ТКАНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2016 года по МПК F16J15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к тканевым уплотнениям, используемым в турбомашинном оборудовании, например в газотурбинных двигателях, и, в частности, относится к тканевому уплотнению с уменьшенной протечкой через его поверхность.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Как правило, турбомашинное оборудование, такое как газотурбинные двигатели и подобные им, содержат проходящий через них основной газовый проточный тракт. Указанный тракт, как правило, содержит газовпускное отверстие, компрессор, камеру сгорания, турбину и газовыпускное отверстие. Протечка газа, как из указанного тракта, так и в указанный тракт может ухудшать общие эксплуатационные характеристики двигателя и, как правило, является нежелательной во всех остальных отношениях. Протечка в газовом тракте может снижать кпд газотурбинного двигателя, повышать затраты на топливо и, возможно, увеличивать интенсивность выбросов загрязняющих веществ.

[0003] Вторичные газовые потоки могут использоваться внутри газотурбинного двигателя для охлаждения различных нагреваемых компонентов. В частности, охлаждающий воздух, извлеченный из последних ступеней компрессора в газотурбинном двигателе, может использоваться для охлаждения расположенных в нем компонентов, а также для продувки зазоров и полостей между смежными компонентами. Тканевые уплотнения могут быть установлены в пазах, расположенных между смежными компонентами, с тем чтобы регулировать объем извлекаемого вторичного потока путем дозирования его протекания в высокотемпературный газовый тракт. Соответственно, тканевые уплотнения находят широкое применение для регулирования величины объема охлаждающего и продувочного воздуха, необходимого для предотвращения поглощения высокотемпературного газа и перегрева частей турбины, таких как кожухи, сопловые аппараты и подобные им. Таким образом, тканевые уплотнения могут уплотнять зазоры между смежными частями турбины (кожух/кожух, кожух/сопловой аппарат и т.д.), которые необходимы для компенсации обычных тепловых и механических изменений, связанных с переходными состояниями во время работы турбины. Тканевые уплотнения обеспечивают двойное преимущество, заключающееся в создании эффективного уплотнения этих зазоров с одновременным улучшением износостойкости компонентов, обусловленным наличием расходных тканевых слоев.

[0004] Соответственно, благодаря уменьшению протечки через тканевые уплотнения можно уменьшить объем вторичного потока, извлекаемого из ступеней компрессора. Подобным образом снижение протечки через тканевые уплотнения может привести в результате к улучшенному общему тепловому кпд турбины и ее мощности на выходе. Конструкции существующих в настоящее время тканевых уплотнений выполнены на основе тканевых материалов для создания уплотнения, или в этих конструкциях используется выступающая прокладка некоторой формы, которая не может надлежащим образом уменьшать или исключать скорость протечки при наличии перепада давления только в тканевой части уплотнения.

[0005] Таким образом, существует необходимость в усовершенствованной конструкции тканевого уплотнения. Такая усовершенствованная конструкция должна ограничивать поток протечки через сегментный зазор между смежными уплотнительными пазами. Благодаря снижению указанной протечки можно улучшить общую эффективность и выходную мощность газотурбинного двигателя в целом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В соответствии с одним вариантом выполнения тканевое уплотнение содержит первый тканевый слой, второй тканевый слой, одну или несколько центральных прокладок, расположенных между первым и вторым тканевыми слоями с обеспечением перекрытия тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев, и вторую прокладку, расположенную на стороне первого тканевого слоя, противоположной одной или нескольким центральным прокладкам, и уплотняющую противоположную сторону первого тканевого слоя с обеспечением перекрытия другого тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев.

[0007] В соответствии с другим вариантом выполнения тканевое уплотнение содержит первый тканевый слой, расположенный между смежными компонентами турбины, второй тканевый слой, расположенный между смежными компонентами турбины, одну или несколько центральных прокладок, расположенных между первым и вторым тканевыми слоями с обеспечением перекрытия тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев, выходящего из щелевого отверстия, общего для смежных компонентов турбины, и вторую прокладку, расположенную на стороне первого тканевого слоя, противоположной одной или нескольким центральным прокладкам, и уплотняющую противоположную сторону первого тканевого слоя с обеспечением перекрытия другого тракта протечки по меньшей мере через один из тканевых слоев, выходящего из общего щелевого отверстия.

