Диссертация (785882), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Главным отличием является радиальный зазор под гребешками.Трёхгребешковое ступенчатое лабиринтное уплотнение SSS служитосновной для сравнения и оценки характеристик щёточных и щёточнолабиринтных уплотнений. Как видно на рис. 2.26, уплотнение имеет модульную конструкцию и собирается из ряда колец, которые могут бытьзаменены, например, на щёточный элемент.Также в работе рассматриваются короткое уплотнение с наклонёнными гребешками, трёхгребешковое уплотнение с гребнями на роторе, трёхгребешковый сквозной лабиринт, а также сквозное лабиринтноеуплотнение, состоящий из 20 гребней.1052.7.
Конфигурации исследуемых уплотненийУплотнениеЗонавысокогодавления0123ВалРис. 2.26. Короткое лабиринтное уплотнение SSSТаблица 2.10. Геометрические параметры короткого лабиринтаОбозначениеSSS-1SSS-2SSS-3Диаметр вала [мм]180.05179.98179.86Радиальный зазор гребешков [мм]0.270.310.52.7.2.
Щёточные уплотненияВ работе рассматриваются различные щёточные уплотнения, наглядные схемы которых приведены на рис. 2.27.Четыре конфигурации щёточных уплотнений (B-1, B-2, B-3, B-4)отличаются геометрией обоймы. Защитные и упорные кольца такжеимеют разный радиальный зазор. Щёточное уплотнение B-1 представляет собой стандартную конструкцию коммерчески доступного уплотнения с механическим соединением волокон.
Данное щёточное уплотнение также показано на рис. 2.28 в конфигурации с лабиринтом.В щёточном уплотнении B-2 защитное кольцо фактически отсутствует. Сам же щёточный пакет является стандартным узлом, изготовленным по принципу механического соединения волокон. Щёточноеуплотнение B-3 представляет собой коммерчески доступные конфигурации, в которых волокна собраны в пакет с помощью сварного соединения. Щёточное уплотнение B-4 с механическим соединением выполненокак альтернативная конфигурация к уплотнению B-3.В представленных конфигурациях уплотнений B-1, B-2 и B-3 предполагается, что щёточный пакет прилегает к упорному кольцу по всейдлине. В уплотнении B-4 имеется небольшая полость между щёточным1062.7. Конфигурации исследуемых уплотненийУпорное кольцоЗащитное кольцоЗонавысокогодавленияB-1B-2B-3B-4Щёточный пакетРис. 2.27.
Схемы рассматриваемых щёточных уплотненийпакетом и упорным кольцом.Параметры щёточных пакетов приведены в табл. 2.11. Рассматриваются семь щёточных пакетов (B-1, B-2A, B-2B, B-2C, B-3, B-4 и B-5).Щёточное уплотнение B-5 предназначено для тестирования на экспериментальном стенде МАИ, разработанном и изготовленном в рамкахданной работы (см. главу 7).Волокна в наборе закрепляются либо с помощью механического соединения (пакеты B-1, B-2A, B-2B, B-2C и B-4), либо с помощью сварного соединения (пакеты B-3 и B-5). Пакеты B-3, B-4 и B-5 имеют нулевойноминальный радиальный зазор, другие пакеты собираются с положительным зазором. Пакеты B-2B, B-3 и B-4 набраны из толстой проволоки с меньшей плотностью упаковки.
Единственным отличием пакетовB-1 и B-2A является геометрия защитного кольца.В работе также рассматривается сегментированное уплотнение B-3.1072.7. Конфигурации исследуемых уплотненийТаблица 2.11. Параметры рассматриваемых щёточных пакетовB-1B-2AB-2BB-2CB-3B-4B-5Диаметр проволоки [мкм]707070150167.415071Длина проволоки [мм]15101515151512.52002002005047.645096.22Угол наклона волокон [ ]45454545454550Ном. толщина пакета [мм]2.01.981.881.882.02.00.9Ном.
рад. зазор [мм]0.310.210.210.210.00.00.0Рад. зазор кольца [мм]1.081.421.421.421.20.82.1Диаметр вала [мм]180.05179.98179.98179.98179.86179.8688.0Плотность пакета [шт/мм]∘2.7.3. Щёточно-лабиринтные уплотненияСхемы коротких щёточно-лабиринтных уплотнений показаны нарис. 2.28. Уплотнение состоит из двух гребешков на статоре и одногощёточного пакета, установленного либо за гребешками (конфигурацияSSB), либо впереди гребешков (конфигурация BSS).Конфигурации SSB и BSS получаются с помощью замены одного изколец базовой конфигурации трёхгребешкового лабиринта SSS на щёточное уплотнение.В щёточно-лабиринтных узлах используются различные щёточныеуплотнения B-1, B-2, B-3 и B-4. В конфигурациях SSB-1, BSS-1 радиальный зазор в лабиринте составляет 0.27 мм (уплотнение SSS-1). В конфигурациях SSB-2 и BSS-2 радиальный зазор в лабиринте составляет0.31 мм (уплотнение SSS-2).
