ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ
BRUSH SEAL

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к щеточным уплотнениям, предназначенным для уплотнения ротора относительно статора.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано щеточное уплотнение, содержащее кольцевой пучок щеток, расположенный в зазоре между валом и корпусом турбомашины и одним концом жестко закрепленный в корпусе щеток (SU 1665136 А1).
В известном решении щеточное уплотнение установлено на статоре и контакт происходит по ротору, при этом на различных режимах работы турбомашины контакт постоянен, что приводит к большим тепловыделениям и износу, что снижает надежность уплотнения.
Задачей заявленного изобретения является создание щеточного уплотнения, лишенного вышеприведенных недостатков.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является повышение его износостойкости и надежности, а также снижение перетечек воздуха на рабочих режимах работы уплотнения.
Указанные технические эффекты достигаются тем, что щеточное уплотнение, содержащее кольцевой пучок щеток, расположенный в зазоре между валом и корпусом турбомашины и одним концом жестко закрепленный в корпусе щеток, согласно настоящему изобретению  снабжено разрезным кольцевым элементом и упорным кольцом, при этом поверхность кольцевого пучка щеток выполнена конической относительно оси вращения вала, корпус щеток установлен на валу турбомашины и жестко зафиксирован на нем, при этом упорное кольцо установлено на валу турбомашины со стороны острого угла, образованного осью вращения вала турбомашины и кольцевым пучком щеток, и контактирует с корпусом щеток по торцевым поверхностям, а упомянутый разрезной кольцевой элемент установлен между упорным кольцом и кольцевым пучком щеток и контактирует одним торцом с торцом упорного кольца, а другим торцом, выполненным коническим, - с поверхностью кольцевого пучка щеток.
При таком конструктивном исполнении степень прижатия щеток к статору напрямую зависит от частоты вращения ротора турбомашины, в частности, под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора, разрезной кольцевой элемент оказывает давление на кольцевой пучок щеток, прижимая концы щеток к поверхности статора, при этом при останове двигателя давление разрезного кольцевого элемента на кольцевой пучок щеток прекращается, соответственно степень прижатия концов щеток к поверхности статора снижается, что позволяет в целом повысить износостойкость и надежность заявленного щеточного уплотнения, а также повысить эффективность работы уплотнения на рабочих режимах за счет снижения перетечек воздуха.
На рабочем участке статора может быть нанесено антифрикционное покрытие, что дополнительно снижает перетечки воздуха на рабочих режимах.
На чертеже представлен продольный разрез заявленного щеточного уплотнения.
Щеточное уплотнение, содержащее кольцевой пучок щеток 1, расположенный в зазоре между валом 2 и корпусом 3 турбомашины и одним концом жестко закрепленный в корпусе щеток 4, отличается тем, что оно снабжено разрезным кольцевым элементом 5 и упорным кольцом 6, при этом поверхность кольцевого пучка щеток 1 выполнена конической относительно оси вращения вала 2, корпус щеток 4 установлен на валу 2 турбомашины и жестко зафиксирован на нем стопорным элементом 7, например стопорным кольцом, при этом упорное кольцо 6 установлено на валу 2 турбомашины со стороны острого угла, образованного осью вращения вала 2 турбомашины и кольцевым пучком щеток 1, и контактирует с корпусом щеток 4 по торцевым поверхностям, а упомянутый разрезной кольцевой элемент 5 установлен между упорным кольцом 6 и кольцевым пучком щеток 1 и контактирует одним торцом с торцом упорного кольца 6, а другим торцом, выполненным коническим, - с поверхностью кольцевого пучка щеток 1.
На рабочем участке статора нанесено антифрикционное покрытие 8.
Сборка уплотнения осуществляется следующим образом.
На вал 2 устанавливаются упорное кольцо 6, разрезной кольцевой элемент 5 и корпус щеток 4. Полученный пакет деталей фиксируется стопорным элементом 7.
Во время работы на пониженных режимах между кольцевым пучком щеток 1 и корпусом 3 турбомашины существует минимальный зазор, при этом нет износа их контактных поверхностей, а перетечки воздуха незначительны. С ростом оборотов зазор закрывается за счет изгиба кольцевого пучка щеток 1, на который начинает оказывать давление разрезной кольцевой элемент 5 под действием центробежных сил, при этом снижаются перетечки воздуха, что в целом улучшает удельные характеристики турбомашины.