Щеточное уплотнение



Щеточное уплотнение
Щеточное уплотнение
Щеточное уплотнение

 


Владельцы патента RU 2601026:

Дженерал Электрик Компани (US)

Изобретение относится к щеточным уплотнениям. Щеточное уплотнение содержит уплотняющую поверхность, боковую пластину, опорную пластину, множество щетинок и поджимающий элемент. Опорная пластина выборочно расположена в стационарном положении и имеет, по меньшей мере, один опорный зубец и опорный выступ. У опорного зубца есть поверхность зубца, а у опорного выступа есть поверхность выступа. Зазор зубца измеряется между поверхностью зубца и уплотняющей поверхностью. Зазор выступа измеряется между поверхностью выступа и уплотняющей поверхностью. Зазор зубца меньше зазора выступа. Щетинки расположены между боковой пластиной и опорной пластиной. Щетинки имеют концевую часть для уплотнения с уплотняющей поверхностью. Поджимающий элемент прикладывает поджимающую силу к опорной пластине, направленную в сторону уплотняющей поверхности. Опорный зубец выполнен с возможностью выборочного контакта с уплотняющей поверхностью. Изобретение повышает надежность уплотнения. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

[0001] Настоящее изобретение относится к щеточному уплотнительному узлу, а более конкретно к щеточному уплотнительному узлу с опорной пластиной, имеющей, по меньшей мере, один опорный зубец для выборочного контакта с уплотняющей поверхностью.

[0002] Щеточные уплотнения (US 2002/0140175) широко используются в ряде устройств, таких как газовые и паровые турбины, и обычно применяются для герметизации зазора, расположенного между вращающимся валом и неподвижной частью конструкции. Щеточные уплотнения содержат множество щетинок, которые расположены между передней и опорной пластинами. Щетинки проходят в направлении к уплотняющей поверхности и обеспечивают герметизацию между вращающимся валом и неподвижной частью конструкции.

[0003] Опорная пластина щеточного уплотнения обеспечивает осевую опору для щетинок, а также частично закрывает зазор, расположенный между вращающимся валом и неподвижной частью конструкции. По существу для предотвращения контакта опорной пластины и вращающегося вала во время работы между ними предусмотрен зазор. Этот зазор иногда называют расстоянием отнесения опорной пластины. Расстояние отнесения опорной пластины обычно больше стандартного зазора между металлическими деталями. Для улучшения прижимающей характеристики щеточного уплотнения и уменьшения износа щетинок расстояние отнесения уменьшают так, что увеличивается опора щетинок, и они подвергаются меньшему изгибающему напряжению при нагружении давлением. Однако уменьшение расстояния отнесения может увеличить риск трения о вращающийся вал во время переходных режимов, таких как прохождение системой резонансной скорости, или в случае достижения теплового равновесия между элементами. Если расстояние отнесения выбрано некорректно, поверхность опорной пластины, расположенная против вращающегося вала, может деформироваться при трении о вращающуюся поверхность вала во время переходных режимов.

[0004] В случае если опорный выступ опорной пластины стерт, края опорной пластины могут стать неровными и прерывистыми. Это может вызвать затруднения, так как щетинки не будут легко скользить по опорной пластине.

Если щетинки застревают на неровном краю опорной пластины, они могут погнуться и износиться в случае отклонения вращающегося вала. Таким образом, опорная пластина должна обеспечивать осевую опору для щетинок, но в то же время по существу предотвращать контакт с вращающимся валом.

