ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РОТОРОВ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ROTOR BRUSH SEALING, METHOD AND DEVICE FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении, газотурбостроении и других областях техники.
Известно щеточное уплотнение, содержащее пакет свободных с одного конца и закрепленных с другого уплотнительных элементов, зазоры между которыми зафиксированы и заполнены герметиком, при этом пакет закреплен между боковыми пластинами (SU, а.с. №1725609 за 1990 г., кл. F16J 15/16).
Недостатком этого устройства является разрушение герметика из-за большого разогрева упругих волокон при касании с быстро вращающимся ротором. Разрушение герметика увеличивает утечку рабочего тела и тем самым снижает ресурс работы уплотнения.
Известно щеточное уплотнение, включающее установленный в статоре и соприкасающийся с ротором кольцевой пакет проволочных щетинок, между рядами которых размещены технологические прокладки. (SU, а.с. №2076256 за 1994 г, F16J 15/00).
Недостатком данного устройства является утечка рабочего тела из-за увеличенных зазоров между проволочными щетинками, вызванных размещением технологических прокладок.
Наиболее близким заявленному является щеточное уплотнение роторов, выполненное виде прижимной щеки и последовательно состыкованных с ней элементов - кольцевой проволочной щетки и опорной щеки, при этом состыкованные элементы выполнены одинаковыми по наружному диаметру. (SU а.с.. №1462916 от 1978 г., кл. F16J 15/16).
Недостатком данной конструкции является то, что сварка пакета проволочных щетинок с опорной и прижимной щеками производится за счет расплава торцевого участка кольцевой проволочной щетки, что может привести к образованию пор и трещин в шве и возникновению капилляров, а также в процессе работы и к выпадению щетинок, и в конце концов к выходу из строя щеточного уплотнения. Кроме того, в качестве базового элемента при установке его в статор агрегата в устройстве используют внутренний диаметр одной из щек для получения посадочной поверхности. При этом посадочная поверхность достигается механической обработкой наружного диаметра состыкованных элементов, что повышает трудоемкость изготовления, приводит к дополнительным напряжениям и, соответственно, к снижению надежности уплотнения.
Задачей данного изобретения является повышение надежности щеточного уплотнения, снижение трудоемкости и увеличение ресурса работы уплотнения ротора.
Задача осуществляется тем, что щеточное уплотнение роторов, выполненное виде прижимной щеки и последовательно состыкованных с ней элементов - кольцевой проволочной щетки и опорной щеки, при этом состыкованные элементы выполнены одинаковыми по наружному диаметру, снабжено технологическим кольцом, размещенным на состыкованных элементах, выполненным шириной, соответствующей суммарной ширине упомянутых элементов, а прижимная щека выполнена с торцевым выступом в качестве стыковочного элемента, при этом ее наружная цилиндрическая поверхность выполнена базовой и посадочной под установочное гнездо.
Известен способ изготовления щеточного уплотнения роторов, при котором размещают опорные щеки по сторонам оправки, наматывают проволоку, затем проволочную намотку обжимают прижимными щеками, совмещая их наружные цилиндрические поверхности по окружности обрезки проволочной намотки, обрезают проволочную намотку, а затем сваривают состыкованные элементы по их наружным цилиндрическим поверхностям и производят окончательную механическую обработку (RU, пат. №2210694 за 2001 г., F16J 15/32).
Недостатком данного способа является то, что соединения сваркой опорной и прижимной щек и кольцевой проволочной щетки производят непосредственно сварочной дугой по открытому торцевому щеточному участку, что может привести к некачественному соединению последних и пережогу проволочных щетинок.
Задачей данного изобретения является повышение надежности щеточного уплотнения, снижение трудоемкости и увеличение ресурса работы уплотнения ротора.
Задача осуществляется тем, что в способе изготовления щеточного уплотнения роторов, при котором по сторонам оправки размещают опорные щеки, наматывают проволоку, затем проволочную намотку обжимают прижимными щеками, совмещая их наружные цилиндрические поверхности по окружности обрезки проволочной намотки, обрезают проволочную намотку, а затем сваривают состыкованные элементы по их наружным цилиндрическим поверхностям и производят окончательную механическую обработку, на наружные цилиндрические поверхности состыкованных элементов накладывают металлическую полосу, огибают ее по вышеупомянутым поверхностям, соединяют концы металлической полосы аргонодуговой сваркой в технологическое кольцо, а сварку состыкованных элементов осуществляют электронным лучом через технологическое кольцо. При этом технологическое кольцо изготавливают из материала, идентичного материалу проволоки, обладающего присадочными свойствами.