[0008] Эти и другие признаки и усовершенствования данного изобретения будут более понятны специалисту из последующего описания, рассмотренного со ссылкой на несколько чертежей и прилагаемую формулу изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Вышеупомянутые и другие признаки, аспекты и преимущества данного изобретения будут очевидны из последующего подробного описания, со ссылкой на сопроводительными чертежами, в которых одинаковые детали обозначены одинаковыми номерами позициями.

На чертежах:

[0010] на фиг.1 показана схема газотурбинного двигателя,

[0011] на фиг.2 показан частичный вид в аксонометрии известного тканевого уплотнения,

[0012] на фиг.3 показан частичный вид в аксонометрии известного тканевого уплотнения, расположенного между компонентами турбины,

[0013] на фиг.4 показан вид сбоку тканевого уплотнения, показанного на фиг.3,

[0014] на фиг.5 показан вид в аксонометрии тканевого уплотнения, показанного на фиг.3,

[0015] на фиг.6 показан вид сбоку тканевого уплотнения в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения,

[0016] на фиг.7 показан вид в аксонометрии тканевого уплотнения, показанного на фиг.6,

[0017] на фиг.8 показан вид сбоку другого известного тканевого уплотнения,

[0018] на фиг.9 показан вид в аксонометрии известного тканевого уплотнения, показанного на фиг.8,

[0019] на фиг.10 показан вид сбоку тканевого уплотнения в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения и

[0020] на фиг.11 показан вид в аксонометрии тканевого уплотнения, показанного на фиг.10.

[0021] Несмотря на то, что на вышеуказанных чертежах представлены альтернативные варианты выполнения, тем не менее, также предполагается рассмотрение других вариантов выполнения данного изобретения. Во всех случаях в данном описании варианты выполнения данного изобретения представлены с изобразительной, а не с ограничительной целью. Специалистами в данной области техники могут быть предложены многочисленные модификации и варианты выполнения, которые подпадают под объем правовой охраны и сущности данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Обратимся теперь к чертежам, на которых одинаковые номера позиции относятся к одинаковым элементам. Фиг.1 показывает схематический вид ротационной машины, такой как газотурбинный двигатель 10. Указанный двигатель 10 может содержать компрессор 15, который обеспечивает сжатие поступающего потока воздуха 20 и подачу потока сжатого воздуха 20 к камере 25 сгорания. Указанная камера 25 сгорания обеспечивает смешивание потока сжатого воздуха 20 с потоком сжатого топлива 30 и воспламенение полученной смеси с образованием потока образующихся при сгорании рабочих газов 35. Несмотря на то, что показана лишь одна камера 25 сгорания, тем не менее, газотурбинный двигатель 10 может содержать любое количество камер 25 сгорания. Поток рабочих газов 35, подаваемый в свою очередь к турбине 40, приводит ее в действие с созданием механической работы. Создаваемая в турбине 40 механическая работа приводит в действие компрессор 15 и внешнюю нагрузку 45, такую как электрогенератор и подобную ему.

[0023] Газотурбинный двигатель 10 может использовать природный газ, различные типы синтетического газа и/или другие виды топлива. Газотурбинный двигатель 10 может быть одним из многообразных газотурбинных двигателей. Газотурбинный двигатель 10 может иметь другие конструктивные решения и может использовать компоненты других типов. Применительно к данному изобретению также могут использоваться газотурбинные двигатели других типов. Кроме того, применительно к данному изобретению могут использоваться в сочетании многочисленные газотурбинные двигатели 10, турбины других типов, и оборудование для выработки электроэнергии других типов. Помимо этого, применительно к данному изобретению могут использоваться ротационные машины других типов.

