RU2805714C1 - Brush seal and method for its manufacture - Google Patents
Brush seal and method for its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805714C1 RU2805714C1 RU2023104211A RU2023104211A RU2805714C1 RU 2805714 C1 RU2805714 C1 RU 2805714C1 RU 2023104211 A RU2023104211 A RU 2023104211A RU 2023104211 A RU2023104211 A RU 2023104211A RU 2805714 C1 RU2805714 C1 RU 2805714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- brush
- wire
- seal
- winding
- wire winding
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии изготовления уплотнений и может быть использовано в газотурбостроении, машиностроении, авиадвигателестроении и других областях техники. The invention relates to the technology of manufacturing seals and can be used in gas turbine construction, mechanical engineering, aircraft engine construction and other fields of technology.
Повышение эффективности работы газовых и паровых турбин связано с совершенствованием конструкций и технологий изготовления радиальных уплотнений газовоздушного тракта, позволяющих сократить утечки рабочей среды между разделяемыми полостями. Одними из перспективных видов уплотнений являются щеточные, представляющие собой круговой массив множества близкорасположенных малоразмерных уплотнительных элементов - щетинок (например, Патент РФ №2210694. МПК F16J 15/32. Способ изготовления щеточного уплотнения и устройство для его осуществления. Опубл. 20.08.2003). Increasing the operating efficiency of gas and steam turbines is associated with improving the designs and manufacturing technologies of radial seals of the gas-air path, which make it possible to reduce leakage of the working medium between the separated cavities. One of the promising types of seals are brush seals, which are a circular array of many closely spaced small-sized sealing elements - bristles (for example, RF Patent No. 2210694. IPC F16J 15/32. Method for manufacturing a brush seal and a device for its implementation. Published 08/20/2003).
Известно, что для обеспечения оптимальной работы уплотнения уплотнительные элементы (щетинки) должны быть достаточно упругими, чтобы компенсировать колебания радиального зазора в условиях высокой вибрации, а величина натяга должна соответствовать величине, при которой мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения в одном уплотнении, не превышает 0,15% от мощности, потребляемой валом при максимальном его вращении.It is known that to ensure optimal seal performance, the sealing elements (bristles) must be sufficiently elastic to compensate for fluctuations in the radial clearance under high vibration conditions, and the amount of interference must correspond to the value at which the power expended to overcome the frictional force in one seal does not exceed 0.15% of the power consumed by the shaft at its maximum rotation.
Известно щеточное уплотнение, содержащее кольцевой пакет свободных с одного конца и закрепленных с другого уплотнительных элементов, зазоры между которыми заполнены фиксирующим и герметизирующим составом, при этом пакет закреплен между боковыми пластинами, а уплотнительные элементы кольцевого пакета выполнены в виде капиллярных трубок, заполненных антифрикционным материалом (А.С. СССР №1725609. МПК F16J 15/16. Щеточное уплотнение. Опубл. 2005).A brush seal is known that contains an annular package of sealing elements free at one end and fixed at the other, the gaps between which are filled with a fixing and sealing composition, while the package is fixed between the side plates, and the sealing elements of the annular package are made in the form of capillary tubes filled with antifriction material ( A.S. USSR No. 1725609. IPC F16J 15/16. Brush seal. Publ. 2005).
Недостатком рассматриваемого уплотнения является разрушение герметика в результате разогрева элементов щеточного уплотнения при контакте с вращающимся ротором, вследствие чего увеличивается утечка рабочего тела и снижается ресурс работы уплотнения.The disadvantage of the seal in question is the destruction of the sealant as a result of heating of the elements of the brush seal upon contact with the rotating rotor, as a result of which the leakage of the working fluid increases and the service life of the seal decreases.
Известно также щеточное уплотнение, выполненное в виде прижимной щеки и последовательно состыкованных с ней элементов - кольцевой проволочной щетки и опорной щеки, при этом состыкованные элементы выполнены одинаковыми по наружному диаметру (А.С. СССР №1462916. МПК F16J 15/16. Способ изготовления щеточного уплотнения. Опубл. 1996 г.).A brush seal is also known, made in the form of a pressing cheek and elements sequentially joined to it - a ring wire brush and a support cheek, while the joined elements are made identical in outer diameter (A.S. USSR No. 1462916. IPC F16J 15/16. Manufacturing method brush seal. Publ. 1996).
