RU2596889C2

RU2596889C2 - Осевое щеточное уплотнение

Info

Publication number: RU2596889C2
Application number: RU2013132377/06A
Authority: RU
Inventors: Неелеш Нандкумар САРАВАТЕ; Норман Арнольд ТЁРНКВИСТ; Уильям Эдвард АДИС; Роберт Джерард БАРАН; ЭРДМЕНГЕР Родриго РОДРИГЕС; Робберт Кристиан ПАННЕКЕТ; Кейс Майкл ПАРКЕР; Сяоцин ЧЖЭН
Original assignee: Дженерал Электрик Компани
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2016-09-10
Also published as: CN103403300A; RU2013132377A; JP2014505204A; WO2012106734A1; EP2670954B1; US20120195741A1; CN103403300B; JP6143677B2; EP2670954A1; US8777563B2

Abstract

Узел щеточного уплотнения для турбомашины, имеющей ротор, может содержать неподвижный уплотнительный компонент, плавающий уплотнительный компонент, присоединенный к указанному неподвижному уплотнительному компоненту, и наклоненные в окружном направлении щетинки, скомпонованные в пакет, размещенные в плавающем уплотнительном компоненте и проходящие в осевом направлении относительно ротора. Технический результат изобретения - уменьшение нагрева ротора и возможность использования уплотнения в турбине с ограниченным пространством. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к уплотнительным конструкциям, используемым в турбомашине и, более конкретно, к плавающим осевым щеточным уплотнениям.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В турбомашине радиальные щеточные уплотнения относятся к широко известным техническим средствам. Их использование в силовых турбинах может быть ограничено вследствие их влияния на динамическое поведение ротора в турбинах из-за фрикционного нагрева корпуса ротора. Например, неравномерный окружной нагрев ротора может вызывать изгибание ротора с возникновением дисбаланса в турбине, влияющего на критические скорости вращения. Кроме того, некоторые силовые турбины могут не иметь достаточного пространства для радиальных щеточных уплотнений.

[0003] Поэтому существует необходимость в создании щеточного уплотнения, которое обеспечивает уменьшение нагрева ротора и может использоваться в турбине с ограниченным радиальным пространством.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В соответствии с одним аспектом данного изобретения предложен узел щеточного уплотнения для турбомашины, имеющей ротор. Указанный узел может содержать неподвижный уплотнительный компонент, плавающий уплотнительный компонент, присоединенный с возможностью перемещения к неподвижному уплотнительному компоненту, и наклоненные в окружном направлении щетинки, скомпонованные в пакет, размещенные в плавающем уплотнительном компоненте и проходящие в осевом направлении относительно ротора.

[0005] В соответствии с другим аспектом данного изобретения предложена силовая турбина. Указанная турбина может содержать первый турбинный диск, второй турбинный диск, ротор, расположенный между первым и вторым турбинными дисками и присоединенный к ним, статор, расположенный смежно с ротором, и узел осевого щеточного уплотнения, причем указанное осевое щеточное уплотнение может содержать неподвижный уплотнительный компонент, присоединенный к статору, плавающий уплотнительный компонент, присоединенный к неподвижному уплотнительному компоненту, наклоненные в окружном направлении щетинки, скомпонованные в пакет, размещенные в плавающем уплотнительном компоненте и проходящие в осевом направлении относительно ротора, и узел радиального щеточного уплотнения, расположенный между неподвижным уплотнительным компонентом и плавающим уплотнительным компонентом.

[0006] В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложена силовая турбина. Указанная турбина может содержать первый турбинный диск, второй турбинный диск, ротор, расположенный между первым и вторым турбинными дисками и присоединенный к ним, статор, расположенный смежно с ротором, и узел осевого щеточного уплотнения, присоединенный к статору, причем указанное осевое щеточное уплотнение может содержать неподвижный уплотнительный компонент, плавающий уплотнительный компонент, присоединенный к неподвижному уплотнительному компоненту, наклоненные в окружном направлении щетинки, скомпонованные в пакет, размещенные в плавающем уплотнительном компоненте и проходящие в осевом направлении относительно ротора, и поршневое кольцо, расположенное между неподвижным уплотнительным компонентом и плавающим уплотнительным компонентом.

