1. Then, when the O-rings from the sleeve side act on a certain moment Mkr (at a given air pressure in the pre-oil cavity of the support), the o-rings will not rotate relative to the housing, since this will require a moment Mkr1, 82 times greater than the moment Mkr at µ = 0.004 and approximately 36 times at µ = 0.009.
Следовательно, даже в худшем гипотетическом случае запас надежности исключения проворота разрезных уплотнительных колец относительно корпуса у предлагаемого уплотнения очень большой.Therefore, even in the worst hypothetical case, the safety margin of eliminating the rotation of split sealing rings relative to the housing of the proposed seal is very large.
Заметим, что благодаря наличию штифта, запрессованного в первое уплотнительное кольцо, кольца при возникновении условий, приводящих к провороту, будут вращаться совместно.Note that due to the presence of a pin pressed into the first o-ring, the rings will rotate together when conditions arise that cause rotation.
Коэффициент температурного линейного расширения (удлинения) бронзы БрС30 а·106=18,41/град (см. Марочник металлов) в 2÷2,6 раза больше, чем у стали. Поэтому с ростом рабочей температуры опоры натяг по цилиндрическим контактным поверхностям разрезных уплотнительных колец будет увеличиваться, в отличие от известных конструкций РТКУ, у которых он уменьшается. Кроме того, модуль упругости Е бронзы больше, чем у графита. С учетом описанного выше большого запаса по величине момента Мкр1 и этих положительных качеств предлагаемого уплотнения можно сделать вывод, что без нанесения ущерба его работоспособности начальный натяг по цилиндрическим контактным поверхностям разрезных уплотнительных колец, получаемый при сборке уплотнения, измеряемый не только в мм, но и Н, можно сделать меньшим, чем у известных конструкций РТКУ, удобным для сборки уплотнения.The coefficient of temperature linear expansion (elongation) of the BrS30 bronze a · 10 6 = 18.41 / deg (see Marochnik metals) is 2 ÷ 2.6 times greater than that of steel. Therefore, with an increase in the operating temperature of the support, the interference fit along the cylindrical contact surfaces of split sealing rings will increase, in contrast to the known RTKU designs in which it decreases. In addition, the elastic modulus E of the bronze is greater than that of graphite. Given the large margin described above for the magnitude of the moment Mkr1 and these positive qualities of the proposed seal, we can conclude that without prejudice to its performance, the initial tightness on the cylindrical contact surfaces of split sealing rings, obtained during assembly of the seal, measured not only in mm, but also in N , can be made smaller than conventional RTKU designs, convenient for assembly of the seal.
В случае изготовления первого разрезного уплотнительного кольца из графита, как и у прототипа, с ростом температуры опоры ротора второе разрезное уплотнительное кольцо будет прижимать первое к корпусу. При этом зазор в разрезе первого кольца будет увеличиваться, но, в отличие от прототипа, не будет происходить утечка воздуха или масла через этот зазор.In the case of the manufacture of the first split sealing ring from graphite, as in the prototype, with an increase in the temperature of the rotor support, the second split seal ring will press the first to the housing. In this case, the gap in the context of the first ring will increase, but, unlike the prototype, there will be no leakage of air or oil through this gap.
Для того чтобы разрезные уплотнительные кольца своими торцами плотно без зазоров прижимались к торцу вращающейся втулки, эти торцы обрабатывают совместно в сборе этих колец.In order for the split sealing rings to be pressed tightly without gaps to the end of the rotating sleeve with their ends, these ends are processed together to assemble these rings.
Кроме того, с целью обеспечения гарантированного прижатия контактных поверхностей уплотнительных колец друг к другу и контактной поверхности втулки с исключением возможности проворота разрезных уплотнительных колец относительно корпуса на всех режимах работы турбомашины, а также при запуске и останове турбомашины, предлагается уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины, отличающееся тем, что суммарная длина образующих цилиндрических контактных поверхностей разрезных уплотнительных колец меньше или равна ширине торцовой контактной поверхности втулки, измеренной в радиальном направлении.In addition, in order to ensure guaranteed compression of the contact surfaces of the sealing rings to each other and the contact surface of the sleeve with the exception of the possibility of turning split sealing rings relative to the housing in all operating modes of the turbomachine, as well as when starting and stopping the turbomachine, it is proposed to seal the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine, characterized in that the total length of the generatrix of the cylindrical contact surfaces of the split sealing rings is less than or equal to the width of the end face the contact surface of the sleeve measured radially.