Недостатком известных устройств является повышенная утечка рабочего тела из-за значительных зазоров между проволочными щетинками.A disadvantage of the known devices is the increased leakage of the working fluid due to significant gaps between the wire bristles.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является щеточное уплотнение, содержащее размещенные по окружности в корпусе пучки проволочек, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, причем проволочки выполнены из различных материалов. При этом проволочки из материала с высоким коэффициентом теплопроводности расположены внутри пучков, а проволочки из материала с более высоким значением модуля упругости - снаружи (А.С. СССР №1665136. МПК F16J 15/16. Щеточное уплотнение. Бюл. №27 1991 г).The closest technical solution to the claimed one is a brush seal containing bundles of wires placed around the circumference in the housing, located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft, and the wires are made of different materials. In this case, wires made of a material with a high thermal conductivity coefficient are located inside the bundles, and wires made of a material with a higher elastic modulus are located outside (A.S. USSR No. 1665136. IPC F16J 15/16. Brush seal. Bulletin No. 27 1991) .
Недостатком данной конструкции является то, что размещение в одном пучке проволочек из материалов с различными значениями модуля упругости приводит к неравномерности работы элементов уплотнения и к повышению зазоров между щетинами за счет различной пластической деформации элементов, выполненных из различных материалов. В результате возникает эффект расклинивания одних щетинок другими, что снижает герметичность уплотнения и приводит к повышенной утечке рабочего тела.The disadvantage of this design is that placing wires made of materials with different elastic modulus values in one bundle leads to uneven operation of the sealing elements and to an increase in the gaps between the bristles due to different plastic deformations of elements made of different materials. As a result, the effect of wedging some bristles by others occurs, which reduces the tightness of the seal and leads to increased leakage of the working fluid.
Требуемая степень герметичности полостей обеспечивается определенным количеством плотно уложенных металлических проволок-щетинок в зазоре уплотняемой пары. В одной уплотняющей ступени они укладываются одна относительно другой в несколько слоев и образуют довольно большой по ширине слой щеточных элементов между боковыми пластинами. Возможен вариант выполнения небольшого количества слоев металлических щетинок между боковыми пластинами одной ступени, но тогда для обеспечения требуемой герметичности полостей формируют набор таких элементов в несколько ступеней. Увеличение плотности и количества слоев щетинок приводит к повышению жесткости массива щеточных элементов и, как следствие, к чрезмерному обжатию уплотняемой поверхности, что снижает мощность на валу двигателя и его ресурс из-за быстрого износа контактирующих пар.The required degree of tightness of the cavities is ensured by a certain number of tightly laid metal bristle wires in the gap of the sealed pair. In one compacting stage they are stacked one relative to the other in several layers and form a rather wide layer of brush elements between the side plates. It is possible to make a small number of layers of metal bristles between the side plates of one stage, but then to ensure the required tightness of the cavities, a set of such elements is formed in several stages. An increase in the density and number of layers of bristles leads to an increase in the rigidity of the array of brush elements and, as a result, to excessive compression of the sealing surface, which reduces the power on the motor shaft and its service life due to rapid wear of the contacting pairs.
Другим недостатком известных уплотнений (Патент РФ №2210694, А.С. СССР №№1725609, 1462916,1665136) является недостаточно высокая износостойкость щетинок при трении о контактную поверхность, что приводит к потере функциональных свойств уплотнения и возникновению вероятности отрыва щетинок в процессе длительной эксплуатации.Another disadvantage of the known seals (RF Patent No. 2210694, A.S. USSR No. 1725609, 1462916, 1665136) is the insufficiently high wear resistance of the bristles during friction against the contact surface, which leads to the loss of the functional properties of the seal and the possibility of the bristles tearing off during long-term operation .
Задачей и техническим результатом данного изобретения является повышение герметичности щеточного уплотнения и увеличение ресурса его работы.The objective and technical result of this invention is to increase the tightness of the brush seal and increase its service life.
Технический результат достигается за счет того, что в щеточном уплотнении ротора, выполненном в виде прижимной щеки и последовательно состыкованных с ней элементов - кольцевой проволочной щетки и опорной щеки, со свободным торцом щетки, образующим контактную поверхность, эквидистантную поверхности ротора в зоне их контакта в отличие от прототипа упомянутые прижимная щека, кольцевая проволочная щетка и опорная щека выполнены изогнутыми под радиусом R, обеспечивающим выступ упомянутого свободного торца щетки вперед в сторону набегающего потока.The technical result is achieved due to the fact that in the brush seal of the rotor, made in the form of a pressing cheek and elements sequentially joined to it - an annular wire brush and a support cheek, with the free end of the brush forming a contact surface equidistant to the rotor surface in the area of their contact, in contrast from the prototype, the mentioned pressing cheek, the ring wire brush and the supporting cheek are made curved under a radius R, ensuring that the said free end of the brush protrudes forward towards the oncoming flow.