[0007] Эти и другие преимущества и признаки будут более очевидны из следующего описания, рассмотренного совместно с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Изобретения детально и точно описано в формуле изобретения, приведенной в заключение данного описания. Указанные выше и другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны из следующего ниже подробного описания, рассмотренного совместно с сопроводительными чертежами, на которых:

[0009] фиг.1 показывает вид сбоку в аксонометрии иллюстративного узла осевого щеточного уплотнения;

[0010] фиг.2 показывает другой вид сбоку в аксонометрии иллюстративного узла осевого щеточного уплотнения, показанного на фиг.1;

[0011] фиг.3 показывает вид сбоку иллюстративного узла плавающего осевого щеточного уплотнения, показанного на фиг.1 и 2, который расположен в турбине;

[0012] фиг.4 показывает частичный вид сбоку другого варианта выполнения узла плавающего щеточного уплотнения.

[0013] В подробном описании объяснены варианты выполнения изобретения вместе с его преимуществами и признаками путем примера со ссылкой на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Иллюстративные варианты выполнения, описанные в данном документе, включают плавающие осевые щеточные уплотнения. Эти уплотнения могут обеспечивать уплотнение поверхностей дисков, препятствуя тем самым фрикционному нагреву роторного корпуса и устраняя влияния на динамическое поведение ротора. Плавающие осевые щеточные уплотнения могут использоваться в сочетании с высокими перепадами давлений на указанных уплотнениях в междисковых пространствах турбины (превышающими или равными перепаду давлений в 500 фунт/дюйм² (3,45 N/мм²)) и большими относительными осевыми перемещениями (+/-0,5 дюйма (1,27 см)) между вращающимися и неподвижными компонентами турбины. Предлагаемое плавающее осевое щеточное уплотнение имеет конструкцию, которая самостоятельно обеспечивает регулирование изменений давления в междисковых пространствах в каждой ступени силовой турбины. Путем подгонки к осевому положению ротора и поддержания соответствующей опоры щетинок, при которой они могут противостоять воздействию высоких давлений, предлагаемые плавающие осевые щеточные уплотнения могут обеспечивать возможность выполнения щеточных уплотнений в каждой ступени турбины.

[0015] Узел щеточного уплотнения в целом содержит неподвижный уплотнительный компонент, имеющий паз для размещения части плавающего уплотнительного компонента с возможностью перемещения. Плавающий уплотнительный компонент присоединен к неподвижному уплотнительному компоненту таким образом, что во время использования плавающий компонент может перемещаться в боковом и в продольном направлениях, например, в зависимости от изменений давления вокруг узла щеточного уплотнения. Общая форма плавающего уплотнительного компонента является такой, что она способствует требуемому регулированию давления смежно с каждой стороной узла плавающего уплотнения (например, чтобы получить соотношение давлений P_H>P₁>P₂>P_L (см. фиг.3)). По существу узел щеточного уплотнения может иметь размер и геометрическую форму, при которых междисковое пространство 191 больше междискового пространства 192.

[0016] Фиг.1 показывает вид сбоку в аксонометрии иллюстративного узла 100 осевого щеточного уплотнения. Фиг.2 показывает другой вид сбоку в аксонометрии иллюстративного узла 100 осевого щеточного уплотнения. Фиг.3 показывает вид сбоку иллюстративного узла 100 плавающего осевого щеточного уплотнения, показанного на фиг.1 и расположенного в узле 170 силовой турбины. Узел 170 может содержать ротор 175, расположенный между первым турбинным диском 185, который может быть верхним по потоку узлом вращающихся лопаток со стороны более высокого давления, и вторым турбинным диском 190, который может быть узлом вращающихся лопаток со стороны более низкого давления. Первый и второй диски 185, 190 могут быть частью любой ступени силовой турбины. Помимо этого, первый и второй диски 185, 190 и ротор 175 совершают вращение синхронно.

