RU2036312C1

RU2036312C1 - Sealing unit downstream of turbojet double-loop engine

Info

Publication number: RU2036312C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Тункин; В.А. Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Авиадвигатель"
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: aircraft engineering. SUBSTANCE: sealing unit has labyrinth coupled with the compressor shaft. The rim of the labyrinth is secured to the disk of the last compressor wheel. The labyrinth is provided with sealing combs and answered sealing members made on the segment ring. The flange of the segment ring is secured to the flow straightening grids to define a relief space connected with the outer engine loop. A bearing, whose support is provided with a diaphragm, is mounted on the shaft. The diaphragm is secured to the flow straightening grids. The device is additionally has deflector secured to the segment ring. The support collar of the deflector is in contact with the bearing projection of the diaphragm to define an intermediate tight space between the diaphragm and deflector. The intermediate space is in communication with the low- pressure chamber of the compressor. A part of the segment ring between the sealing members and flange for its securing is cylindrical and flexible. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению и может быть использовано для уменьшения утечки воздуха из проточной части двигателя. The invention relates to aircraft engine manufacturing and can be used to reduce air leakage from the engine duct.

Известно уплотнительное устройство за компрессором турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащее лабиринт, соединенный с валом компрессора, обод которого закреплен на диске, снабженный уплотнительными гребешками, и ответные им уплотнительные элементы, например, в виде сотовых колец, выполненные на сегментном кольце, закрепленные фланцем на спрямляющем аппарате компрессора с образованием разгрузочной полости, сообщенной с наружным контуром двигателя. На валу установлен подшипник, опора которого снабжена диафрагмой, закрепленной на спрямляющем аппарате. A sealing device behind a turbojet bypass engine compressor is known, comprising a labyrinth connected to the compressor shaft, the rim of which is mounted on a disk provided with sealing ridges, and sealing elements responding thereto, for example, in the form of honeycomb rings, made on a segment ring, mounted with a flange on a straightening apparatus compressor with the formation of the discharge cavity in communication with the outer circuit of the engine. A bearing is mounted on the shaft, the support of which is equipped with a diaphragm mounted on a straightening apparatus.

Такое уплотнительное устройство отличается простотой и надежностью, но имеет увеличенный радиальный зазор между роторными и статорными элементами уплотнения на установившихся режимах работы двигателя. Это связано с тем, что при изменении режима работы двигателя массивная роторная часть уплотнения прогревается или остывает медленнее, чем его тонкостенная статорная часть. Из-за разницы температур роторных и статорных элементов уплотнения на этих неустановившихся режимах происходит уменьшение радиального зазора до нуля или врезание гребешков уплотнения в соты статора. На установившихся режимах работы двигателя, когда температура элементов уплотнения выравнивается, радиальный зазор между роторными и статорными элементами достигает 0,2. 0,3 мм. Это приводит к существенной утечке воздуха из проточной части двигателя и, соответственно, к ухудшению параметров двигателя. Such a sealing device is simple and reliable, but has an increased radial clearance between the rotor and stator elements of the seal at steady state operating conditions of the engine. This is due to the fact that when the engine operating mode changes, the massive rotor part of the seal warms up or cools more slowly than its thin-walled stator part. Due to the temperature difference between the rotor and stator elements of the seal in these transient modes, the radial clearance decreases to zero or the scallops of the seal are embedded in the stator cells. At steady state engine operating conditions, when the temperature of the sealing elements is equalized, the radial clearance between the rotor and stator elements reaches 0.2. 0.3 mm This leads to a significant leakage of air from the engine duct and, accordingly, to the deterioration of the engine parameters.

Целью изобретения является уменьшение утечки воздуха через устройство на установившихся режимах работы двигателя путем активного управления величиной радиального зазора между роторными и статорными элементами при помощи охлаждения статорных элементов уплотнения холодным воздухом. The aim of the invention is to reduce air leakage through the device at steady state engine operation by actively controlling the magnitude of the radial clearance between the rotor and stator elements by cooling the stator seal elements with cold air.