Кроме того, возможны следующие дополнительные варианты выполнения щеточного уплотнения: упомянутый радиус R выбирают из диапазона от 100 до 500 мм; состыкованные элементы уплотнения выполнены одинаковыми по наружному диаметру, а уплотнение снабжено технологическим кольцом, размещенным на состыкованных элементах и выполненным шириной, соответствующей суммарной ширине упомянутых элементов, а прижимная щека выполнена с торцевым выступом в качестве стыковочного элемента, при этом ее наружная цилиндрическая поверхность выполнена под установочное гнездо;In addition, the following additional embodiments of the brush seal are possible: said radius R is selected from the range from 100 to 500 mm; the joined elements of the seal are made identical in outer diameter, and the seal is equipped with a technological ring placed on the joined elements and made in width corresponding to the total width of the mentioned elements, and the clamping jaw is made with an end protrusion as a joining element, while its outer cylindrical surface is made for the mounting nest;
Поскольку герметичность уплотнения связана с плотностью укладки металлических проволок-щетинок в зазоре уплотняемой пары, то щетинки должны быть достаточно упругими, чтобы длительное время сохранять в процессе эксплуатации свои размерные и геометрические характеристики.Since the tightness of the seal is related to the density of the metal wire-bristles in the gap of the sealed pair, the bristles must be sufficiently elastic to maintain their dimensional and geometric characteristics during operation for a long time.
Широко известно [например, Л.Л.Филимонова. Модель работы щеточного уплотнения ГТД. //Вестник двигателестроения. №1, 2011 г., С. 50-57.], что к основным характеристикам щеточного уплотнения относятся такие, как свободная длина щетинок, выступ щетинок из области прижимной щеки, диаметр щетинок и плотность их расположения по сечению щетки. При этом, с увеличением диаметра щетинок уплотнение обеспечивает больший перепад давлений, но при этом ухудшается герметизация.It is widely known [for example, L.L. Filimonova. Model of operation of the brush seal of a gas turbine engine. //Bulletin of engine building. No. 1, 2011, pp. 50-57.] that the main characteristics of the brush seal include such as the free length of the bristles, the protrusion of the bristles from the area of the pressing cheek, the diameter of the bristles and the density of their arrangement across the cross section of the brush. At the same time, with an increase in the diameter of the bristles, the seal provides a greater pressure drop, but the sealing deteriorates.
Увеличение величины выступа щетинок повышает податливость уплотнения, но снижает выдерживаемый уплотнением перепад давлений. Повышение плотности щетинок снижает утечку через уплотнение, однако при этом возрастает значение перепада давлений, выдерживаемых уплотнением. Уменьшение свободной длины щетинок позволяет увеличить выдерживаемый перепад давлений и снизить утечку, но приводит к увеличению жесткости щеточного уплотнения, увеличению тепловыделения от трения щеток по ротору и снижению ресурса щеток. Однако, как показывает практика, нежелательно снижать утечку уменьшением свободной длины щетинок.Increasing the amount of bristle protrusion increases the compliance of the seal, but reduces the pressure drop the seal can withstand. Increasing bristle density reduces seal leakage, but also increases the pressure drop the seal can withstand. Reducing the free length of the bristles allows you to increase the withstand pressure drop and reduce leakage, but leads to an increase in the rigidity of the brush seal, an increase in heat generation from the friction of the brushes on the rotor and a decrease in the service life of the brushes. However, as practice shows, it is undesirable to reduce leakage by reducing the free length of the bristles.