[0005] Существует несколько способов уменьшения или предотвращения контакта поверхности опорной пластины с подвижным элементом с обеспечением при этом осевой опоры для щетинок. Например, один из способов - нанесение на поверхность опорной пластины трибологически совместимого покрытия, либо верхний слой пластины делают более устойчивым к стиранию. Другой способ состоит в применении материала, который облегчает трение между опорной пластиной и вращающейся поверхностью для по существу предотвращения деформации выступа опорной пластины. Однако эти решения могут увеличить стоимость и сложность щеточного уплотнения. В еще одном способе передняя пластина устанавливается с относительно малым зазором, так чтобы выполнять функции бамперного элемента, защищающего опорную пластину, но это нежизнеспособный вариант, так как при этом образуется струйный поток, который может дестабилизировать щетинки щеточного уплотнения, вызывая вибрации и относительно быстрое изнашивание. Поэтому было бы желательно создать приемлемую по цене систему для уменьшения контакта между опорной пластиной щеточного уплотнения и вращающимся валом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Согласно одному аспекту изобретения предложено щеточное уплотнение, имеющее уплотняющую поверхность, боковую пластину, опорную пластину, множество щетинок и поджимающий элемент. Опорная пластина выборочно расположена в стационарном положении и имеет, по меньшей мере, один опорный зубец и опорный выступ. У опорного зубца есть поверхность зубца, а у опорного выступа есть поверхность выступа. Зазор зубца измеряется между поверхностью зубца и уплотняющей поверхностью. Зазор выступа измеряется между поверхностью выступа и уплотняющей поверхностью. Зазор зубца меньше зазора выступа. Щетинки расположены между боковой пластиной и опорной пластиной и имеют концевую часть для уплотнения с уплотняющей поверхностью. Поджимающий элемент прикладывает поджимающую силу к опорной пластине, направленную в сторону уплотняющей поверхности. Опорный зубец выполнен с возможностью выборочного контакта с уплотняющей поверхностью. При контакте опорного зубца с уплотняющей поверхностью опорная пластина сдвигается из стационарного положения к поджимающему элементу. Поджимающая сила возвращает опорную пластину обратно в стационарное положение.

[0007] Эти и другие преимущества станут более очевидны из последующего описания, приведенного в сочетании с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Предлагаемое изобретение ясно описано в формуле изобретения. Вышеприведенные и другие особенности и преимущества изобретения очевидны из дальнейшего подробного описания, приведенного в сочетании с чертежами, на которых:

[0009] Фиг.1 изображает пример щеточного уплотнения в разрезе, а [0010] фиг.2 изображает часть щеточного уплотнения, изображенного на фиг.1

[0011] Подробное описание изобретения объясняет варианты выполнения изобретения, вместе с его преимуществами и особенностями, с помощью примеров и чертежей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Фиг.1 иллюстрирует пример щеточного уплотнения 10, расположенного между вращающимся элементом 20 и корпусом 22 машины. Уплотнение 10 может быть использовано в любом случае, где необходимо уплотнение между двумя областями с разным давлением. Например, уплотнение 10 можно использовать в газовой или паровой турбине, компрессоре или насосе. Уплотнение 10 содержит боковую пластину 26, опорную пластину 28, множество уплотняющих щетинок 30 и поджимающий элемент 32. Щетинки 30 расположены между боковой пластиной 26 и опорной пластиной 28. Щетинки 30 обычно изготавливают из нержавеющей стали, сплава Хейнс 25 или сплава никеля и кобальта, также возможно использование других материалов.

[0013] У щетинок 30 есть первая концевая часть 40 и вторая концевая часть 42. Первая концевая часть 40 расположена между двумя боковыми направляющими 44, 46, причем первая направляющая соединена с боковой пластиной 26, а вторая направляющая 46 - с опорной пластиной 28. Направляющие 44, 46 оказывают сжимающее усилие для закрепления и удержания щетинок 30 на месте. В одном из вариантов направляющие 44, 46 соединены с щетинками 30 с помощью сварки. Вторая концевая часть 42 щетинок 30 выполнена с обеспечением уплотнения с уплотнительной поверхностью 48 вращающегося элемента 20. В одном из вариантов вторая концевая часть 42 щетинок 30 контактирует с уплотняющей поверхностью 48 во время работы вращающегося элемента 20. Уплотняющие щетинки 30 могут быть наклонены в направлении вращения. А именно, согласно фиг.2, щетинки 30 наклонены в направлении вращения R вращающегося элемента 20.

[0014] Согласно фиг.2 уплотнение 10 имеет кольцевую конфигурацию. В одном из вариантов уплотнение 10 может быть разделено на сегменты, где уплотняющие щетинки 10 разделены на отдельные участки или сегменты 50, расположенные по периметру уплотнения 10. Сегменты 50 могут облегчить сборку уплотнения 10 между вращающимся элементом 20 и корпусом 22 машины. Уплотнение 10 может содержать любое количество сегментов 50 щетинок, например, четыре, шесть или восемь отдельных сегментов. Согласно фиг.1-2 поджимающий элемент 32 расположен в углублении 51 корпуса 22 машины, между уплотнением 10 и корпусом 22. Поджимающий элемент 32 расположен между нижней поверхностью 53 углубления и верхней поверхностью 55 опорной пластины 28. Каждая отдельная часть 50 уплотнения 10 может иметь, по меньшей мере, один соответствующий поджимающий элемент 32. В показанном варианте выполнения элемент 32 выполнен в виде плоской пружины, однако подразумевается, что также могут использоваться и другие виды поджимающих элементов. К примеру, в других случаях элемент 32 может быть выполнен в виде волновой или цилиндрической пружины.

