ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2015 года по МПК F16J15/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты выполнения данного изобретения относятся, в целом, к щеточным уплотнениям и, более конкретно, к состоящим из сегментов щеточным уплотнениям, содержащим множество щетинок, расположенных под углом относительно конца опорной пластины. Такое расположение улучшает выравнивание давления и обеспечивает опору для щеточных щетинок, предотвращая тем самым или уменьшая повреждение щетинок, смежных с концами сегментов щеточного уплотнения. Такое расположение также снижает протечку через зазоры между сегментами с улучшением эксплуатационных характеристик щеточного уплотнения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известные (WO 01/55625) состоящие из сегментов щеточные уплотнения могут содержать сегменты с радиально расположенными или наклонными щетинками. Концы опорных пластин таких сегментов обычно проходят параллельно щетинками. На стыках концов сегментов обычно имеются зазоры для предотвращения дугообразного соединения сегментов при работе, что приводит к увеличенному радиальному зазору щеточного уплотнения. Соответственно, имеются непосредственные каналы для протечки, проходящие через зазоры между сегментами щеточного уплотнения, что приводит к большей протечке и снижению эффективности уплотнения. Кроме того, щеточные щетинки, расположенные смежно с концом сегментов, могут попадать в зазор и ломаться вследствие отсутствия опоры и менее равновесного состояния давления, и/или колебаний ротора, что увеличивает протечку, а также вызывает нестабильность соседних щеточных щетинок, это обусловливает дополнительное уменьшение эффективности щеточного уплотнения и приводит к значительному повреждению щетинок.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложены щеточное уплотнение и сегмент щеточного уплотнения для использования в ротационной машине.

В одном варианте данного изобретения предлагается щеточное уплотнение, содержащее сегменты, каждый из которых содержит дугообразный защитный элемент, дугообразную опорную пластину, окружная протяженность которой, по существу, равна окружной протяженности дугообразного защитного элемента и которая имеет первый и второй концы, и множество щетинок, расположенных между дугообразной опорной пластиной и дугообразным защитным элементом под углом относительно радиальной оси дугообразной опорной пластины и по меньшей мере одного из первого и второго концов дугообразной опорной пластины, и неподвижный элемент, к которому прикреплен по меньшей мере один из указанных сегментов щеточного уплотнения.

В другом варианте выполнения данного изобретения предлагается сегмент щеточного уплотнения, содержащий дугообразный защитный элемент, дугообразную опорную пластину, окружная протяженность которой, по существу, равна окружной протяженности дугообразного защитного элемента и которая имеет первый и второй концы, и множество щетинок щеточного уплотнения, расположенных между дугообразной опорной пластиной и дугообразным защитным элементом под углом относительно радиальной оси дугообразной опорной пластины и по меньшей мере одного из первого и второго концов дугообразной опорной пластины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие свойства данного изобретения будут более понятны из последующего подробного описания его различных аспектов и сопроводительных чертежей, которые изображают различные варианты выполнения данного изобретения и на которых

Фиг.1 показывает поперечный разрез ротационной машины, содержащей щеточное уплотнение и ротор;

фиг.2 показывает части сегмента щеточного уплотнения в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения;

фиг.3 показывает сегмент щеточного уплотнения в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения;

фиг.4 показывает часть щеточного уплотнения в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения;

фиг.5 показывает часть щеточного уплотнения в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения;

фиг.6 показывает часть щеточного уплотнения в соответствии с еще одним вариантом выполнения данного изобретения;

фиг.7 показывает сегмент щеточного уплотнения в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения.

Чертежи выполнены не в масштабе. Данные чертежи предназначены для изображения только типичных аспектов данного изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие объем правовой охраны данного изобретения. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обратимся теперь к чертежам, на которых фиг.1 показывает поперечный разрез ротационной машины 100 (например, газовой турбины, паровой турбины, генератора и т.д.), содержащей ротор 10, окруженный, по существу, кольцеобразным неподвижным элементом 20 и щеточным уплотнением 90, расположенным между ними. Щеточное уплотнение 90 содержит сегменты 30А, 30В, 30С, 30D, 30Е, 30F, один или более из которых может быть прикреплен к неподвижному элементу 20. Такое щеточное уплотнение может содержать любое количество сегментов, как правило от 2 до 12 сегментов. Для краткости изложения в дальнейшем данные сегменты будут рассматриваться только в отношении сегмента 30А.

Каждый сегмент 30А содержит дугообразный защитный элемент 40А, дугообразную опорную пластину (показанную на последующих чертежах и рассмотренную дополнительно ниже) и щеточные щетинки 70А. Щетинки 70А расположены между элементом 40А и опорной пластиной и проходят за пределы внутренней дугообразной кромки 46А защитного элемента 40А, так что щетинки 70А могут уплотнять ротор 10, когда он вращается в направлении А.