Большой запас по величине момента Мкр1 у предлагаемого уплотнения позволяет выполнять это уплотнение с суммарной длиной образующих цилиндрических контактных поверхностей разрезных уплотнительных колец, не только большей или равной ширине торцовой контактной поверхности втулки, измеренной в радиальном направлении, но и с меньшей, чем эта ширина. Это может оказаться важным при наличии жестких условий, ограничивающих габариты опоры.A large margin in terms of the moment Мкр1 of the proposed seal allows this seal to be made with a total length of the generatrix of the cylindrical contact surfaces of the split sealing rings, not only greater than or equal to the width of the end contact surface of the sleeve, measured in the radial direction, but also less than this width. This can be important in the presence of harsh conditions that limit the dimensions of the support.
С целью повышения качества смазывания контактных поверхностей первого разрезного уплотнительного кольца и втулки предлагается уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины, отличающееся тем, что на торцовой контактной поверхности фланца втулки по его периферии выполнены равнорасположенные по окружности канавки, выполненные по дуге окружности, отделяющие сегменты контактной поверхности, а каждое сквозное отверстие во фланце втулки выходит в свою канавку в радиальном сечении, соединяющем центры втулки и канавки.In order to improve the lubrication quality of the contact surfaces of the first split sealing ring and the sleeve, it is proposed to seal the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine, characterized in that on the end contact surface of the flange of the sleeve along its periphery grooves are made along the circumference, made along a circular arc, separating the contact surface segments, and each through hole in the sleeve flange extends into its groove in a radial section connecting the hub centers and the grooves.
Выполнение на торцовой контактной поверхности фланца втулки дугообразных канавок, равнорасположенных по окружности, сообщающихся с масляной полостью начальным и конечным сечениями, в которые масло под действием центробежных сил подается из масляной ванны, образованной отбортовкой фланца втулки, через отверстие, расположенное в среднем сечении каждой канавки, обеспечивает под действием этих сил полное заполнение канавок маслом, размазывание масла из канавок вращающейся втулкой равномерно по всем контактным поверхностям стыка втулки и первого разрезного уплотнительного кольца и, в конечном итоге, выброс всего масла, попавшего встык, под действием центробежных сил обратно в масляную полость опоры. Соответствующим подбором параметров отверстий и канавок можно добиться высокого качества смазывания контактных поверхностей стыка первого разрезного уплотнительного кольца и втулки, характеризуемого значением коэффициента трения скольжения µ=0,004(0,009) при высокой герметичности предлагаемого уплотнения.The execution on the end contact surface of the sleeve flange of the arcuate grooves equally spaced around the circle, communicating with the oil cavity by the initial and final sections, into which the oil is supplied by centrifugal forces from the oil bath formed by flanging the sleeve flange through an opening located in the middle section of each groove, provides under the action of these forces the complete filling of the grooves with oil, smearing of the oil from the grooves with a rotating sleeve evenly over all contact surfaces of the sleeve joint and the first split sealing ring and, ultimately, the release of all the oil, caught butt, under the action of centrifugal forces back into the oil cavity of the support. By appropriate selection of the parameters of the holes and grooves, it is possible to achieve high quality lubrication of the contact surfaces of the joint of the first split sealing ring and sleeve, characterized by the coefficient of sliding friction µ = 0.004 (0.009) with high tightness of the proposed seal.
Кроме того, с целью повышения герметичности предлагаемого уплотнения при неработающей турбомашине, ее запуске и останове предлагается уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины, отличающееся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнена кольцевая канавка, в которой с натягом размещено разрезное стопорное кольцо, в которое упирается шайба, изготовленная из того же металла, что и корпус, и сцентрированная по его внутренней поверхности, а между шайбой и торцом второго уплотнительного кольца с упором в них с натягом вставлена пружина сжатия, выполненная в виде пакета гофрированных шайб, изготовленных холодной штамповкой из нагартованного тонкого шлифованного стального листа, собранных «гофр в гофр», причем шайбы выполнены без радиального разреза или с радиальным разрезом, в последнем случае в пакете шайбы размещены так, что их разрезы располагаются в вершинах гофров и равномерно размещены по окружности.In addition, in order to increase the tightness of the proposed seal when the turbomachine is idle, start and stop, it is proposed to seal the oil cavity of the turbomachine rotor support, characterized in that an annular groove is made on the inner cylindrical surface of the casing, in which a split retaining ring is placed with interference, against which it abuts a washer made of the same metal as the body, and centered on its inner surface, and between the washer and the end of the second o-ring with an emphasis in them the compression spring is inserted in an interference fit, made in the form of a package of corrugated washers made by cold stamping from caked thin polished steel sheet assembled “corrugations into corrugations”, and the washers are made without a radial cut or with a radial cut, in the latter case the washers are placed so that their sections are located at the tops of the corrugations and are evenly spaced around the circumference.
