Ущільнювальний пристрій для турбіни високого тиску турбомашини

1. Ущільнювальний пристрій, встановлений між двома статичними частинами (2, 4) турбомашини для поділу двох порожнин (Р1, Р2) з різними тисками, який містить щіткове ущільнення (10), що утворене ущільнювальними еластичними волокнами, які щонайменше частково знаходяться в пазу (8) однієї з двох зазначених статичних частин (2), причому на кожному волокні є основна ділянка (10а) і друга ділянка (10b), які з'єднані вигнутою ділянкою (10с), і основна ділянка (10а) волокна щонайменше частково укладена у зазначеному пазу (8), а друга ділянка (10b) волокна має вільний кінець (14), що виступає з паза (8) так, щоб забезпечити щільне стикання з поверхнею, що ущільнюється, (16), другої статичної частини (4), який C2 2 (19) 1 3 85539 4 значних змін величини зазорів, які призводять до двома статичними частинами турбомашини з мезагального відносного зсуву корпусів і до тою поділу двох порожнин з різними тисками. Притермічних деформацій. Зокрема, якщо одна з часстрій за винаходом містить щіткове ущільнення, тин турбомашини, які ущільнюються, як, наприкяке утворене ущільнювальними еластичними волад, ряди вихідних направляючих лопаток турбіни локнами (щетинками), які щонайменше частково високого тиску, розділяється на сектори, область знаходяться в пазу однієї з двох статичних частин. дії ущільнювального пристрою не є неперервною, і При цьому в кожного волокна є основна ділянка і ущільнення, які не розділені на сектори, виявлядруга ділянка, які з'єднані вигнутою ділянкою. Осються неефективними. новна ділянка кожного волокна щонайменше частРозроблено різні типи ущільнень, які забезпеково укладена в паз, а друга ділянка волокна має чують герметичність гарячих зон турбомашин. Навільний кінець, який виступає з паза так, щоб заприклад, з патентних документів US 4781388, US безпечити щільне стикання з поверхнею другої 5480162 і US 6170831 відомі так звані щіткові статичної частини, яка ущільнюється. Пристрій за ущільнення, які утворені відрізками, наприклад, винаходом характеризується тим, що додатково металевої щетини (дроту), які з одного кінця впаяні містить вигнуту в перерізі гнучку прокладку, яка чи вставлені в гнізда, причому їхні вільні кінці дощонайменше частково охоплює основні ділянки тикаються до поверхні області, яка ущільнюється. волокон щіткового ущільнення. У гнучкої прокладПодібні щіткові ущільнення дозволяють, таким ки є вільний кінець, який упирається одночасно у чином, адаптуватися до змін величини зазору, які вільні кінці других ділянок волокон щіткового мають місце в зоні ущільнювального пристрою. ущільнення й у поверхню, яка ущільнюється. У Щетина щіткового ущільнення в цій конструкції результаті вільні кінці други х ділянок волокон може адаптуватися до деформованих поверхонь і щіткового ущільнення постійно стикаються з подо розривів (відсутності неперервності) області, верхнею, яка ущільнюється. яка ущільнюється. Частина гнучкої прокладки, яка упирається у У статичних умовах, при малих відносних зсувільні кінці волокон щіткового ущільнення, дозвовах області, яка ущільнюється, застосовують ляє утримувати ці вільні кінці волокон у постійному відомі щіткові ущільнення, щетина яких стиканні з поверхнею, яка ущільнюється. Крім того, орієнтована в радіальному чи осьовому напрямку. частина гнучкої прокладки, яка упирається в поПри наявності ж значних відносних зсувів більш верхню, яка ущільнюється, підвищує результуючу ефективне використання проміжної конструкції з герметичність ущільнювального пристрою. Далі, вигнутою щетиною щіткового ущільнення, як опигнучкість цієї прокладки дозволяє компенсувати