УПЛОТНЕНИЕ
SEAL

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям уплотнения вращающихся валов и роторов газотурбинных двигателей, установок и других роторных машин.
Известно щеточное уплотнение, содержащее установленный узел, выполненный в виде закрепленных в корпусе пучков проволоки из различных материалов (патент SU №1665136 A1, F16J 15/16, опубл. 23.07.91 г.) - аналог. Такое уплотнение неэффективно из-за больших зазоров между пучками проволоки и высокой трудоемкости изготовления.
Известно щеточное уплотнение, принятое за прототип, (патент RU №2269047 С2, F16J 15/16, опубл. 10.06.2006 г.) для разделения полостей высокого и низкого давлений рабочей среды, содержащее корпус, в котором хвостовиками установлено не менее одного ряда щетин, собранных не менее чем в один пучок с возможностью смещения их уплотнительных оконечностей до сопряжения с подвижной контактной поверхностью, а щетины выполнены из листового материала в виде блока, при этом хвостовики и уплотнительные оконечности щетины разделены прорезями с образованием торсионных перемычек.
Однако уплотняющие свойства этого устройства недостаточно высоки, и оно сложно в изготовлении. Блок выполнен из листового материала, а хвостовики, не имеющие жесткого закрепления, в эксплуатации могут вибрировать, что крайне нежелательно для обеспечения надежности узла уплотнения.
Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эксплуатационных свойств уплотнения и технологичности его изготовления.
Указанная задача решается уплотнением, разделяющим полости высокого и низкого давлений рабочей среды, содержащим узел, в котором гибкий уплотняющий элемент выполнен в виде диска из листового материала, например из фольги, центральное отверстие которого контактирует с валом, а набор дисков зажат герметично между кольцевыми пластинами. При этом поверхность гибких уплотняющих элементов, ограниченная центральным отверстием и кольцевыми пластинами, выполнена в виде торовой поверхности, центр радиуса круглого сечения которой находится в зоне высокого давления. Такая конструкция гибкого уплотняющего элемента улучшает его работоспособность, т.к. повышенное давление будет постоянно прижимать концы гибкого уплотняющего элемента к валу, обеспечивая герметичность зазора.
Чтобы увеличить срок службы гибкого уплотняющего элемента, на его торовой поверхности выполнены пазы, которые увеличивают «податливость» уплотняющего элемента, и по мере износа место контакта с валом перемещается в сторону низкого давления, при этом радиус R будет увеличиваться и превратится в бесконечно большой, т.е. уплотнительные элементы под давлением рабочей среды превратятся в плоские. Такая конструкция позволит уменьшить износ вала и увеличить ресурс уплотнения.
Для повышения надежности работы уплотнительного узла гибкие уплотнительные элементы разделены на два ряда: один ряд со стороны высокого давления рабочей среды и имеет торовую поверхность, а второй ряд плоских гибких уплотнительных элементов со стороны низкого давления контактирует с торцом бурта вала, при этом плоские уплотняющие элементы могут иметь прорези (пазы) как и на торовой поверхности, чтобы увеличить податливость. Торцовая поверхность бурта имеет конусность, поэтому уплотняющие элементы контактируют с ней в первую очередь концами внутреннего диаметра уплотняющих элементов, а по мере износа диаметр контакта увеличивается. Таким образом повышается ресурс работы уплотнительного узла. При сборке узла гибкие уплотнительные элементы укладываются со смещением, чтобы перекрывать пазы предыдущего каждым последующим дисковым элементом.
Для повышения износостойкости к крайнему гибкому уплотняющему элементу, контактирующему с торцом бурта вала, прикреплено кольцо из материала с высокими износостойкими свойствами и низким коэффициентом трения.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-5:
фиг.1 - сечение уплотнения с гибкими элементами, имеющими торовую поверхность;
фиг.2 - вид В на торовое уплотнение;
фиг.3 - сечение уплотнения с разделенными на два ряда гибкими уплотнительными элементами;
фиг.4 - сечение уплотнения с разделенными на два ряда гибкими уплотнительными элементами, один из которых контактирует с конусной поверхностью.
фиг.5 - сечение уплотнения с разделенными на два ряда гибкими уплотнительными элементами с кольцом из материала, обладающими высокими износостойкими свойствами и низким коэффициентом трения.
Предлагаемая конструкция уплотнения в зависимости от условий и требований эксплуатации имеет следующие варианты использования.
На фиг.1 изображено сечение уплотнения, которое разделяет полости высокого и низкого давления рабочей среды - соответственно А и Б, и состоит из корпуса 1 и вала 2. В корпусе 1 установлен узел уплотнения 3, содержащий кольцевые пластины 5, 6, между которыми зажаты герметично гибкие уплотнительные элементы 4, выполненные из листового материала, например из фольги.
Гибкие элементы 4 имеют торовую поверхность, у которой центр радиуса R круглого сечения, образующий торовою поверхность, расположен в зоне высокого давления А. Внутренний диаметр гибких уплотнительных элементов 7 контактирует с валом 2 по месту контакта 8. Торовая поверхность ограничена внутренним диаметром 7 и кольцевой пластиной 5. Такая конструкция уплотнительного узла обеспечит герметичность зазора между корпусом 1 и валом 2. Чтобы увеличить срок службы гибких уплотнительных элементов на торовой поверхности выполнены пазы 9 (фиг.2, вид В), которые повышают «податливость» уплотняющих элементов, по мере износа последних место контакта 8 (фиг.1) с валом перемещается в сторону низкого давления рабочей среды, при этом радиус R увеличивается и превращается в бесконечно большой, т.е. уплотнительные элементы 4 под давлением рабочей среды превращаются в плоские. Таким образом исключается локальный износ вала, т.к. кольцевой контакт 8 вала с гибкими элементами перемещается по мере износа последних. Для повышения надежности работы уплотнительного узла 3 (фиг.3) гибкие уплотнительные элементы 4 разделены на два ряда: один ряд 10 со стороны высокого давления рабочей среды А имеет торовую поверхность, второй ряд 11 плоских гибких уплотнительных элементов со стороны низкого давления Б контактирует с торцом 12 бурта 13 вала 2, при этом плоские уплотняющие элементы могут иметь прорези (пазы), как и на торовой поверхности (фиг.2, вид В). Торцовая поверхность бурта 13 выполнена конусной 14 (фиг.4), поэтому уплотнительные элементы 11 контактируют с конусной поверхностью 14 в первую очередь внутренним диаметром 15 уплотнительных элементов, а по мере износа последних диаметр контакта увеличивается, таким образом повышается ресурс работы уплотнительного узла. При сборке узла 3 гибкие уплотнительные элементы 10, 11 укладываются со смещением, чтобы перекрыть пазы предыдущего каждым последующим уплотнительным элементом. Для повышения износостойкости к крайнему гибкому уплотнительному элементу 11 (фиг.4), контактирующему с торцом 12 бурта 13 вала 2, прикреплено кольцо 16 с высокими износостойкими свойствами и низким коэффициентом трения.
Таким образом, предложенная конструкция уплотнительного узла повышает надежность разделения высокого и низкого давления рабочей среды, обеспечивает высокий ресурс работы изделия и низкую трудоемкость изготовления.