Как можно видеть на фиг.1, щетинки 70А расположены под углом α относительно радиальной оси R ротора 10, сегмента 30А и неподвижного элемента 20. Аналогичным образом, первый конец 42А и второй конец 44А защитного элемента 40А расположены соответственно под углом β и γ относительно радиальной оси R. Углы β и γ, как правило, являются одинаковыми, хотя это не имеет существенного значения, но они могут отличаться от угла α наклона щетинок. Эти углы могут изменяться, например, в диапазоне, оставляющем приблизительно 1°-60° относительно радиальной оси R. Специалисту, естественно, должно быть понятно, что для надлежащего выравнивания смежных сегментов щеточного уплотнения 90 и обеспечения работоспособности уплотнения первый конец (например 42А) первого защитного элемента (например, 40А) должен иметь угол наклона, по существу, равный углу наклона второго конца (например, 44F) смежного второго защитного элемента (например 40F).

Фиг.2 показывает защитный элемент 40А, щеточные щетинки 70А и дугообразную опорную пластину 50А в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения. Как показано, пластина 50А имеет окружную протяженность, равную окружной протяженности защитного элемента 40А. Щеточные щетинки 70А, первый конец 42А и второй конец 44А расположены соответственно под углами α, β и у относительно радиальных осей R₁ и R₂. Первый конец 72А и второй конец 74А щетинок 70А расположены, по существу, под тем же углом α. Как показано на фиг.2, углы β и γ, по существу, являются одинаковыми. Опорная пластина 50А имеет первый конец 52А и второй конец 54А, каждый из которых, по существу, параллелен соответственно радиальной оси R₁, R₂.

Фиг.3 показывает опорную пластину 50А, установленную на свое место за защитным элементом 40А и щетинками 70А с образованием сегмента 30А. Как можно видеть на фиг.2, участок 51А опорной пластины 50А проходит за пределы второго конца 74А уплотнительных щетинок. Участок 51А служит в качестве опоры для части щетинок смежного сегмента. Такое расположение показано на фиг.4, на котором выступающий участок 71В щетинок 70В расположен перед участком 51А опорной пластины 50А, когда сегменты 30А и 30В находятся на месте. Такая ступенчатая конструкция зазора обеспечивает возможность сочетать расположенные под углом концы 72А, 74А щетинок 70А, по существу, с радиальными концами 52А, 54А опорной пластины 50А.

Естественно, что возможны другие варианты выполнения ступенчатого зазора. Например, фиг.5 показывает вариант выполнения данного изобретения, в котором участок 151А опорной пластины 150А проходит за пределы первого конца 142А дугообразного защитного элемента 140А, а не за пределы второго конца 144А, как в варианте выполнения, показанном на фиг.2-4.

В другом варианте выполнения, таком как вариант выполнения, показанный на фиг.6, первый конец 252А, второй конец 254А, или оба конца опорной пластины 250А могут быть расположены под углом δ относительно, соответственно, радиальных осей R₁, R₂. Как правило, отсчет угла δ выполняют со стороны радиальной оси, противоположной стороне отсчета угла α. То есть угол α, в типичном случае, будет «положительным» (относительно направления вращения ротора), а угол δ будет «отрицательным» (то есть отсчитываться против направления вращения ротора), так что «отрицательный» угол δ увеличивает участок 251А опорной пластины 250А, проходящий за пределы первого конца 272А щетинок 270А. Приведенные в данном документе термины «положительный» и «отрицательный» используются просто для обозначения противоположных сторон от радиальной оси, а не для какого-либо значения угла относительно подобной оси. Угол δ может иметь значение, аналогичное значению угла α, т.е. в диапазоне, оставляющем приблизительно 1°-60°, тогда как углы β и γ могут быть одинаковыми или с углом α расположения щетинок, или с углом δ расположения конца опорной пластины. С точки зрения изготовления указанный защитный элемент может иметь угловое расположение, одинаковое с угловым расположением щетинок, с обеспечением выравнивания со щетинками вдоль концов сегментов.

Фиг.7 показывает сегмент 330А щеточного уплотнения в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения, в котором первый конец 342А и второй конец 344А защитного элемента 340А, по существу, параллельны, соответственно, радиальным осям R₁ и R₂, как и концы опорной пластины (не показана). То есть под углом α относительно радиальных осей R₁ и R₂ расположены только щетинки 370А. Такое расположение образует между защитным элементом 340А и опорной пластиной пару полостей 362А, 364А, в которые могут быть вставлены щетинки смежного сегмента во время сборки щеточного уплотнения.

