RU2303139C2 - Устройство для негерметичного уплотнения - Google Patents

Abstract

Устройство для негерметичного уплотнения промежутка между статором и ротором газовой турбины содержит щеточное уплотнительное кольцо, расположенное в зоне хвостовиков направляющих лопаток статора и закрепленное на них с помощью спицевого центрирующего приспособления. Указанное приспособление содержит направляющие элементы, расположенные на щеточном уплотнительном кольце или на хвостовиках направляющих лопаток и взаимодействующие соответственно с хвостовиками направляющих лопаток или со щеточным уплотнительным кольцом. Спицевое центрирующее приспособление обеспечивает свободу относительного перемещения направляющих лопаток и щеточного уплотнительного кольца в радиальном направлении. Со стороны более низкого давления с радиальным отступом от вращающейся уплотняющей поверхности расположено опорное кольцо. Опорное кольцо выполнено за одно целое с хвостовиками направляющих лопаток и образует осевую уплотняющую опору для щетины. Указанное кольцо выполнено сегментированным и имеет в стыках между отдельными сегментами зазоры, которые имеются и у направляющих лопаток, соответственно сегментов направляющих лопаток в стыках между ними. Спицевое центрирующее приспособление выполнено проницаемым для давления, вследствие чего щеточное уплотнительное кольцо не нагружено давлением в осевом направлении, за исключением участка щетины, проходящего в радиальном направлении от уплотняющей поверхности до опорного кольца. Изобретение позволяет повысить надежность уплотнения за счет снижения трения и износа щеточного уплотнительного кольца, а также за счет уменьшения утечек на участке его осевой опорной поверхности. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для негерметичного уплотнения промежутка между статором и ротором турбомашины в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

В контексте настоящего изобретения под турбомашинами подразумеваются потребляющие мощность и отдающие мощность лопаточные машины со статором и ротором, такие как компрессоры, насосы и турбины. Предлагаемое в изобретении устройство предназначено для использования прежде всего в газовых турбинах по меньшей мере частично осевого типа, предназначенных для мобильного и стационарного применения, однако может использоваться, например, и в паровых турбинах. При этом конкретно речь идет об уплотнении на участке, расположенном радиально внутри собственно проточного канала между направляющими лопатками и ротором. В газотурбинной технике этот участок часто называют внутренним воздушным уплотнением.

