RU2425271C1 - Seal with zigzag-shaped pins - Google Patents

Seal with zigzag-shaped pins Download PDF

Info

Publication number
RU2425271C1
RU2425271C1 RU2009141810/06A RU2009141810A RU2425271C1 RU 2425271 C1 RU2425271 C1 RU 2425271C1 RU 2009141810/06 A RU2009141810/06 A RU 2009141810/06A RU 2009141810 A RU2009141810 A RU 2009141810A RU 2425271 C1 RU2425271 C1 RU 2425271C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fingers
annular
seal
pins
slots
Prior art date
Application number
RU2009141810/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009141810A (en
Inventor
Виктор Николаевич Дрозденко (RU)
Виктор Николаевич Дрозденко
Валерий Александрович Гейкин (RU)
Валерий Александрович Гейкин
Насих Зиятдинович Гимаев (RU)
Насих Зиятдинович Гимаев
Алексей Владимирович Горячев (RU)
Алексей Владимирович Горячев
Анатолий Яковлевич Денисов (RU)
Анатолий Яковлевич Денисов
Александр Николаевич Зайцев (RU)
Александр Николаевич Зайцев
Геннадий Иванович Зубарев (RU)
Геннадий Иванович Зубарев
Александр Фёдорович Ивах (RU)
Александр Фёдорович ИВАХ
Альберт Раисович Маннапов (RU)
Альберт Раисович Маннапов
Сергей Петрович Павлинич (RU)
Сергей Петрович Павлинич
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2009141810/06A priority Critical patent/RU2425271C1/en
Publication of RU2009141810A publication Critical patent/RU2009141810A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425271C1 publication Critical patent/RU2425271C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Adornments (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: pin-type seal includes annular parts adjacent to each other, each of which includes pins uniformly distributed in circumferential direction and formed by means of slots made in annular parts. At least one of annular parts has protruding platforms made as an integral part of the corresponding pins. Annular parts are installed so that pins of each annular part can cover the slots of other annular part adjacent to it. Slots and pins formed between them have zigzag shape mating to each other.
EFFECT: invention allows increasing efficiency of pin-type seal at considerable deviations of rotor during operation and improving reliability of the seal owing to better flexibility of pins.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области турбо- и двигателестроения и может быть использовано в конструкциях газотурбинных двигателей и паровых турбин для уплотнения радиальных зазоров.The invention relates to the field of turbo and engine building and can be used in the construction of gas turbine engines and steam turbines for sealing radial clearances.

Наличие радиальных зазоров в проточной части газотурбинной техники необходимо для исключения "заклинивания" ротора и статора во время работы. Таким образом, возникает необходимость установки уплотнений в проточной части, которые позволяют минимизировать перетоки рабочей среды (газа, пара, масла) через кольцевую щель между ротором и статором (между рабочими лопатками и сопловым аппаратом, валом и корпусом и т.п.).The presence of radial clearances in the flowing part of gas turbine equipment is necessary to eliminate the "jamming" of the rotor and stator during operation. Thus, there is a need to install seals in the flow part, which allow to minimize the flow of the working medium (gas, steam, oil) through the annular gap between the rotor and stator (between the working blades and the nozzle apparatus, shaft and housing, etc.).

Одними из наиболее эффективных классов уплотнений радиальных зазоров являются пальчиковые уплотнения. Общим недостатком известных конструкций пальчиковых уплотнений является то, что они имеют пальчики с относительно простой конструктивной формой - в виде консольно закрепленного стержня малой кривизны. Как следствие, пальчики имеют недостаточно высокую гибкость, чтобы компенсировать значительные по величине отклонения ротора. Это не позволяет использовать их при больших отклонениях ротора.One of the most effective classes of radial clearance seals is finger seals. A common disadvantage of the known designs of finger seals is that they have fingers with a relatively simple structural form - in the form of a cantilever fixed rod of small curvature. As a result, the fingers are not flexible enough to compensate for significant rotor deflections. This does not allow them to be used for large rotor deviations.

