×
07.11.2019
219.017.deda

Результат интеллектуальной деятельности: ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к щеточному уплотнению. Щеточное уплотнение турбомашины, включающее щетку, разделяющую между роторным и статорными элементами полость наддува и уплотняемую полость, при этом щетка размещена между кольцевыми фланцами, а ее свободный конец наклонен к оси роторного элемента под углом, отличным от 90°, при этом один из фланцев расположен в полости наддува, а второй - в уплотняемой полости. Фланцы выполнены на статорном элементе и соединены между собой, а щетка сопряжена с контактной поверхностью роторного элемента с нанесенным на него упрочняющим покрытием. Щетинки наклонены под острым углом к поверхности роторного элемента в направлении его вращения, уплотнение снабжено двумя плоскими разрезными кольцами, которые размещены между фланцами. Между плоскими разрезными кольцами размещена щетка, при этом одно плоское кольцо своим внешним радиусом совместно со щеткой зафиксировано на внутренней поверхности фланца, расположенного в уплотняемой полости, посредством неразъемного соединения, а внутренняя поверхность фланца, расположенного в уплотняемой полости, образует с внешней поверхностью второго плоского разрезного кольца угол 3-6°. Фланцы соединены между собой разъемным соединением, а второе плоское кольцо своим внешним радиусом зафиксировано между фланцами в области их разъемного соединения. Фланцы соединены между собой неразъемным соединением, а второе плоское кольцо своим внешним радиусом соединено с внутренней поверхностью фланца, расположенного в уплотняемой полости, посредством неразъемного соединения. Изобретение позволяет увеличить срока службы щеточных уплотнений и валов, снизить величину протечек рабочего тела через щеточное уплотнение, обеспечить работоспособность щеточного уплотнения при обратном перепаде давления на переходных режимах работы турбомашины, снятие эксплуатационных ограничений при холодной прокрутке ротора турбомашины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно, к щеточному уплотнению, предназначенному для разделения между роторными и статорными элементами полости наддува от уплотняемой полости. Физической средой в разделяемых полостях является сжатый воздух, подогретая масляно-воздушная смесь с парами масла.

Известно щеточное уплотнение турбомашины, расположенное на роторном элементе, включающее щетку, разделяющую между роторным и статорными элементами полость наддува и уплотняемую полость, при этом щетка размещена между кольцевыми фланцами, а ее свободный конец наклонен к оси роторного элемента под углом отличным от 90°, при этом один из фланцев расположен в полости наддува, а второй в уплотняемой полости (патент №US 2017/0089215 от 14.12.1999 - прототип).

Недостатком известного щеточного уплотнения является его расположение на роторном элементе. Такая конструкция обладает повышенной массой для обеспечения работоспособности при центробежной нагрузке. Также необходимо предусмотреть усиление конструкции статорного элемента от последствий возможного разрушения щеточного уплотнения.

Другим недостатком является регулирование величины зазора щеточного уплотнения при помощи центробежной силы на многорежимной турбомашине, например, газотурбинном двигателе летательного аппарата. При маневрировании летательного аппарата осуществляется многократное изменение режимов работы газотурбинного двигателя, с сопутствующим повторяющимся изменением частоты вращения роторного элемента и изменением зазора щеточного уплотнения, что является негативным эффектом.

Кроме того, на роторном элементе существующих турбомашин на различных диаметрах размещены десятки уплотнений, что при одинаковой частоте вращения роторного элемента приведет к различной величине центробежной нагрузки на каждый щеточный элемент и потребует индивидуального проектирования щеточного элемента. Такое решение усложняет и удорожает конструкцию.

Задачей настоящего изобретения является увеличение термодинамических и ресурсных параметров турбомашины за счет снижения величины протечек рабочего тела через щеточное уплотнение и увеличения срока службы и надежности работы щеточного уплотнения на различных режимах работы турбомашины.

Техническим результатом, достигаемым при реализации указанного изобретения, является увеличение срока службы щеточных уплотнений и валов, снижения величины протечек рабочего тела через щеточное уплотнение, обеспечение работоспособности щеточного уплотнения при обратном перепаде давления на переходных режимах работы турбомашины, снятие эксплуатационных ограничений при холодной прокрутке ротора турбомашины.