Терминология, используемая в данном документе, применяется только для описания конкретных вариантов выполнения и не предназначена для ограничения данного описания. Используемые в данном документе формы единственного числа также охватывают формы множественного числа, если в контексте с очевидностью не указано иное. Следует также понимать, что используемые в данном описании термины «содержит» и/или «содержащий» определяют наличие указанных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или составленных из них групп.

В изложенном описании используются примеры, характеризующие данное изобретение, включая предпочтительные варианты выполнения, а также обеспечивающие возможность любому специалисту осуществить на практике данное изобретение, включая выполнение и использование любых устройств или систем, а также выполнение любых относящихся к этому или включенных способов. Объем правовой охраны данного изобретения определен формулой изобретения, при этом он может включать другие примеры, которые очевидны специалистам. Подразумевается, что подобные другие примеры подпадают под объем правовой охраны формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются от элементов, описанных в формуле изобретения, или если они содержат эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от элементов, описанных в формуле изобретения.

Изобретение относится к щеточному уплотнению для использования в ротационной машине. Щеточное уплотнение содержит сегменты, каждый из которых содержит дугообразный защитный элемент, дугообразную опорную пластину, окружная протяженность которой, по существу, равна окружной протяженности дугообразного защитного элемента и которая имеет первый конец и второй конец, и множество щетинок, расположенных между дугообразной опорной пластиной и дугообразным защитным элементом под углом относительно радиальной оси дугообразной опорной пластины и по меньшей мере одного из первого конца и второго конца дугообразной опорной пластины, и неподвижный элемент, к которому прикреплен по меньшей мере один из указанных сегментов щеточного уплотнения. Изобретение повышает надежность щеточного уплотнения. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Щеточное уплотнение (90), содержащее
сегменты (30А), каждый из которых содержит дугообразный защитный элемент (40А), дугообразную опорную пластину (50А), окружная протяженность которой по существу равна окружной протяженности дугообразного защитного элемента (40А) и которая имеет первый конец (52А) и второй конец (54А), и множество щетинок (70А) щеточного уплотнения, расположенных между дугообразной опорной пластиной (50А) и дугообразным защитным элементом (40А), при этом указанные щетинки (70А) расположены под углом относительно радиальной оси (R) дугообразной опорной пластины (50А) и по меньшей мере одного из первого (52А) и второго (54А) концов дугообразной опорной пластины (50А), и
неподвижный элемент (20), к которому прикреплен по меньшей мере один из указанных сегментов (30А) щеточного уплотнения.

2. Щеточное уплотнение (90) по п.1, в котором первый конец (52А), или второй конец (54А) дугообразной опорной пластины (50А), или оба указанных конца, по существу, параллельны радиальной оси (R) указанной пластины (50А).

3. Щеточное уплотнение (90) по п.2, в котором оба указанных конца дугообразной опорной пластины (50А), первый (52А) и второй (54А), по существу, параллельны радиальным осям указанной пластины (50А).

4. Щеточное уплотнение (90) по п.1, в котором указанные щетинки (70А) расположены под положительным углом относительно радиальной оси (R) дугообразной опорной пластины (50А).

5. Щеточное уплотнение (90) по п.4, в котором первый конец (42А), или второй конец (44А) дугообразного защитного элемента (40А), или оба указанных конца, по существу, параллельны щетинкам (70А) щеточного уплотнения.

6. Щеточное уплотнение (90) по п.4, в котором первый конец (52А), или второй конец (54А) дугообразной опорной пластины (50А), или оба указанных конца расположены под отрицательным углом относительно радиальной оси (R) указанной пластины (50А).

7. Щеточное уплотнение (90) по п.6, в котором первый конец (52А), или второй конец (54А) дугообразной опорной пластины (50А), или оба указанных конца расположены под отрицательным углом в диапазоне приблизительно от 1° до 60° относительно радиальной оси (R) указанной пластины (50А).

8. Щеточное уплотнение (90) по п.1, в котором указанные щетинки (70А) расположены под положительным углом в диапазоне приблизительно от 1° до 60° относительно радиальной оси (R) дугообразной опорной пластины (50А).

9. Щеточное уплотнение (90) по п.8, в котором первый конец (52А), или второй конец (54А) дугообразной опорной пластины (50А), или оба указанных конца расположены под отрицательным углом в диапазоне приблизительно от 1° до 60° относительно радиальной оси (R) указанной пластины (50А).

10. Щеточное уплотнение (90) по п.1, в котором первый конец (42А), или второй конец (44А) дугообразного защитного элемента (40А), или оба указанных конца, по существу, параллельны указанной радиальной оси (R).