Известно реверсивное пальчиковое уплотнение, содержащее, по крайней мере, две пары сложенных в стопку тонких кольцевых деталей, каждая из которых содержит кольцевой массив радиально и тангенциально вступающих пальчиков, между которыми имеются щели. Кольцевые детали каждой из пар расположены таким образом, что пальчики одной кольцевой детали перекрывают щели в другой. Причем пальчики кольцевых деталей одной из пар расположены под углом в направлении по часовой стрелке, а пальчики кольцевых деталей другой пары - в направлении против часовой стрелки [US 5031922, F16J 15/447, 16.07.1991].A reversible finger seal is known, containing at least two pairs of thin ring parts folded into a stack, each of which contains an annular array of radially and tangentially entering fingers, between which there are gaps. The ring parts of each of the pairs are arranged so that the fingers of one ring part overlap the slots in the other. Moreover, the fingers of the ring parts of one of the pairs are located at an angle in the clockwise direction, and the fingers of the ring parts of the other pair are in the counterclockwise direction [US 5031922, F16J 15/447, 07/16/1991].

Недостатком этого уплотнения является то, что оно не может компенсировать значительные отклонения ротора вследствие тепловых и механических деформаций, т.к. форма пальчиков не является оптимальной с точки зрения упругих свойств данной конструкции. Недостаточная гибкость пальчиков приводит к тому, что в процессе эксплуатации из-за чрезмерного обжатия уплотняемой поверхности возможно появление прижогов на соприкасающихся поверхностях пальчиков и поверхности ротора, снижение мощности на валу двигателя, повышение износа контактирующих пар.The disadvantage of this seal is that it cannot compensate for significant deviations of the rotor due to thermal and mechanical deformation, because the shape of the fingers is not optimal in terms of the elastic properties of this design. The insufficient flexibility of the fingers leads to the fact that during operation due to excessive compression of the sealing surface, burns may occur on the contacting surfaces of the fingers and the rotor surface, a decrease in power on the motor shaft, and increased wear of the contacting pairs.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пальчиковое уплотнение, содержащее две примыкающие друг к другу кольцевые детали, каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности пальчики, образованные путем выполнения щелей в кольцевых деталях, по меньшей мере, одна из которых имеет выступающие площадки, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками, причем кольцевые детали установлены таким образом, чтобы пальчики каждой кольцевой детали перекрывали щели примыкающей к ней другой кольцевой детали. Все пальчики имеют одинаковую толщину и отделены друг от друга одинаковыми щелями. Пальчики имеют кривизну, определяемую экспоненциальным выражением [US 5755445, F16J 15/447, 26.05.1998].The closest in technical essence to the proposed one is a finger seal containing two adjacent ring parts, each of which contains fingers evenly spaced around the circumference, formed by making slits in the ring parts, at least one of which has protruding pads made integrally with the corresponding fingers, and the annular parts are mounted so that the fingers of each annular part overlap the slots adjacent to the other ring Second part. All fingers have the same thickness and are separated from each other by the same slots. Fingers have a curvature defined by an exponential expression [US 5755445, F16J 15/447, 05.26.1998].

Недостатком этого изобретения, как и предыдущего, является недостаточно высокая гибкость пальчиков, что не позволяет его использовать при значительных отклонениях ротора в процессе эксплуатации. Еще одним недостатком данного уплотнения является то, что из-за одностороннего наклона пальчиков (по или против часовой стрелки) оно не может быть использовано для эффективного уплотнения роторов, имеющих возможность реверсивного движения.The disadvantage of this invention, as well as the previous one, is the insufficiently high flexibility of the fingers, which does not allow it to be used with significant deviations of the rotor during operation. Another disadvantage of this seal is that due to the one-sided tilt of the fingers (clockwise or counterclockwise), it cannot be used for efficient sealing of rotors with the possibility of reverse movement.

Технический результат заявленного изобретения - повышение эффективности пальчикового уплотнения при значительных отклонениях ротора в процессе эксплуатации и повышение надежности уплотнения за счет улучшения гибкости пальчиков.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the finger seal with significant deviations of the rotor during operation and increase the reliability of the seal by improving the flexibility of the fingers.

Указанный технический результат достигается тем, что пальчиковое уплотнение содержит примыкающие друг к другу кольцевые детали, каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности пальчики, образованные путем выполнения щелей в кольцевых деталях, по меньшей мере, одна из которых имеет выступающие площадки, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками, причем кольцевые детали установлены таким образом, чтобы пальчики каждой кольцевой детали перекрывали щели примыкающей к ней другой кольцевой детали, щели и образованные между ними пальчики имеют ответную друг другу зигзагообразную форму.The indicated technical result is achieved in that the finger seal contains annular parts adjacent to each other, each of which contains fingers evenly spaced around the circumference, formed by making slits in the annular parts, at least one of which has protruding pads made in one piece with the corresponding fingers, and the annular parts are mounted so that the fingers of each annular part overlap the slots of the adjacent other annular part, the slit and azovannye fingers therebetween are reciprocal to each other zigzag shape.