Указанный технический результат достигается тем, что щеточное уплотнение турбомашины, включает щетку, и разделяющую между роторными и статорными элементами полость наддува и уплотняемую полость. Щетка размещена между кольцевыми фланцами, а ее свободный конец наклонен к оси роторного элемента под углом отличным от 90°, при этом один из фланцев расположен в полости наддува, а второй в уплотняемой полости, согласно предложению фланцы выполнены на статорном элементе и соединены между собой, а щетка сопряжена с контактной поверхностью роторного элемента, с нанесенным на него упрочняющим покрытием, при этом щетинки наклонены под острым углом к поверхности роторного элемента в направлении его вращения. Уплотнение снабжено двумя плоскими разрезными кольцами, которые размещены между фланцами, при этом между плоскими разрезными кольцами размещена щетка, при этом одно плоское кольцо своим внешним радиусом совместно со щеткой зафиксированы на внутренней поверхности фланца, расположенного в уплотняемой полости, посредством неразъемного соединения. Внутренняя поверхность фланца, расположенного в уплотняемой полости, образует с внешней поверхностью второго плоского разрезного кольца угол 3-6°.

Щеточное уплотнение, в котором фланцы соединены между собой разъемным соединением, а второе плоское кольцо своим внешним радиусом зафиксировано между фланцами в области их разъемного соединения.

Щеточное уплотнение, в котором фланцы соединены между собой неразъемным соединением, а второе плоское кольцо своим внешним радиусом соединено с внутренней поверхностью фланца, расположенного в уплотняемой полости, посредством неразъемного соединения.

Щеточное уплотнение турбомашины, включает щетку, разделяющую между роторными и статорными элементами полость наддува и уплотняемую полость, например, при наддуве предмасляной полости опоры компрессора можно использовать два щеточных уплотнения. В полость наддува (предмасляную полость) подается сжатое рабочее тело - воздух, со стороны подшипникового узла, где расположено первое щеточное уплотнение, в масляную полость (уплотняемую полость) подается масло, образующее нагретую масляно-воздушную смесь с парами масла. А со стороны проточной части, где расположено второе щеточное уплотнение, в уплотняемую полость поступает воздух, сообщающийся, например, с проточной частью компрессора.

Попадание нагретого масла в проточную часть по условиям работы турбомашины не допускается. Но и наддув предмасляной полости сжатым воздухом и последующее извлечение (суфлирование) воздуха из масляно-воздушной смеси требует затрат энергии, что усложняет конструкцию и ухудшает термодинамические параметры турбомашины. Поэтому необходимо снизить величину протечек рабочего тела через щеточное уплотнение при штатном (рабочем) режиме. А при сборке турбомашины, иных технологических операциях, на переходных режимах работы обеспечить работоспособность щеточного уплотнения с кратковременным, наперед заданным уровнем максимальной протечки рабочего тела через щеточное уплотнение.

Кольцевые фланцы формируют жесткостные свойства, стабильность размеров щеточного уплотнения под действием воспринимаемых нагрузок, могут быть выполнены как разъемным так и не разъемным соединением в зависимости от необходимости осмотра и ремонта щеточного соединения. Внутренние поверхности фланцев формируют ограничительный угол α, равный 3-6° в котором перемещаются деформируемые элементы щеточного уплотнения - плоские разрезные кольца и щетка. А также угол между осью роторного элемента и свободным концом щетки. Указанная геометрия позволяет регулировать величину зазора от минимального (рабочего) Н2 до максимального (монтажного) H1, обеспечивая работоспособность щеточного уплотнения при различных условиях работы турбомашины.

Плоские разрезные кольца формируют толщину щетки, не позволяя ей в работе растрепаться метелкой, защищают щетинки от возможных повреждений, воспринимают нагрузку в виде статического давления в полости и передают его на щетку, деформируют щетку как единый конструктивный элемент.