Устройство указанного в начале описания типа для внутреннего воздушного уплотнения, имеющее относящееся к статору и закрепленное на хвостовиках направляющих лопаток с помощью спицевого центрирующего приспособления щеточное уплотнительное кольцо, которое во взаимодействии с цилиндрической поверхностью ротора образует обладающий определенной проницаемостью барьер для текучей среды, описано в заявке DE 19628559 А1. Преимущества, связанные с использованием спицевого центрирующего приспособления, проявляются прежде всего в тех конструкциях, в которых термические воздействия приводят к существенному изменению размеров соосно расположенных и соединенных друг с другом деталей и в результате к значительному изменению их взаимного положения друг относительно друга. Поскольку соседние детали могут подвергаться абсолютно различной термической нагрузке и иметь значительно различающиеся между собой показатели теплоемкости, одна из деталей может, например, расширяться раньше, быстрее или в большей степени по сравнению с другой, соседней с ней деталью. Спицевое центрирующее приспособление имеет по меньшей мере три равномерно распределенных по окружности охватываемой детали опоры, каждая из которых обладает некоторой радиальной относительной подвижностью. При этом исходят из того, что детали расширяются и сокращаются равномерно, т.е. изменение их размеров по существу не сопровождается изменением их формы. На практике подобное предположение во многих случаях по меньшей мере приблизительно соответствует действительности, при этом зазоры в опорах и некоторая упругость деталей позволяют компенсировать небольшие отклонения во взаимном расположении деталей. Опоры с одной поступательной степенью свободы могут быть выполнены, например, в виде комбинации типа сухарь-паз или палец-втулка. Детали, соединенные между собой с использованием принципа спицевого центрирования, не имеют возможности проворачивания друг относительно друга и остаются соосными при относительных изменениях их размеров (объема, диаметра). При этом можно обеспечить и осевую фиксацию деталей друг относительно друга. Так, например, в устройстве, описанном в указанной выше заявке DE 19628559 А1, со стороны более низкого рабочего давления предусмотрен выполненный в виде буртика или утолщения опорный элемент (9), к которому прижимается щеточное уплотнительное кольцо (поз.1 и 2) и который выполняет также уплотняющую функцию. Этот опорный элемент (9) уплотняет щеточное уплотнительное кольцо по радиально внешнему краю его торца, к большей части которого в результате прикладывается давление, равное разности между обоими рабочими давлениями. При этом поверхность торца щеточного уплотнительного кольца, к которой прикладывается подобное давление, проходит в радиальном направлении от вращающейся уплотняющей поверхности на внутренней детали (3) до опорного элемента (9). В такой конструкции щеточное уплотнительное кольцо и в конечном итоге сам опорный элемент могут при определенных условиях подвергаться воздействию значительного осевого усилия, которое рассчитывается умножением разности рабочих давлений на площадь указанной поверхности, нагруженной давлением, равным этой разности рабочих давлений. Подобным осевым усилием в сочетании с циклически повторяющимися радиальными относительными перемещениями щеточного уплотнительного кольца (поз.1) и опорного элемента (9) обусловлены в результате высокое трение в месте взаимного контакта этих деталей и их интенсивный износ (фреттинг-коррозия и иные проявления износа). Обычно при использовании внутренних воздушных уплотнений направляющие лопатки, которые крепятся к корпусу их радиально внешними концами, при контакте с горячими газами, нагреваясь, "удлиняются" радиально внутрь, т.е. в сторону щеточного уплотнительного кольца, а при охлаждении вновь "укорачиваются" радиально наружу. Подобный процесс удлинения-укорачивания направляющих лопаток повторяется каждый раз при их нагреве и охлаждении. Помимо высокого трения и износа этот циклически повторяющийся процесс может также приводить к нарушению "свободного" центрирования одной детали относительно другой, в результате чего при определенных условиях может произойти деформация щеточного уплотнительного кольца и тем самым измениться создаваемый им уплотняющий эффект.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать такое устройство для негерметичного уплотнения промежутка между имеющей форму венца направляющей решеткой и ротором турбомашины, выполненной по меньшей мере на отдельных участках осевого типа, которое при использовании принципа щеточного уплотнения со спицевым центрированием обладало бы значительно более высокими эксплуатационными характеристиками, обеспечиваемыми за счет уменьшения трения и износа, за счет центрирования деталей друг относительно друга в отсутствие реакций связи, а также за счет уменьшения вторичных утечек на участке осевой опорной поверхности щеточного уплотнительного кольца.

Эта задача решается в соответствии с изобретением в устройстве для негерметичного уплотнения промежутка между статором и ротором турбомашины, прежде всего газовой турбины, в зоне хвостовиков, относящихся к статору аксиально обтекаемых направляющих лопаток, которые образуют решетку в форме венца, расположенную концентрично относительно ротора, имеющем щеточное уплотнительное кольцо, закрепленное на этой решетке с помощью спицевого центрирующего приспособления, содержащего направляющие элементы, расположенные на щеточном уплотнительном кольце или на хвостовиках направляющих лопаток и взаимодействующие соответственно с хвостовиками направляющих лопаток или со щеточным уплотнительным кольцом с обеспечением свободы относительного перемещения направляющих лопаток и щеточного уплотнительного кольца в радиальном направлении, причем щетина щеточного уплотнительного кольца во взаимодействии с вращающейся цилиндрической уплотняющей поверхностью образует проницаемый барьер для текучей среды. Отличие предлагаемой в изобретении конструкции устройства уплотнения от известной конструкции заключается в том, что с той стороны уплотнения, с которой обычно преобладает более низкое рабочее давление, с радиальным отступом от вращающейся уплотняющей поверхности расположено опорное кольцо, которое образует осевую уплотняющую опору для щетины и выполнено за одно целое с хвостовиками направляющих лопаток и которое может быть выполнено сегментированным и тем самым иметь в стыках между отдельными сегментами зазоры, которые могут иметься и у направляющих лопаток, соответственно сегментов направляющих лопаток в стыках между ними, а спицевое центрирующее приспособление выполнено проницаемым для давления, вследствие чего к щеточному уплотнительному кольцу с обоих его торцов приложено одно и то же более высокое давление, т.е. это кольцо не нагружено давлением в осевом направлении, за исключением проходящего в радиальном направлении от уплотняющей поверхности до опорного кольца участка щетины.