[0024] На фиг.2 показан пример известного тканевого уплотнения 50. Указанное тканевое уплотнение 50 может содержать некоторое количество тканевых слоев 55. Указанные тканевые слои 55 могут содержать плетеную металлическую ткань. Указанные тканевые слои 55 также могут содержать композитные материалы, керамические материалы или их сочетания. В этом примере верхний тканевый слой 60 может быть отделен от нижнего тканевого слоя 65 прокладкой 70. Указанная прокладка 70 может быть выполнена из нержавеющей стали или материалов других типов. Прокладка 70 может проходить, по существу, по длине и ширине тканевого уплотнения 50. Прокладка 70 также может содержать ряд боковых кромок 75, проходящих от боковых сторон тканевых слоев 55. Боковые кромки 75 могут иметь прямолинейную часть 80 и дугообразную часть 85. Также возможно использование других форм. Тканевые слои 55 могут быть прикреплены к прокладке 70 точечным сварочным швом 87 или иным способом. Также возможно использование множественных слоев прокладки. Указанное тканевое уплотнение 50 может иметь любой необходимый размер или форму. Другие типы и другие конструктивные решения тканевого уплотнения 50 могут быть известны.

[0025] Фиг.3 иллюстрирует способ использования известного тканевого уплотнения 50 в ряде компонентов турбины, содержащих первый компонент 90 и второй компонент 91. Между компонентами 90, 91 имеется щелевой зазор 93. Компоненты 90, 91 могут быть кожухами, соплами или смежными компонентами любого типа. На Фиг.4 и 5 показаны упрощенные виды известного тканевого уплотнения 50, соответственно сбоку и в аксонометрии.

[0026] На Фиг.6 и 7 показаны упрощенные виды тканевого уплотнения 100 в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения, соответственно сбоку и в аксонометрии. Тканевое уплотнение 100 может содержать ряд тканевых слоев 60, 65. В этом варианте выполнении могут использоваться верхний тканевый слой 60 и нижний тканевый слой 65. Применительно к данному изобретению возможно использование любого количества тканевых слоев. Верхний тканевый слой 60 и нижний тканевый слой 65 могут разделяться первой/центральной прокладкой 70. Прокладка 70 может проходить, по существу, по длине и ширине тканевого уплотнения 100. Прокладка 70 может быть выполнена из нержавеющей стали или материалов других типов. Прокладка 70 также может содержать ряд боковых кромок 75. В этом примере боковые кромки 75 могут иметь прямолинейную часть 80 и дугообразную часть 85. Применительно к данному изобретению возможно использование других форм. Тканевые слои 60, 65 могут быть прикреплены к прокладке 70 точечной сваркой или иным способом. Применительно к данному изобретению также возможно использование множественных слоев прокладки. Указанное тканевое уплотнение 100 в целом может иметь любой необходимый размер или любую необходимую форму. Могут быть известны другие типы и другие конструктивные решения тканевого уплотнения 100.

[0027] В этом варианте выполнения тканевое уплотнение 100 также может содержать второе/верхнюю прокладку/уплотнение 102, которое может проходить, по существу, по длине и ширине верхнего тканевого слоя 60. Вторая прокладка 102 может проходить к боковой кромке 75 с созданием уплотнения между тканевым слоем 60 и боковой кромкой 75. Тканевое уплотнение 100 также может содержать третье/нижнюю прокладку/уплотнение 104, которое может проходить, по существу, по длине и ширине нижнего тканевого слоя 65. Третья прокладка 104 может проходить к боковой кромке 75 с созданием уплотнения между тканевым слоем 65 и боковой кромкой 75. Указанное второе/верхняя прокладка/уплотнение 102 в большой степени покрывает верхний тканевый слой 65. Указанное третье/нижняя прокладка/уплотнение 104 в большой степени покрывает нижний тканевый слой 65. Поскольку протечка может выходить через сегментный зазор 93, показанный на фиг.3, то любой физический барьер, имеющийся на верхней части указанного зазора 93 около выходного участка, будет перекрывать эту протечку. Вторая/верхняя и третья/ нижние прокладки 102, 104 перекрывают весь выходной участок потока протечки, проходящего от боковых сторон тканевых слоев 60, 65, при этом прокладки 102, 104 препятствуют прохождению некоторой части сквозной протечки, а также обеспечивают лучшую уплотнительную поверхность во время состояний радиального смещения поверхностей и их перекоса.