Цель достигается тем, что уплотнительное устройство, содержащее лабиринт, соединенный с валом компрессора, обод которого закреплен на диске, снабженный уплотнительными гребешками, и ответные им уплотнительные элементы, выполненные на сегментном кольце, закрепленном фланцем на спрямляющем аппарате компрессора с образованием разгрузочной полости, сообщенной с наружным контуром двигателя, дополнительно снабжено дефлектором с опорным буртиком, закрепленным на сегментном кольце. Опорный буртик контактирует с опорным выступом диафрагмы опоры подшипника ротора с образованием промежуточной герметичной полости, сообщенной со щелеобразной полостью, образованной между дефлектором и обращенной к нему поверхностью кольца. Промежуточная полость сообщена с полостью компрессора низкого давления, а участок сегментного кольца между уплотнительными элементами и фланцем крепления его к спрямляющему аппарату выполнен цилиндрическим и упругим. The goal is achieved in that the sealing device containing a labyrinth connected to the compressor shaft, the rim of which is mounted on the disk, equipped with sealing ridges, and their corresponding sealing elements, made on a segment ring fixed by a flange on the compressor straightening device with the formation of a discharge cavity in communication with the outer contour of the engine is additionally equipped with a deflector with a supporting shoulder mounted on a segment ring. The supporting flange is in contact with the supporting protrusion of the diaphragm of the bearing of the rotor bearing with the formation of an intermediate sealed cavity in communication with the slit-like cavity formed between the deflector and the ring surface facing it. The intermediate cavity is in communication with the cavity of the low-pressure compressor, and the segment of the segment ring between the sealing elements and the flange of its fastening to the rectifier is cylindrical and elastic.

На фиг. 1 изображено последнее рабочее колесо компрессора высокого давления ТРДД с уплотнительным устройством, продольный разрез; на фиг.2 уплотнительное устройство в другой радиальной плоскости, продольный разрез. In FIG. 1 shows the last impeller of a high-pressure compressor turbofan engine with a sealing device, a longitudinal section; figure 2 sealing device in another radial plane, a longitudinal section.

Уплотнительное устройство за компрессором ТРДД содержит лабиринт, включающий роторные элементы 1, 2 и 3, выполненные на ободе 4. Обод 4 закреплен на диске 5, например, байонетным соединением 6. Диск 5 соединен с валом 7 ротора компрессора. Лабиринт снабжен уплотнительными гребешками. Ответные им статорные уплотнительные элементы 8,9 и 10 выполнены на сегментном кольце 11, которое закреплено фланцем 12 на спрямляющем аппарате 13 компрессора. На статорных элементах установлены сотовые кольца 14. The sealing device behind the turbofan engine contains a labyrinth that includes rotor elements 1, 2 and 3 made on the rim 4. The rim 4 is mounted on the disk 5, for example, by bayonet connection 6. The disk 5 is connected to the shaft 7 of the compressor rotor. The labyrinth is equipped with sealing scallops. The corresponding stator sealing elements 8,9 and 10 are made on a segment ring 11, which is fixed by a flange 12 on the compressor straightener 13. On the stator elements mounted honeycomb rings 14.

Уплотнительное устройство изолирует проточную часть компрессора (полость А) от разгрузочной полости Б. Полость Б сообщена с наружным контуром через отверстия 15 в диафрагме 16, которой снабжена опора 17 подшипника 18 вала 7 ротора компрессора. The sealing device isolates the compressor flow path (cavity A) from the discharge cavity B. The cavity B is in communication with the external circuit through the holes 15 in the diaphragm 16, which is equipped with a bearing 17 of the bearing 18 of the shaft 7 of the compressor rotor.

Устройство снабжено дефлектором 20 с опорным буртиком 21. Дефлектор закреплен болтами 19 на сегментном кольце 11. Опорный буртик 21 контактирует с опорным выступом 22 диафрагмы 16 с образованием между диафрагмой 16 и дефлектором 20 промежуточной герметичной полости В. Полость В сообщена со щелеобразной полостью Г, образованной между дефлектором 20 и обращенной к нему поверхностью сегментного кольца 11, пазами между радиальными выступами 23. С полостью Б полость Г сообщена пазами между радиальными выступами 24. Полость Г может быть сообщена с полостью В также отверстиями 25 в дефлекторе 20. Промежуточная полость В сообщена трубками 27 с полостью компрессора низкого давления. The device is equipped with a deflector 20 with a support flange 21. The deflector is bolted 19 to the segment ring 11. The support flange 21 is in contact with the support protrusion 22 of the diaphragm 16 to form an intermediate sealed cavity B between the diaphragm 16 and the deflector 20. The cavity B is in communication with the slotted cavity G formed by between the deflector 20 and the surface of the segment ring 11 facing it, the grooves between the radial protrusions 23. With the cavity B, the cavity G is communicated with the grooves between the radial protrusions 24. The cavity G can be communicated with the cavity It also has openings 25 in the deflector 20. Intermediate cavity B is connected by tubes 27 to the cavity of the low-pressure compressor.

