RU2425269C1

RU2425269C1 - Procedure for fabrication of wire brush packing

Info

Publication number: RU2425269C1
Application number: RU2010106296/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Эльмирович Хижный (RU); Дмитрий Эльмирович Хижный; Валерий Александрович Гейкин (RU); Валерий Александрович Гейкин; Валерий Матвеевич Кутиков (RU); Валерий Матвеевич Кутиков; Владимир Яковлевич Орис (RU); Владимир Яковлевич Орис; Юрий Викторович Трухинов (RU); Юрий Викторович Трухинов; Анатолий Владимирович Федоринин (RU); Анатолий Владимирович Федоринин
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-07-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: procedure for fabrication of wire brush packing consists in winding wire on frame in successive layers, in cutting wound layers of wire with electron-beam or laser welding and in securing it between two fastening rings. External edges are welded on their ends. Further, the edges of fastening rings and pilot diameter of packing are finished. As a frame there is used a coil having through radial slits arranged along its perimetre on sides at a similar pitch; depth of slits exceeds height of winding. Wound wire is cut along slots forming wire segments with fritted ends. Further, wire segments are extracted from the coil and each is subjected to treatment to form a specified shape for facilitation of gap-free arrangement of wire segments between the fastening rings.

EFFECT: fabrication of wire brush packing of any required density of wire bristle, of specified inclined arrangement of wires; also, increased efficiency and reliability of brush packing.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления проволочных щеточных уплотнений с наклонным расположением уплотнительных проволочек, и может быть использовано в машинах и аппаратах для уплотнения вращающихся валов.The invention relates to the field of engineering, in particular to methods for manufacturing wire brush seals with an inclined arrangement of sealing wires, and can be used in machines and apparatus for sealing rotating shafts.

Известен способ изготовления проволочного щеточного уплотнения, при котором на каркас наматывают проволоку, разрезают проволоки и изгибают по требуемой форме щеточного уплотнения, а затем зажимают и крепят между двумя крепежными кольцами (пат. ФРГ №3606284, МПК F16J 15/16, 1985).A known method of manufacturing a wire brush seal, in which the wire is wound on a wire frame, the wires are cut and bent according to the desired shape of the brush seal, and then clamped and fastened between two mounting rings (US Pat. FRG No. 3606284, IPC F16J 15/16, 1985).

Известный способ не обеспечивает получения щеточного уплотнения с большим количеством слоев, что снижает эффективность всей конструкции.The known method does not provide a brush seal with a large number of layers, which reduces the efficiency of the entire structure.

Известен также способ изготовления проволочного щеточного уплотнения, при котором последовательно наматывают проволоку на каркас, разрезают намотанные слои, размещают их на крепежном кольце, производят сварку наружных кромок по торцам проволок и окончательную механическую обработку кромок боковых пластин и посадочного диаметра уплотнения (патент РФ №1462917, МПК F16J 15/16, 1987 г.).There is also known a method of manufacturing a wire brush seal, in which the wire is sequentially wound on the frame, the wound layers are cut, placed on a mounting ring, the outer edges are welded at the ends of the wires and the final machining of the edges of the side plates and the sealing diameter of the seal (RF patent No. 1462917, IPC F16J 15/16, 1987).

Недостатками этого способа являются отсутствие равномерности намотки и образование неоднородности щеточного уплотнения при обеспечении угла наклона проволочек уплотнения к радиусу. Кроме того, после резки концы проволочек перепутываются, за счет чего снижается эффективность уплотнения в целом.The disadvantages of this method are the lack of uniformity of winding and the formation of inhomogeneity of the brush seal while ensuring the angle of inclination of the seal wires to the radius. In addition, after cutting, the ends of the wires become entangled, thereby reducing the efficiency of the seal as a whole.