В этом устройстве функцию уплотняющего опорного элемента для щетины со стороны более низкого рабочего давления выполняет расположенное радиально вблизи от вращающейся уплотняющей поверхности опорное кольцо, которое выполнено за одно целое с хвостовиками направляющих лопаток и в соответствии с этим уже более не является компонентом щеточного уплотнительного кольца. Выполнение спицевого центрирующего приспособления проницаемым для давления позволяет практически полностью исключить нагружение предлагаемого в изобретении устройства давлением в осевом направлении и тем самым избежать силового воздействия на него, поскольку давление, равное разности рабочих давлений, прикладывается лишь к небольшому по площади кольцевому участку щетины, расположенному между ротором и опорным кольцом. Учитывая, что ожидаемый износ щетины вблизи опорного кольца является незначительным и в принципе должен быть меньше по сравнению с ее износом вблизи вращающейся уплотняющей поверхности, степень износа щетины именно вблизи вращающейся уплотняющей поверхности является критерием, по которому судят о необходимости замены щеточного уплотнительного кольца. При этом исходят из того, что за исключением замены этого щеточного уплотнительного кольца ни ротор, ни хвостовики направляющих лопаток, включая выполненное за одно целое с ними опорное кольцо, не требуют соответствующего планово-предупредительного ремонта. В зависимости от того, выполнены ли все направляющие лопатки, образующие лопаточный венец, в виде цельной конструкции или они объединены в отдельные сегменты, соответственно выполнены в виде отдельных деталей, опорное кольцо также является либо цельным, либо сегментированным и тем самым имеет зазоры в стыках между отдельными его сегментами. Поскольку в процессе работы отдельные направляющие лопатки или их сегменты, в которые объединено небольшое количество лопаток, могут незначительно упруго деформироваться, подвергаясь скручиванию вокруг воображаемой радиальной оси, сегменты опорного кольца, примыкающие к хвостовикам соответствующих направляющих лопаток, также могут несколько поворачиваться вокруг этой же оси, образуя в результате уже не оптимально ровную, а слегка ступенчатую опорную поверхность с уступами, расположенными на стыках между отдельными сегментами. Щетина благодаря ее упругости позволяет скомпенсировать подобную "неровность" опорной поверхности без ухудшения уплотняющего эффекта. При этом следует отметить, что в устройствах известных из уровня техники конструкций (см., в частности, DE 19628559 А1) может происходить нежелательное просачивание текучей среды в сравнительно больших количествах через зазоры, образующиеся между подвергающимися скручиванию опорными сегментами и жестким щеткодержателем (появление так называемых вторичных утечек).

Поскольку в предлагаемом в изобретении устройстве давлением нагружен только очень небольшой по площади кольцевой участок щетины, остающийся на участке между уплотняющей поверхностью и опорным кольцом, на концы щетины и опорное кольцо действует лишь небольшое результирующее осевое усилие. Соответственно, в изобретении достигается технический результат, заключающийся в том, что спицевое центрирующее приспособление в осевом направлении не нагружено давлением, т.е. работает практически без трения и поэтому практически не подвержено износу.

В частном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства щетина щеточного уплотнительного кольца может быть зафиксирована с фрикционным замыканием между С-образным зажимным кольцом и сердечником с охватом последнего или зафиксирована с использованием присадочного материала в кольце-держателе путем сварки, пайки или склеивания, при этом свободно выступающий упругий участок щетины может быть наклонен к вращающейся уплотняющей поверхности под зависящим от направления вращения ротора углом, имеющим радиальную и тангенциальную компоненты.

Вокруг С-образного зажимного кольца может быть расположено охватывающее его по наружному периметру и удерживающее его цельное или состоящее из нескольких частей кольцо жесткости, которое с противоположной относительно опорного кольца стороны уплотнения может иметь выполненное за одно целое с ним и выступающее радиально внутрь вплоть до свободно выступающего участка щетины закрывающее кольцо, причем осевая фиксация С-образного зажимного кольца с геометрическим замыканием может обеспечиваться этим кольцом жесткости и/или выполненными в виде сухарей направляющими элементами спицевого центрирующего приспособления.