В этой связи, в щеточном уплотнении предлагается повысить площадь контакта на границе «уплотнение-ротор» за счет радиуса изгиба R щетки. В данном случае, чем больше радиус изгиба щетки, тем больше площадь контакта с поверхностью ротора, тем больше эффект герметизации. Кроме того, радиус R , при выполнении щетки обеспечивает выступ щетки вперед в сторону набегающего потока, что позволяет обеспечить большую жесткость уплотнения в направлении действия потока, при одновременном повышении его податливости в радиальном наплавлении. Это позволяет, также увеличить как свободную длину щетинок, так и их выступ, без снижения жесткости в направлении действия потока. Очевидно, что если расположить щетинки с выступом в направлении действия потока, как это предлагается сделать в работе [В.А. Мамедов, Ф.Э. Аслан-заде. Применение неметаллических щеточных уплотнений на больших индустриальных газотурбинных двигателях. //Вестник двигателестроения. №1, 2012 г., С. 83-91.], то при повышении податливости уплотнения будет значительно снижена его жесткость в направлении действия потока и эффект герметизации уплотнения резко снизиться.In this regard, in a brush seal it is proposed to increase the contact area at the seal-rotor interface due to the bending radius R of the brush. In this case, the larger the bending radius of the brush, the larger the contact area with the rotor surface, the greater the sealing effect. In addition, the radius R, when making a brush, ensures that the brush protrudes forward towards the oncoming flow, which makes it possible to ensure greater rigidity of the seal in the direction of the flow, while simultaneously increasing its compliance in radial deposition. This also makes it possible to increase both the free length of the bristles and their protrusion, without reducing the rigidity in the direction of the flow. Obviously, if you place the bristles with a protrusion in the direction of the flow, as proposed in the work [V.A. Mamedov, F.E. Aslan-zade. Application of non-metallic brush seals on large industrial gas turbine engines. //Bulletin of engine building. No. 1, 2012, pp. 83-91.], then with an increase in the compliance of the seal, its rigidity in the direction of the flow will be significantly reduced and the sealing effect of the seal will be sharply reduced.
Известно также много различных способов изготовления щеточных уплотнений из металлической проволоки.There are also many different methods for making brush seals from metal wire.
Так, по патенту США (US Patent 6,505,835. F16J 15/32. Brush seals and methods of fabricating brush seals. 2003) щеточное уплотнение включает в себя множество щетинок, расположенных в пазах. Способ закрепления щетинок заключается в размещении их в пазах кольца уплотнения и закреплении щетинок в этих пазах путем вальцовки.Thus, according to the US patent (US Patent 6,505,835. F16J 15/32. Brush seals and methods of fabricating brush seals. 2003), the brush seal includes many bristles located in grooves. The method of securing the bristles is to place them in the grooves of the seal ring and secure the bristles in these grooves by rolling.
Однако подобное закрепление щетинок не является надежным и не позволяет формировать высокогерметичное уплотнение, поскольку щетинки распределяются в уплотнении неравномерно в виде кисточек.However, such fastening of the bristles is not reliable and does not allow the formation of a highly hermetic seal, since the bristles are distributed unevenly in the seal in the form of brushes.
Известен способ изготовления щеточного уплотнения роторов (US Patent 7,653,993. F16J 15/32. Method of manufacturing a brush seal for sealing between stationary and rotary components. 2010), включающий намотку проволоки на устройство, разделяющее намотанную бухту проволоки на две части, с последующей сваркой и разрезкой бухты проволоки с образованием двух пакетов щеточных уплотнений.There is a known method of manufacturing a brush seal for rotors (US Patent 7,653,993. F16J 15/32. Method of manufacturing a brush seal for sealing between stationary and rotary components. 2010), including winding wire onto a device that separates the wound coil of wire into two parts, followed by welding and cutting the coil of wire to form two packages of brush seals.