[0015] Рассмотрим снова фиг.1. У корпуса 22 есть зацеп или выступ 54, используемый для взаимодействия с соответствующим участком 56 опорной пластины 28 и обеспечения поддержки для этого участка. У пластины 28 имеется как минимум один опорный зубец 52 и опорный выступ 60. И опорный зубец 52, и опорный выступ 60 являются выступами, проходящими наружу от внешней поверхности 62 пластины 28. Опорный выступ 60 расположен вдоль пластины 28 для упора в уплотняющие щетинки 30 и обеспечения опоры щетинкам в осевом направлении. Опорный зубец 52 расположен ближе к уплотняющей поверхности 48 вращающегося элемента 20, чем опорный выступ 60. По существу, у опорного зубца 52 есть поверхность 66 зубца, а у опорного выступа 60 есть поверхность 68 выступа. Зазор С1 зубца измеряется между поверхностью 66 зубца и уплотняющей поверхностью 48, а зазор С2 выступа измеряется между поверхностью 68 выступа и уплотняющей поверхностью 48. Зазор С1 зубца меньше зазора С2 выступа. В одном из примеров размер зазора С1 зубца находится в диапазоне от примерно 0,63 мм (0,025 дюйма) до примерно 3,42 мм (0,135 дюйма), а размер зазора С2 выступа находится в диапазоне от примерно 0,38 мм (0,015 дюйма) до примерно 3,05 мм (0,12 дюйма). Так, разница между зазорами С1 и С2 находится в диапазоне от примерно 0,25 мм (0,010 дюйма) до примерно 0,38 мм (0,015 дюйма).

[0016] Опорный зубец 52 выполнен с возможностью выборочного контакта с уплотняющей поверхностью 48 вращающегося элемента 20. А именно зубец 52 расположен так, что в случае приближения опорной пластины 28 вплотную к уплотняющей поверхности 48 вращающегося элемента 20 только зубец 52 имеет возможность контакта с уплотняющей поверхностью 48. Таким образом, контакт между опорным выступом 60 и уплотняющей поверхностью 48 по существу исключается. Опорный зубец 52 опорной пластины 28 обычно контактирует с уплотняющей поверхностью 48 во время отклонения вращающегося элемента, которое может произойти из-за тепловых переходных режимов или вибраций ротора при переходе через резонансную скорость. Обычно у опорного зубца 52 две функции. Первая - опорный зубец 52 по существу обеспечивает защиту выступа 68 опорной пластины в случае отклонения ротора или температурного сжатия. Вторая функция опорного зубца 52 - выступать в роли резервного уплотнения.

[0017] В примере, приведенном на фиг.1, опорная пластина 28 находится в стационарном положении S. Опорная пластина 28 остается в стационарном положении S во время нормальной работы до тех пор, пока опорный зубец 52 не коснется уплотняющей поверхности 48 вращающегося элемента 20 во время тепловых переходных условий работы, таких как, например, запуск и остановка. Контакт опорного зубца 52 с уплотняющей поверхностью 48 приводит к тому, что опорная пластина 28 выводится из стационарного положения S и проталкивается в первом направлении D1 к поджимающему элементу 32. А именно согласно фиг.1-2 контакт между опорным зубцом 52 и уплотняющей поверхностью 48 вызывает смещение сегментного участка 50 щеточного уплотнения 10 из стационарного положения S, радиально в сторону от вращающегося элемента 20 так, что опорный выступ 60 по существу не стирается вращающимся валом 20.

[0018] Поджимающий элемент 32 прикладывает поджимающую силу F к опорной пластине 28. Сила F направлена в сторону уплотняющей поверхности 48 вращающегося элемента 20. Если опорный зубец 52 контактирует с уплотняющей поверхностью 48 вращающегося элемента 20, соответствующий сегментный участок 50 щеточного уплотнения 10 смещается радиально наружу и в направлении поджимающего элемента 32. Поджимающий элемент 32 прикладывает поджимающую силу F, направленную в сторону уплотняющей поверхности 48 вращающегося элемента 20, что возвращает сегмент 50 обратно в стационарное положение S.