В конфигурациях SSB-3 и SSB-4 радиальный зазор в лабиринте составляет 0.5 мм (уплотнение SSS-3).Основные размеры конфигурации SSB-1 приведены на рис. 2.29, гдепоказано сечение геометрии канала уплотнения, используемой в расчётной модели. Щёточный пакет показан как более затемненная область.Выбор геометрии и размеров входной и выходной областей уплотненияобсуждается в главе 3.1082.7. Конфигурации исследуемых уплотненийУплотнениеЗонавысокогодавления012УплотнениеЗонавысокогодавления30123ВалВала) Конфигурация SSBб) Конфигурация BSSРис.
2.28. Короткие щёточно-лабиринтные уплотнения53.216.114ЩёточныйпакетЗона низкогодавленияØ180.05Вал5.29Ø210Зона высокогодавления30Ø19236.8Рис. 2.29. Схема уплотнения SSB-1 (все размеры в мм)2.7.4. Узел с тремя щёточными уплотнениямиНа рис. 2.30 показана схема уплотнительного узла BBB, состоящегоиз трёх идентичных щёточных уплотнений типа B-1 (см. табл.
2.11) безступени на роторе и без гребешков. Основные размеры уплотнительногоузла приведены на рис. 2.31, где показано сечение геометрии, используемой в расчётной модели. Щёточные пакеты показаны тёмно-серымиобластями.Геометрия и размеры входной и выходной областей отличаются отсхемы на рис. 2.29. Как было указано выше, подробная информация овыборе расчётной схемы содержится в главе 3.1092.8. Выводы по главеУплотнениеЗонавысокогодавления0123ВалРис. 2.30. Узел с тремя щёточными уплотнениями (BBB)12Подача6.85.5253.2141416.1ВыходØ210ВалØ180.05Ø192Ø201.2ОтводРис. 2.31. Схема уплотнительного узла BBB (все размеры в мм)2.8. Выводы по главе 2Уплотнительные узлы в турбомашиностроении демонстрируют потенциал для увеличения КПД всей машины, улучшения её экономических и экологических показателей.
Направлениями работы для достижения этих целей являются как дальнейшее развитие хорошо зарекомендовавших себя типов уплотнений, так и разработка новых уплотнительных технологий.К технологиям, позволяющим значительно уменьшить утечки между вращающимися и неподвижными частям, относятся лабиринтныеуплотнения сложной геометрии, используемые с абразивными покрытиями или сотами, а также перспективные уплотнения с податливымиэлементами.Щёточные уплотнения представляют собой уже применяемую тех1102.8. Выводы по главенологию, которая, однако, ещё ожидает широкого внедрения.
Различные исследования подтверждают значительно лучшие расходные характеристики щёточных уплотнений по сравнению с традиционными лабиринтными уплотнениями. Однако, недостаточность опыта и знанийо функционировании щёточных уплотнений накладывает ограниченияна их применение, не позволяющие полностью использовать потенциалщёточных уплотнений.В авиационных двигателях применяется широкий спектр уплотнительных узлов, выполняющих различные функции. Использование щёточных уплотнений в АД позволяет не только значительно сократитьутечки, но и уменьшить осевые размеры силовой установки. Несмотряна ряд проблем, технология щёточных уплотнений уже активно применяется за рубежом как в авиационных двигателях, так и в стационарных газовых и паровых турбоагрегатах. Авиационные двигатели с использованием технологии щёточных уплотнений устанавливаются какна военную, так и на гражданскую авиацию.Щёточные уплотнения довольно сложны в изготовлении.
Рынокпредложений щёточных уплотнений очень мал. Во всем мире известнычетыре крупных поставщика таких уплотнений. Коммерчески доступные щёточные уплотнения выполняются по двум схемам крепления волокон в пакете и могут изготавливаться с различными конструктивными особенностями для широкого диапазона посадочных диаметров.
Вкачестве материала волокон используется тонкая проволока из сплавана основе кобальта. Также доступны щёточные пакеты, изготовленныеиз синтетического или углеродного волокна.Активно ведутся детальные научные и прикладные исследованиядля лучшего понимания процессов, происходящих в щёточных уплотнениях, для изучения влияния конструктивных параметров на их характеристики, а также для решения наблюдаемых проблем. В России рядпопыток использования щёточных уплотнений не увенчался успехом,что говорит об острой необходимости дальнейшей работы над внедрением и распространения данной перспективной технологии.111Глава 3Моделирование щёточных уплотненийВ главе рассматриваются подходы к расчёту уплотнительных узлов.
Приведена общая аэродинамическая модель бесконтактного уплотнения на основе полной системы уравнений Навье-Стокса. В базовой модели щёточного уплотнения пакет рассматривается как пористая среда. Такжеописывается аэродинамическая модель с учётом дискретной структуры щёточного пакета. Рассматриваются подходы к структурному расчёту податливых элементов.3.1. Подходы к расчёту уплотнений3.1.1. Требования к моделям уплотненийРасчёт бесконтактных газовых уплотнений турбомашин представляет собой важную и сложную научно-техническую проблему. Для выполнения функции дросселирования потока уплотняемой среды в бесконтактных уплотнениях должны возникать достаточные местные потери на трение, что достигается размещением препятствий в газовомканале. Это приводит к крайне сложной структуре течения, характеризуемой высокими градиентами скоростей, давления и плотности потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
