RU2433323C2

RU2433323C2 - Seal

Info

Publication number: RU2433323C2
Application number: RU2010102552/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Грибановский (RU); Владимир Александрович Грибановский; Виктор Леонидович Юрьев (RU); Виктор Леонидович Юрьев; Валерий Александрович Гейкин (RU); Валерий Александрович Гейкин
Original assignee: Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ)
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-11-10
Also published as: RU2010102552A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed seal assembly is made up of flexible elastic elements arranged between annular plates and rigidly coupled therewith on a portion of surface. Note here that flexible sealing elements are made from sheet material, for example, foil, to make disk with central bore to contact shaft.

EFFECT: higher reliability.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям уплотнения вращающихся валов и роторов газотурбинных двигателей, установок и других роторных машин.The invention relates to the field of engineering, in particular, to seal designs of rotating shafts and rotors of gas turbine engines, installations and other rotary machines.

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.Known brush seal containing the installed node, made in the form of bundles of wire fixed in the housing of various materials (patent SU No. 1665136 A1, F16J 15/16, publ. 23.07.91,) - analogue. Such a seal is inefficient due to the large gaps between the wire bundles and the high complexity of manufacturing.

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.Known brush seal adopted for the prototype (patent RU No. 2269047 C2, F16J 15/16, publ. 06/10/2006) for separating cavities of high and low pressure of the working medium, comprising a housing in which at least one row of bristles are installed by shanks assembled in at least one bundle with the possibility of displacement of their sealing extremities to mate with a movable contact surface, and the bristles are made of sheet material in the form of a block, while the shanks and sealing extremities of the bristles are separated by slots with the formation of torsion jumpers.

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.However, the sealing properties of this device are not high enough, and it is difficult to manufacture. The block is made of sheet material, and shanks that do not have rigid fastening can vibrate in operation, which is extremely undesirable to ensure the reliability of the seal assembly.

Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эксплуатационных свойств уплотнения и технологичности его изготовления.The problem solved by this invention is to increase the operational properties of the seal and the manufacturability of its manufacture.

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.This problem is solved by sealing, separating the cavity of high and low pressure of the working medium, containing a node in which the flexible sealing element is made in the form of a disk of sheet material, for example, of foil, the central hole of which is in contact with the shaft, and the set of disks is sealed tightly between the ring plates. Moreover, the surface of the flexible sealing elements, limited by the central hole and the annular plates, is made in the form of a torus surface, the center of the radius of the circular cross section of which is in the high pressure zone. This design of the flexible sealing element improves its performance, because increased pressure will constantly press the ends of the flexible sealing element against the shaft, ensuring a tight seal.

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.In order to increase the service life of the flexible sealing element, grooves are made on its torus surface that increase the “compliance” of the sealing element, and as it wears, the contact point with the shaft moves to the low pressure side, while the radius R will increase and become infinitely large, t .e. sealing elements under pressure of the working medium turn into flat ones. This design will reduce shaft wear and increase the life of the seal.

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.To increase the reliability of the sealing assembly, the flexible sealing elements are divided into two rows: one row on the high pressure side of the working medium and has a torus surface, and the second row of flat flexible sealing elements on the low pressure side contacts the end of the shaft shoulder, while the flat sealing elements can to have slots (grooves) as on a torus surface to increase compliance. The end surface of the shoulder has a taper, therefore, the sealing elements come into contact with it primarily by the ends of the inner diameter of the sealing elements, and the contact diameter increases with wear. Thus, the operating life of the sealing assembly is increased. When assembling the assembly, flexible sealing elements are stacked with an offset to overlap the grooves of the previous one with each subsequent disk element.

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.To increase the wear resistance, a ring of material with high wear-resistant properties and a low friction coefficient is attached to the extreme flexible sealing element in contact with the end of the shaft shoulder.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-5:The invention is illustrated figure 1-5:

фиг.1 - сечение уплотнения с гибкими элементами, имеющими торовую поверхность;figure 1 is a cross section of the seal with flexible elements having a torus surface;

фиг.2 - вид В на торовое уплотнение;figure 2 - view of the torus seal;

фиг.3 - сечение уплотнения с разделенными на два ряда гибкими уплотнительными элементами;figure 3 - section of the seal with divided into two rows of flexible sealing elements;

фиг.4 - сечение уплотнения с разделенными на два ряда гибкими уплотнительными элементами, один из которых контактирует с конусной поверхностью.4 is a cross section of the seal with divided into two rows of flexible sealing elements, one of which is in contact with the conical surface.