Выполнение каждой гофрированной шайбы с радиальным разрезом и размещение их в пакете так, что разрезы равномерно по окружности располагаются в вершинах гофров, позволяет обеспечить в собранном уплотнении концентричность и минимальную величину зазора между пакетом шайб и корпусом вплоть до нулевой (обеспечить центрирование в собранном уплотнении пакета по корпусу) и одинаковость сил давления каждого гофра пакета на второе уплотнительное кольцо, что благоприятно сказывается на интенсивности износа уплотнительных колец.The execution of each corrugated washer with a radial cut and placing them in the bag so that the cuts are evenly distributed around the tops of the corrugations makes it possible to ensure concentricity and a minimum gap between the pack of washers and the body in the assembled seal up to zero (to ensure centering in the assembled package of the bag along case) and the same pressure forces of each corrugation of the package on the second sealing ring, which favorably affects the wear rate of the sealing rings.
Конструкции предлагаемых уплотнений масляной полости опоры ротора турбомашины поясняются фигурами, на которых детали опор, неописанные в описании, показаны тонкой сплошной линией, как «обстановка» на сборочном чертеже.The designs of the proposed seals of the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine are illustrated by figures in which the details of the bearings, not described in the description, are shown by a thin solid line, as the “situation” in the assembly drawing.
На фиг. 1 изображен продольный разрез опоры ротора турбомашины с предлагаемым уплотнением.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the support of the rotor of a turbomachine with the proposed seal.
На фиг. 2 изображен разрез по А-А на фиг. 1.In FIG. 2 shows a section along AA in FIG. one.
На фиг. 3 изображен разрез по Б-Б на фиг. 2.In FIG. 3 shows a section along BB in FIG. 2.
На фиг. 4 изображен вид по стр. В на фиг. 1 втулки с дугообразными канавками, выполненными на ее фланце.In FIG. 4 is a view along page B in FIG. 1 sleeve with arcuate grooves made on its flange.
На фиг. 5 изображен продольный разрез предлагаемого уплотнения масляной полости опоры ротора турбомашины с пружиной сжатия, выполненной в виде пакета гофрированных шайб.In FIG. 5 shows a longitudinal section of the proposed sealing of the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine with a compression spring made in the form of a package of corrugated washers.
Предлагаемое уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины (см. фиг. 1) содержит радиально-торцовое контактное уплотнение (РТКУ), состоящее из корпуса 1, образующего масляную полость 2 опоры ротора, закрепленного на корпусе опоры 3 с помощью шпилек 4, шайб 5 и самоконтряхщися гаек 6, вращающуюся втулку 7, два разрезных уплотнительных кольца 8 (первое уплотнительное разрезное кольцо) и 9 (второе уплотнительное разрезное кольцо), установленных в корпусе 1 встык друг к другу с натягом по цилиндрическим поверхностям колец так, что разрезы 10 уплотнительных колец 8 и 9 (см. фиг. 2) расположены диаметрально противоположно, и лабиринтное уплотнение, уплотняющее предмасляную полость 11 опоры ротора, образованное лабиринтным кольцом 12 (см. фиг. 1), закрепленным на роторе 13, и корпусом 1. Причем разрезное уплотнительное кольцо 9 расположено концентрично с натягом внутри разрезного уплотнительного кольца 8, а свободная консольная часть этого кольца контактирует с корпусом 1. Разрезные уплотнительные кольца 8 и 9 прижаты к корпусу 1 упругими силами этих колец и давлением воздуха в предмасляной полости 11 опоры ротора, поступающего из воздушной полости 14 в роторе 13 через отверстия 15 в нем и лабиринтном кольце 12, а к друг другу и торцовой поверхности втулки 7 - давлением воздуха. Фланец 16 втулки 7 выполнен с отбортовкой, образующей кольцевую ванну 17, заполненную маслом. Во фланце 16 сделаны равнораспределенные по окружности сквозные отверстия 18, через которые под действием центробежных сил масло из ванны поступает на смазку контактных поверхностей втулки 7 и разрезного уплотнительного кольца 8 и равномерно размазывается по этим поверхностям