[0017] Узел 170 может дополнительно содержать статор 180, расположенный вокруг ротора 175 напротив него. Узел 170 дополнительно имеет междисковые пространства 191, 192. В этих пространствах 191, 192 необходимо обеспечить регулирование давления и потока текучей среды (показанного стрелками 193) в зависимости от требуемого режима работы турбины, как изложено ниже. Например, может потребоваться поддерживать более высокое давление в пространстве 191 и более низкое давление в пространстве 192. В иллюстративных вариантах выполнения предлагаемый узел 100 реагирует на любое давление и поток текучей среды, имеющиеся в узле 170, и самостоятельно обеспечивает их регулирование до требуемой величины.

[0018] Узел 100 может содержать неподвижный уплотнительный компонент 105, расположенный на статоре 180 (например, прикрепленный непосредственно к статору). В иллюстративных вариантах выполнения компонент 105 может быть выполнен как одно целое со статором 180 или выполнен в виде отдельной детали, прикрепляемой к статору 180 (например, с помощью сварки). Предлагаемый узел 100 может дополнительно содержать плавающий уплотнительный компонент 110, присоединенный к неподвижному компоненту 105 с помощью крюка 111 (например, с помощью T-образной конструкции, пазового замка или подобной конструкции), проходящего в паз 106. В иллюстративных вариантах выполнения плавающий компонент 110 может быть присоединен к неподвижному компоненту 105 посредством T-образной конструкции крюка 111 и паза 106, причем крюк 111 может перемещаться в осевом направлении внутри указанного паза (то есть плавающая в осевом направлении конструкция) в ответ на относительное перемещение между ротором 175 и статором 180 и/или изменения давления в узле 170 турбины. Как показано, паз 106 выполнен больше относительно крюка 111 для того, чтобы крюк 111 мог перемещаться внутри паза 106 в ответ на, например, изменения давления внутри узла 170. Размер и дополняющая геометрическая форма крюка 111 являются достаточными для предотвращения его выхода из паза 106 с одновременной возможностью перемещения крюка 111 в пазу 106 в предполагаемых пределах. Специалисту понятно, что крюк 111 может быть выполнен на удлинительной части задней пластины 113, проходящей в паз 106 и имеющей выступ, расположенный вблизи конца указанной удлинительной части, при этом указанный выступ имеет размер, который больше размера входного отверстия в паз.

[0019] Узел 100 плавающего осевого щеточного уплотнения может дополнительно содержать вторичное уплотнение 150 (например, поршневое кольцо), расположенное между неподвижным компонентом 105 и плавающим компонентом 110. Это уплотнение 150 может находиться во фрикционном контакте с компонентом 110, например, для предотвращения нежелательной протечки между междисковыми пространствами 191, 192. Вторичное уплотнение 150 может быть расположено в пазу 107 на неподвижном компоненте 105. Уплотнение 150 может быть расположено в пазу 107, выполненном на неподвижном компоненте 105. Уплотнение 150 находится внутри паза 107 и удерживается силами трения между уплотнением 150 и пазом 107. Паз 107 является достаточно большим, чтобы вмещать вторичное уплотнение 150. Вторичное уплотнение 150 имеет достаточный размер, чтобы выдерживать нагрузки от давления и напряжения, создаваемые узлом 170. Поскольку перемещения в осевом направлении являются незначительными и редкими, нагрев, обусловленный фрикционным перемещением, является небольшим. Уплотнение 150 для уменьшения износа может быть выполнено из соответствующего материала, выдерживающего нагрузки, давления и температуры узла 170, включая, без ограничения, сплавы на основе кобальта.