[0028] Центральная тканевая уплотнительная прокладка 70 также действует в качестве уплотнительной поверхности в случае износа или повреждения прокладок 102, 104. Несмотря на то, что добавление прокладок 102, 104 может потребовать дополнительного сжатия или ужесточения тканевых слоев 60, 65, тем не менее, предполагается, что любое улучшение, получаемое за счет перекрытия протечки у боковых сторон ткани, будет значительно более высокого порядка, чем любое ухудшение эксплуатационных качеств, которое может возникнуть вследствие использования более жесткого уплотнения.

[0029] На фиг.8 показан вид сбоку другого известного тканевого уплотнения 120. Уплотнение 120 содержит центральную уплотнительную прокладку 122, которая имеет пару сдвоенных изогнутых торцевых кромок 124. Прокладка 122 может выходить за пределы слоев 60, 65 тканевого уплотнения 120 и заканчиваться образованным кромками торцевым уплотнением 124. На Фиг.9 показан вид в аксонометрии тканевого уплотнения 120.

[0030] На фиг.10 показано тканевое уплотнение 140 со сдвоенными изогнутыми торцевыми кромками 124 в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения. Тканевое уплотнение 140 может содержать некоторое количество тканевых слоев 60, 65. В этом варианте выполнения могут использоваться верхний тканевый слой 60 и нижний тканевый слой 65. Применительно к данному изобретению возможно использование любого количества тканевых слоев. Верхний тканевый слой 60 и нижний тканевый слой 65 может разделять прокладка 122. Указанная прокладка 122 может проходить, по существу, по длине и ширине тканевого уплотнения 140. Прокладка 122 может быть выполнена из нержавеющей стали или материалов других типов. Прокладка 122 также может содержать ряд боковых кромок 124. Применительно к данному изобретению возможно использование других форм. Тканевые слои 60, 65 могут быть прикреплены к прокладке 122 точечной сваркой или иным способом. Применительно к данному изобретению также возможно использование множественных слоев прокладки. Указанное тканевое уплотнение 140 может иметь любой необходимый размер или любую необходимую форму. Другие типы и другие конструктивные решения тканевого уплотнения 140 могут быть известными.

[0031] В этом варианте выполнения уплотнение 140 также содержит второе/верхнюю прокладку/уплотнение 102, которое может проходить, по существу, по длине и ширине верхнего тканевого слоя 60. Уплотнение 140 также может содержать третье/нижнюю прокладку/уплотнение 104, которое может проходить по существу по длине и ширине нижнего тканевого слоя 65. Верхняя прокладка/уплотнение 102 в большой степени покрывает верхний тканевый слой 60. Нижняя прокладка/уплотнение 104 в большой степени покрывает нижний тканевый слой 65. По меньшей мере одна из прокладок 102, 104 может проходить к боковым кромкам 124, которые могут иметь форму, без ограничения, одной или более изогнутых кромок или сдвоенных изогнутых кромок. Верхняя и нижняя прокладки 102, 104 перекрывают весь выходной участок протечки, проходящей от боковых сторон тканевых слоев 60, 65, при этом прокладки 102, 104 препятствуют прохождению некоторой части протечки, а также обеспечивают лучшую уплотнительную поверхность во время состояний радиального смещения поверхностей и их перекоса.

[0032] Из вышеизложенного следует, что тканевое уплотнение, предназначенное для использования с турбинными компонентами, может содержать некоторое количество тканевых слоев, центральную прокладку, расположенную между тканевыми слоями, и торцевое уплотнение, расположенное у торца тканевых слоев для перекрытия протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев. Указанное тканевое уплотнение может дополнительно содержать прокладку, обращенную к верхней стороне, прокладку, обращенную к нижней стороне, или обе прокладки для перекрытия другого тракта протечки, проходящего по меньшей мере через один из тканевых слоев. Указанные обращенная к верхней стороне и обращенная к нижней стороне прокладки обеспечивают физический барьер, по существу, для предотвращения потока протечки, выходящего из части сегментного зазора турбинных кожухов, сопел или любого типа смежных компонентов, а также для обеспечения улучшенного уплотнения поверхности во время радиального смещения поверхностей и их перекоса.