вращающейся втулкой 7. В торец уплотнительного кольца 8 запрессован штифт 19 (см. фиг. 2 и 3), входящий с зазором в глухое отверстие 20 в разрезном уплотнительном кольце 9. Величина зазора в разрезах 10 уплотнительных колец 8 и 9 (см. фиг. 2) и величина натяга между разрезными уплотнительными кольцами 8 и 9 и корпусом 1 выбраны такими, чтобы при отсутствии избыточного давления воздуха в предмасляной полости 11 опоры ротора и температуре окружающей среды не происходил проворот разрезных уплотнительных колец 8 и 9 относительно корпуса 1, а при максимальной рабочей температуре в опоре зазор в разрезах в случае, когда разрезные уплотнительные кольца 8 и 9 изготовлены из бронзы БрС30, либо полностью выбирался, либо оставалась небольшая величина этого зазора, например, меньше 0,2 мм, и при этом обеспечивалось удобство установки разрезных уплотнительных колец 8 и 9 в корпус 1 и прочность этих колец. В случае изготовления кольца 8 из графита допускается большая величина зазора в разрезе этого кольца.The proposed seal of the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine (see Fig. 1) contains a radial-mechanical contact seal (RTKU), consisting of a
При необходимости разрезные уплотнительные кольца 8 и 9 могут быть дополнительно зафиксированы от проворота с помощью штифта, запрессованного в корпус 1, входящего в ответный паз в уплотнительном кольце 9 (на фигуре не показано).If necessary, split sealing
Предлагается также уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины (см. фиг. 1), отличающееся тем, что суммарная длина образующих цилиндрических контактных поверхностей разрезных уплотнительных колец 8 и 9 меньше или равна ширине каждой из торцовых контактных поверхностей этих колец и втулки 7, измеренной в радиальном направлении.It is also proposed to seal the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine (see Fig. 1), characterized in that the total length of the generatrix of the cylindrical contact surfaces of the split sealing rings 8 and 9 is less than or equal to the width of each of the end contact surfaces of these rings and the
Предлагается уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины, отличающееся тем, что на торцовой контактной поверхности фланца 16 втулки 7 (см. фиг. 4) по его периферии выполнены равнорасположенные по окружности канавки 21, выполненные по дуге окружности, отделяющие сегменты 22 контактной поверхности, а каждое сквозное отверстие 23 во фланце 16 втулки 7 выходит в свою канавку 21 в радиальном сечении, соединяющем центры втулки и канавки.A sealing of the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine is proposed, characterized in that on the end contact surface of the
Кроме того, предлагается уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины (см. фиг. 5), отличающееся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 выполнена кольцевая канавка 24, в которой с натягом размещено разрезное стопорное кольцо 25, в которое упирается шайба 26, изготовленная из того же металла, что и корпус 1, и сцентрированная по его внутренней поверхности. Между шайбой 26 и торцом разрезного уплотнительного кольца 9 с упором в них с натягом вставлена пружина сжатия 27, выполненная в виде пакета гофрированных шайб 28, изготовленных холодной штамповкой из нагартованного тонкого шлифованного стального листа, собранных «гофр в гофр». Причем шайбы 28 могут быть выполнены без радиального разреза или с радиальным разрезом 29. В последнем случае в пакете шайбы 28 размещены так, что их разрезы 29 располагаются в вершинах гофров и равномерно размещены по окружности (на фигуре не показано).In addition, it is proposed to seal the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine (see Fig. 5), characterized in that an annular groove 24 is made on the inner cylindrical surface of the
Сборка предлагаемых уплотнений проста и ясна из фигуры и не описывается.The assembly of the proposed seals is simple and clear from the figure and is not described.
Предлагаемое уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины работает следующим образом.The proposed seal of the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine works as follows.