[0020] Плавающий уплотнительный компонент 110 может дополнительно содержать щетинки 120, расположенные между боковыми направляющими 125, 130. Щетинки 120 дополнительно расположены между передней пластиной 112 и задней пластиной 113. В иллюстративных вариантах выполнения пластины 112 и 113 выполнены как одно целое с плавающим компонентом 110 и имеют цилиндрическую форму. Щетинки 120 и боковые направляющие 125, 130 могут быть закреплены в пазу 114 (например, в пазовом замке, в выступе и в пазу, или в другой конструкции, которая обеспечивает закрепление щетинок 120 и одновременно обеспечивает их изгибание к междисковому пространству 192 и от него), выполненном в плавающем компоненте 110. Щетинки 120 могут удерживаться на расстоянии 194 (например, расстоянии щеточного зазора) от второго диска 190. Однако во время работы турбины колебания давления в узле 170 могут вызывать вхождение щетинок 120 в контакт со вторым диском 190 с возникновением тем самым изгибания щетинок 120. Щетинки 120 при изгибании могут перемещаться (например, расходиться веером) в пространство, образуемое зазором 115. Кроме того, щетинки 120 расположены в окружном направлении вокруг ротора 175. Щетинки 120 могут быть наклонены в тангенциальном направлении, например, для придания им гибкости с обеспечением возможности отклонения щетинок 120, а не деформирования, когда второй диск 190 входит в контакт с щетинками 120.

[0021] Плавающий компонент 110 также может содержать радиальное уплотнение, такое как лабиринтное уплотнение, имеющее один или более зубцов, выполненное таким образом, что оно не входит в контакт с вращающимся компонентом (компонентами).

[0022] В иллюстративных вариантах выполнения плавающий уплотнительный компонент 110 может содержать несколько геометрических элементов, которые могут влиять на давление и поток текучей среды в междисковых пространствах 191, 192. Например, плавающий компонент 110 может содержать осевой зубец 116, который может воздействовать на поток текучей среды в междисковом пространстве 191, способствуя поддержанию перепада давления между давлениями P_H и P₁. На перепад давления между P_H и P₁ также может влиять угол наклонной части 117 плавающего уплотнительного компонента 110. Указанная наклонная часть может быть расположена под небольшим углом (например, в диапазоне 5°-20°, более конкретно под углом, равным приблизительно 10°), например, для создания профиля зубца. Перепад давления на наклонной части отличается от применения к применению, и, соответственно, указанный угол выбирают исходя из конкретного использования. Плавающий компонент 110 может дополнительно содержать проходящие в радиальном направлении лабиринтные зубцы 119, которые могут воздействовать на поток текучей среды, проходящий между пространствами 191, 102, способствуя тем самым поддержанию перепада давления между P¹ и P₂. На перепад давления между P₂ и P_L также может влиять изменение расстояния 194 между щетинками 120 и вторым диском 190. Баланс давлений может поддерживаться на всем узле 100 для удержания щетинок 120 в пределах жесткого зазора к диску 190.

[0023] В устойчивом режиме работы узла 170 узел 100 плавающего осевого щеточного уплотнения может занимать равновесное положение, в котором щетинки 120 работают с минимальным осевым зазором со вторым диском 190 или в неплотном контакте с ним. В данном случае давления P_H, P₁, P₂ и P_L действуют на плавающий компонент 110, что вызывает его перемещение в целом в направлениях, показанных стрелкой 140.

[0024] В целом символ P_H представляет высокое давление, тогда как P_L представляет низкое давление, измеряемые относительно друг друга. Хотя щетинки 120 могут быть расположены на любой из сторон низкого и высокого давлений, щетинки 120 могут удерживаться на стороне низкого давления с прогнозируемым увеличенным зазором. Как изложено в данном документе, величины давлений P₁ и P₂ зависят от осевого расстояния между зубцом 116 и диском 185, расстояния 194 между щетинками 120 и вторым диском 190, а также от радиального зазора между зубцами 119 и ротором 175. Кроме того, P_H>P₁>P₂>P_L. Указанное расстояние 194 во время работы турбины должно быть по возможности небольшим и не создающим неблагоприятного воздействия (например, фрикционного нагрева второго диска 190) для обеспечения эффективного уплотнения (например, между междисковыми пространствами 191, 192). Указанные расстояния 194 могут равняться приблизительно нескольким мил (например, они могут быть меньше или равны 5 мил (0,127 мм)).