Предпочтителен вариант, в котором направляющие элементы расположены на щеточном уплотнительном кольце и выполнены в виде сухарей, подвижно установленных в радиальных пазах, имеющихся в хвостовиках направляющих лопаток, причем такие направляющие элементы либо могут быть соединены со щеточным уплотнительным кольцом с фрикционным замыканием, например зажимными винтами, с использованием присадочного материала и/или с геометрическим замыканием, например заклепками, либо могут быть сформированы на щеточном уплотнительном кольце путем его обработки, заключающейся в удалении материала, например, путем фрезерования.

Предлагаемое в изобретении устройство негерметичного уплотнения может быть снабжено сегментированным опорным кольцом для щетины щеточного уплотнительного кольца, имеющим в стыках между отдельными его сегментами зазоры, которые проходят наклонно к вращающейся уплотняющей поверхности под углом, имеющим радиальную компоненту и тангенциальную компоненту, направленную противоположно наклону находящейся в зоне соответствующего стыка щетины таким образом, что если смотреть в осевом направлении, щетина и имеющиеся в стыках между сегментами опорного кольца зазоры взаимно перекрещиваются предпочтительно под прямым углом.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых в упрощенном виде и без соблюдения масштаба показано:

на фиг.1 - фрагмент изображенной в продольном разрезе газовой турбины в зоне ее внутреннего воздушного уплотнения,

на фиг.2 - фрагмент показанных на фиг.1 уплотнительных элементов в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси газовой турбины,

на фиг.3 - изображенное в поперечном сечении щеточное уплотнительное кольцо с направляющим элементом,

на фиг.4 - фрагмент показанного на фиг.3 щеточного уплотнительного кольца в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси газовой турбины,

на фиг.5 - изображенное в поперечном сечении щеточное уплотнительное кольцо с кольцом жесткости и направляющими элементами,

на фиг.6 - фрагмент показанного на фиг.5 щеточного уплотнительного кольца в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси газовой турбины,

на фиг.7 - изображенное в поперечном сечении щеточное уплотнительное кольцо, выполненное в виде сварной конструкции, с направляющими элементами,

на фиг.8 - фрагмент показанного на фиг.7 щеточного уплотнительного кольца в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси газовой турбины, и

на фиг.9 - фрагмент показанных на фиг.1 уплотнительных элементов в зоне стыка между хвостовиками направляющих лопаток в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси газовой турбины.

На фиг.1 показано предлагаемое в изобретении устройство 1, расположенное на участке внутреннего воздушного уплотнения газотурбинного двигателя (ГТД). На этом чертеже показана, в частности, направляющая лопатка 2, система крепления которой к статору, т.е. к корпусу двигателя, на чертеже не показана, поскольку предполагается, что такая система крепления имеет известное исполнение. Слева и справа от направляющей лопатки 2, т.е. по ходу потока перед и за ней, расположены рабочие лопатки 8 и 9, являющиеся компонентами ротора 6. К этому ротору относится также вращающаяся вместе с ним цилиндрическая уплотняющая поверхность 7. Хвостовик 3 направляющей лопатки 2 проходит радиально внутрь, т.е. сверху вниз в плоскости чертежа, вплоть до собственно уплотнительного участка на роторе. В совокупности все направляющие лопатки 2, включая их хвостовики 3, образуют концентричный относительно ротора венец ориентированных в основном в радиальном направлении направляющих лопаток. В небольших газовых турбинах направляющие лопатки часто выполняют в виде цельной конструкции из неразъемно соединенных между собой лопаток, например в виде литой, соответственно сварной конструкции, а в более крупных машинах или двигателях несколько лопаток обычно объединяют в единый сегмент, формируя в этом случае лопаточный венец из нескольких таких сегментов. Зазоры в имеющихся между подобными сегментами лопаток стыках при необходимости закрывают соответствующими уплотнительными элементами. В особых случаях каждую направляющую лопатку можно выполнять в виде отдельной детали, что позволяет упростить сборку.