сано в патентному документі US 6059526, оскільки радіальні і/чи осьові відносні зсуви статичних частаке виконання дозволяє забезпечити згинання тин таким чином, що ущільнювальний пристрій щетини на великій довжині. адаптується до різних випадкових геометричних Проте, використання щіткових ущільнень у неоднорідностей (шорсткостей) поверхні, яка статичних умовах пов'язане з деякими незручноущільнюється. стями. Результуюча проникненість щетини, яка Згідно з однією з корисних особливостей виутворює такі ущільнення, занадто велика для занаходу гн учка прокладка має, переважно, wбезпечення ефективного ущільнення. Це твердподібний вигнутий переріз. ження, зокрема, справедливе для випадку метаЗгідно з іншою корисною особливістю винахолевої щетини, діаметр щетинок (волокон) якої має ду вільний кінець гнучкої прокладки, яка упираєтперевищувати 75мкм, щоб забезпечити збереженься у вільні кінці других ділянок волокон щіткового ня необхідних механічних власти востей в умовах ущільнення і у поверхню, яка ущільнюється, розрізниць тисків, які впливають на ущільнення. ташований з боку порожнини, яка має більш низьЩіткові ущільнення з вигнутою ще тиною також кий тиск. не є цілком задовільними. Зокрема, їх результуюЗгідно з ще однією своєю корисною особча проникненість занадто висока для забезпеченливістю пристрій за винаходом містить кільце, яке ня повної герметичності області, яка ущільутримує основні ділянки волокон щіткового ущільнюється. Крім того, якщо поверхня, яка нення в пазу статичної частини. ущільнюється, містить розриви і/чи деформації, які Короткий опис креслень породжені, зокрема, радіальними і/чи осьовими Інші властивості й переваги дійсного винаходу відносними зсувами елементів області турбомастануть зрозумілі з нижченаведеного опису, який шини, яка ущільнюється, щіткові ущільнення з вигмістить посилання на додані креслення, що ілюстнутою щетиною не можуть адаптуватися до різних рують один з прикладів здійснення винаходу, не випадкових геометричних шорсткостей, що принакладаючи будь-яких обмежень. На кресленнях: зводить до виникнення під щітками значних зон - Фіг.1 зображує в осьовому перерізі ущільвитоків. нювальний пристрій за винаходом, який встановЗадача, на рішення якої спрямований дійсний лено в пазу нерухомої частини турбомашини; винахід, полягає в усуненні недоліків відомих - Фіг.2 зображує в осьовому перерізі частину рішень, які описані вище, і в розробці ущільтурбомашини, яка обладнана ущільнювальним нювального пристрою який забезпечує відносно пристроєм за Фіг.1; невисоку результуючу проникненість і здатного - Фіг.3 ілюстр ує деформацію ущільнювального адаптуватися до розривів і/чи деформацій поверхпристрою за Фіг.1 при наявності розриву в поверхні, яка ущільнюється. ні, яка ущільнюється. Для рішення поставленої задачі пропонується Здійснення винаходу ущільнювальний пристрій, який розташовано між 5 85539 6 На Фіг.1-3 представлено в осьовому перерізі Згідно з однією з корисних особливостей виущільнювальний пристрій за одним з варіантів находу гн учка прокладка 18 має w-подібний попездійснення винаходу. Ци фрами 2 і 4 на цих кресречний переріз. Перший пелюсток 26 цієї букви леннях позначені відповідно перша і друга стаомега щонайменше частково охоплює закріплені тичні частини турбомашини, яка має повздовжню кінці 12 волокон щіткового ущільнення 10. ось Х-Х. Ці дві статичні частини 2 і 4 можуть, наПерший пелюсток 26 продовжується всередиприклад, бути елементами турбіни високого тиску ну паза 8 першою віткою 28, ділянка 28а якої притурбомашини. Термін "статичні" припускає, що ці лягає до зовнішніх країв основних ділянок 10а вочастини вважаються