Известен также способ изготовления щеточного уплотнения (патент РФ №2210694, МПК F16J 15/32. Способ изготовления щеточного уплотнения и устройство для его осуществления. 2003 г.), заключающийся в том, что собирают торообразную оправку, состоящую из кольцевого основания и двух боковых кольцевых обойм. Далее обычным приемом наматывают упругий материал на оправку, прижимают его кольцевыми щеками, обрезают упругий материал по наружному диаметру оправки и скрепляют его со смежными обоймой и щекой, а затем обрезают упругий материал по внутреннему диаметру до требуемого размера. Перед сборкой оправки на основание наносят боковые скосы, а на обоймах выполняют наклонные срезы, кроме того, на периферийной части обойм высверливают соосные отверстия, затем основание помещают между обоймами так, чтобы наклонные срезы обойм были состыкованы со скосами основания. Дополнительно обоймы соединяют между собой через просверленные соосные отверстия, в которые вставляют крепежные элементы, в результате чего основание и две обоймы образуют неразъемную оправку. Для фиксации упругого материала по наружной и внутренней кольцевым поверхностям оправки на ней нанесены осевые насечки. При обрезании упругого материала по наружной окружности вместе с ним обрезают и прилегающие периферийные части обойм вместе с крепежными элементами. При обрезании упругого материала по внутренней окружности удаляют и прилегающую часть оправки (основания). В последнюю очередь разделяют смежные обоймы и удаляют оставшуюся часть основания, получая два готовых комплекта щеточного уплотнения. Изобретение сокращает расход упругого материала.There is also a known method for manufacturing a brush seal (RF patent No. 2210694, IPC F16J 15/32. A method for manufacturing a brush seal and a device for its implementation. 2003), which consists in assembling a torus-shaped mandrel consisting of an annular base and two lateral annular clips Next, in the usual manner, the elastic material is wound onto the mandrel, pressed against it with annular cheeks, the elastic material is cut along the outer diameter of the mandrel and fastened to the adjacent holder and cheek, and then the elastic material is cut along the inner diameter to the required size. Before assembling the mandrel, side bevels are applied to the base, and inclined cuts are made on the holders; in addition, coaxial holes are drilled on the peripheral part of the holders, then the base is placed between the holders so that the inclined cuts of the holders are aligned with the bevels of the base. Additionally, the clips are connected to each other through drilled coaxial holes into which fasteners are inserted, as a result of which the base and two clips form a one-piece mandrel. To fix the elastic material along the outer and inner annular surfaces of the mandrel, axial notches are applied to it. When cutting the elastic material along the outer circumference, the adjacent peripheral parts of the clips along with the fasteners are cut along with it. When cutting the elastic material along the inner circumference, the adjacent part of the mandrel (base) is also removed. The last step is to separate the adjacent races and remove the remaining part of the base, obtaining two complete sets of brush seals. The invention reduces the consumption of elastic material.
Недостатком известных способов является то, что они не предусматривают формирование щеточного уплотнения, позволяющего одновременно увеличить податливость уплотнения в радиальном направлении и повысить его жесткость в осевом направлении, что позволило бы обеспечить повышенную герметичность щеточного уплотнения и увеличить ресурса его работы.The disadvantage of the known methods is that they do not provide for the formation of a brush seal, which makes it possible to simultaneously increase the compliance of the seal in the radial direction and increase its rigidity in the axial direction, which would provide increased tightness of the brush seal and increase its service life.
Задачей и техническим результатом данного изобретения является повышение герметичности щеточного уплотнения и увеличение ресурса его работы.The objective and technical result of this invention is to increase the tightness of the brush seal and increase its service life.
Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления щеточного уплотнения ротора, при котором по сторонам оправки с полукольцами размещают опорные щеки, наматывают проволоку на два полукольца, затем проволочную намотку обжимают прижимными щеками, совмещая их наружные цилиндрические поверхности по окружности обрезки проволочной намотки, фиксируют и обрезают проволочную намотку, а затем сваривают состыкованные элементы по их наружным цилиндрическим поверхностям и производят механическую обработку, в отличие от прототипа, перед обжимом прижимными щеками упомянутую проволочную намотку изгибают пополам на 180 градусов между двух полуколец оправки, образуя симметричную U-образную форму, обеспечивая на изгибе радиус R выбранный из диапазона от 100 до 500 мм, фиксируют упомянутый радиус изгиба проволочек R на намотке, перемещают полукольца оправки относительно друг друга параллельно плоскости проходящей через ось симметрии U-образной формы на угол α, выбираемый из диапазона от 30 до 45 градусов, обеспечивают сохранение полученной формы проволочек в намотке путем их пластической деформации, затем обрезают проволочную намотку на вершине ее U-образного изгиба.The technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing a rotor brush seal, in which support cheeks are placed on the sides of the mandrel with half rings, wire is wound on two half rings, then the wire winding is compressed with clamping jaws, aligning their outer cylindrical surfaces along the circumference of the wire winding trim, the wire winding is fixed and cut, and then the joined elements are welded along their outer cylindrical surfaces and machining is carried out, unlike the prototype, before crimping with clamping jaws, the said wire winding is bent in half by 180 degrees between two half-rings of the mandrel, forming a symmetrical U-shape, ensuring a bending radius R selected from the range from 100 to 500 mm, fix the said bending radius of the wires R on the winding, move the half-rings of the mandrel relative to each other parallel to the plane of the U-shaped symmetry passing through the axis of symmetry at an angle α selected from the range from 30 to 45 degrees, ensure that the resulting shape of the wires in the winding is maintained by plastically deforming them, then the wire winding is cut off at the top of its U-shaped bend.
