PL190652B1 - Uszczelka złożona - Google Patents

Abstract

1. Uszczelka zlozona, znamienna tym, ze zawiera pierscien uszczelniajacy (22) o serpentynowym przekroju poprzecznym, posiadajacy obwodowe rozszczepienie two-- rzace w nim szczeline (24), lukowy mos-- tek (26) przechodzacy promieniowo ponad szczelina (24), posiadajacy serpentynowy przekrój poprzeczny, przystajacy do pierscie- nia uszczelniajacego (22) i majacy zagniez- dzony kotwiacy koniec (28) z pierscieniem uszczelniajacym (22) po jednej stronie szcze-- liny (24), oraz majacy przeciwny suwliwy koniec (30) umieszczony suwliwie w pierscie- niu uszczelniajacym (22) po przeciwnej stronie szczeliny (24), przy czym mostek (26) jest pola- czony z pierscieniem uszczelniajacym (22) tylko poprzez tarcie, z wiekszym tarciem na koncu kotwiacym (28) powstrzymujacym zróz- nicowane obwodowe przemieszczenia, i z mnie- jszym tarciem na suwliwym koncu (30) umoz- liwiajacym zróznicowane obwodowe prze- mieszczenia. FIG. 4 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest uszczelka złożona, stosowana zwłaszcza w silnikach turbogazowych.

Silnik turbogazowy jest zespołem różnych części składowych kierownicy i wirnika, w którym potrzebne są różne rodzaje uszczelek zapobiegających niepożądanym przeciekom gorących spalin lub sprężonego powietrza.

Dla poosiowe przylegających części kierownicy typowo stosuje się uszczelkę pierścieniową, która zostaje poosiowo ściśnięta między nimi. Uszczelka pierścieniowa może być pełnoobwodowym elementem 360°, lub może być rozszczepiona w jednym miejscu na obwodzie, dla wyeliminowania obwodowych obciążeń i naprężeń. Rozszczepiona uszczelka jest promieniowo elastyczna, dzięki czemu może swobodnie rozszerzać się z przyległą częścią

190 652 kierownicy bez obwodowego ograniczenia lub naprężenia, jakie z tego wynikają. Uszczelki pierścieniowe są również elastyczne poosiowo, dzięki czemu można je wstępnie ścisnąć poosiowo pomiędzy przyległymi częściami, dla utworzenia między nimi uszczelnienia.

Uszczelki pierścieniowe mogą mieć różne przekroje poprzeczne, na przykład w kształcie E lub W. Kształty te zapewniają potrzebną elastyczność poosiową prowadzącą do dobrego uszczelnienia wokół obwodu uszczelki pierścieniowej. Jednakże obwodowe rozszczepienie przerywa pierścień tworząc szczelinę, która choć mała, jest miejscem przecieków.

W innej wersji uszczelka pierścieniowa posiada obwodowy segment, który przechodzi ponad obwodową szczeliną zmniejszając lub eliminując przeciekanie. Ponieważ taka ślizgowa uszczelka składa się z dwóch części, jest odpowiednio bardziej złozona i kosztowna w produkcji. Segment uszczelki musi być stosownie połączony z pierścieniem uszczelniającym, aby zawsze przechodził ponad obwodową szczeliną. Typowo, segment ten jest spajany z pierścieniem, co dodatkowo zwiększa złożoność konstrukcji i koszt, a także wprowadza strefy ulegające rozgrzaniu. Połączenie spajane powoduje z konieczności spiętrzenie naprężeń, które musi być złagodzone aby zapobiec niepożądanemu skróceniu trwałości uszczelki ślizgowej.

Celem wynalazku jest opracowanie uszczelki złożonej, w której wyeliminowane jest spajanie bądź inne spiętrzenie mechanicznych naprężeń, a także uproszczona jest jej konstrukcja i wytwarzanie.

Uszczelka złozona według wynalazku charakteryzuje się tym, ze zawiera pierścień uszczelniający o serpentynowym przekroju poprzecznym, posiadający obwodowe rozszczepienie tworzące w nim szczelinę, łukowy mostek przechodzący promieniowo ponad szczeliną, posiadający serpentynowy przekrój poprzeczny, przystający do pierścienia uszczelniającego i mający zagnieżdżony kotwiący koniec z pierścieniem uszczelniającym po jednej stronie szczeliny, oraz mający przeciwny suwliwy koniec umieszczony suwliwie w pierścieniu uszczelniającym po przeciwnej stronie szczeliny, przy czym mostek jest połączony z pierścieniem uszczelniającym tylko poprzez tarcie, z większym tarciem na końcu kotwiącym powstrzymującym zróżnicowane obwodowe przemieszczenia, i z mniejszym tarciem na suwliwym końcu umożliwiającym zróżnicowane obwodowe przemieszczenia.