[0025] Во время работы в переходных режимах компоненты турбины испытывают тепловое расширение с изменением тем самым зазоров и созданием перепада давлений на плавающем компоненте 110. Например, указанный перепад давлений заставляет плавающий компонент 110 следовать за перемещениями второго диска 190, сохраняя при этом расстояние 194 (в идеальном случае малое постоянное значение) между щетинками 120 и вторым диском 190. Например, когда ротор 175 испытывает тепловое расширение и перемещается в осевом направлении относительно статора 180, изменения давлений, действующих на плавающий компонент 110, создают результирующую силу, которая перемещает компонент 110 к соответствующим относительным местоположениям в узле 170 турбины. Кроме того, при выключении турбины и сбросе давления в узле 170 плавающий компонент 110 переходит в состояние покоя. Аналогичным образом, когда указанные компоненты турбины сжимаются в результате термических процессов, происходящих во время режима отключения турбины, перепад давления заставляет компонент 110 изменять направление перемещения на обратное, например, вслед за вторым диском 190 с поддержанием требуемого зазора (т.е. расстояния 194).

[0026] Силы, действующие в узле 170, и результирующее перемещение компонента 110 во время переходного режима зависят от размеров предлагаемого узла 100. Например, углы наклонных частей 117, 118 можно варьировать, т.е. они могут быть выбраны в зависимости от конкретного применения. Диаметр выравнивания давлений, задаваемый вторичным уплотнением 150, оказывает влияние на баланс всех осевых сил и может быть отрегулирован для ограничения контактного давления между концами щетинок 120 щеточного уплотнения и диском 190. Под диаметром выравнивания давления понимается диаметр той поверхности, на которую действует вторичное уплотнение 150, при этом указанный диаметр может оказывать влияние на то, какая часть вторичного уплотнения 150 подвергается воздействию более высокого давления, а какая часть вторичного уплотнения 150 подвергается воздействию более низкого давления. Диаметр поверхности вторичного уплотнения разделяет всю площадь предлагаемого узла 100 в осевом направлении на две части. Под диаметром поверхности вторичного уплотнения понимается диаметр вторичного уплотнения 150, смежного с плавающим компонентом 110. При этом одна часть площади подвергается воздействию перепада давления, в то время как другая часть не подвергается этому воздействию. По существу диаметр вторичного уплотнения 150 задает выравнивание давления (или закрывающее усилие указанного уплотнения). Обратимся снова к фиг.3. Чем больше диаметр поверхности вторичного уплотнения, тем большая площадь поверхности подвергается воздействию высоких давлений P_H и P₁, создавая большую результирующую силу в междисковом пространстве 192. Подобным образом, меньший диаметр поверхности вторичного уплотнения уменьшает результирующую силу, действующую в направлении междискового пространства 192, влияя на общий баланс сил на плавающем уплотнительном компоненте 110.

[0027] Кроме того, количество ориентированных в радиальном направлении лабиринтных зубцов 119 может быть выбрано исходя из требуемого перепада давлений от P₁ до P₂. Зубцы 119 также могут быть расположены под небольшим углом (например, в диапазоне углов 5°-20°, более конкретно под углом, равным приблизительно 10°). Количество и длина зубцов могут быть выбраны, исходя из применения, причем указанные зубцы по существу имеют длину, при которой исключается контакт с ротором независимо от перемещения плавающего компонента. В некоторых вариантах выполнения плавающий компонент может содержать приблизительно до 10 зубцов, конкретно 1-5 зубцов и более конкретно 1-3 зубца. Расстояние между лабиринтными зубцами может быть выбрано для создания неблагоприятного тракта прохождения потока, препятствующего протечке (например, шаг зубцов может быть равен длине зубцов). По существу путем видоизменения указанных элементов, а также радиальных и осевых размеров плавающего компонента 110 могут быть выбраны и, соответственно, отрегулированы величина перемещения компонента 110, а также расстояние 194.