Щетинки, наклоненные под острым углом к поверхности роторного элемента в направлении его вращения, обладают податливостью, сопряжены с контактной поверхностью роторного элемента и при штатной работе образуют минимальный (рабочий) зазор Н2. В исключительном случае, при касании щеткой о роторный элемент, щетинки нанесут минимальные повреждения упрочняющему покрытию контактной поверхности роторного элемента, нанесенному, например, методом напыления. Упрочняющее покрытие может выполнено, например, азотированием, цементацией, нанесением карбида вольфрама, в частном случае, может быть нанесено истираемое покрытие нитрида титана. Каждое из покрытий защищает роторный элемент от царапин, дальнейшего потенциального растрескивания и разрушения, увеличивает надежность и срок службы валов.

На фигуре 1 показан разрез щеточного уплотнения при штатном режиме работы с Р1<Р2.

На фигуре 2 показан разрез щеточного уплотнения при монтажном положении с Р1=Р2 и режиме работы с обратным перепадом давлений Р1>Р2.

На фигуре 3 показан вид А щеточного уплотнения при монтажном положении с Р1=Р2 и режиме работы с обратным перепадом давлений Р1>Р2. Стрелкой показано направление вращения роторного элемента.

1 - щетка;

2 - роторный элемент;

3 - полость наддува;

4 - уплотняемая полость;

5 - фланец полости наддува;

6 - фланец уплотняемой полости;

7 - ось роторного элемента;

8 - разъемное соединение;

9 - первое плоское разрезное кольцо;

10 - второе плоское разрезное кольцо;

11 - внутренняя поверхность фланца уплотняемой полости;

12 - внутренняя поверхность фланца полости наддува.

Р1 - статическое давление в уплотняемой полости;

Р2 - статическое давление в полости наддува;

H1 - максимальная (монтажная) величина зазора;

Н2 - минимальная (рабочая) величина зазора;

α - угол между внутренней поверхностью фланца уплотняемой полости и внешней поверхностью второго плоского разрезного кольца, равный 3-6°.

Щеточное уплотнение (фигура 1), включает щетку (1), разделяющую между роторными (2) и статорными элементами полость наддува (3) и уплотняемую полость (4). Щетинки щетки (1) наклонены под острым углом к поверхности роторного элемента (2) в направлении его вращения. Щетка (1) размещена между кольцевым фланцем полости наддува (5) и кольцевым фланцем уплотняемой полости (6). Свободный конец щетки (1) наклонен к оси (7) роторного элемента (2) под углом отличным от 90°, сопряжен с контактной поверхностью роторного элемента с нанесенным на нее упрочняющим покрытием (2) и образует зазор величиной от минимального (рабочего) Н2 до максимального (монтажного) H1 в зависимости от перепада давления Р1-Р2 в полостях. Фланцы (5, 6) выполнены кольцевыми на статорном элементе и соединены между собой разъемным соединением (8). Между щеткой (1) и фланцем (6) уплотняемой полости расположено первое плоское разрезное кольцо (9). Между щеткой (1) и фланцем (5) полости наддува расположено второе плоское разрезное кольцо (10).

Сборка щеточного уплотнения осуществляется в следующей последовательности. Первое плоское разрезное кольцо (9) своим внешним радиусом совместно с щеткой (1) неразъемно фиксируется на внутренней поверхности (11) фланца (6) уплотняемой полости, например, припаивается. Второе плоское разрезное кольцо (10), опираясь на поверхность (12) фланца (5) полости наддува, своим внешним радиусом разъемно фиксируется между фланцами (5, 6), например, винтами. Конструкция позволяет разобрать щеточное соединение для проведения осмотра и ремонта. Другой вариант реализации предложенной идеи, предлагается для короткоресурсного щеточного уплотнения, без проведения ремонта и разборки соединения. Фланцы (5, 6) соединены между собой неразъемным соединением, а второе плоское разрезное кольцо (10) своим внешним радиусом неразъемно фиксируется с внутренней поверхностью фланца уплотняемой полости (6), например, припаивается.