Korzystnie pierścień uszczelniający i mostek są symetryczne w serpentynowym przekroju poprzecznym, w którym są również elastycznie ściśliwe.

Korzystnie pierścień uszczelniający zawiera parę przeciwnych łuków wspólnie tworzących serpentynowy przekrój poprzeczny oraz stanowiących powierzchnie uszczelniające dla sąsiednich elementów.

Korzystnie pierścień uszczelniający i mostek są blachami wspólnie zagnieżdżonymi o zasadniczo identycznym serpentynowym przekroju poprzecznym.

Korzystnie mostkowy koniec kotwiący zachodzi obwodowo na pierścień uszczelniający na większym wymiarze niż suwliwy koniec mostka.

Korzystnie mostkowy koniec kotwiący zachodzi obwodowo na pierścień uszczelniający na więcej niż ćwierci okręgu, a suwliwy koniec mostka zachodzi na pierścień uszczelniający na mniej niz ćwierci okręgu.

Korzystnie mostek jest ukształtowany z pierścienia posiadającego obwodowe rozszczepienie tworzące szczelinę mostka.

Korzystnie szczelina mostka jest umieszczona w obwodowym sąsiedztwie szczeliny pierścienia uszczelniającego.

Korzystnie szczelina mostka jest umieszczona w ćwierci okręgu, gdzie występuje szczelina pierścienia uszczelniającego.

Korzystnie pierścień uszczelniający i mostek posiadają liczne promieniowo otwarte szczeliny tworzące elastycznie ściśliwy przekrój poprzeczny.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podparcie dyszy turbiny silnika turbogazowego zawierające złożoną uszczelkę mostkową zgodną z przykładem wykonania obecnego wynalazku, w powiększonym przekroju poosiowym, fig. 2 - uszczelkę mostkową według fig. 1, oddzielnie, w rzucie z góry, fig. 3 - zagnieżdżony mostek i pierścień uszczelniający wraz z obwodowymi szczelinami, jako powiększony fragment oznaczony linią przerywaną 3 na fig. 2, w częściowym przekroju,

190 652 fig. 4 - alternatywny przykład wykonania złozonej uszczelki mostkowej według wynalazku, w przekroju poprzecznym.

Na figurze 1 pokazano część przykładowej dyszy turbiny wysokiego ciśnienia 10 w lotniczym silniku turbogazowym, która może być uszczelniona zgodnie z obecnym wynalazkiem. W dyszy występują liczne rozmieszczone na obwodzie dyszowe łopatki 12, z pokazaną tylko częścią promieniowo wewnętrzną, która obraca i przyspiesza gorące spaliny 14 dopływaj ące z umieszczonej przed nimi komory spalania (nie pokazano). Łopatki 12 połączono do promieniowo wewnętrznego opasania 16, które z kolei zamontowano do pierścieniowego kołnierza podtrzymującego 18.

Dla szczelnego połączenia wewnętrznego opasania 16 dyszy do kołnierza podtrzymującego 18 ściśnięto elastycznie poosiowe między nimi pierścieniową złozoną mostkową uszczelkę 20 zgodną z korzystnym przykładem wykonania wynalazku, która zmniejsza lub powstrzymuje promieniowy przeciek.

Zastosowanie uszczelki 20 pokazane na fig. 1 jest jednym z wielu, jakie mogą występować w znanym silniku turbogazowym. Obecny wynalazek dotyczy ulepszeń samej uszczelki 20, która poza tym jest tradycyjnie stosowana w wielu odpowiednich miejscach w silniku turbogazowym, lub w innym urządzeniu.

Na figurze 1 pokazano uszczelkę 20 zamontowaną, na fig. 2 pokazano uszczelkę 20 oddzielnie i jako zespół części, w którym występuje pierścień uszczelniający 22 z pojedynczym obwodowym rozszczepieniem tworzącym obwodową szczelinę 24, i łukowy mostek 26 przechodzący obwodowo ponad szczeliną 24 pierścienia, zapobiegając w tym miejscu przeciekom. Jak pokazano na fig. 1, przekrój poprzeczny pierścienia uszczelniającego 22 tworzy kształt serpentynowy, a przekrój poprzeczny mostka 26 tworzy przystający kształt serpentynowy, który może przyjmować dowolną konwencjonalną postać dla poosiowego uszczelnienia sąsiadujących ze sobą części kierownicy.