При останове турбомашины воздух из предмасляной полости 11 (см. фиг. 1) будет постепенно стравливаться через лабиринтное уплотнение и избыточное давление воздуха в этой полости будет падать медленнее, чем противодавление вспененного масла в масляной полости 2, и до полного останова ротора турбомашины разрезные уплотнительные кольца 8 и 9 этим избыточным давлением будут прижаты к друг к другу и втулке 7, а к цилиндрической поверхности корпуса 1 уплотнительные кольца 8 и 9 будут прижаты как этим избыточным давлением воздуха, так и упругими силами, обусловленными натягом между корпусом и кольцами, и даже, когда избыточные давления в обеих полостях 2 и 11 будут равны нулю (при неработающей турбомашине), стыки РТКУ будут закрыты. Следовательно, предлагаемое уплотнение будет герметичным в процессе останова турбомашины и при неработающей турбомашине. Причем в этом случае для раскрытия стыка между кольцами 8 и 9 и втулкой 7 надо будет преодолеть силы трения на цилиндрических поверхностях колец 8 и 9, контактирующих с корпусом 1, а для раскрытия стыка между этими кольцами и корпусом 1 - упругие силы, обусловленные натягом между корпусом и кольцами.When the turbomachine stops, the air from the pre-oil cavity 11 (see Fig. 1) will gradually bleed out through the labyrinth seal and the excess air pressure in this cavity will fall more slowly than the back pressure of the foamed oil in the
При запуске турбомашины, даже в наиболее трудном случае, когда избыточное давление в масляной полости 2 будет нарастать существенно быстрее, чем избыточное давление в предмасляной полости 11, ввиду малой площади кольцевого пояска 30 (см. фиг. 1) уплотнительного кольца 8, на который действует противодавление масла в осевом направлении (ширина пояска в радиальном направлении не намного превышает допустимую величину смещения ротора в опоре, и, следовательно, может не превышать 0,5 мм), равнодействующая сил давления масла F мала и не может превышать даже при нулевом избыточном давлении воздуха в предмасляной полости 11 равнодействующей сил трения Fтр, действующей на цилиндрических поверхностях уплотнительных колец 8 и 9, контактирующих с корпусом 1.When starting the turbomachine, even in the most difficult case, when the overpressure in the
Поэтому предлагаемое уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины будет герметичным при запуске турбомашины.Therefore, the proposed seal of the oil cavity of the support of the rotor of the turbomachine will be airtight when starting the turbomachine.
Заметим, что для упрощения описания выше указано, что уплотнительные кольца 8 и 9 прижаты к втулке 7 избыточным давлением воздуха в предмасляной полости 11. Здесь просто пренебрегли влиянием силы F ввиду ее малости на силу прижатия этих колец к втулке 7.Note that to simplify the description above, it is indicated that the o-
С ростом температуры опоры ротора натяг между уплотнительными кольцами 8 и 9 и корпусом 1 будет возрастать, и предлагаемое уплотнение будет герметично на всех режимах работы турбомашины.With increasing temperature of the rotor support, the interference between the sealing rings 8 and 9 and the
В ряде случаев полезным может оказаться постановка в уплотнение пружины сжатия 27, выполненной в виде пакета гофрированных шайб 28 (см. фиг. 5), так как это позволит снизить величину первоначального натяга между уплотнительными кольцами 8 и 9 и корпусом 1 и, следовательно, величину этого натяга при максимальной рабочей температуре опоры ротора, что в свою очередь облегчит установку колец 8 и 9 в корпус 1 и увеличит запас их прочности.In some cases, it may be useful to place the
Кроме вышеописанных преимуществ, предлагаемое уплотнение масляной полости опор роторов турбомашин обладает еще следующими важными положительными качествами.In addition to the above advantages, the proposed sealing of the oil cavity of the supports of the rotors of the turbomachines has the following important positive qualities.
Оно расчетно.It is calculated.
Оно удобно для стендовой доводки уплотнения, особенно в случае, когда подшипник закрепляется на отдельной цапфе, закрепленной на роторе турбомашины. В этом случае стендовую доводку уплотнения можно производить в составе опоры ротора.It is convenient for bench-tuning the seals, especially when the bearing is mounted on a separate pin mounted on the rotor of the turbomachine. In this case, the bench debugging of the seal can be performed as part of the rotor support.