Щетка (1) установлена в монтажное положение с максимальным зазором H1, величина которого позволяет избавиться от задиров роторного элемента (2) при сборке турбомашины, причем при вращении ротора как по направлению щетинок, наклоненных под острым углом к поверхности роторного элемента в направлении его вращения, так и против направления вращения ротора при холодной прокрутке, увеличивая срок службы уплотнений и роторов (фигура 2, 3). Между внутренней поверхностью фланца (6) уплотняемой полости и внешней поверхностью второго плоского разрезного кольца (10) образован угол а, равный 3-6°.

При штатном режиме работы с Р1<Р2 второе плоское разрезное кольцо (10) под действием перепада давления Р2-Р1 деформируется на угол 3-6°, прижимая щетку (1) с первым плоским разрезным кольцом (9) к внутренней поверхности (11) кольцевого фланца уплотняемой полости (6). Щетка (1) устанавливается в рабочее положение с минимальным зазором Н2, уменьшая протечки рабочего тела через щеточное уплотнение, увеличивая термодинамические параметры турбомашины.

При работе турбомашины наблюдаются кратковременные переходные режимы с обратным перепадом давлений Р1>Р2, когда первое плоское разрезное кольцо (9) под действием перепада давления Р1-Р2 деформируется на угол 3-6°, прижимая щетку (1) со вторым плоским разрезным кольцом (10) к внутренней поверхности (12) фланца полости наддува (5) (фигура 2). Щетка (1) устанавливается в монтажное положение с максимальным зазором H1, обеспечивая работоспособность щеточного уплотнения с кратковременным подтвержденным уровнем увеличенных протечек рабочего тела.


ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ
ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ТУРБОМАШИНЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-8 of 8 items.
07.12.2018
№218.016.a45c

Устройство управления направляющими аппаратами компрессора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к устройствам управления угловым положением поворотных направляющих лопаток компрессора газотурбинного двигателя. Устройство управления направляющими аппаратами компрессора содержит силовой цилиндр, закрепленный на промежуточном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674173
Дата охранного документа: 05.12.2018
07.12.2018
№218.016.a4b6

Механизм регулирования лопаток направляющего аппарата статора многоступенчатого компрессора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к регулируемым направляющим аппаратам статора многоступенчатых компрессоров многорежимных авиационных газотурбинных двигателей. Механизм регулирования лопаток направляющего аппарата статора многоступенчатого компрессора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674227
Дата охранного документа: 05.12.2018
14.12.2018
№218.016.a735

Двухконтурный турбореактивный двигатель

Двухконтурный турбореактивный двигатель, который содержит: компрессоры высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменный аппарат, турбины высокого и низкого давления, смеситель, реверс тяги, фронтовое устройство, форсажную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674848
Дата охранного документа: 13.12.2018
16.02.2019
№219.016.bafc

Способ определения технического состояния датчиков пламени ионизационных

Изобретение относится к области измерительной и авиационной техники. Способ определения технического состояния датчиков пламени ионизационных в составе форсажной камеры сгорания авиационных двигателей включает обработку записи информации бортовых устройств регистрации или стендовых систем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680024
Дата охранного документа: 14.02.2019
16.02.2019
№219.016.bb15

Нерегулируемое сопло газотурбинного двигателя

Нерегулируемое сопло газотурбинного двигателя, содержащее четыре стенки, соединенные между собой разъемным соединением с образованием канала отвода рабочего газа. Стенки соединены попарно, образуя соединенные между собой входной и выходной элементы канала отвода рабочего газа, имеющего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680020
Дата охранного документа: 14.02.2019
17.03.2019
№219.016.e2a6

Трехконтурный турбореактивный двигатель летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в трехконтурных двигателях, входящих в состав силовой установки многорежимных летальных аппаратов. Трехконтурный турбореактивный двигатель летательного аппарата включает корпус вентилятора, корпус второго контура,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682213
Дата охранного документа: 15.03.2019
21.03.2019
№219.016.ebec

Способ определения технического состояния токосъемников

Изобретение относится к метрологии, в частности к вибрационной диагностике. На статор токосъемника устанавливают датчики вибрации и осуществляют запись параметров вибрации и электрических сигналов на выходе из токосъемника. Выполняют анализ вибрации путем быстрого преобразования Фурье; путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682561
Дата охранного документа: 19.03.2019
02.10.2019
№219.017.ce04