Jak dokładniej pokazano na fig. 2 i 3, mostek 26 posiada blizszy koniec kotwiący 28, który spoczywa lub obwodowo otacza pierścień uszczelniający 22 po jednej stronie szczeliny 24. Mostek 26 również posiada przeciwny dalszy suwliwy koniec 30, który także spoczywa lub obwodowo otacza pierścień uszczelniający 22 po przeciwnej stronie szczeliny 24.

Zgodnie z obecnym wynalazkiem mostek 26 współpracuje z pierścieniem uszczelniającym 22 tarciowo, z większym tarciem w końcu kotwiącym 28 dla powstrzymania łub zapobieżenia zróżnicowanemu przemieszczeniu między nimi, i z mniejszym tarciem w suwliwym końcu 30 dla umożliwienia zasadniczo niepowstrzymywanego zróżnicowanego przemieszczenia między nimi. Pierścień uszczelniający 22 może uszczelniać przyległe elementy w tradycyjny sposób, przy zamknięciu szczeliny obwodowej 24 przez mostek 26 dla powstrzymania między nimi przecieków. W ten sposób mostek 26 tworzy w szczelnie 24 pierścienia połączenie przesuwne, umożliwiające nieograniczone rozszerzanie i kurczenie się pierścienia uszczelniającego 22, przy jednoczesnym uszczelnieniu szczeliny 24.

Co najważniejsze, pomiędzy pierścieniem 22 i mostkiem 26 nie jest potrzebne spawanie, lutowanie lub inne łączenie mechaniczne, które mogłoby zwiększyć złożoność konstrukcji i wprowadzać niepożądany wzrost naprężeń. Mostek 26 i pierścień uszczelniający 22 łączą się w wyniku wprowadzenia układu gniazdowego tylko na zasadzie tarcia.

Jak pokazano na fig. 1, pierścień uszczelniający 22 i mostek 26 tworzą w poprzecznym przekroju przystające kształty serpentynowe, które są promieniowo symetryczne i elastycznie ściśliwe w kierunku poosiowym, pomiędzy wewnętrznym opasaniem 16 i sąsiadującym kołnierzem podtrzymującym 18, w kieszeni między nimi specjalnie dostosowanej do tego celu.

Pierścień uszczelniający 22 i mostek 26 posiadają parę promieniowo wystających i poosiowo przeciwnych łuków 32, które wspólnie tworzą serpentynowy przekrój oraz powierzchnie uszczelniające w zetknięciu z sąsiednimi elementami opasaniem 16 i kołnierzem 18. Przeciwne łuki 32 utworzono przez liczne promieniowo otwarte szczeliny lub rowki 34 dające elastycznie ściśliwy przekrój w kierunku poosiowym. Uszczelka 20 jest zatem elastyczna poosiowo, lecz promieniowo sztywna w poprzecznym przekroju, co wynika z serpentynowego układu o kształcie generalnie czapowym.

Zagnieżdżony pierścień uszczelniający 22 i mostek 26 pokazane na fig. 1 wykonano z cienkiej blachy stalowej, z nałożeniem jednego elementu na drugi w zasadniczo identycz190 652 nych przekrój ach serpentynowych. Blacha jest elastyczna i daje się, za pomocą znanych urządzeń, łatwo formować w serpentynowy kształt pokazany na fig. 1.

Jak pokazano na fig. 2, mostkowy koniec kotwiący 28 obwodowo spoczywa lub otacza pierścień uszczelniający 22 w większym stopniu niz suwliwy koniec 30 mostka 26, dla tarciowego osadzenia końca kotwiącego 28, umożliwiając jednocześnie przesuw suwliwego końca 30 względem pierścienia uszczelniającego 22 przy promieniowym rozszerzeniu lub skurczeniu.