[0033] Следует понимать, что вышеизложенное относится только к определенным вариантам выполнения данного изобретения, поэтому специалистом возможно внесение различных изменений, модификаций и их эквивалентов без отклонения от сущности и объема правовой охраны данного изобретения, определенных в последующей формуле изобретения.

Изобретение относится к тканевому уплотнению (100), предназначенному для использования с турбинными компонентами (90, 91). Тканевое уплотнение содержит по меньшей мере первый и второй тканевые слои (60, 65). Одна или несколько центральных прокладок (70) расположены между первым и вторым тканевыми слоями (60, 65) с обеспечением перекрытия тракта потока протечки, проходящего через по меньшей мере один из тканевых слоев. На стороне первого тканевого слоя (60), противоположной одной или нескольким центральным прокладкам (70), расположенным между первым и вторым тканевыми слоями (60, 65), расположена другая прокладка (102), уплотняющая указанную сторону с обеспечением перекрытия другого тракта потока протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев. На стороне второго тканевого слоя (65), противоположной указанной одной или нескольким центральным прокладкам (70), расположенным между первым и вторым тканевыми слоями (60, 65), может быть расположена еще одна уплотнительная прокладка (104) для уплотнения противоположной стороны второго тканевого слоя (65) и перекрытия другого тракта потока протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Тканевое уплотнение (100), содержащее
первый тканевый слой (60),
второй тканевый слой (65),
одну или несколько центральных прокладок (70), расположенных между первым и вторым тканевыми слоями (60), (65) с обеспечением перекрытия тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев, и
вторую прокладку (102), расположенную на стороне первого тканевого слоя (60), противоположной указанной одной или нескольким центральным прокладкам (70), и уплотняющую противоположную сторону первого тканевого слоя (60) с обеспечением перекрытия другого тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев.

2. Тканевое уплотнение (100) по п.1, в котором указанная одна или несколько центральных прокладок (70) содержит уплотнение из сдвоенных изогнутых кромок или пару уплотнений из изогнутых кромок.

3. Тканевое уплотнение (100) по п.2, в котором вторая прокладка (102) проходит по меньшей мере к одному уплотнению из изогнутых кромок.

4. Тканевое уплотнение (100) по п.2, дополнительно содержащее третью прокладку (104), расположенную на стороне второго тканевого слоя (65), противоположной одной или нескольким центральным прокладкам (70), и уплотняющую противоположную сторону второго тканевого слоя (65) с обеспечением перекрытия другого тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев.

5. Тканевое уплотнение (100) по п.4, в котором третья прокладка (104) проходит по меньшей мере к одному уплотнению из изогнутых кромок.

6. Тканевое уплотнение (100) по п.1, в котором указанная одна или несколько центральных прокладок (70) содержат по меньшей мере одно уплотнение (75) из крюкообразно изогнутой кромки.

7. Тканевое уплотнение (100) по п.6, в котором вторая прокладка (102) проходит по меньшей мере к одному уплотнению (75) из крюкообразно изогнутой кромки.

8. Тканевое уплотнение (100) по п.6, дополнительно содержащее третью прокладку (104), расположенную на стороне второго тканевого слоя (65), противоположной одной или нескольким центральным прокладкам (70), и уплотняющую противоположную сторону второго тканевого слоя (65) с обеспечением перекрытия другого тракта протечки по меньшей мере через один из тканевых слоев.

9. Тканевое уплотнение (100) по п.8, в котором третья прокладка (104) проходит по меньшей мере к одному уплотнению (75) из крюкообразно изогнутой кромки, с обеспечением перекрытия другого тракта протечки через по меньшей мере один из тканевых слоев.

10. Тканевое уплотнение (100) по п.1, дополнительно содержащее смежные турбинные компоненты (90), (91), выполненные с возможностью размещения первого и второго тканевых слоев (60), (65), так что смежные турбинные компоненты и тканевые слои совместно образуют выходное щелевое отверстие (93), общее для смежных турбинных компонентов, с образованием, по меньшей мере, части по меньшей мере одного тракта протечки в тканевом слое.