Из патента «Способ изготовления щеточного уплотнения» известно устройство для изготовления щеточного уплотнения роторов, содержащее оправку в виде колец, установленных концентрично с зазором относительно друг друга и скрепленных по окружности винтами (RU, пат. №2289742 за 2005 г., кл. F16J 15/16).
Недостатком известного устройства является то, что верхнее кольцо оправки непосредственно является деталью щеточного уплотнения. Вследствие этого оправка является одноразовой и всякий раз требует повторного ее изготовления.
Задачей данного изобретения является повышение технологичности изготовления, повышение качества изделия и снижения трудоемкости и металлоемкости процесса изготовления оправки.
Задача осуществляется тем, что устройство для изготовления щеточного уплотнения роторов, содержащее оправку в виде колец, установленных концентрично с зазором относительно друг друга и скрепленных по окружности винтами, снабжено центрирующими обоймами со ступицами, связанными крепежным элементом, при этом оправка размещена на упомянутых ступицах, а в зазоре между кольцами оправки установлено среднее кольцо, при этом винтовое крепление крайних колец осуществлено посредством среднего кольца.
Изобретение поясняется фигурами где:
На фиг.1 - щеточное уплотнение ротора.
На фиг.2 - заготовка для изготовления щеточного уплотнения с намоткой.
На фиг.3 - устройство для изготовления щеточного уплотнения роторов с прижимными щеками.
На фиг.4 - соединение элементов щеточного уплотнения.
Щеточное уплотнение роторов состоит из прижимной щеки 1 и последовательно состыкованных с ней кольцевой проволочной щетки 2 и опорной щеки 3. В качестве стыковочного элемента на прижимной щеке 1 выполнен торцевой выступ 4 (см. фиг.1). Наружная цилиндрическая поверхность 5 прижимной щеки 1 выполнена посадочной под установочное гнездо 6 в статоре. Все стыковочные элементы (торцевой выступ 4, кольцевая проволочная щетка 2 и опорная щетка 3) выполнены одинаковыми по наружному диаметру. На вышеназванных элементах установлено технологическое кольцо 7, выполненное из металлической полосы шириной, соответствующей их суммарной ширине. В опорной щеке 3 щеточного уплотнения установлен штифт 8 для его фиксации в гнезде 6 статора.
Для изготовления щеточного уплотнения роторов используют устройство (фиг.2), содержащее оправку в виде наружного 9, среднего 10 и внутреннего 11 колец, установленных концентрично с зазорами 12 и 13 относительно друг друга и скрепленных между собой. При этом крепление крайних колец 9, 11 к среднему кольцу 10 осуществлено по окружности винтами 14 с распорными втулками 15. Устройство при этом снабжено центрирующими обоймами 16 и 17 со ступицами 18, связанными крепежными элементами 19. На обоймах 16, 17 со ступицами 18 размещена оправка (фиг.2) с проволочной намоткой 20. Позицией 21 обозначен ротор.
Способ изготовления щеточного уплотнения роторов заключается в следующем. Вначале собирают оправку (фиг.2). На среднем кольце 10 оправки размещают опорные щеки 3 и фиксируют их штифтами 19, наматывают проволоку, затем проволочную намотку 20 обжимают прижимными щеками 1, совмещая их наружные цилиндрические поверхности по окружности обрезки - А-А проволочной намотки 20. Обрезают проволочную намотку 20. На наружные цилиндрические поверхности состыкованных элементов накладывают металлическую полосу, огибают ее по вышеупомянутым поверхностям, соединяют концы металлической полосы аргонодуговой сваркой в технологическое кольцо 7. После этого сварку состыкованных элементов осуществляют электронным лучом через технологическое кольцо 7. После проведения сварки обрезают проволочную намотку 20 по окружности обрезки Б-Б, соответствующей внутреннему диаметру щеточного уплотнения, разъединяют оправку, производят окончательную механическую обработку и получают два щеточных уплотнения (фиг.1), готовых к размещению на роторе 21.
Совместное использование группы изобретений позволяет повысить надежность щеточного уплотнения за счет качества сварки состыкованных элементов, осуществляемой через технологическое кольцо, за счет использования электронно-лучевой сварки, при которой ограничивается тепловложение в зону сварки, что снижает разупрочнение проволочной щетины. Кроме того, позволяет снизить трудоемкость его изготовления за счет исключения операции механической обработки стыкующего сварного шва и в результате увеличить ресурс работы щеточного уплотнения ротора.