W korzystnym przykładzie wykonania mostkowy koniec kotwiący 28 obwodowo otacza pierścień uszczelniający 22 na łuku większym od ćwiartki okręgu, a suwliwy koniec 30 mostka 26 na łuku mniejszym od ćwiartki okręgu. Ponieważ mostek 26 zamocowano do pierścienia uszczelniającego 22 i jego zagnieżdżonego zespołu wyłącznie tarciowo, występowanie nadmiernego tarcia na suwliwym końcu 30 jest niepożądane, gdyż mogłoby ograniczać zasadniczo niepowstrzymywane rozszerzanie lub kurczenie pierścienia uszczelniającego 22 przy zwiększeniu lub zmniejszeniu rozmiaru końcowej szczeliny 24.

W korzystnym przykładzie zilustrowanym na fig. 2 mostek 26 przyjmuje postać drugiego pełnego pierścienia posiadającego drugie obwodowe rozszczepienie tworzące szczelinę 36 mostka 26, dokładniej pokazaną na fig. 3. W tym układzie uszczelka 20 ma budowę dwuwarstwową w której pierścień 22 i mostek 26 zajmują zasadniczo po 360°, lecz posiadają końcowe szczeliny 24, 36.

W takim dwuwarstwowym układzie szczelina 36 mostka 26 znajduje się na obwodzie obok szczeliny 24 pierścienia 22 w zakresie jednej sąsiedniej ćwiartki w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, jak pokazano, lub w kierunku przeciwnym. Dzięki temu obwodowy zasięg suwliwego końca 30 jest stosunkowo krótki między dwiema szczelinami 24, 36 dla zapewnienia zasadniczo niepowstrzymywanego przesuwnego przemieszczenia pomiędzy suwliwym końcem 30 i sąsiednim pierścieniem uszczelniającym 22.

Odpowiednio, mostkowy koniec kotwiący 28 zajmuje przynajmniej trzy ćwiartki i część ćwiartki czwartej, dla zwiększenia tarciowego oddziaływania z pierścieniem uszczelniającym 22 i zapobieżenia zróżnicowanemu obwodowemu przemieszczeniu podczas pracy. Jedyne zróżnicowane przemieszczenie obwodowe pomiędzy mostkiem 26 i pierścieniem uszczelniającym 22 występuje na suwliwym końcu 30.

Dwuwarstwowa uszczelka 20 może być z łatwością wytwarzana na znanych urządzeniach, gdzie pierścień uszczelniający 22 i mostek 26 wstępnie mają serpentynowy przekrój z wyrównanymi względem siebie końcowymi szczelinami 24, 36. Następnie obraca się pierścień 22 i mostek 26 względem siebie odpowiednią siłą obwodową, do obwodowego rozdzielenia końcowych szczelin 24, 36 i uzyskania pełnego pierścienia pomiędzy zagnieżdżonymi częściami. Ponieważ uszczelka 20 podczas pracy przenosi tylko poosiowe obciążenia ściskające występuje tu tylko niewielka lub nie występuje żadna siła obwodowa, jaka mogłaby zmienić wzajemne położenie szczelin 24, 36.

Utrzymanie zmontowanego pierścienia uszczelniającego 22 i mostka 26 zapewnia samo tarcie, umożliwiające jednocześnie zasadniczo niepowstrzymywane promieniowe rozszerzanie i kurczenie uszczelki 20, co zapobiega powstawaniu niepożądanych naprężeń. Ponieważ pierścień 22 i mostek 26 są zwyczajnie zagnieżdżone ze sobą bez spawania, lutowania lub innego łączenia mechanicznego, uzyskany zespół jest stosunkowo prosty i wolny od naprężeń, które w przeciwnym razie mogłyby zmniejszyć wytrzymałość.

Jak podano powyżej, uszczelka 20 może mieć dowolny tradycyjny przekrój poprzeczny i wciąż będzie dawać korzyści wynikające z tarciowego zagnieżdżenia. Przykładowo, na fig. 4 pokazano alternatywny przykład wykonania uszczelki oznaczonej 38, posiadającej tradycyjny przekrój poprzeczny o kształcie E lub W. Pomimo pewnego zróżnicowania poprzecznego układu uszczelki 38 na fig. 4 względem układu uszczelki 20 na fig. 1, do oznaczenia tych samych części zastosowano te same odnośniki, włączając w to pierścień uszczelniający 22 i mostek 26 utworzone przez różne wersje łuków 32 i promieniowych rowków 34.