Предлагаемое в настоящем изобретении решение в принципе может использоваться при всех вышеописанных вариантах конструктивного исполнения лопаточного венца. В качестве неподвижного уплотнительного элемента предлагаемое в изобретении устройство имеет щеточное уплотнительное кольцо 10, которое крепится к хвостовикам 3 направляющих лопаток с помощью спицевого центрирующего приспособления 4. Устройство 1 отделяет пространство, в котором преобладает более высокое рабочее давление р1, от пространства, в котором преобладает более низкое рабочее давление р2. Со стороны более низкого давления с небольшим радиальным отступом А от уплотняющей поверхности 7 расположено выполненное за одно целое с хвостовиками 3 направляющих лопаток при определенных условиях сегментированное опорное кольцо 5 для щетины щеточного уплотнительного кольца 10. Поскольку спицевое центрирующее приспособление 4 выполнено проницаемым для давления, более высокое рабочее давление р1 воздействует и на правый торец щеточного уплотнительного кольца вплоть до места прилегания его щетины к опорному кольцу 5. При этом давлением, равным разности давлений р1 и р2, нагружен лишь исключительно небольшой по площади кольцевой участок В щетины, остающийся на участке между уплотняющей поверхностью 7 и опорным кольцом 5, в результате чего на концы щетины и опорное кольцо 5 действует лишь небольшое результирующее осевое усилие. Тем самым спицевое центрирующее приспособление 4 в осевом направлении не нагружено давлением, т.е. работает практически без трения и поэтому практически не подвержено износу.

На фиг.2 в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси турбины, более наглядно показаны уплотнительные элементы, изображенные лишь частично. При этом на чертеже показаны вращающаяся уплотняющая поверхность 7, наклоненная под углом α к ней в соответствии с направлением вращения ротора щетина 13, а также выполненный в виде сухаря направляющий элемент 22, который установлен в имеющемся в хвостовике 3 направляющей лопатки пазу 16 с возможностью радиального перемещения в нем. В другом варианте такой паз можно выполнить в щеточном уплотнительном кольце, а сухарь - на хвостовике направляющей лопатки.

На фиг.3 в увеличенном масштабе и в поперечном сечении показан фрагмент щеточного уплотнительного кольца 10 на участке направляющего элемента 22. В показанном на чертеже варианте речь идет о выполнении щеточного уплотнительного кольца с фрикционным замыканием, у которого его щетина 13 пропущена вокруг сердечника 19 и зафиксирована на нем С-образным зажимным кольцом 17. В соответствии с этим оба конца каждой щетинки прилегают на уплотнительном участке к ротору. Направляющий элемент 22, являющийся частью спицевого центрирующего приспособления, с фрикционным замыканием и с возможностью регулирования по положению зафиксирован на зажимном кольце 17 зажимным винтом 26.

На фиг.4 то же, что и на предыдущем чертеже, щеточное уплотнительное кольцо показано в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси турбины.

На фиг.5 показано щеточное уплотнительное кольцо 10, щеточный элемент которого стабилизирован разъемным кольцом 28 жесткости. Подобную конструкцию наиболее целесообразно использовать для щеточных уплотнительных колец большого диаметра, у которых узел, состоящий из зажимного кольца 18, сердечника 20 и щетины 14, не обладает достаточной собственной формоустойчивстью (жесткостью). Кольцо 28 жесткости охватывает по наружному периметру зажимное кольцо 18 и, будучи соединенным с ним с геометрическим замыканием, препятствует также его осевому смещению в обоих направлениях. Со стороны более высокого рабочего давления расположено выполненное за одно целое с кольцом жесткости закрывающее кольцо 29, которое на сравнительно большое расстояние выступает радиально внутрь и которое позволяет защитить щетину 14 главным образом от воздействия создаваемых при вращении ротора вихревых потоков. В рассматриваемом варианте направляющие элементы 23 и 24 спицевого центрирующего приспособления закреплены заклепкой 27, которая скрепляет также между собой обе части кольца 28 жесткости. При соответствующем конструктивном исполнении направляющие элементы 23, 24 можно выполнить поворачивающимися вокруг оси заклепки, что позволяет повысить подвижность спицевого центрирующего приспособления и сделать более легким его ход. В принципе существует также возможность выполнить кольцо жесткости лишь с такой осевой протяженностью, которая соответствует осевой протяженности зажимного кольца, а для осевой фиксации щеточного элемента использовать направляющие элементы, соответственно удлинив их радиально внутрь на необходимую величину. Этот вариант в большей степени соответствует облегченной конструкции. В зависимости от характеристик зональных (локальных) потоков существует возможность отказаться во многих случаях от применения закрывающего кольца. Так, в частности, в соответствии еще с одним вариантом с одной стороны щеточного уплотнительного кольца можно в качестве осевого упора для щеточного элемента предусмотреть уступ на кольце жесткости, а с другой стороны для выполнения этой же функции удлинить радиально внутрь направляющие элементы на соответствующую величину.