Кроме того, возможны дополнительные приемы осуществления способа изготовления щеточного уплотнения: упомянутую пластическую деформацию проволочек в намотке осуществляют магнитно-импульсным методом; выбирают диаметр упомянутой проволоки из диапазона от 0,3 до 1,4 мм; используют упомянутую проволоку, выполненную из кобальтового или никелевого сплава.In addition, additional methods for implementing the method of manufacturing a brush seal are possible: the aforementioned plastic deformation of the wires in the winding is carried out using a magnetic pulse method; select the diameter of said wire from the range from 0.3 to 1.4 mm; use the mentioned wire made of cobalt or nickel alloy.
Для реализации способа может быть использовано устройство для изготовления щеточного уплотнения ротора, содержащее оправку в виде колец, установленных концентрично с зазором относительно друг друга и скрепленных по окружности винтами, устройство для намотки и укладки проволоки, катушку с проволокой.To implement the method, a device for manufacturing a rotor brush seal can be used, containing a mandrel in the form of rings installed concentrically with a gap relative to each other and fastened around the circumference with screws, a device for winding and laying wire, and a coil of wire.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показано щеточное уплотнение ротора. На фиг. 2 схематично представлен способ изготовления щеточного уплотнения фиг. 2a - схема навивки проволоки на приспособление для навивки, фиг. 2b - схема загиба проволочной навивки на 180 градусов, фиг. 2c - схема формирования U-образного загиба , 2d - схема обрезки проволочной намотки на вершине его U-образного изгиба. На фиг. 3 показана схема формирования продольного наклона щетинок в уплотнении (поворот полуколец оправки относительно друг друга параллельно плоскости проходящей через ось симметрии U-образной формы). На фиг. 4 представлена готовая щетка уплотнения. Фигуры 1-4 содержат: 1 - проволочная щетка, 2 - прижимная щека, 3 - опорная щека, 4 - статор, 5 - ротор, 6 - оправка полукольца, 7 - навитые слои проволоки , 8 - катушка с проволокой, 9 - проволока, 10, 11 - устройство для загиба проволоки, 12 - участок сварки щетки, 13 - зона закругления щетки, 14 - линия реза проволоки. Радиус R - радиус закругления щеточного уплотнения. Полыми стрелками обозначены направления деформации проволочной навивки в процессе изготовления уплотнения, сплошными стрелками обозначен поворот полуколец оправки относительно друг друга параллельно плоскости проходящей через ось симметрии U-образной формы; символами «.» и «+» направление перемещения полуколец: «.» - на наблюдателя, «+» - от наблюдателя.The essence of the invention is illustrated by drawings. In fig. Figure 1 shows the rotor brush seal. In fig. 2 is a schematic representation of the method for manufacturing the brush seal of FIG. 2a is a diagram of winding wire onto a winding device, FIG. 2b - diagram of bending wire winding by 180 degrees, FIG. 2c - diagram of the formation of a U-shaped bend, 2d - diagram of cutting the wire winding at the top of its U-shaped bend. In fig. Figure 3 shows a diagram of the formation of the longitudinal inclination of the bristles in the seal (rotation of the half-rings of the mandrel relative to each other parallel to the plane of the U-shaped symmetry passing through the axis of symmetry). In fig. Figure 4 shows the finished seal brush. Figures 1-4 contain: 1 - wire brush, 2 - clamping cheek, 3 - support cheek, 4 - stator, 5 - rotor, 6 - half-ring mandrel, 7 - wound layers of wire, 8 - coil of wire, 9 - wire, 10, 11 - device for bending wire, 12 - brush welding area, 13 - brush rounding area, 14 - wire cutting line. Radius R - radius of curvature of the brush seal. Hollow arrows indicate the direction of deformation of the winding wire during the manufacturing process of the seal, solid arrows indicate the rotation of the mandrel half-rings relative to each other parallel to the plane of the U-shaped symmetry passing through the axis of symmetry; characters "." and “+” direction of movement of the semirings: “.” - towards the observer, “+” - from the observer.
