Щеточное уплотнение

 

Изобретение м.б. использовано в уплотнениях вращающихся валов авиационных газотурбинных двигателей. Цель изобретения - повышение надежности щеточного уплотнения. В корпусе 1 по окружности размещены пучки проволочек (П) 2, расположенных в перпендикулярной оси вращения вала 4 плоскости и под углом к наружной цилиндрической поверхности вала 4. П выполнены из разных материалов. П из материала с более высоким коэффициентом теплопроводности расположены внутри пучков. П из материала с более высоким значением модуля упругости - снаружи, что обеспечивает более высокую жесткость всего пучка. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я F 16 J 15/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718330/29 (22) 11.07.89 (46) 23.07.91. Бюл. М 27 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) А.И.Белоусов, В.А.Зрелов и С.В,Фалалеев (53) 62-762 (088.8) (56) Патент Великобритании М 2022197, кл. F 16 J 15/16, 1979. (54) ЩЕТОЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ (57) Изобретение м.б. использовано в уплотнениях вращающихся валов авиационных,, Ы,, 1665136 А1 газотурбинных двигателей. Цель изобретения — повышение надежности щеточного уплотнения. В корпусе 1 по окружности размещены пучки проволочек (П) 2, расположенных в перпендикулярной оси вращения вала 4 плоскости и под углом к наружной цилиндрической поверхности вала 4, П 2 выполнены из разных материалов. П из материала с более высоким коэффициентом теплопроводности расположены внутри пучков. П из материала с более высоким значением модуля упругости — снаружи, что обеспечивает более высокую жесткость всего пучка. 3 ил.

1665136

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к уплотнениям вращающихся валов авиационных газотурбинных двигателей.

Цель изобретения — повышение надежности уплотнения.

На фиг,1 показано щеточное уплотнение; на фиг.2 — сечение А-А на фиг,1; на фиг.3 — вид Б на фиг.1.

Уплотнение состоит из корпуса 1 из пучков проволочек 2, Корпус 1 закреплен в невращающемся корпусе 3; охватывающем вращающийся вал 4, Пучки проволочек размещены равномерно по окружности в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала и закреплены одним концом в корпусе

1, а другим концом касаются наружной цилиндрической поверхности вала 4. При этом проволочки наклонены к поверхности вала

4 в направлении вращения. Уплотнение набрано из пучков, центральные проволочки 5 которых выполнены из материала с более высоким коэффициентом теплопроводности, а наружные — из материала с более высоким модулем упругости. Уплотнение разделяет полость 7 с высоким и полость 8 ! с низким давлениями рабочей среды.

Уплотнение работает следующим образом.

Щетка, состоящая из набранных по окружности пучков проволочек с последующим осевым поджатием и закреплением в корпусе уплотнения 1, перекрывает проходное сечение между корпусом 3 и валом 4, что приводит к уменьшению утечек из полости

7 в полость 8, Чем плотнее набрана щетка, тем меньше утечки, так как уменьшается проницаемость щетки и возрастает ее гидравлическое сопротивление. В то же время, при контакте проволочек 2, расположенных под углом к поверхности вала в сторону вращения, с радиальной поверхностью вала

4 возникает трение и выделяется тепло. В случае применения щеточного уплотнения в авиационном газотурбинном двигателе изза высокой температуры рабочей среды щетка должна быть изготовлена из жаропрочного, износостойкого материала, обладающего высоким модулем упругости. Это обусловлено как требованием высокого ресурса, так и демпфирующими характеристиками уплотнения, существенно улучшающими динамическое состояние ротора, что очень важно для авиационных двигателей, Последнее обстоятельство указывает на необходимость повышения плотности щетки.

Однако это приводит к увеличению точек контакта щетки с валом и, как следствие, к увеличению выделяющегося тепла. Проволочки из материала, обладающего высоким модулем упругости при высокой температуре (характерной для авиационного двигателя), обладают низким коэффициен5 том теплопроводности и высоким коэффициентом трения при контакте с металлической поверхностью вала, Все это приводит к существенному нагреву проволочек в зоне контакта и снижает надежность уплотнения

10 (проволочки могут свариться между собой, расплавиться и, наконец, просто выгореть), Традиционный путь повышения надежности — уменьшение плотности щетки.

Это, во-первых, уменьшает число точек

15 контакта и количество выделяющегося тепла. Во-вторых, уменьшается гидравлическое сопротивление щетки и возрастают утечки, которые "снимают" тепло с проволочек за счет конвективного тепло20 обмена. Недостатком является то, что съем тепла происходит только на небольшом расстоянии от поверхности вала, так как проволочки выполнены из материала с нзиким коэффициентом теплороводно25 сти и тепло не расптространяется по всей длине проволочки. А самое главное, из-за увеличения утечек уплотнение хуже выполняет свои функции. Выполнение же щетки из пучков проволочек с разными свойствами

30 позволяет повысить надежность уплотнения без уменьшения герметичности. Наружный слой проволочек 6 в пучках выполнен из традиционно применяемых материалов, а внутренние проволочки 5 выполнены из ма35 териала с высоким коэффициентом теплопроводности, например. из материала с содержанием меди. Такие материалы обладают малыми коэффициентами трения при взаимодействии с металлической по40 верхностью вала, что приводит куменьшению выделяющегося. тепла при их контакте с валом, Благодаря же их теплопроводным свойствам, проволочки 5 отводят тепло от разогревшейся поверхности вала 4 и от ра45 зогревающихся частей проволочек 6 к массивным корпусам 1 и 3 (емкостное охлаждение) и к более холодным наружным частям проволочек, что,позволяет увеличить конвективный съем тепла с большей повер50 хности проволочек 5. Таким образом, обеспечивается приемлемая температура проволочек 5 в зоне контакта без увеличения утечек. Так как более "мягкие" проволочки 5 находятся внутри пучка из

55 проволочек 6, материал которых обладает высоким модулем упругости, то этим обес печивается высокая жесткость всего пучка и, следовательно, всей щетки; То есть такое исполнение не скажется сильно на упругих и демпфирующих свойствах щетки, не сни1665136 дид Е

Составитель И.Пащенко

Редактор В.Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор 3.Лончакова

Заказ 2381 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 зит функциональной способности уплотнения. Применение предлагаемого устройства в качестве уплотнения вращающегося вала авиационного газотурбинного двигателя позволит обеспечить высокую надежность уплотнения при низких утечках рабочего тела.

Формула изобретения

Щеточное уплотнение, содержащее размещенные по окружности в корпусе пучки проволочек, расположенных в перпенди-. кулярной оси вращения вала плоскости и. под углом к наружной цилиндрической поверхности вала, о тл и ч а ю щ е е с я тем.

5 что, с целью повышения надежности уплотнения, проволочки выполнены из разных материалов, причем проволочки из материала с более высоким коэффициентом теплопроводности расположены внутри пучков, а

10 проволочки из материала с более высоким значением модуля упругости — снаружи.