[0019] Опорный зубец 52 используется для уменьшения или по существу исключения контакта опорного выступа 60 с ротором 20, при этом также уменьшая зазор С2 между опорным выступом 60 и уплотняющей поверхностью 48. А именно зазор С2 выступа опорной пластины 28, содержащей опорный зубец 28, по существу меньше зазора С2 выступа опорной пластины 28, имеющей опорный зубец 28. Зазор С2 выступа должен быть уменьшен до наименьшего возможного размера для обеспечения осевой опоры уплотняющих щетинок, но в то же время по существу исключая контакт с вращающимся валом 20 путем истирания опорного зубца 52 в случае трения. При этом опорный зубец 52 может также выступать в роли резервного уплотнения.

[0020] Хотя изобретение подробно описано при помощи ограниченного количества вариантов выполнения, подразумевается, что оно не ограничено этими описанными вариантами выполнения. Более того, изобретение может быть модифицировано и может включать любое количество вариаций, замен или эквивалентных решений, не описанных выше, но которые соответствуют сущности и объему изобретения. Также, хотя были описаны несколько вариантов выполнения изобретения, должно быть понятно, что аспекты изобретения могут включать только некоторые из описанных примеров. Соответственно, изобретение не ограниченно предшествующим описанием, а ограничено только объемом прилагающейся формулы.

1. Щеточное уплотнение (10), содержащее:
уплотняющую поверхность (48),
боковую пластину (26),
опорную пластину (28), выборочно расположенную в стационарном положении и имеющую опорный выступ (60), имеющий поверхность (68) выступа, и по меньшей мере один опорный зубец (52), имеющий поверхность (66) зубца, при этом зазор (С1) зубца измеряется между поверхностью (66) зубца и уплотняющей поверхностью (48), а зазор (С2) выступа измеряется между поверхностью (68) выступа и уплотняющей поверхностью (48), и зазор (С1) зубца меньше зазора (С2) выступа,
щетинки (30), расположенные между боковой пластиной (26) и опорной пластиной (28) и имеющие концевую часть (42) для уплотнения с уплотняющей поверхностью (48), и
поджимающий элемент (32) для приложения поджимающей силы (F) к опорной пластине (28) в направлении к уплотняющей поверхности (48), причем указанный по меньшей мере один опорный зубец (52) выполнен с возможностью выборочного контакта с уплотняющей поверхностью (48), и контакт между указанным по меньшей мере одним опорным зубцом (52) и уплотняющей поверхностью (48) вытесняет опорную пластину из стационарного положения в сторону поджимающего элемента (32), а поджимающая сила (F) возвращает опорную пластину (28) обратно в стационарное положение.

2. Щеточное уплотнение (10) по п.1, в котором опорный выступ (60) расположен вдоль опорной пластины (28) и предназначен для обеспечения осевой опоры для щетинок (30).

3. Щеточное уплотнение (10) по п.2, в котором опорный выступ (60) упирается в указанные щетинки (30).

4. Щеточное уплотнение (10) по п.1, которое является по существу кольцевым и содержит сегментную конструкцию, в которой указанные щетинки (30) разделены на сегментные участки по периметру щеточного уплотнения (10).

5. Щеточное уплотнение (10) по п.1, которое выполнено с возможностью размещения в корпусе (22) машины, который имеет выступ (54) для взаимодействия с соответствующим участком опорной пластины (28).

6. Щеточное уплотнение (10) по п.5, в котором поджимающий элемент (32) расположен в углублении корпуса (22) машины.

7. Щеточное уплотнение (10) по п.1, в котором зазор (С2) выступа составляет от примерно 0,3 миллиметра до примерно 3,0 миллиметра.

8. Щеточное уплотнение (10) по п.1, в котором зазор (С1) зубца составляет от примерно 0,6 миллиметра до примерно 3,4 миллиметра.

9. Щеточное уплотнение (10) по п.1, в котором уплотняющая поверхность (48) является внешней поверхностью (62) вращающегося элемента (20).

10. Щеточное уплотнение (10) по п.1, в котором поджимающий элемент (32) представляет собой плоскую пружину, волновую пружину или цилиндрическую пружину.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбомашине с установленным в корпусе (1) вала валом (2) ротора, по меньшей мере с одним расположенным на конце вала (2) ротора в корпусе (5) рабочего колеса радиальным рабочим колесом (4) и с системой (9) уплотнения между поперечным сечением (7) потока корпуса (5) рабочего колеса и охватывающим вал (2) ротора внутри корпуса (1) вала свободным пространством (8), причем система (9) уплотнения имеет несколько расположенных на некотором расстоянии друг от друга элементов (10A, 10B, 10C) уплотнения, предназначенных для отделения поперечного сечения (7) потока от свободного пространства (8).