нерухомими, але можуть, локон щіткового ущільнення 10. Для забезпечення проте, мати радіальні і/чи осьові відносні зсуви. деякої аксіальної гнучкості волокон щіткового Ущільнювальний пристрій 6 розташовано в ущільнення 10 при взаємодії ущільнювального пазу 8 першої статичної частини 2 турбомашини. В пристрою 6 з розривами в поверхні, яка ущільіншому варіанті ущільнювальний пристрій може нюється, 16 в осьовому напрямку друга ділянка бути розташований в пазу другої статичної части28b першої вітки 28 не стикається з основними ни 4. Пристрій 6 дозволяє забезпечити герметичне ділянками 10а волокон щіткового ущільнення 10, ущільнення між двома порожнинами Р1 і Р2 турвідходячи, таким чином, від цих ділянок волокон з бомашини, причому, як приклад, тиск у порожнині утворенням заднього зазору J1. Р2 може бути нижче, ніж тиск у порожнині Р1. Перший пелюсток 26 продовжується зовні паУщільнювальний пристрій 6 містить щіткове за 8 другою віткою 30, ділянка 30а якої також приущільнення 10, яке містить щетину з волокон чи лягає до зовнішніх країв основних ділянок 10а вовідрізків дроту. Ще тинки можуть бути виготовлені локон щіткового ущільнення 10. Аналогічним шляхом скручування волокон з металу чи компочином, для забезпечення деякої аксіальної гнучзитного матеріалу. Один з кінців 12 кожного волоккості волокон щіткового ущільнення 16 інша на (щетинки) звичайно закріплений навколо осі Y, ділянка 30b другої вітки 30 не стикається з основнаприклад, методом припаювання. Протилежні ними ділянками 10а волокон щіткового ущільнення кінці 14 волокон вільні і щільно стикаються з по10. верхнею, яка ущільнюється, 16 другої статичної Гнучка w-подібна прокладка 18 містить другий частини 4 турбомашини. пелюсток 32. Цей другий пелюсток 32 притисТочніше, кожне волокно щіткового ущільнення кається в радіальному напрямкудо утримуючого 10, яке виконане таким чином містить першу (оскільця 22, яке закріплено в пазу 8 першої статичної новну) ділянку 10а і другу ділянку 10b, які з'єднані частини 2. Другий пелюсток 32 продовжується вигнутою ділянкою 10с. Основні ділянки 10а волоусередину паза 8 третьою віткою 34, яка з'єднана з кон щонайменше частково знаходяться в пазу 8 другою віткою 30. Другий пелюсток 32 продовпершої статичної частини 2 турбомашини, а другі жується зовні паза 8 четвертою віткою 36, вільний ділянки 10b волокон виступають назовні з цього кінець 20 якої упирається одночасно у вільні кінці паза таким чином, щоб забезпечити щільне сти14 других ділянок 10b волокон щіткового ущількання їх вільних кінців 14 з поверхнею, яка ущільнення 10 і в поверхню, що ущільнюється, 16. Крім нюється, 16. того, між цим вільним кінцем 20 і третьою віткою Згідно з дійсним винаходом ущільнювальний 34 мається передній зазор J2. пристрій 6 додатково містить виготовлену, наприкЗгідно з іншою корисною особливістю винахолад, з металу гн учку прокладку 18, яка вигнута в ду цей вільний кінець 20 гнучкої прокладки 18 перерізі і яка щонайменше частково охоплює ос(який також є вільним кінцем четвертої вітки 36) новні ділянки 10а волокон щіткового ущільнення розташований з боку порожнини Р2, яка має більш 10 і має вільний кінець 20, який упирається однонизький тиск. часно у вільні кінці 14 других ділянок 10b волокон Таким чином, гнучка прокладка 18, а точніше, щіткового ущільнення 10 і в поверхню, яка ущільїї вільний кінець 20 дозволяє запобігти нюється, 16. радіальному вигинанню вільних кінців 14 других Таким чином, вільний кінець 20 прокладки 18 ділянок 10b волокон щіткового ущільнення 10 у дозволяє утримувати вільні кінці 14 других ділянок напрямку порожнини Р2 під впливом різниці тисків 10b волокон