Торцевое уплотнение вала турбомашины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) и П 5 Р 02 С 7/2 ИЯ ВИДЕТЕЛЬСТБУ ОРСКОМ М 40учно-пооизводстве холодильной газо зотурбинной тех нное ере- ники ко, В,К,212475,блик. 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзное наобъединение турбокачивающей и га(54) ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ТУРБОМАШИНЫ(57) Использование: газотурбостроение, вчастности в сухих газовых торцевых уплотнениях валов турбомашины. Сущность изобретения: уплотнение состоит из вращающегося кольца 1. подпружиненного осевой пружиной 2, статорного кольца 3, подпружиненного осевой пружиной 4, Уплотнение снабжено специально спрофилированными шпонками 5. Шпонки 5 расположены в радиальной плоскости в пазах во вращающемся кольце 1 и во втулке 6 вала 7, Шпонки 5 служат как для передачи вращающего момента от вала 7 на врагцэющееся кольцо 1, так и для создания осевого зазора между уплотняющими торцевыми поверхностями вращающегося кольца 1 и статорного кольца 3 путем осевого смещения вращающегося кольца 1 в противоположную сторону от статорного кольца 3. 2 з,п,ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к области газовой промышленности, в частности к сухимгазовым торцевым уплотнениям вала турбомашины,Известны торцевые уплотнения валовтрубомашин, недостатком которых являются большие потери мощности на работу уплотнения, значительные эксплуатационныезатраты, большие размеры и вес уплотнения.Наиболее близким техническим решением к изобретению является сухое газовоеторцевое уплотнение, которое содержитграфитовое статорное кольцо, нагруженноепружинами, торцевая уплотняющая поверхность которого контактирует с торцевой уплотняющей поверхностью вращающегосякольца из карбида вольфрама, жестко сидящего на валу турбомашины, На его торцевойповерхности со стороны статорного кольцав районе внутреннего диаметра имеется уплотнительный кольцевой поясок, к которомуна стояночном режиме трубомашины прижимается подпружиненное статорное кольцо, По периферии вращающегося кольцаимеются спиральные канавки, с помощьюкоторых образуются ребра, выполняющиероль компрессорных лопаток,В динамике, при вращении вала турбомашины, гаэ захватывается лопатками и нагнетается к уплотнительному торцевомупояску, Увеличенное таким путем давление-.перед уплотнительным пояском преодолевает сопротивление пружины статорногокольца и отодвигает его в осевом направлении до возникновения рабочего зазора между статорным кольцом и вращающимсякольцом. Таким способом возникает осевойзазор между уплотняющими торцевыми поверхностями колец, обеспечивающий безаварийную работу уплотнения скоростныхтурбома шин.Недостатками, данной конструкции уплотнения являются конструктивная и технологическая сложность изготовленияуплотнения из-за принятого принципа разделения уплотняющих колец путем нагнетания газа в зазор между ними допреодоления сопротивления пружины,статорного кольца; недостаточная надежностьработы конструкции из-за жесткого соединения вращающегося. кольца с валом, которое может привести к угловым отклонениямуплотняющих торцевых поверхностейвследствие тепловых деформаций и возможных прогибов вала, что ухудшит условияработы уплотнения, увеличенный расход газа через зазор между торцами уплотнительных колец, т.к, уплотнение работает попринципу нагнетания газа лопатками вращающегося кольца к уплотнительному торцевому пояску; расходование части мощности турбомашины на нагнетание газа лопаточным аппаратом. вращающегося5 кольца к уплотнительному пояску; вследствие определенной профилировки лопаток нагнетателя вращающегося кольца уплотнение конструктивно привязано к определенной стороне вращения вала, что не дает 10 возможности выполнить унифицированноеуплотнение.Целью изобретения является повышение экономичности и надежности работы уплотнения, а также создание унифициро ванной конструкции торцевого уплотнениянезависимо от стороны. вращения вала турбомашины.Поставленная цель достиГается новойконструкцией уплотнения, в которой разь единение уплотняющих колец осуществляется шпоночно-пружинным механизмом с помощью центробежных сил, действующих на шпонку, при большей степени свободы вращающегося кольца относительно вала 25 турбомашины.Такой способ раэьединения уплотняющих колец позволяет повысить экономичность уплотнения.Вместо неэкономичного способа раэь единения уплотняющих колец при работетурбомашины с помощью нагнетателя газа на вращающемся кольце, что увеличивает расход газа через уплотнение, разъединение осуществляется с помощью нескольких 35 специально спрофилированных шпонок,размещенных между вращающимся кольцом и валом турбомашины в радиальных ПЛОСКОСТЯХДанные шпонки служат. одновременно 40 для передачи вращающего момента от валак вращающемуся кольцу,. при этом повышается надежность работы уплотнения.