Кроме того, ширина пальчиков в любом сечении, перпендикулярном их оси, меньше толщины кольцевой детали.In addition, the width of the fingers in any section perpendicular to their axis is less than the thickness of the annular part.

Выполнение кольцевых деталей со щелями и образованных между ними пальчиками зигзагообразной формы позволяет повысить гибкость пальчиков, уменьшить износ и исключить повреждение контактирующих пар, что, соответственно, повышает эффективность и надежность пальчикового уплотнения.The implementation of the ring parts with slots and the fingers formed in a zigzag shape between them allows you to increase the flexibility of the fingers, reduce wear and eliminate damage to the contacting pairs, which, accordingly, increases the efficiency and reliability of the finger seal.

Предлагаемая конструкция пальчикового уплотнения объясняется приведенными схематичными чертежами.The proposed design of the finger seal is explained in the schematic drawings.

На фиг.1 схематически изображен изометрический вид пальчикового уплотнения; на фиг.2 - увеличенный изометрический вид пальчикового уплотнения с сечением в осевой плоскости, на фиг.3 - увеличенный фрагмент кольцевой детали пальчикового уплотнения в радиальной плоскости; на фиг.4 - изометрический вид составных деталей пальчикового уплотнения; на фиг.5 - изометрический вид пальчикового уплотнения и уплотняемого вала.Figure 1 schematically shows an isometric view of a finger seal; figure 2 is an enlarged isometric view of the finger seal with a cross section in the axial plane, figure 3 is an enlarged fragment of the annular part of the finger seal in the radial plane; figure 4 is an isometric view of the components of a finger seal; figure 5 is an isometric view of the finger seal and the shaft being sealed.

Пальчиковое уплотнение состоит из двух примыкающих друг с другу кольцевых деталей 1 и 2 (фиг.1), каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности зигзагообразные пальчики 3 и 4 (фиг.2, 3), между которыми имеются ответные им зигзагообразные щели 5 и 6. На кольцевой детали 1, расположенной со стороны полости низкого давления, имеются выступающие площадки 7, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками 3. Кольцевые детали 1 и 2 ориентированы по сквозным отверстиям 8 (выполненными в кольцевых деталях 1 и 2) и спозиционированы (установлены) друг относительно друга таким образом, что пальчики каждой кольцевой детали перекрывают щели между пальчиками в другой кольцевой детали, причем ширина пальчиков больше ширины перекрываемых ими щелей.The finger seal consists of two annular parts 1 and 2 adjacent to each other (Fig. 1), each of which contains zigzag fingers 3 and 4 evenly spaced around the circumference (Figs. 2, 3), between which there are zigzag slots mating to them 5 and 6. On the annular part 1, located on the side of the low-pressure cavity, there are protruding pads 7 made in one piece with the corresponding fingers 3. The annular parts 1 and 2 are oriented through the through holes 8 (made in the annular parts 1 and 2) and positioned ( getting) relative to each other so that the fingers of each annular gap between overlapping parts fingers in the other annular part, and the width of the fingers more than the width of the slits.

В расширенном варианте конструкции пальчикового уплотнения кольцевые детали 1 и 2 могут быть прижаты со стороны полостей низкого и высокого давления кольцевыми крышками 9, 10 (фиг.4) для повышения жесткости конструкции в осевом направлении.In an expanded embodiment of the design of the finger seal, the annular parts 1 and 2 can be pressed from the side of the low and high pressure cavities by the ring caps 9, 10 (Fig. 4) to increase the rigidity of the structure in the axial direction.

Пакет из кольцевых деталей 1, 2 и кольцевых крышек 9, 10 может быть закреплен с помощью соединительных элементов, например заклепок (на чертежах не показаны), расположенных в сквозных отверстиях 8 по окружности пальчикового уплотнения.A package of annular parts 1, 2 and annular covers 9, 10 can be secured using connecting elements, for example rivets (not shown in the drawings) located in through holes 8 around the circumference of a finger seal.