щетини в постійному стиканні з поу порожнинах Р1 і Р2. Таке радіальне вигинання верхнею, яка ущільнюється, 16. Крім того, оскільки вільних кінців други х ділянок волокон щіткового вільний кінець 20 прокладки 18 знаходиться в стиущільнення могло б викликати "відлипання" щетиканні з поверхнею, яка ущільнюється, 16, це ни щіткового ущільнення, яка перестала б стикапідвищує результуючу герметичність ущільтися з поверхнею, яка ущільнюється. Це призвело нювального пристрою 6. б до підвищення результуючої проникненості В кращому варіанті передбачено також утриущільнювального пристрою. муюче кільце 22, яке дозволяє утримувати основні Згідно з ще однією корисною особливістю виділянки 10а волокон щіткового ущільнення 10 у находу вигн уті ділянки 10с волокон щіткового пазу 8 першої статичної частини 2. Це утримуюче ущільнення 10 вигнуті з утворенням прямого кута кільце 22 закріплене в канавці паза 8 першої статак, що другі ділянки 10b волокон щіткового ущільтичної частини 2. Також може бути передбачено нення розташовані, переважно, перпендикулярно С-подібний обід 24 щонайменше такий, що часткодо основних ділянок 10а. во охоплює закріплені кінці 12 волокон щіткового Також згідно з корисною особливістю винаходу ущільнення 10 і утримується в пазу 8 завдяки нащіткове ущільнення 10 розташоване таким чином, явності утримуючого кільця 22. що основні ділянки 10а його волокон розташовані, переважно, перпендикулярно до повздовжньої осі 7 85539 8 Х-Х турбомашини, а другі ділянки 10b його волонею, яка ущільнюється, 16, зокрема, при наявності кон розташовані, переважно, паралельно до тієї ж на останній розривів і/чи деформацій. Ця повздовжньої осі Х-Х. конфігурація зображена на Фіг.3. Нижче наведено короткий опис принципів роНа цій фігурі зображено ущільнювальний приботи ущільнювального пристрою за винаходом, які стрій 6 при наявності в поверхні, яка ущільвипливають очевидним чином з вищенаведеного нюється, 16 аксіального розриву, представленого опису. зазором J3. Такий розрив J3 може виникнути Ущільнювальний пристрій 6 зображено на внаслідок відносного радіального зсуву першої і Фіг.1 таким, що знаходиться у вільному стані, тобдругої статични х частин 2, 4 турбомашини. Він то під час відсутності встановленої другої статичтакож може бути викликаний наявністю значних ної частини турбомашини. У цій конфігурації термічних деформацій однієї з цих двох статичних вільний кінець 20 гнучкої прокладки 18 щільно стичастин 2,4. кається з вільними кінцями 14 других ділянок 10b У цьому випадку вільні кінці 14 волокон волокон щіткового ущільнення 10. Крім того, щіткового ущільнення 10 залишаються в щільному вільний кінець 20 гнучкої прокладки 18 злегка висзіткненні з поверхнею, яка ущільнюється, 16. Це тупає в осьовому напрямку за вільні кінці 14 других забезпечується гнучкістю волокон щіткового ділянок 10b волокон. ущільнення, основні ділянки 10а яких піддаються Коли другу ста тичну частину 4 турбомашини легкій деформації в напрямку виходу з паза 8 у притискають в осьовому напрямку до першої стапорівнянні з їх нормальною робочою тичної частини 2 турбомашини (конфігурація, яка конфігурацією (Фіг.2). Таким чином, задній зазор відповідає нормальному стану - Фіг.2), гн учка проJ1'' знову збільшується в порівнянні з нормальною кладка 18, а точніше, її четверта вітка 36, робочою конфігурацією (J1''>J1'). піддається аксіальній деформації таким чином, що Гнучкість прокладки 18 дозволяє пристрою, що передній зазор J2' зменшується в порівнянні з ущільнює, 6 повертатися в нормальне робоче поконфігурацією ущільнювального пристрою у вільложення (Фіг.2) при зникненні аксіального розриву ному стані (J2'