На фиг.6 - то же, что и на фиг.5, устройство показано в проекции на плоскость, перпендикулярную его продольной оси.

На фиг.7 показано щеточное уплотнительное кольцо 10, щетина 15 которого закреплена не или по меньшей мере не только с фрикционным замыканием, а встроена в кольцо-держатель, будучи неразъемно соединенной с ним присадочным материалом с образованием сварного шва 30. Аналогичное неразъемное соединение можно также получить пайкой или склеиванием, однако в этом случае такое соединение при определенных условиях будет обладать пониженной термостойкостью. В рассматриваемом варианте расположенные по обе стороны щетины направляющие элементы 25 образованы на самом кольце-держателе 21 за счет удаления части его материала, например фрезерованием или электрохимической обработкой.

На фиг.8 - то же, что и на предыдущем чертеже, устройство также показано в проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси турбины.

На фиг.9 показан вариант, в котором между хвостовиками направляющих лопаток имеются стыки, т.е. вариант с объединенными в сегменты или выполненными в виде отдельных деталей направляющими лопатками. На этом чертеже показаны, в частности, хвостовики 3 двух соседних направляющих лопаток с имеющимся в стыке между ними зазором 31, который продолжается и в опорном кольце 5, локально прерывая его сплошность. При этом щетина 13 наклонена под углом α к вращающейся уплотняющей поверхности 7, а точнее к локальной касательной, проведенной к этой поверхности. Во избежание застревания или защемления щетины 13 в образованном в стыке между хвостовиками лопаток зазоре 31 при ее перемещении относительно него этот зазор, который в остальном ориентирован в радиальном направлении, на участке, на котором расположена щетина, проходит наклонно под углом β, величину которого предпочтительно подбирать с таким расчетом, чтобы указанный зазор под прямым углом перекрещивался с отклоненной под углом а щетиной. Если соблюдение подобного условия сопряжено с возникновением определенных проблем, связанных с установкой направляющих лопаток при выполнении сборочных операций, то имеющийся между их хвостовиками стык на участке расположения щетины можно также отклонить на меньший угол относительно его ориентированного в радиальном направлении участка, соответственно выполнить полностью проходящим в радиальном направлении.

В заключение следует отметить, что щетина может располагаться в щеточном уплотнительном кольце не только преимущественно в радиальном направлении, но и в осевом направлении и иметь в этом случае загнутые в радиальном направлении свободные концы (образуя щеточное уплотнение с изогнутой щетиной).

Claims (7)