Щеточное уплотнение ротора (фиг. 1) состоит из прижимной щеки 2 и последовательно состыкованных с ней кольцевой проволочной щетки 1 и опорной щеки 3. Наружная цилиндрическая поверхность прижимной щеки 2 выполнена под установочное гнездо в статоре 4.The rotor brush seal (Fig. 1) consists of a pressing cheek 2 and an annular wire brush 1 and a support cheek 3 connected in series with it. The outer cylindrical surface of the pressing cheek 2 is made for an installation socket in the stator 4.
Стыковочные элементы выполнены одинаковыми по наружному диаметру. В опорной щеке 3 щеточного уплотнения может быть установлен фиксирующий штифт.The connecting elements are made identical in outer diameter. A locking pin can be installed in the support jaw 3 of the brush seal.
Для изготовления щеточного уплотнения роторов используют устройство (фиг. 2), включающее оправку полукольца 6, содержащую скрепленные между собой наружное, среднее и внутреннее кольца. Устройство снабжено катушкой 8 с проволокой 9. Устройство также снабжено центрирующими обоймами со ступицами, связанными крепежными элементами.To manufacture a brush seal for the rotors, a device is used (Fig. 2), which includes a half-ring mandrel 6 containing outer, middle and inner rings fastened together. The device is equipped with a coil 8 with wire 9. The device is also equipped with centering cages with hubs connected by fasteners.
Способ изготовления щеточного уплотнения роторов заключается в следующем. Вначале собирают оправку полукольца 6 (фиг. 2а). Затем на оправку полукольца 6 наматывают слой проволоки 9 с катушки 8, формируя проволочную намотку 7. Проволочную намотку 7 (фиг. 2b) изгибают устройством для загиба проволоки 10 и 11 пополам на 180 градусов между двух оправок полукольц 6, образуя симметричную U-образную форму, обеспечивая в зоне закругления щетки 13 радиус R выбранный из диапазона от 100 до 500 мм, фиксируют упомянутый радиус изгиба проволочек R на намотке 7, поворачивают полукольца оправки 6 (фиг. 2c и фиг. 3) относительно друг друга параллельно плоскости проходящей через ось симметрии U-образной формы намотки 7 на угол α, выбираемый из диапазона от 30 до 45 градусов. Обеспечивают сохранение полученной формы проволочек в намотке 7 путем их пластической деформации, затем обрезают проволочную намотку 7 (фиг. 2d) на вершине его U-образного изгиба по линии резки 14, затем сваривают намотку 7 в месте контакта с оправкой полукольца 6 по их наружным цилиндрическим поверхностям, производят ее механическую обработку и получают две проволочные щетки 1 (фиг. 4).The method for manufacturing a rotor brush seal is as follows. First, the half-ring mandrel 6 is assembled (Fig. 2a). Then a layer of wire 9 is wound onto the mandrel of the half ring 6 from the coil 8, forming a wire winding 7. The wire winding 7 (Fig. 2b) is bent with a device for bending the wires 10 and 11 in half by 180 degrees between the two mandrels of the half rings 6, forming a symmetrical U-shape , providing a radius R selected from the range from 100 to 500 mm in the rounding zone of the brush 13, fix the mentioned bending radius of the wires R on the winding 7, rotate the half-rings of the mandrel 6 (Fig. 2c and Fig. 3) relative to each other parallel to the plane passing through the axis of symmetry U-shaped winding 7 at an angle α, selected from the range from 30 to 45 degrees. They ensure that the resulting shape of the wires in the winding 7 is maintained by plastic deformation, then the wire winding 7 is cut (Fig. 2d) at the top of its U-shaped bend along the cutting line 14, then the winding 7 is welded at the point of contact with the mandrel of the half ring 6 along their outer cylindrical surfaces, it is mechanically processed and two wire brushes 1 are obtained (Fig. 4).
ПримерExample
Для оценки работоспособности щеточных уплотнений, были проведены следующие испытания. Образцы щеточных уплотнений были изготовлены как по способу-прототипу (патент РФ №2210694), так и по предлагаемому способу. Диаметр проволочек для щеточного уплотнения в обеих случаях составлял 0,3 мм, 1 мм, 1,4 мм. Условия испытаний: линейная скорость - 80 м/c, зазор - 90 мкм. α от 30 до 45 градусовTo evaluate the performance of brush seals, the following tests were carried out. Samples of brush seals were manufactured both according to the prototype method (RF patent No. 2210694) and according to the proposed method. The diameter of the wires for the brush seal in both cases was 0.3 mm, 1 mm, 1.4 mm. Test conditions: linear speed - 80 m/s, gap - 90 microns. α from 30 to 45 degrees
Средняя величина утечек через сравниваемые варианты щеточных уплотненийTable
Average Leakage from Comparing Brush Seal Options
Предлагаемое щеточное уплотнение позволило снизить величину утечки, в среднем почти в три раза (таблица).The proposed brush seal made it possible to reduce the amount of leakage by an average of almost three times (table).