[0028] В иллюстративных вариантах выполнения вторичное уплотнение 150 выполнено для регулирования протечки текучей среды между междисковыми пространствами 191, 192 с регулированием тем самым потока, проходящего вдоль стрелок 193, и обеспечением, таким образом, прогнозируемых давлений P_H, P₁, P₂ и P_L. В иллюстративных вариантах выполнения вторичное уплотнение 150 может быть любым подходящим уплотнением, представляющим собой, но без ограничения этим, поршневое кольцо, c-образное уплотнение, поршневое кольцо с уравновешенным давлением, металлическое уплотнение, v-образное уплотнение, w-образное уплотнение, щеточное уплотнение, а также их комбинации, содержащие по меньшей мере одно из вышеупомянутых уплотнений. На фиг.1-3 показано вторичное уплотнение 150 в виде поршневого кольца.

[0029] Фиг.4 показывает частичный вид сбоку узла 400 плавающего осевого щеточного уплотнения. Фиг.4 показывает частичный вид неподвижного уплотнительного компонента 105 и плавающего уплотнительного компонента 110. Фиг.4 показывает вторичное уплотнение 150 в виде радиального щеточного уплотнения, которое содержит щетинки 153, расположенные между боковыми направляющими 151, 152. Щетинки 153 и боковые направляющие 151, 152 могут быть закреплены в пазу 107 неподвижного компонента 105 и в пазовом замке с пазом 107. В иллюстративных вариантах выполнения щетинки 153 находятся во фрикционном контакте с поверхностью 154 компонента 110, препятствуя тем самым протечке между междисковыми пространствами 191, 192, как изложено в отношении фиг.3. Перемещение плавающего компонента 110 может быть сравнительно небольшим как по величине, так и по скорости, с обеспечением тем самым небольшого фрикционного нагрева поверхности 154 плавающего компонента 110. По существу на фиг.4 показано, что в иллюстративных вариантах выполнения узел 400 может содержать два ряда щеточных уплотнений, один из которых содержит щетинки 120, а второй содержит щетинки 153. При такой конструкции щетинки 120 расположены в осевом направлении относительно ротора 175 и первого и второго дисков 185, 190, а щетинки 153 расположены в радиальном направлении относительно ротора 175 и первого и второго дисков 185, 190.

[0030] Материалы для узлов 100, 400, рассматриваемых в данном документе, могут изменяться от применения к применению. Например, в зависимости от температуры части предлагаемых узлов 100, 400 могут быть выполнены из металла или металлического сплава, таких как хром, молибден, кобальт, ванадий, никель, вольфрам, а также их комбинаций, содержащих по меньшей мере один из указанных металлов. К иллюстративным сплавам относятся сплавы на основе кобальта, никеля, железа, хрома и подобные им, такие как сталь. Например, хромомолибденованадиевая (CrMoV) сталь может использоваться при низких температурах (например, при температурах меньших или равных 1000°F (538°C)), тогда как никелевый сплав, такой как Inconel®, может использоваться при более высоких температурах (например, при температурах выше 1000°F (538°C)). В тех компонентах, в которых может возникать трение скольжения, таких как вторичное уплотнение 150 или щетинки 120 щеточного уплотнения, могут использоваться материалы, такие как сплав на основе кобальта, например, сплав Haynes® 25 (хромоникелевольфрамовый сплав) или сплав Stellite® (кобальтохромовые сплавы). Иногда сопрягающиеся компоненты могут иметь антифрикционное или износостойкое покрытие, такое как карбид хрома. Как вариант, может использоваться керамика, например, в некоторых газовых турбинах с очень высокими температурами.