Оно позволяет статорным и вращающимся деталям опоры удлиняться и расширяться с ростом температуры, и сохраняет работоспособность и при обратном процессе при падении температуры.It allows the stator and rotating parts of the support to lengthen and expand with increasing temperature, and maintains its operability in the reverse process when the temperature drops.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015112512/06A RU2593575C1 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Seal oil cavity support of turbomachine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015112512/06A RU2593575C1 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Seal oil cavity support of turbomachine rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2593575C1 true RU2593575C1 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56612791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015112512/06A RU2593575C1 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Seal oil cavity support of turbomachine rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2593575C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107588038A (en) * | 2017-10-11 | 2018-01-16 | 西安航天动力研究所 | A kind of turbine pump mechanical seal structure |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU877188A1 (en) * | 1980-01-07 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я Р-6837 | Radial end seal |
| SU1425401A1 (en) * | 1987-02-11 | 1988-09-23 | Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева | Radial-end face contact seal |
| SU1553774A1 (en) * | 1988-01-26 | 1990-03-30 | Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева | Radial-face contact seal |
| WO2009103870A2 (en) * | 2007-12-21 | 2009-08-27 | Snr Roulements | Sealing device with built-in magnetic encoder including at least one frictional radial contact lip |
| RU2516729C1 (en) * | 2013-03-20 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Российская Федерация | Radial-end contact seal of turbo-machine support |
-
2015
- 2015-04-06 RU RU2015112512/06A patent/RU2593575C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU877188A1 (en) * | 1980-01-07 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я Р-6837 | Radial end seal |
| SU1425401A1 (en) * | 1987-02-11 | 1988-09-23 | Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева | Radial-end face contact seal |
| SU1553774A1 (en) * | 1988-01-26 | 1990-03-30 | Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева | Radial-face contact seal |
| WO2009103870A2 (en) * | 2007-12-21 | 2009-08-27 | Snr Roulements | Sealing device with built-in magnetic encoder including at least one frictional radial contact lip |
| RU2516729C1 (en) * | 2013-03-20 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Российская Федерация | Radial-end contact seal of turbo-machine support |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107588038A (en) * | 2017-10-11 | 2018-01-16 | 西安航天动力研究所 | A kind of turbine pump mechanical seal structure |
| CN107588038B (en) * | 2017-10-11 | 2023-06-23 | 西安航天动力研究所 | Mechanical sealing structure of turbine pump |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8490982B2 (en) | Windback device | |
| US8167494B2 (en) | Squeeze-film damper arrangement | |
| EP2224103B1 (en) | Bearing support apparatus with squeeze film damper | |
| US6149158A (en) | Unitized oil seal with PTFE sealing disk split at radially outer edge and method of manufacture | |
| US6719296B2 (en) | Seal for a rotating member | |
| WO2012039386A1 (en) | Self-adjusting seal for turbo rotary machine | |
| US9874217B2 (en) | Turbomachine shaft sealing arrangement | |
| JP2008138779A (en) | Shaft supporting device and preload method for cylindrical roller bearing | |
| JP2016118195A (en) | Modular turbocharger clearance seal | |
| RU2583206C1 (en) | Resilient damping support of turbomachine rotor with damper with throttle grooves | |
| GB1565018A (en) | Gas turbine seals | |
| RU2572444C1 (en) | Elastic deformation support of rotor of turbine machine with damper with throttle grooves | |
| RU2593575C1 (en) | Seal oil cavity support of turbomachine rotor | |
| RU2579646C1 (en) | Elastic damper rotor support turbomachinery | |
| CN113551039A (en) | Self-adaptive graphite sealing structure for intermediate bearing cavity of aircraft engine | |
| US4088329A (en) | Controlled aperture seal with drag pad | |
| JP7224740B2 (en) | mechanical seal | |
| JP2009203846A (en) | Ball bearing arrangement for turbocharger | |
| RU2602470C2 (en) | Turbo-fan engine fan rotor front support | |
| CN103363071B (en) | A kind of wind turbine gearbox planetary stage lubrication sealing configuration | |
| RU183419U1 (en) | Turbomachine seal | |
| CN210859819U (en) | Automatic grease discharging type wind generating set main shaft sealing device | |
| RU2598966C1 (en) | End gas dynamic seal of turbomachine rotor support | |
| RU2611706C1 (en) | Radial-end gas dynamic seal of turbo machines rotors supports oil cavity | |
| JP7175428B1 (en) | Sealing structure and sealing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170407 |