Компьютерно-реализуемый способ автоматизированной обработки и анализа данных для оценки эффективности выполнения поручений

Изобретение относится к компьютерно-реализуемому способу автоматизированной обработки и анализа данных для оценки эффективности выполнения поручений. Технический результат заключается в автоматизации обработки и анализа данных для оценки эффективности выполнения поручений. В способе виды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700397
Дата охранного документа: 16.09.2019
Showing 1-10 of 30 items.
27.09.2015
№216.013.7e64

Ротор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов осевых компрессоров и турбин. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочего колеса, сопряженные поверхностями внутреннего и внешнего кольцевых посадочных элементов, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563953
Дата охранного документа: 27.09.2015
10.05.2016
№216.015.3bf8

Газожидкостный сепаратор

Изобретение относится к созданию оборудования для разделения многофазных смесей, в частности к сепараторам газ/жидкость, действие которых основано на разности плотностей фаз. Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус с патрубком подачи газожидкостной смеси, внутренний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583268
Дата охранного документа: 10.05.2016
25.08.2017
№217.015.adf1

Воздухо-воздушный теплообменный аппарат

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано, в частности, в области авиадвигателестроения в системах охлаждения воздуха и газа газотурбинных двигателей. Воздухо-воздушный теплообменный аппарат имеет кольцевую форму, состоит из нескольких теплообменных модулей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612668
Дата охранного документа: 13.03.2017
26.08.2017
№217.015.d9b7

Клапанный узел вентилятора

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к клапанным устройствам для газотурбинных двигателей. Клапанный узел вентилятора содержит корпус канала перепуска с установленным на нем с возможностью осевого перемещения кольцевым клапаном и механизм перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623704
Дата охранного документа: 28.06.2017
26.08.2017
№217.015.d9d5

Поворотное сопло турбореактивного двигателя

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции сопел турбореактивных двигателей. Поворотное сопло турбореактивного двигателя содержит установленный между форсажной камерой и реактивным соплом двигателя корпус в виде вставки, состоящей из неподвижной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623609
Дата охранного документа: 28.06.2017
26.08.2017
№217.015.da17

Всеракурсное сопло

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции сопел турбореактивных двигателей. Всеракурсное сопло содержит установленный между форсажной камерой и реактивным соплом двигателя корпус в виде вставки, состоящей из неподвижной секции и поворотной, способной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623705
Дата охранного документа: 28.06.2017
29.12.2017
№217.015.f69c

Способ управления двухроторным газотурбинным двигателем

Изобретение относится к области авиационной техники, к способам управления двухроторным газотурбинным двигателем. При останове двигателя генерируемую вращением вала ротора низкого давления электроэнергию передают на электродвигатель-генератор вала ротора высокого давления, для создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639260
Дата охранного документа: 20.12.2017
29.12.2017
№217.015.f7a0

Узел уплотнения газовой турбины

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано в конструкциях узла уплотнения турбин авиационных газотурбинных двигателей и газотурбинных установках наземного применения. Узел уплотнения газовой турбины содержит закрепленный на статоре турбины кольцевой корпус (1) со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639444
Дата охранного документа: 21.12.2017
20.01.2018
№218.016.1334

Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора

Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора содержит последовательно расположенные от корпуса турбовентилятора к диску ротора рабочую лопатку вентилятора и рабочую лопатку турбины, соединенные между собой посредством промежуточного элемента с образованием трех проточных газовых каналов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634509
Дата охранного документа: 31.10.2017
20.01.2018
№218.016.1368

Способ управления двухроторным газотурбинным двигателем самолета в режиме запуска при авторотации

Изобретение относится к области авиационной техники, к способам управления двухроторным газотурбинным двигателем, в частности запуска при выходе двигателя на режим авторотации. Частоту вращения вала ротора высокого давления и вала ротора низкого давления уменьшают до достижения роторами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634505
Дата охранного документа: 31.10.2017
+ добавить свой РИД