Благодаря увеличению степени свободы вращающегося кольца относительно ва ла турбомашины это кольцо в работе будетнаходиться в поле своих центробежных сил и не будет испытывать на себе влияния изменения оси вращения вала вследствие вибрации и возможных погибов вала, чем 50 устраняется возможность угловых перемещений торца вращающегося кольца относительно статорного кольца. При этом создается унифицированная конструкция уплотнения,. не зависящая от стороны вра щения, повышается экологическая чистотатурбомашины вследствие меньших протечек газа через уплотнение вала в атмосферуУплотняющие торцевые поверхностИвращающегося и статорного колец могут5 10 15 20 25 30 35 40 50 быть выполнены как коническими, так и перпендикулярными к оси вала,В случае конического торцевого уплотнения осевой зазор между уплотняющими торцевыми поверхностями будет дополнительно создаваться за счет растягивающих центробежных сил, действующих на вращающееся кольцо,На фиг.1 показан продольный разрез торцевого уплотнения вала турбомашины с коническими уплотняющими поверхностями; на фиг,2 - продольный разрез торцевого уплотнения вала турбомашины с уплотняющими поверхностями, перпендикулярными к оси нала,Торцевые уплотнения вала турбомашины, показанные на фиг. 1 и 2, состоят из следующих деталей: вращающееся уплотнительное кольцо 1, осевая пружина 2 вращающегося уплотнительного кольца 1, статорное уплотнительное кольцо 3, осевая пружина 4 статорного уплотнительногс кольца 3, специально спрофилированные шпонки 5 уплотнения, втулка 6 на валу турбомашины, вал 7 турбомашины,.При вращении вала 7 шпонка 5 осуществляет две функции: передает вращающий момент от вала 7 на вращающееся кольцо 1, осуществляет разьединение уплотняющих колец, вращающегося кольца 1 со статорным кольцом 3, до создания осевого зазора между ними.Для этого соответственно сферическим торцевым поверхностям шпонок 5 во вращающемся кольце 1 и во втулке 5 вала 7 выполнень 1 ответные пазы, в которые вкладываются шпонки 5,В стояночном режиме турбомашины уплотнительное вращающееся кольцо 1 под давлением его осевой пружины 2 будет упираться в статорное кольцо 3 и, преодолевая сопротивление осевой пружины 4, сдвинет статорное кольцо 3 в осевом направлении до образования расчетного осевого зазора д между статорным кольцом 3 и корпусом уплотнения, При этом ось шпонки 5 окажется в наклонном положении под углом Рк оси вала.В динамике с увеличением числа.оборотов вала турбомашины на шпанки 5 будут действовать центробежные силы Е, приложенные к центру тяжести шпанки, которые относительно точки опоры шпонки в ответном пазу во втулке 6 ротора 7 создадут вращающий момент М,р. Вращающий момент Мр будет поворачивать шпанку в плоскости чертежа до его радиального положения, когда прекратится действие вращающего момента.При этом под давлением наружного конца шпонки 5 на вращающееся кольцо 1 последнее, преодолевая сопротивление пружины 2, будет смещаться в осевом направлении в противоположную сторону от статорного кольца 3. Статорное кольцо 3 под давлением его осевой пружины 4 будет следовать в осевом направлении за вращающимся кольцом 1, пока не будет выбран зазор д между статорным кольцом 3 и корпусом уплотнения. После этого, к моменту выхода оси шпонки 5 в радиальное положение, возникнет рабочий осевой зазормежду вращающимся кольцом 1 и статорным кольцом 3, который предупредит повреждение уплотнения вала быстроходной турбомашины. При этом газ из зоны высокого давления А будет дросселировэться в зону низкого давления Б и далее в атмосферу.На приведенных чертежах жирными точками показаны места эластичного уплотнения в конструкции уплотнения для устранения обходных проточек газа,Формула изобретения1. Торцевое уплотнение вала турбомашины, содержащее втулку, закрепленную на валу, с установленным на ней вращающимся кольцом, корпус с закрепленным в нем с образованием осевого зазора статорным кольцом, контактирующим уплотнительной торцевой поверхностью с ответной торцевой поверхностью вращающегося кольца, пружину, поджимающую статорное кольцо, отл ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности,уплотнение снабжено шпонкой, дополнительной пружиной, поджимающей вращающееся кольцо, во втулке и во вращающемся кольце выполнены пазы, а шпонкэ установлена в последних с возможностью поворота относительно ее вертикальной оси, 2. Уплотнение поп.1, отл и ч а ю щеес я тем, что уплотнительные торцевые поверхности вращающегося и статорного колец выполнены коническими.3. Уплотнение поп.1, отл и ч а ю щеес я тем, что уплотнительные торцевые поверхности вращающегося и статорного колец выполнены перпендикулярными к осивала,1772383 Редакто орректор О ецка ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ул.Гагарина, 101 каз 382ВНИИ Составитель В, ДалаковТекред М,Моргентал ТиражГосударственного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская одписное и открытияб., 4/5