1. Устройство для негерметичного уплотнения промежутка между статором и ротором турбомашины, прежде всего газовой турбины, в зоне хвостовиков относящихся к статору аксиально обтекаемых направляющих лопаток, которые образуют решетку в форме венца, расположенную концентрично относительно ротора, имеющее щеточное уплотнительное кольцо, закрепленное на этой решетке с помощью спицевого центрирующего приспособления, содержащего направляющие элементы, расположенные на щеточном уплотнительном кольце или на хвостовиках направляющих лопаток и взаимодействующие соответственно с хвостовиками направляющих лопаток или со щеточным уплотнительным кольцом с обеспечением свободы относительного перемещения направляющих лопаток и щеточного уплотнительного кольца в радиальном направлении, причем щетина щеточного уплотнительного кольца во взаимодействии с вращающейся цилиндрической уплотняющей поверхностью образует проницаемый барьер для текучей среды, отличающееся тем, что с той стороны уплотнения, с которой обычно преобладает более низкое рабочее давление (р2), с радиальным отступом (А) от вращающейся уплотняющей поверхности (7) расположено опорное кольцо (5), которое образует осевую уплотняющую опору для щетины (13, 14, 15) и выполнено за одно целое с хвостовиками (3) направляющих лопаток и которое может быть выполнено сегментированным и тем самым иметь в стыках между отдельными сегментами зазоры (31), которые могут иметься и у направляющих лопаток (2), соответственно сегментов направляющих лопаток в стыках между ними, а спицевое центрирующее приспособление (4) выполнено проницаемым для давления, вследствие чего к щеточному уплотнительному кольцу (10) с обоих его торцов приложено одно и то же более высокое давление (р1), то есть это кольцо не нагружено давлением в осевом направлении, за исключением проходящего в радиальном направлении от уплотняющей поверхности (7) до опорного кольца (5) участка (В) щетины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что щетина щеточного уплотнительного кольца (10) с фрикционным замыканием зафиксирована между С-образным зажимным кольцом (17, 18) и сердечником (19, 20) с охватом последнего или с использованием присадочного материала зафиксирована в кольце-держателе (21) сваркой (30), пайкой или склеиванием, при этом свободно выступающий упругий участок щетины наклонен к вращающейся уплотняющей поверхности (7) под зависящим от направления вращения ротора углом (α), имеющим радиальную и тангенциальную компоненты.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что направляющие элементы (22-25) расположены на щеточном уплотнительном кольце и выполнены в виде сухарей, подвижно установленных в радиальных пазах (16), имеющихся в хвостовиках (3) направляющих лопаток, причем направляющие элементы (22-25) либо соединены со щеточным уплотнительным кольцом (10) с фрикционным замыканием, например зажимными винтами (26), с использованием присадочного материала и/или с геометрическим замыканием, например заклепками (27), либо сформированы на щеточном уплотнительном кольце (10) путем его обработки, заключающейся в удалении материала, например, путем фрезерования.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вокруг С-образного зажимного кольца (18) расположено охватывающее его по наружному периметру и удерживающее его цельное или состоящее из нескольких частей кольцо (28) жесткости, которое с противоположной относительно опорного кольца (5) стороны уплотнения может иметь выполненное за одно целое с ним и выступающее радиально внутрь вплоть до свободно выступающего участка щетины (14) закрывающее кольцо (29), при этом осевая фиксация С-образного зажимного кольца (18) с геометрическим замыканием обеспечивается этим кольцом (28) жесткости и/или выполненными в виде сухарей направляющими элементами спицевого центрирующего приспособления.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что щеточное уплотнительное кольцо имеет С-образное зажимное кольцо (18), вокруг которого расположено охватывающее его по наружному периметру и удерживающее его цельное или состоящее из нескольких частей кольцо (28) жесткости, которое с противоположной относительно опорного кольца (5) стороны уплотнения может иметь выполненное за одно целое с ним и выступающее радиально внутрь вплоть до свободно выступающего участка щетины (14) закрывающее кольцо (29), при этом осевая фиксация С-образного зажимного кольца (18) с геометрическим замыканием обеспечивается этим кольцом (28) жесткости и/или выполненными в виде сухарей направляющими элементами спицевого центрирующего приспособления.

6. Устройство по пп.1, 2, 4 или 5, отличающееся тем, что оно снабжено сегментированным опорным кольцом для щетины щеточного уплотнительного кольца, имеющим в стыках между отдельными его сегментами зазоры (31), которые проходят наклонно к вращающейся уплотняющей поверхности (7) под углом (β), имеющим радиальную компоненту и тангенциальную компоненту, направленную противоположно наклону находящейся в зоне соответствующего стыка щетины (13) таким образом, что если смотреть в осевом направлении, щетина (13) и имеющиеся в стыках между сегментами опорного кольца зазоры (31) взаимно перекрещиваются предпочтительно под прямым углом.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено сегментированным опорным кольцом для щетины щеточного уплотнительного кольца, имеющим в стыках между отдельными его сегментами зазоры (31), которые проходят наклонно к вращающейся уплотняющей поверхности (7) под углом (β), имеющим радиальную компоненту и тангенциальную компоненту, направленную противоположно наклону находящейся в зоне соответствующего стыка щетины (13) таким образом, что если смотреть в осевом направлении, щетина (13) и имеющиеся в стыках между сегментами опорного кольца зазоры (31) взаимно перекрещиваются предпочтительно под прямым углом.

Images