Для повышения механической устойчивости пальчиков их ширина в любом сечении, перпендикулярном оси пальчика, должна быть меньше толщины кольцевой детали.To increase the mechanical stability of the fingers, their width in any section perpendicular to the axis of the finger should be less than the thickness of the annular part.

Приведенное описание пальчикового уплотнения составлено для случая использования двух кольцевых деталей с пальчиками, но не исключает применение и большего числа кольцевых деталей.The above description of the finger seal is made for the case of using two ring parts with fingers, but does not exclude the use of a larger number of ring parts.

Пальчиковое уплотнение работает следующим образом.Finger seal works as follows.

Между деталью 11 ротора (фиг.5) и пальчиками 3 и 4 устанавливается минимально допустимый зазор, который выбирается из условия отсутствия задевания деталью 11 ротора выступающих площадок 7 при нормальном режиме работы (в зависимости от габаритов ротора и условий работы зазор составляет 0,05…0,2 мм).Between the rotor part 11 (Fig. 5) and the fingers 3 and 4, the minimum allowable clearance is set, which is selected from the condition that the rotor part 11 does not touch the protruding pads 7 during normal operation (depending on the dimensions of the rotor and the operating conditions, the gap is 0.05 ... 0.2 mm).

В процессе пуска и изменения режима работы двигателя, когда возникают значительные отклонения детали ротора 11, происходит контакт пальчиков 3 и 4 с поверхностью детали ротора 11. При этом пальчики 3 и 4 деформируются, что предотвращает "заклинивание" деталей ротора и статора.In the process of starting and changing the engine operating mode, when significant deviations of the rotor part 11 occur, the fingers 3 and 4 come into contact with the surface of the rotor part 11. In this case, the fingers 3 and 4 are deformed, which prevents “jamming” of the rotor and stator parts.

В отличие от пальчиковых уплотнений с простой формой пальчиков предлагаемая конструкция имеет повышенные упругие свойства, что позволяет использовать данное уплотнение при значительных колебаниях ротора без ущерба работоспособности конструкции.Unlike finger seals with a simple finger shape, the proposed design has increased elastic properties, which allows the use of this seal with significant rotor vibrations without compromising the performance of the structure.

Еще одним преимуществом предлагаемой конструкции является то, что выступающие площадки благодаря зигзагообразной форме пальчиков отклоняются преимущественно в радиальном направлении, что позволяет использовать данную конструкцию для уплотнения роторов, имеющих возможность реверсивного движения (фиг.5).Another advantage of the proposed design is that the protruding platforms due to the zigzag shape of the fingers deviate mainly in the radial direction, which allows you to use this design to seal rotors with the possibility of reverse movement (figure 5).

Для получения зигзагообразных щелей пальчиковых уплотнений наиболее рационально применение импульсной электрохимической обработки, основные преимущества которой следующие: отсутствие износа электрода-инструмента во время обработки, отсутствие термически измененного слоя, острых кромок и заусенцев на обработанной поверхности, возможность одновременной обработки всех межпальчиковых пазов специальным электродом-инструментом со множеством зигзагообразных выступов, достаточно низкая погрешность обработки (не более 20…30 мкм), хорошие показатели по шероховатости (Ra 0,2…1,25 мкм - в зависимости от материала).To obtain zigzag gaps of finger seals, the most rational is the use of pulsed electrochemical processing, the main advantages of which are the following: no wear of the electrode tool during processing, no thermally changed layer, sharp edges and burrs on the treated surface, the ability to simultaneously process all inter-finger grooves with a special electrode tool with many zigzag protrusions, fairly low processing error (not more than 20 ... 30 microns), good indicators of roughness (R a 0,2 ... 1,25 mm - depending on the material).

Таким образом, предложенное изобретение благодаря повышенной гибкости зигзагообразных пальчиков позволяет использовать его при значительных отклонениях ротора в процессе эксплуатации, а также повышает надежность уплотнения за счет уменьшения износа и вероятности повреждения контактирующих пар.Thus, the proposed invention due to the increased flexibility of the zigzag fingers allows you to use it with significant rotor deviations during operation, and also increases the reliability of the seal by reducing wear and the likelihood of damage to the contacting pairs.