Средняя величина износа уплотнений за 150 часов работы составила:The average wear of seals over 150 hours of operation was:
- для прототипа - 0,33 мм.- for the prototype - 0.33 mm.
- для предлагаемого уплотнения - 0,16 мм.- for the proposed seal - 0.16 mm.
Таким образом, предложенное щеточное уплотнение и способ его изготовления позволил достичь поставленного в изобретении технического результата - повышения герметичности щеточного уплотнения и увеличения ресурса его работы.Thus, the proposed brush seal and the method of its manufacture made it possible to achieve the technical result set in the invention - increasing the tightness of the brush seal and increasing its service life.
Claims (8)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2805714C1 true RU2805714C1 (en) | 2023-10-23 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2016304C1 (en) * | 1991-05-27 | 1994-07-15 | Самарский государственный аэрокосмический университет | Brush seal |
RU2158864C2 (en) * | 1996-05-08 | 2000-11-10 | Мту Моторен-Унд Турбинен-Унион Мюнхен Гмбх | Brush seal |
RU2210694C2 (en) * | 2001-10-01 | 2003-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения" им. П.И.Баранова | Method of and device for manufacture of brush sealing |
RU2012128914A (en) * | 2011-06-27 | 2014-01-10 | Дженерал Электрик Компани | SEAL CONTAINING Bristle Block |
RU2518709C2 (en) * | 2012-05-04 | 2014-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Rotor brush sealing, method and device for its production |
RU2705103C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-11-05 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК - УМПО") | Turbomachine brush seal |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2016304C1 (en) * | 1991-05-27 | 1994-07-15 | Самарский государственный аэрокосмический университет | Brush seal |
RU2158864C2 (en) * | 1996-05-08 | 2000-11-10 | Мту Моторен-Унд Турбинен-Унион Мюнхен Гмбх | Brush seal |
RU2210694C2 (en) * | 2001-10-01 | 2003-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения" им. П.И.Баранова | Method of and device for manufacture of brush sealing |
RU2012128914A (en) * | 2011-06-27 | 2014-01-10 | Дженерал Электрик Компани | SEAL CONTAINING Bristle Block |
RU2518709C2 (en) * | 2012-05-04 | 2014-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Rotor brush sealing, method and device for its production |
RU2705103C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-11-05 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК - УМПО") | Turbomachine brush seal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6913265B2 (en) | Brush seal assembly, method of manufacture and use | |
JP5178102B2 (en) | Shaft seal using a single elastic plate member | |
US7364165B2 (en) | Shaft seal mechanism | |
US6550777B2 (en) | Split packing ring segment for a brush seal insert in a rotary machine | |
JP4726375B2 (en) | Brush seal | |
WO2008004590A1 (en) | Brush seal device | |
US8794631B2 (en) | Method of manufacturing of a compliant plate seal assembly | |
JP5091615B2 (en) | Stator blade ring segment assembly method, stator blade ring segment, connecting member, welding method | |
EP2172620A1 (en) | Stator blade ring and axial flow compressor using the same | |
RU2309314C2 (en) | Multiple rod brush sealing unit for rotor apparatus (versions) | |
EP1365181A2 (en) | Sheet brush seal | |
JP2004508520A (en) | Brush seal, assembly of the brush seal, and method of forming the brush seal | |
EP1308655A2 (en) | Brush seals | |
JP2003014130A (en) | Brush sealing device | |
WO2011008440A1 (en) | Spiral wound brush seal | |
WO1999006673A1 (en) | Improved brush seal and method of making same | |
US20070187900A1 (en) | Non-metallic brush seals | |
RU2805714C1 (en) | Brush seal and method for its manufacture | |
US9784371B2 (en) | Brush seal | |
RU218459U1 (en) | brush seal | |
WO2014014426A2 (en) | Brush seal for high pressure applications | |
US7115317B2 (en) | Flexible non-metallic seals made of non-woven fabric with inserts | |
RU218458U1 (en) | Rotor brush seal | |
JP4227361B2 (en) | Plate brush seal | |
WO2002012759A2 (en) | Brush seal assembly, method of manufacture and use |