Патент на изобретение №2168089

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2168089 (13) C2
(51) МПК 7
F16J15/447, F01D11/02
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.05.2011 – действует

(21), (22) Заявка: 99103884/06, 22.02.1999

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

22.02.1999

(43) Дата публикации заявки: 20.12.2000

(45) Опубликовано: 27.05.2001

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
СКУБАЧЕВСКИЙ Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. – М.: Машиностроение, 1974, с.80, рис.3.39. DE 4130946 C1, 03.09.1992. SU 320644 A, 12.01.1972. RU 2039872 C1, 20.07.1995. EP 0292250 A1, 23.11.1988.

(71) Заявитель(и):

ОАО “Авиадвигатель”

(72) Автор(ы):

Иванов В.В.,
Кузнецов В.А.

(73) Патентообладатель(и):

ОАО “Авиадвигатель”

(54) ЛАБИРИНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ


(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения. Лабиринтное уплотнение между статором и ротором турбомашины включает лабиринтные гребешки и ответную им цилиндрическую поверхность. Лабиринтные гребешки выполнены на фланце статора, а на цилиндрическую поверхность лабиринта ротора нанесено антифрикционное серебряное покрытие. В результате повышается надежность в работе машины за счет уменьшения износа уплотнения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.


Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к авиационным газотурбинным двигателям, и может быть использовано в паровых и газовых турбинах и нагнетателях для перекачки газа и т.п.

Известно лабиринтное воздушное уплотнение между степенями компрессора для уменьшения утечек воздуха через зазор между гребешками уплотнения и неподвижной деталью [1]. Однако при малых зазорах возможно задевание гребешков о неподвижную деталь. В этом случае происходит наволакивание и взаимный перенос металла между вращающимися и невращающимися частями лабиринтного уплотнения, что приводит к повреждению деталей и к резкому увеличению радиального зазора. Как правило, такое уплотнение в случае касания требует замены, что затруднительно, т. к. роторы крупных газотурбинных двигателей являются неразборными.

Известно лабиринтное уплотнение, в котором для получения малых зазоров на неподвижные кольца статора нанесены графитотальковые или графитоалюминиевые уплотнительные покрытия [2].

Недостатками такого уплотнения являются скалывание и выветривание уплотнительного покрытия, особенно при больших ресурсах работы и при высоких температурах. Кроме того, графитотальковое или графитоалюминиевое покрытия наносят только с внутренней стороны невращающихся статорных деталей, т.к. при нанесении таких уплотнительных покрытий на вращающиеся роторные детали происходит отслаивание покрытий.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы турбомашины путем исключения катастрофического износа уплотнения в случае касания гребешков уплотнения о неподвижную ответную поверхность лабиринта ротора.

Задача решается за счет того, что в лабиринтном уплотнении между статором и ротором турбомашины, включающем лабиринтные гребешки и ответную им цилиндрическую поверхность, согласно изобретению лабиринтные гребешки выполнены на фланце статора, а на ответную цилиндрическую поверхность лабиринта ротора нанесено антифрикционное серебристое покрытие. Причем толщина покрытия составляет 3 – 60 мкм.

В случае касания гребешком лабиринта ответной цилиндрической поверхности лабиринта ротора с нанесением на него серебряным антифрикционным покрытием, в зоне контакта образуется пара трения, аналогичная паре трения “ротор-статор” в подшипнике скольжения в случае выдавливания масляной пленки.

Покрытие служит твердой смазкой с высокими антифрикционными свойствами при температурах, развиваемых в зоне контакта гребешка лабиринта с ответной ему цилиндрической поверхностью ротора, который практически исключает взаимный перенос металла между вращающимися и невращающимися деталями. Покрытие сначала работает как твердая смазка, а затем в зоне контакта расплавляется, снижая при этом трение контактирующих деталей и предотвращая катастрофический износ уплотнения.

Для исключения растрескивания и отслаивания покрытия из-за разницы коэффициентов линейного расширения материалов лабиринта и покрытия, вышеназванное покрытие должно обладать высокими антифрикционными свойствами, иметь более низкую температуру плавления, чем основной материал, из которого изготовлен лабиринт. Для лабиринтного уплотнения турбины высокотемпературного двигателя, детали которого работают при T 600oC и выполнены из никелевых сплавов, наилучшим покрытием является слой серебра толщиной 3 – 60 мкм. Серебряное покрытие “прилипает” лучше, когда слой тонкий (выше сцепление слоя с основным металлом). Минимальная толщина покрытия составляет 3 мкм. Толщина покрытия больше 60 мкм является нецелесообразной в силу экономии серебра и исключения растрескивания и отслаивания покрытия.

На фиг. 1 показано лабиринтное уплотнение турбины газотурбинного двигателя. На фиг. 2 – элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

Лабиринтное уплотнение 1 состоит из неподвижного фланца 2 с лабиринтными гребешками 3, образующими между собой расширенные полости А. Фланец 2 неподвижно закреплен в опоре 4, в которой с помощью подшипника 5 установлен вал 6. На валу 6 закреплен вращающийся лабиринт 7 ротора, опирающийся через диск 1 турбины 8 на фланец 9 вала 6. Вращающийся лабиринт 7 имеет кольцевой фланец, осевой выступ 10 которого имеет цилиндрическую поверхность Б, на которую нанесено антифрикционное серебряное покрытие 11. Между неподвижным фланцем 2 и лабиринтом 7 существует радиальный зазор , через который в направлении к диску 8 перетекает уплотняемое рабочее тело (в данном случае – горячий воздух с температурой 600oC).

Данное устройство работает следующим образом.

Воздух, перетекающий через радиальный зазор , последовательно расширяется в полостях А и теряет свою энергию. На режимах с ударными нагрузками, например, при приземлении самолета, с минимальной величиной зазора, возможно касание гребешков 3 фланца 2 статора о вращающийся выступ 10 лабиринта 7. При этом антифрикционное серебряное покрытие 11, нанесенное на цилиндрическую поверхность выступа 10 лабиринта 7, вначале работает как твердая смазка, а затем в зоне контакта быстро плавится, при этом коэффициент трения, тепловыделение и взаимный износ контактирующих деталей резко сокращается, тем самым предотвращая катастрофический износ уплотнения и повышая надежность работы турбомашины.

Источники информации
1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей, -М.: Машиностроение, 1974, с. 80, рис. 3.41.

2. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей, -М.: Машиностроение, 1974, с. 80, рис. 3.39.

Формула изобретения


1. Лабиринтное уплотнение между статором и ротором турбомашины, включающее лабиринтные гребешки и ответную им цилиндрическую поверхность, отличающееся тем, что лабиринтные гребешки выполнены на фланце статора, а на цилиндрическую поверхность лабиринта ротора нанесено антифрикционное серебряное покрытие.

2. Лабиринтное уплотнение по п.1, отличающееся тем, что толщина покрытия составляет 3 – 60 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Categories: BD_2168000-2168999