Участок 26 сегментного кольца 11 между уплотнительными элементами и фланцем 12 его крепления к спрямляющему аппарату 13 выполнен цилиндрическим и упругим, например, с уменьшенной толщиной с возможностью упругого радиального смещения уплотнительных элементов относительно фланца 12 при изменении температуры кольца 11. The segment 26 of the segment ring 11 between the sealing elements and the flange 12 of its attachment to the straightening apparatus 13 is made cylindrical and elastic, for example, with a reduced thickness with the possibility of elastic radial displacement of the sealing elements relative to the flange 12 when the temperature of the ring 11 changes.

При сборке двигателя радиальный зазор δ между роторными и статорными элементами уплотнения устанавливают близким к нулю, чтобы выдержать на неустановившихся режимах (например, запуск, разгон, сброс) величину, равную нулю, или обеспечить минимальное врезание уплотнительных гребешков в сотовые кольца 14. When assembling the engine, the radial clearance δ between the rotor and stator sealing elements is set close to zero in order to withstand unsteady conditions (for example, starting, accelerating, dumping) a value equal to zero, or to ensure minimal cutting of the comb combs into the honeycomb rings 14.

При переходе двигателя на установившийся режим работы (взлетный, номинальный, крейсерский) в промежуточную полость В по трубкам 27 подают из полости компрессора низкого давления охлаждающий воздух. Далее этот воздух через пазы поступает в щелеобразную полость Г, растекается в ней, охлаждая кольцо 11. Затем через пазы между выступами 24 воздух выходит в разгрузочную полость, давление в которой ниже, чем в полости Г. When the engine switches to a steady-state operation mode (take-off, nominal, cruising) into the intermediate cavity B, cooling air is supplied from the cavity of the low-pressure compressor through the tubes 27. Further, this air through the grooves enters the slit-like cavity G, flows in it, cooling the ring 11. Then, through the grooves between the protrusions 24, the air enters the discharge cavity, the pressure in which is lower than in the cavity G.

Охлажденное таким образом кольцо 11 расширяется термически меньше, чем неохлаждаемое, поэтому радиальный зазор δ остается близким к нулю. Количество охлаждающего воздуха регулируется в зависимости от режима работы двигателя. Thus cooled ring 11 expands thermally less than uncooled, so the radial clearance δ remains close to zero. The amount of cooling air is regulated depending on the engine operating mode.

Таким образом, на установившихся режимах работы двигателя утечка воздуха из проточной части двигателя (полость А) будет минимальной. Thus, at steady-state engine operating modes, air leakage from the engine flow section (cavity A) will be minimal.

Упругий участок 26 позволяет уплотнительным элементам 8, 9 и 10 перемещаться относительно фланца 12 в радиальном направлении. The elastic section 26 allows the sealing elements 8, 9 and 10 to move relative to the flange 12 in the radial direction.

Давление воздуха в полости А существенно больше, чем в полости В, поэтому осевое усилие от разности давлений по обе стороны кольца 11 прижимает опорный буртик 21 к опорному выступу 22 диафрагмы 16, что обеспечивает герметичность полости В при возможности радиального перемещения буртика 21 относительно выступа 22. The air pressure in the cavity A is significantly greater than in the cavity B, therefore, the axial force from the pressure difference on both sides of the ring 11 presses the support flange 21 against the support protrusion 22 of the diaphragm 16, which ensures the tightness of the cavity B with the radial movement of the flange 21 relative to the protrusion 22.

Уменьшение утечки воздуха на установившихся режимах работы двигателя уменьшает удельный расход топлива. Reducing air leakage at steady-state engine operating conditions reduces specific fuel consumption.

Claims

SEALING DEVICE FOR THE COMPRESSOR OF A TURBOREACTIVE TWO-CIRCUIT ENGINE, containing a labyrinth connected to the compressor shaft, the rim of which is mounted on a disk, equipped with sealing scallops, and its corresponding sealing elements, made on a segment ring securing the compressor with a cavity and secured with a discharge flange on the compressor external motor circuit, a bearing is mounted on the shaft, the support of which is equipped with a diaphragm mounted on a straightening device, characterized In that it is equipped with a deflector with a support flange mounted on the segment ring, the support flange contacts the support protrusion of the diaphragm with the formation of an intermediate sealed cavity in communication with a slit-like cavity formed between the deflector and the ring surface facing it, the intermediate cavity communicating with the cavity low-pressure compressor, and the segment of the segment ring between the sealing elements and the flange of its fastening is made cylindrical and elastic.