Изобретение относится к щеточным уплотнениям. Щеточное уплотнение содержит корпус, имеющий заднюю пластину и переднюю пластину, и первый слой щетинок, расположенный смежно с задней пластиной, причем по меньшей мере одна из щетинок первого слоя имеет первый диаметр.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство подачи топлива для ДВС, имеющее корпус (1), в котором размещены по меньшей мере один подающий модуль и один приводной вал (2), который установлен с возможностью вращения в предусмотренном в корпусе (1) опорном отверстии (3), в пределах которого расположена уплотнительная система (4) с по меньшей мере одним кольцевым уплотнением (5) приводного вала для герметичного отделения топливопроводящей внутренней части (6) от смазкопроводящей внешней части (7).

Изобретение относится к уплотнениям вращающихся валов турбомашин. Щеточное уплотнение содержит корпус уплотнения, закрепленный в невращающемся корпусе, охватывающем вал, пучки проволочек, размещенных равномерно по окружности плотно друг к другу в плоскости, перпендикулярной оси вала, закрепленные одним концом в корпусе уплотнения, а другим концом касающиеся наружной цилиндрической поверхности уплотнительного кольца, навернутого на втулку с резьбой, нарезанной в направлении против вращения вала, закрепленную на валу.

Уплотнительная система (1) для промышленных клапанов, в частности для запорных клапанов, содержащая, по меньшей мере, одно гнездо (20), предназначенное для того, чтобы его вставляли в охватывающий корпус (10) запорного клапана, одну пластину (30), предназначенную для того, чтобы закрывать клапан, герметически примыкая к упомянутому гнезду (20), и один уплотнительный элемент (60а, 60b), выполненный из термопластичного материала, расположенный на поверхности упомянутого гнезда (20), направленный к упомянутой пластине (30) и предназначенный для того, чтобы получать жидкостное уплотнение между упомянутым гнездом (20) и пластиной (30) упомянутого клапана, также содержащая на поверхности упомянутого гнезда (20), по меньшей мере, один дополнительный элемент (70а, 70b), выполненный из эластомерного материала, направленный в сторону упомянутой пластины (30), причем упомянутый элемент (60а, 60b), выполненый из термопластичного материала, имеет кольцеобразную форму и многоугольное сечение.

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 относится к уплотнительному устройству для гидравлического контура. Уплотнительное устройство имеет масляный канал, который подает гидравлическое масло или отводит гидравлическое масло из гидравлического привода.

Изобретение относится к судостроению, а именно к компоновке и способу уплотнения гребного вала судна. Для уплотнения гребного вала судна используют уплотнение, которое содержит группу манжетных уплотнителей, которые размещены последовательно в направлении гребного вала таким образом, что уплотнительная камера формируется между соседними манжетными уплотнителями.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к щеточным уплотнениям, предназначенным для уплотнения ротора относительно статора. Техническим результатом является повышение износостойкости и надежности щеточного уплотнения.

Описаны уплотнительные комплекты для применения с гидравлическими клапанами. Предлагаемый вариант клапанного затвора, предназначенный для применения с гидравлическими клапанами, включает клетку (328) и уплотнительный комплект (330), который следует поместить, по меньшей мере, либо в клетке, либо в фиксаторе клетки (326), либо в плунжере (322).

Изобретение относится к щеточному уплотнению, предназначенному для использования между вращающимся компонентом и неподвижным компонентом в турбомашине. Щеточное уплотнение содержит щетинки, имеющие закрепленный конец и свободный конец, причем закрепленный конец прикреплен к вращающемуся компоненту, и указанные щетинки наклонены в осевом направлении относительно вращающегося компонента, причем закрепленный конец гибких щетинок прикреплен к передней стороне окружной канавки с помощью боковой пластины, а конусообразная удерживающая пластина прикреплена к передней или задней стороне окружной канавки. Конусообразная удерживающая пластина прикреплена к щетинкам с помощью боковой пластины во вращающемся компоненте и проходит по меньшей мере частично вдоль длины гибких щетинок так, что указанная пластина выполнена с возможностью по меньшей мере частичного восприятия центробежной нагрузки, действующей на гибкие щетинки при работе турбомашины. Свободный конец гибких щетинок выполнен с обеспечением скольжения по неподвижному компоненту при работе турбомашины. Изобретение повышает надежность устройства. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх