Глава 18 - Уплотнения ГТД

не зависит от усилий пружин малой жесткости 4, а зависит от конкретного конструктивного выполнения уплотнения, радиального зазора «δR» между ротором и зубом аспиратора «à», количества и расположения жиклерных отверстий «с» для подвода воздуха из предлабиринтной области в щель lg, т.е. в гидростатический подшипник.

В окончательном варианте конструкции уплотнения Stein Seal получен физический зазор δT 60 мкм, что при полученном коэффициенте расходаµ = 0,75 соответствует неплохому эффективному зазору δÝÔ= µδT = 45 мкм. И относительный эффективный зазор равен

На Рис. 18.3.4_2 показана компоновка уплотнения на двигателе GЕ-90.

Необходимо заметить, что надежность уплотнения, несмотря на то, что оно задумано как бесконтактное, все же будет зависеть от возможных торцевых контактов кольца 1 и ротора. Такие, хотя и очень кратковременные, контакты возможны вследствие перегрузок, при перемене режимов работы, газодинамических неустойчивостях двигателя, когда возможна пульсации давления в газовом тракте и т.п. Эти контакты не должны приводить к повреждению уплотнения. Поэтому в уплотнении должны быть подобраны контактирующие со скольжением материалы (или покрытия) обладающие хорошими трибологическими характеристиками в условиях работы уплотнения (главными из которых являются температура и скорость скольжения).

18.3.5 - Сравнение эффективностей уплотнений газового тракта между ротором и статором ГТД

Корректно сравнивать уплотнения по эффективным зазорам δÝÔ можно при одинаковых диаметрах DÑÐ уплотнений, т.к. чем больше диаметр уплотнения, тем эффективный зазор получается больше, что обусловлено технологическими возможностями изготовления уплотнений.

На Рис. 18.3.5_1 представлены исследованные в ОАО «Авиадвигатель» г.Пермь три разные типа уплотнений одного диаметра 0,168 м. [18.7.4].

Тип I. Графитовое контактное уплотнение, состоящее из нигранового кольца 2, стальных втулки 3 и пяты 4. Кольцо 2 при работе поджимается давлением воздуха Р своим левым торцевым буртиком к вращающейся пяте 4, а по цилиндричес-

кой поверхности еще и силами упругости к втулке 3. Пята 4 охлаждается маслом; для улучшения охлаждения в ней выполнены слегка наклонные радиальные отверстия.

Уплотнение предназначено для ограничения проникновения горячего (Ò = 600...700К) воздуха давлением Ð 0,5 МПа в масляную полость роликоподшипника реального двигателя.

Тип II. Графитовое бесконтактное уплотнение, состоящее из тех же деталей, что и уплотнение I, однако у пяты 4 уплотнения II на торцевой поверхности выполнено 40 подъемных площадок глубиной 10...15 мкм (называемых камерами Релея), форма которых показана внизу на эскизе II Рис. 18.3.5_1. Торцевая поверхность кольца 2 выполнена плоской (без буртика).

Благодаря подъемным площадкам Релея между торцами вращающейся пяты 4 и неподвижного кольца 2, возникает повышенное вязкостное газодинамическое давление, в результате кольцо 2 отходит от пяты 4 и уплотнение переходит на режим воздушной (газовой) смазки с толщиной газовой пленки в несколько микрон.

Тип III. Обычное пятизубое лабиринтное уплотнение. Результаты обработки испытаний, описанных выше уплотнений I, II и III одинакового диаметра 168 мм представлены в Таблице 18.3.5_1.

Как видно из таблицы 18.3.5_1 графитовое уплотнение типа II (т.е. с камерами Релея на пяте) имеет эффективный зазор в 2,5 раза меньший чем в контактном графитовом уплотнении (тип I) и в 6,5 раза меньше, чем в лабиринтном уплотнении.

На первый взгляд необычно, что контактное графитовое уплотнение оказывается менее эффективным, чем бесконтактное графитовое. В действительности это объясняется тем, что графитовое кольцо в контактном уплотнении ерзает и проворачивается, а в бесконтактном - оно неподвижно.

При сравнения уплотнений разных диаметров следует дополнительно использовать значение относительных эффективных зазоров

представляющих собой безразмерные отношения эффективных зазоров к средним диаметрам уплотнений. Имеющиеся в нашем распоряжении публикации, рекламные и собственные материалы сведены в таблицу 18.3.5_2. Из нее видно, что на первом месте по эффективности стоит скользящее уплотнение фирмы Джон Крейн δÝÔ=3,52 ìêì, ( =0,0176·10-3), но применение его ограничено температурой 673 К и окружной скоростью 180 м/с.

1194

Глава 18 - Уплотнения ГТД

Рисунок 18.3.5_1 – Варианты уплотнений одного диаметра, исследованные в ОАО «Авиадвигатель»

	Сравнение уплотнений одного диаметра 168 мм.					Таблица 18.3.5_1
	Температура	Окружная	Перепад	Ôизич. зазор	Коэфф.	Эфф.		Отнош.
Уплотнение		скорость U,	давлений	в уплотнении,	расхода	зазор,		δ ÝÔ
	Т, К	м/с	∆P, МПа	мкм	m	мкм
							8 , 65
Òèï I
Обычное контактное	äî 600…700	~ 100	0,3…0,5	-	-	21,6	2,5
графитовое
Òèï II
Бесконтактное
графитовое (с	äî 600…700	~ 100	0,3…0,5	-	-	8,65	1
площадками Релея на
ïÿòå)
Òèï III
Обычное				~ 0,1
лабиринтное	äî 600…700	~ 100	0,3…0,5	(n = 10000	0,563	56,3	6,5
пятизубое				îá/ìèí)
уплотнение

1195

1196

Таблица 18.3.5_2

Освоенные параметры уплотнений типа «воздух-воздух»

					Перепад				Эффект.	Отн.
	Ôирма	Тип уплотнения	Диаметр	Темпер.	давления	Окруж. cкор.U,	Ôизич.	Коэфф.	зазор δ ,	эфф.	Место по
			D, м	Т, К	∆Р, МПа	м/с	зазор, мкм	расхода µ	эф	зазор	эффек.
									мкм	δ ·103
			Менее 0,2	Äî 1000	0,3…0,5	100	100	0,563	56,3	0,336
							(в работе)
		Лабиринтное
			Более 0,35	Äî 1000	Äî 2,5	400	370	0,533	198	0,495	6
						(íà ÏÑ-90À 260)		(íà ÏÑ-90À)
	ÀÄ	Радиально-
		торцевое	Äî 0,16	Äî 700	0,3…0,5	50…100	-	-	21,6	0,1292	4
		контактное РТКУ
		Радиально-
		торцевое	Äî ≈0,2	Äî 700	0,3…0,5	100	-	-	8,65	0,0515	2
		бесконтактн.
		РТБКУ
	PW	Щеточное	0,2…0,6	Не более	Не более
					1,2 íà îäèí	Не более 400	-	-	≈165,5	0,27	5
				1023	ряд щеток
	Stein Seal	Аспираторное*	0,9…1	≈800	0,5…0,6	≈400	60	0,75	45	0,0492	3
	(äëÿ GE)
	Äæîí	ÒÁÊÓ äëÿ ÃÏÀ	Äî 0,2	Не более	Äî 25	Не более 180	5	0,705	3,52	0,0176	1
	Крейн			673

* Примечание. Подготовлено для двигателя GE-90

ГТД Уплотнения - 18 Глава