[0031] Рассмотренные в данном документе иллюстративные узлы осевых щеточных уплотнений имеют несколько преимуществ. Например, в некоторых конструкциях реактивных турбин с барабанным ротором турбина может содержать большее количество рядов лопаток по сравнению с активной турбиной, причем указанные лопатки вставлены в пазовые замки, выполненные в корпусе ротора (в конструкции барабанного ротора в противоположность конструкции, состоящей из рабочего колеса и диафрагмы). Например, реактивные паровые турбины могут иметь приблизительно в два раза больше лопаток по сравнению с активной турбиной. Турбины этого типа сильно зависят от эффективного уплотнения и имеют ограниченное радиальное пространство для уплотнений (особенно для щеточных уплотнений, для которых требуется определенная радиальная длина щетинок для поддержания их гибкости и эластичности). Иллюстративные узлы осевых щеточных уплотнений, рассмотренные в данном документе, обеспечивают эффективное уплотнение без необходимости в наличии радиального пространства.

[0032] Иллюстративные узлы осевых щеточных уплотнений также могут обеспечивать улучшение работоспособности турбины по сравнению с другими уплотнительными конструкциями. Высокие и низкие зубцы и уплотнения лабиринтного типа используются для уплотнения зазора между поверхностью ротора 175 и внутренним покрытием 105 статора. В такой конструкции в радиальном направлении проходят чередующиеся длинные и короткие зубцы и противоположные чередующиеся участки большого и малого диаметра ротора (указанный ротор выполнен с высокими и низкими контактными участками). Длинные лабиринтные зубцы взаимодействуют с частью низкого участка ротора, тогда как короткие зубцы взаимодействуют с частью высокого контактного участка ротора. В типичном случае высокий контактный участок приблизительно на 0,125 дюйма (0,32 см) выше, чем низкий контактный участок, это означает, что диаметр ротора изменяется на 0,25 дюйма (0,64 см) в уплотняемой секции, тогда как длина лабиринтных зубцов также изменяется на 0,125 дюйма (0,32 см) (0,25 дюйма (0,635 см) по диаметру). Радиальный зазор между зубцами и ротором в типичном случае является одинаковым как для коротких, так и для длинных зубцов, однако путем чередования длинных и коротких зубцов (конструкция высоких и низких контактных участков) обеспечивается более эффективное ограничение потока. Во время режима запуска тепловое расширение ротора происходит быстрее, чем расширение корпуса, поэтому контактные участки ротора перемещаются в осевом направлении относительно уплотнительных зубцов. Для предотвращения взаимодействия контактных участков ротора с уплотнительными зубцами (и их повреждения) скорость запуска необходимо тщательно регулировать. Предлагаемые в данном документе узлы щеточных уплотнений исключают проблемы запуска, связанные с осевым зазором, так как указанные узлы щеточных уплотнений совершают «плавание» вместе с ротором без возникновения повреждения, вызываемого трением в осевом направлении.

[0033] Хотя изобретение подробно описано в отношении лишь ограниченного количества вариантов выполнения, следует понимать, что оно не ограничивается рассмотренными вариантами выполнения. Точнее, данное изобретение может быть видоизменено с включением любого количества вариантов, изменений, замен или эквивалентных конструкций, не рассмотренных в данном документе, но которые подпадают под сущность и объем правовой охраны изобретения. Кроме того, несмотря на то что приведено описание различных вариантов выполнения изобретения, тем не менее, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать только некоторые из приведенных вариантов выполнения. Соответственно, данное изобретение не рассматривается как ограниченное вышеприведенным описанием, оно ограничено лишь объемом правовой охраны, изложенным в прилагаемой формуле изобретения.