Наиболее близким к изобретению техническим решением по технической сущности является способ изготовления проволочного щеточного уплотнения, заключающийся в том, что последовательно слоями наматывают проволоку на каркас относительно оси его вращения, разрезают намотанные слои посредством электронно-лучевой или лазерной сварки, закрепляют между двумя крепежными кольцами, производят сварку наружных кромок по торцам проволок и окончательную обработку кромок крепежных колец и посадочного диаметра уплотнения (пат. РФ №2133396, MПК F16J 15/00, 1996 г.).Closest to the invention, the technical solution according to the technical essence is a method for manufacturing a wire brush seal, which consists in sequentially wrapping layers of wire on the frame relative to its rotation axis, cutting the wound layers by electron beam or laser welding, fixing between two mounting rings, producing welding of external edges at the ends of the wires and final processing of the edges of the fixing rings and the bore diameter of the seal (US Pat. RF No. 2133396, MPK F16J 15/00, 1996 g.).

Недостатками данного способа являются невозможность обеспечения равномерного расположения проволочек щеточного уплотнения по его длине, особенно в местах стыков секций, а также наличие зазоров между проволочками, увеличивающихся с увеличением ширины щеточного уплотнения. При изгибе секции в кольцо проволочки плотно прилегают друг к другу только по внутреннему диаметру. При увеличении диаметра уплотнения расстояние между проволочками увеличивается, что приводит к уменьшению плотности и снижает эффективность работы всего щеточного уплотнения, уменьшает угол наклона проволочек, а также приводит к уменьшению толщины уплотнения. В результате усилие зажима проволочек крепежными кольцами изменяется по радиусу, что снижает надежность всей конструкции.The disadvantages of this method are the inability to ensure a uniform arrangement of the wires of the brush seal along its length, especially at the joints of the sections, as well as the presence of gaps between the wires, increasing with increasing width of the brush seal. When bending sections into a ring, the wires fit snugly against each other only in inner diameter. With increasing diameter of the seal, the distance between the wires increases, which leads to a decrease in density and reduces the efficiency of the entire brush seal, reduces the angle of inclination of the wires, and also leads to a decrease in the thickness of the seal. As a result, the clamping force of the wires by the fixing rings varies in radius, which reduces the reliability of the entire structure.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности работы проволочного щеточного уплотнения, а также возможность изготовления щеточных уплотнений с наклонным расположением проволочек.The technical result of the invention is to increase the efficiency and reliability of the wire brush seal, as well as the possibility of manufacturing brush seals with an inclined arrangement of wires.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления проволочного щеточного уплотнения, заключающемся в том, что последовательно слоями наматывают проволоку на каркас относительно оси его вращения, разрезают намотанные слои посредством электронно-лучевой или лазерной сварки, закрепляют между двумя крепежными кольцами, производят сварку наружных кромок по торцам проволок и окончательную обработку кромок крепежных колец и посадочного диаметра уплотнения, в качестве каркаса используют катушку, выполненную с расположенными по ее периметру на боковых сторонах с одинаковым шагом сквозными радиальными прорезями, глубина которых превышает высоту намотки, разрезку намотанной проволоки осуществляют вдоль прорезей с образованием проволочных сегментов с оплавленными краями, после этого проволочные сегменты извлекают из катушки и боковые поверхности каждого из них подвергают обработке для получения заданной конфигурации, обеспечивающей беззазорную установку проволочных сегментов между двумя крепежными кольцами. Проволочные сегменты выставляют между крепежными кольцами в радиальном направлении или под углом к радиальному направлению.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a wire brush seal, which consists in sequentially wrapping layers of wire on the frame relative to the axis of rotation, cutting the wound layers by electron beam or laser welding, securing between two mounting rings, welding the outer edges along the ends of the wires and the final processing of the edges of the mounting rings and the bore diameter of the seal, a coil made with races is used as a frame end-to-end radial slots laid on its perimeter on the sides with the same pitch, the depth of which exceeds the winding height, the wound wire is cut along the slots to form wire segments with fused edges, after that the wire segments are removed from the coil and the side surfaces of each of them are processed for obtaining a predetermined configuration, providing gap-free installation of wire segments between two mounting rings. The wire segments are exposed between the mounting rings in the radial direction or at an angle to the radial direction.