Pokazana na fig. 2 obwodowa szczeliny 24 mogłaby być zasłonięta w mostku 26 uszczelki 20, a odpowiadająca jej szczelina pierścienia dla uszczelki 38 pokazana na fig. 4 mogłaby być odsłonięta. Odpowiednio, szczelina mostka 36 dla uszczelki 20 pokazanej na

190 652 fig. 2 jest odsłonięta, a odpowiadająca szczelina mostka dla uszczelki 38 na fig. 4 mogłaby być zasłonięta przez uszczelkę pierścieniową 22.

W obu przykładach pierścień uszczelniający 22 tworzy zewnętrzną warstwę, która styka się z częściami wewnętrznego opasania 16 i kołnierza podtrzymującego dla zapewnienia uszczelnień. Mostki, zastosowane tu jedynie dla mostkowania pierścienia uszczelniającego oraz szczelin 24, normalnie nie tworzą uszczelnienia z sąsiednim opasaniem 16 oraz kołnierzem 18.

Pierścień uszczelniający 22 i mostek 26 mogą mieć inny układ w przekroju poprzecznym tworzącym uszczelnienie, z utrzymaniem obu tych części jedynie poprzez tarcie dla umożliwienia niepowstrzymywanego zróżnicowanego cieplnego rozszerzania i kurczenia się pierścienia uszczelniającego podczas pracy.

190 652

FIG. 3

190 652

FIG. 4

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Uszczelka złożona, znamienna tym, ze zawiera pierścień uszczelniający (22) o serpentynowym przekroju poprzecznym, posiadający obwodowe rozszczepienie tworzące w nim szczelinę (24), łukowy mostek (26) przechodzący promieniowo ponad szczeliną (24), posiadający serpentynowy przekrój poprzeczny, przystający do pierścienia uszczelniającego (22) i mający zagnieżdżony kotwiący koniec (28) z pierścieniem uszczelniającym (22) po jednej stronie szczeliny (24), oraz mający przeciwny suwliwy koniec (30) umieszczony suwliwie w pierścieniu uszczelniającym (22) po przeciwnej stronie szczeliny (24), przy czym mostek (26) jest połączony z pierścieniem uszczelniającym (22) tylko poprzez tarcie, z większym tarciem na końcu kotwiącym (28) powstrzymującym zróżnicowane obwodowe przemieszczenia, i z mniejszym tarciem na suwliwym końcu (30) umożliwiającym zróżnicowane obwodowe przemieszczenia.
2. 2. Uszczelka według zastrz. 1, znamienna tym, że pierścień uszczelniający (22) i mostek (26) są symetryczne w serpentynowym przekroju poprzecznym, w którym są również elastycznie ściśliwe.
3. 3. Uszczelka według zastrz. 2, znamienna tym, że pierścień uszczelniający (22) zawiera parę przeciwnych łuków (32) wspólnie tworzących serpentynowy przekrój poprzeczny oraz stanowiących powierzchnie uszczelniające dla sąsiednich elementów¹.
4. 4. Uszczelka według zastrz. 3, znamienna tym, że pierścień uszczelniający (22) i mostek (26) są blachami wspólnie zagnieżdżonymi o zasadniczo identycznym serpentynowym przekroju poprzecznym.
5. 5. Uszczelka według zastrz. 2, znamienna tym, że mostkowy koniec kotwiący (28) zachodzi obwodowo na pierścień uszczelniający (22) na większym wymiarze niż suwliwy koniec (30) mostka (26).
6. 6. Uszczelka według zastrz. 5, znamienna tym, że mostkowy koniec kotwiący (28) zachodzi obwodowo na pierścień uszczelniający (22) na więcej niż ćwierci okręgu, a suwliwy koniec (30) mostka zachodzi na pierścień uszczelniający (22) na mniej niż ćwierci okręgu.
7. 7. Uszczelka według zastrz. 5, znamienna tym, ze mostek (26) jest ukształtowany z pierścienia posiadającego obwodowe rozszczepienie tworzące szczelinę (36) mostka.
8. 8. Uszczelka według zastrz. 7, znamienna tym, że szczelina (36) mostka jest umieszczona w obwodowym sąsiedztwie szczeliny (24) pierścienia uszczelniającego (22).
9. 9. Uszczelka według zastrz. 8, znamienna tym, że szczelina (36) mostka jest umieszczona w ćwierci okręgu, gdzie występuje szczelina (24) pierścienia uszczelniającego (22).
10. 10. Uszczelka według zastrz. 9, znamienna tym, że pierścień uszczelniający (22) i mostek (26) posiadają liczne promieniowo otwarte szczeliny tworzące elastycznie ściśliwy przekrój poprzeczny.