Claims

1. Узел щеточного уплотнения для турбомашины, имеющей ротор,
при этом указанный узел содержит
неподвижный уплотнительный компонент и
плавающий уплотнительный компонент, с возможностью перемещения присоединенный к неподвижному уплотнительному компоненту с помощью крюка, проходящего в паз неподвижного уплотнительного компонента,
причем плавающий уплотнительный компонент содержит:
переднюю и заднюю цилиндрические пластины, и
щетинки, расположенные между указанными передней и задней цилиндрическими пластинами,
причем указанные щетинки, закрепленные в турбомашине, проходят в осевом направлении относительно ротора и выполнены с возможностью изгибания к турбинному диску и от него.

2. Узел по п. 1, дополнительно содержащий боковые направляющие, закрепленные в пазу между передней и задней цилиндрическими пластинами и поддерживающие указанные щетинки с образованием пространства между указанными щетинками и передней цилиндрической пластиной, а также между указанными щетинками и задней цилиндрической пластиной.

3. Узел по п. 1, дополнительно содержащий вторичное уплотнение, расположенное между неподвижным уплотнительным компонентом и плавающим уплотнительным компонентом.

4. Узел по п. 3, в котором вторичное уплотнение содержит поршневое кольцо.

5. Узел по п. 3, в котором вторичное уплотнение содержит щеточное уплотнение, имеющее щетинки, причем указанные щетинки вторичного уплотнения, закрепленные в турбомашине, проходят в радиальном направлении относительно ротора.

6. Силовая турбина, содержащая
первый турбинный диск,
второй турбинный диск,
ротор, расположенный между первым и вторым турбинными дисками и присоединенный к ним,
статор, расположенный смежно с ротором, и
узел осевого щеточного уплотнения, причем указанное щеточное уплотнение содержит
неподвижный уплотнительный компонент, прикрепленный к статору,
плавающий уплотнительный компонент, с возможностью перемещения присоединенный к неподвижному уплотнительному компоненту с помощью крюка, проходящего в паз неподвижного уплотнительного компонента,
содержащий переднюю и заднюю цилиндрические пластины, и
щетинки, расположенные между указанными передней и задней цилиндрическими пластинами,
причем указанные щетинки, закрепленные в турбомашине, проходят в осевом направлении относительно ротора и выполнены с возможностью изгибания к турбинному диску и от него, и
узел радиального щеточного уплотнения, расположенный между неподвижным уплотнительным компонентом и плавающим уплотнительным компонентом.

7. Силовая турбина по п. 6, дополнительно содержащая боковые направляющие, поддерживающие щетинки с образованием пространства между щетинками и передней пластиной, а также между щетинками и задней пластиной.

8. Силовая турбина по п. 6, дополнительно содержащая вторичное уплотнение, расположенное между неподвижным уплотнительным компонентом и плавающим уплотнительным компонентом.

9. Силовая турбина, содержащая
первый турбинный диск,
второй турбинный диск,
ротор, расположенный между первым и вторым турбинными дисками и присоединенный к ним,
статор, расположенный смежно с ротором, и
узел осевого щеточного уплотнения, причем щеточное уплотнение содержит
неподвижный уплотнительный компонент, прикрепленный к статору, плавающий уплотнительный компонент, с возможностью перемещения присоединенный к неподвижному уплотнительному компоненту с помощью крюка, проходящего в паз неподвижного уплотнительного компонента, и содержащий
переднюю и заднюю цилиндрические пластины, и
щетинки, расположенные между боковыми направляющими, закрепленными в пазу между передней и задней цилиндрическими пластинами,
причем указанные щетинки, закрепленные в турбомашине, проходят в осевом направлении относительно ротора и выполнены с возможностью изгибания ко второму турбинному диску и от него,
и поршневое кольцо, расположенное между неподвижным уплотнительным компонентом и плавающим уплотнительным компонентом.

10. Силовая турбина по п. 9, в которой указанные паз и крюк выполнены с образованием плавающего пазового замка.