Изобретение поясняется фигурами, где на:The invention is illustrated by figures, where:

фиг.1 - фрагмент технологического диска в виде катушки с прорезями;figure 1 is a fragment of a technological disk in the form of a reel with slots;

фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;figure 2 - section aa in figure 1;

фиг.3 в аксонометрии изображен проволочный сегмент щеточного уплотнения;figure 3 in a perspective view shows a wire segment of the brush seal;

фиг.4 показана установка проволочных сегментов на крепежных кольцах.figure 4 shows the installation of wire segments on the mounting rings.

В качестве каркаса используют катушку, выполненную из технологического диска, на торцевой поверхности которого выполнен паз с размерами, определяющими ширину щеточного уплотнения и ее высоту 20-30 мм. В зависимости от диаметра щеточного уплотнения наматывают при заданном натяжении проволоку виток к витку с бобин, количество которых равно ширине уплотнения, деленного на диаметр проволоки (намотку можно осуществлять и с одной бобины). По периметру катушки на ее боковых сторонах с одинаковым шагом выполнены сквозные радиальные прорези, глубина которых превышает высоту намотки. После намотки проволоки на высоту 20-30 мм электронно-лучевой или лазерной сваркой производят разрезку проволоки вдоль прорезей. При этом происходит оплавление проволоки с двух сторон прорези, что обеспечивает надежное крепление проволочек в каждом образовавшемся проволочном сегменте щеточного уплотнения. После этого проволочные сегменты извлекают из катушки и каждый из них подвергают механической отработке, например шлифованию, для получения заданной конфигурации, обеспечивающей беззазорную установку этих сегментов между двух крепежных колец. Проволочные сегменты могут быть выставлены как в радиальном направлении, так и под углом к радиальному направлению. После установки между колец проволочные сегменты обжимают с усилием, исключающим их смещение, обрезают рабочий и противоположный ему нерабочий торцы сегментов и затем нерабочие торцы сегментов сваривают с торцами крепежных колец.As a frame, a coil made of a technological disk is used, on the end surface of which a groove is made with dimensions that determine the width of the brush seal and its height 20-30 mm. Depending on the diameter of the brush seal, a wire is wound at a given tension to a coil of bobbins, the number of which is equal to the width of the seal divided by the diameter of the wire (winding can also be done from one bobbin). Along the perimeter of the coil on its sides with the same pitch, through radial slots are made, the depth of which exceeds the height of the winding. After winding the wire to a height of 20-30 mm by electron beam or laser welding, the wire is cut along the slots. In this case, the wire is melted from both sides of the slot, which ensures reliable fastening of the wires in each formed wire segment of the brush seal. After that, the wire segments are removed from the coil and each of them is subjected to mechanical testing, for example grinding, to obtain a predetermined configuration, ensuring the gap-free installation of these segments between two mounting rings. Wire segments can be set both in the radial direction and at an angle to the radial direction. After installation between the rings, the wire segments are crimped with a force excluding their displacement, the working and opposite non-working ends of the segments are cut off, and then the non-working ends of the segments are welded to the ends of the mounting rings.

Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention

Для изготовления проволочного щеточного уплотнения изготовлен технологический диск в виде катушки 1 из нержавеющей стали диаметром 170 мм. Катушка выполнена с проточкой 2 в торце технологического диска шириной 2 мм и глубиной 15 мм. По периметру катушки 1 на ее стенках 3 выполнено с одинаковым шагом двенадцать сквозных радиальных прорезей 4 глубиной 20 мм каждая. Катушку 1 установили на намоточный станок (на чертеже не показан) и намотали 2950 витков стальной проволоки диаметром 0,07 мм. Для исключения выпадения проволочных сегментов 5 после разрезания намотанной проволоки в канавку в качестве фиксатора ввели мочевину. Затем электронно-лучевой сваркой намотанную проволоку разрезали вдоль прорезей 4 на двенадцать проволочных сегментов 5. Для изготовления щеточного уплотнения наружным диаметром 200 мм и внутренним диаметром 180 мм изготовили сорок два сегмента длиной 40 мм, шириной 15 мм и толщиной 2 мм. Проволочные сегменты 5 шлифовали по боковым поверхностям 6 на угол 4°17. На крепежное кольцо 7 уложили проволочные сегменты 5, каждый под углом 40° к его радиусу, вплотную друг к другу и прижали вторым крепежным кольцом 8, получив тем самым цилиндрическую заготовку проволочного щеточного уплотнения. Затем полученную таким образом заготовку предварительно обработали по наружному диаметру в размер 204 мм электроэрозионной сваркой, зафиксировав воедино все его детали. После чего токарной обработкой получили требуемый наружный диаметр уплотнения - 200 мм и шлифовкой - внутренний диаметр уплотнения - 180 мм.For the manufacture of wire brush seals, a technological disk in the form of a coil 1 made of stainless steel with a diameter of 170 mm was made. The coil is made with a groove 2 at the end of the technological disk with a width of 2 mm and a depth of 15 mm. Along the perimeter of the coil 1 on its walls 3, twelve through radial slots 4 with a depth of 20 mm each are made with the same pitch. Coil 1 was installed on a winding machine (not shown in the drawing) and 2950 turns of steel wire with a diameter of 0.07 mm were wound. To exclude the loss of wire segments 5 after cutting the wound wire into the groove, urea was introduced as a retainer. Then, by electron beam welding, the wound wire was cut along slots 4 into twelve wire segments 5. To make a brush seal with an outer diameter of 200 mm and an inner diameter of 180 mm, forty-two segments were made with a length of 40 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 2 mm. The wire segments 5 were ground along the side surfaces 6 at an angle of 4 ° 17. Wire segments 5 were laid on the fixing ring 7, each at an angle of 40 ° to its radius, close to each other and pressed by the second fixing ring 8, thereby obtaining a cylindrical blank of the wire brush seal. Then, the preform thus obtained was pretreated with an outer diameter of 204 mm by electric discharge welding, fixing all its parts together. Then, by turning, the required outer diameter of the seal was 200 mm and by grinding, the inner diameter of the seal was 180 mm.

Таким образом, способ согласно изобретению позволяет изготавливать проволочные щеточные уплотнения с любой требуемой плотностью проволочной щетины, заданным наклонным расположением проволочек, а также повысить эффективность и надежность щеточного уплотнения.Thus, the method according to the invention allows the manufacture of wire brush seals with any desired density of the wire bristles, a given oblique arrangement of wires, as well as to increase the efficiency and reliability of the brush seal.

Claims

1. A method of manufacturing a wire brush seal, which consists in winding layers of wire on the frame relative to the axis of rotation, cutting the wound layers by electron beam or laser welding, fixing between two fastening rings, welding the outer edges at the ends of the wires and final processing of the edges of the mounting rings and the fit diameter of the seal, characterized in that as the frame using a coil made with located along its perimeter on the sides with the same pitch through radii Using slots with a depth exceeding the height of the winding, cut the wound wire along the grooves with the formation of wire segments with fused edges, after that the wire segments are removed from the coil and each of them is processed to obtain a given configuration, ensuring the gap-free installation of wire segments between the mounting rings.

2. A method of manufacturing a wire brush seal according to claim 1, characterized in that the wire segments are exposed between the mounting rings in the radial direction.

3. A method of manufacturing a wire brush seal according to claim 1, characterized in that the wire segments are exposed between the mounting rings at an angle to the radial direction.