фиг.5 - сечение уплотнения с разделенными на два ряда гибкими уплотнительными элементами с кольцом из материала, обладающими высокими износостойкими свойствами и низким коэффициентом трения.5 is a cross section of the seal with divided into two rows of flexible sealing elements with a ring of material having high wear-resistant properties and a low coefficient of friction.

Предлагаемая конструкция уплотнения в зависимости от условий и требований эксплуатации имеет следующие варианты использования.The proposed seal design, depending on operating conditions and requirements, has the following use cases.

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.Figure 1 shows a cross-section of the seal, which separates the cavity of high and low pressure of the working medium, respectively, A and B, and consists of a housing 1 and a shaft 2. In the housing 1 there is a sealing assembly 3 containing ring plates 5, 6, between which are clamped hermetically flexible sealing elements 4 made of sheet material, such as foil.

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.The flexible elements 4 have a torus surface with a center of radius R of circular cross section forming a torus surface located in the high pressure zone A. The inner diameter of the flexible sealing elements 7 is in contact with the shaft 2 at the point of contact 8. The torus surface is bounded by an inner diameter 7 and an annular plate 5. This design of the sealing unit will ensure the tightness of the gap between the housing 1 and the shaft 2. To increase the service life of the flexible sealing elements on the torus surface, grooves 9 are made (Fig. 2, view B) , which increase the "compliance" of the sealing elements, as the latter wears out, the contact point 8 (Fig. 1) with the shaft moves towards the low pressure of the working medium, while the radius R increases and turns into infinitely large, i.e. sealing elements 4 under pressure of the working medium turn into flat. This eliminates local shaft wear, as the ring contact 8 of the shaft with flexible elements moves as the latter wear. To increase the reliability of the sealing assembly 3 (Fig. 3), the flexible sealing elements 4 are divided into two rows: one row 10 from the high pressure side of the working medium A has a torus surface, the second row 11 of flat flexible sealing elements from the low pressure side B contacts the end 12 shoulder 13 of the shaft 2, while the flat sealing elements may have slots (grooves), as on the torus surface (Fig.2, view B). The end surface of the shoulder 13 is made conical 14 (figure 4), therefore, the sealing elements 11 are in contact with the conical surface 14 primarily by the inner diameter 15 of the sealing elements, and as the latter wears, the contact diameter increases, thereby increasing the service life of the sealing assembly. When assembling the assembly 3, the flexible sealing elements 10, 11 are stacked with an offset to overlap the grooves of the previous one with each subsequent sealing element. To increase the wear resistance to the extreme flexible sealing element 11 (figure 4) in contact with the end face 12 of the shoulder 13 of the shaft 2, a ring 16 is attached with high wear-resistant properties and a low coefficient of friction.

Таким образом, предложенная конструкция уплотнительного узла повышает надежность разделения высокого и низкого давления рабочей среды, обеспечивает высокий ресурс работы изделия и низкую трудоемкость изготовления.Thus, the proposed design of the sealing unit increases the reliability of the separation of high and low pressure of the working medium, provides a high service life of the product and low labor input.

Claims

1. The seal of the gap between made with the possibility of moving one relative to another parts, containing installed in one of the parts of the node, made in the form of flexible elastic elements placed between the annular plates and on a part of the surface rigidly connected with the latter, characterized in that the flexible sealing element is made of sheet material, for example, of foil, in the form of a disk with a central hole that contacts the shaft, while part of the surface of the flexible sealing element from the annular Astin to the central opening is formed as a torus surface with a circular cross section of radius from the center of the high pressure working medium, and torus surface is provided with through grooves which converge toward the center of the flexible seal elements, wherein the slot member overlaps a previous subsequent surface.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the flexible sealing elements are divided into two rows and in each row of at least one sealing element, a number of elements on the high pressure side are made in the form of a torus surface, and a number of elements on the low pressure side of the working medium made flat in contact with the end surface of the shaft shoulder.

3. The seal according to claim 2, characterized in that the end surface of the shaft shoulder is made conical.

4. The seal according to claim 2, characterized in that a ring of material having high wear-resistant properties and a low coefficient of friction is fixed on the extreme sealing element in contact with the end of the shaft shoulder.