Claims (1)

Пальчиковое уплотнение, содержащее примыкающие друг к другу кольцевые детали, каждая из которых содержит равномерно расположенные по окружности пальчики, образованные путем выполнения щелей в кольцевых деталях, по меньшей мере, одна из которых имеет выступающие площадки, выполненные за одно целое с соответствующими пальчиками, причем кольцевые детали установлены таким образом, чтобы пальчики каждой кольцевой детали перекрывали щели примыкающей к ней другой кольцевой детали, отличающееся тем, что щели и образованные между ними пальчики имеют ответную друг другу зигзагообразную форму. A finger seal containing annular parts adjacent to each other, each of which contains fingers evenly spaced around the circumference, formed by making slits in the annular parts, at least one of which has protruding pads made in one piece with the corresponding fingers, the ring the parts are installed so that the fingers of each annular part overlap the slots of the adjacent other annular part, characterized in that the slots and the finger formed between them and have a zigzag shape reciprocal to each other.
RU2009141810/06A 2009-11-13 2009-11-13 Seal with zigzag-shaped pins RU2425271C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141810/06A RU2425271C1 (en) 2009-11-13 2009-11-13 Seal with zigzag-shaped pins

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141810/06A RU2425271C1 (en) 2009-11-13 2009-11-13 Seal with zigzag-shaped pins

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009141810A RU2009141810A (en) 2011-05-20
RU2425271C1 true RU2425271C1 (en) 2011-07-27

Family

ID=44733418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009141810/06A RU2425271C1 (en) 2009-11-13 2009-11-13 Seal with zigzag-shaped pins

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425271C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5096376A (en) * 1990-08-29 1992-03-17 General Electric Company Low windage corrugated seal facing strip
US5558341A (en) * 1995-01-11 1996-09-24 Stein Seal Company Seal for sealing an incompressible fluid between a relatively stationary seal and a movable member
US5755445A (en) * 1996-08-23 1998-05-26 Alliedsignal Inc. Noncontacting finger seal with hydrodynamic foot portion
RU2153112C2 (en) * 1998-08-25 2000-07-20 Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод" Honeycomb seal for turbomachine radial clearance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5096376A (en) * 1990-08-29 1992-03-17 General Electric Company Low windage corrugated seal facing strip
US5558341A (en) * 1995-01-11 1996-09-24 Stein Seal Company Seal for sealing an incompressible fluid between a relatively stationary seal and a movable member
US5755445A (en) * 1996-08-23 1998-05-26 Alliedsignal Inc. Noncontacting finger seal with hydrodynamic foot portion
RU2153112C2 (en) * 1998-08-25 2000-07-20 Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод" Honeycomb seal for turbomachine radial clearance

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
U 2355892 C2, 20.05.2009. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009141810A (en) 2011-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1215251C (en) Seals for fluid turbines
US8066475B2 (en) Labyrinth compression seal and turbine incorporating the same
JP2003106105A (en) Shaft sealing mechanism and turbine
JP6088634B2 (en) Labyrinth seal for turbine
CN1211668A (en) Anti-lag brush seal
CN101153545A (en) Stationary-rotating assembly and method with surface features that enhance confining fluid flow
JPH11230361A (en) Brush seal
CN1573023A (en) Shaft seal mechanism
EP2960558B1 (en) Shaft seal device and rotary machine
JPH1054205A (en) Gas turbine subassembly
CN1475656A (en) End face clearance seal and its improvement of the static sealing strip section at the top of the turbine blade
JP2017106395A (en) Seal structure and turbine
KR101838837B1 (en) Shroud, moving blade element, and rotary machine
RU2607195C2 (en) Sealing assembly and rotary machine
CN205823709U (en) Compressor seal part and combustion gas turbine systems for turbine
US10228061B2 (en) Seal arrangement
RU2425271C1 (en) Seal with zigzag-shaped pins
US20160290511A1 (en) Shaft seal and method for producing same
JP2005180278A (en) SEALING DEVICE AND STEAM TURBINE HAVING THE SAME
US20160281520A1 (en) Shaft sealing device, rotating machine, and method for manufacturing shaft sealing device
JP2017061897A (en) Labyrinth seal device
RU2416752C1 (en) Cellular structure finger-type seal
CN100370113C (en) Turbine moving blade shroud structure
JP6382115B2 (en) Shroud for pretwisted wing
JP4031699B2 (en) Shaft seal mechanism and turbine

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210329