Диссертация (785882), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Потенциальными проблемами механического соединения могут быть связаны с раздвоением щёточного пакета.Конструкции щёточных уплотнений с редуцированной площадьюконтактной зоны между волокнами и опорным кольцом демонстрируютуменьшенный эффект гистерезиса. В литературе были предложены различные конструкции опорного кольца обоймы щёточного уплотнения:с полостями, с карманами, с профилированной поверхностью контакта(спиральными канавками) и др.
В полостях опорного кольца возникаетпротиводавление, что приводит к разгружению щёточного пакета.Стандартные конструкции сварных щёточных уплотнений имеют,как правило, полости между пакетом и опорным кольцом. Пример приведён на рис. 7.16а, где показана схема одного из стандартных исполнений щёточного уплотнения.В зависимости от приложения щёточное уплотнение может использоваться либо как отдельный узел, либо устанавливаться без обоймы(лишь щёточный пакет).
В последнем варианте могут быть использованы только щёточные пакеты, изготовленные чисто механическим способом (зажимные щёточные пакеты). На рис. 7.16б стандартные исполнения обоймы щёточного уплотнения с зажимным пакетом из [112] (жёл3927.5. Проектирование узлов с щёточными уплотнениямиа) Схема ЩУ со сварным пакетом [131]б) Схемы стандартных исполнений обоймы ЩУ с зажимным пакетом [112]Рис. 7.16. Схемы стандартных конструкций щёточных уплотненийтым цветом отмечены щёточные пакета, изготовленные из арамидноговолокна).При использовании щёточных уплотнений совместно с лабиринтными важным вопросом является правильное позиционирование щёточного уплотнения по отношению к зазору в лабиринтном уплотнении дляобеспечения максимальной эффективности работы.
Один из способовпозиционирования щёточных уплотнений в радиальном направлении,которые используются в конфигурации с лабиринтными уплотнениями,запатентован в [90].В конфигурации с лабиринтами, когда щёточное уплотнение устанавливается между гребешками, гребешки перед щёточным пакетом могут также выполнять защитную функцию.По аналогии с лабиринтными уплотнениями также были предложены различные конструкции с выдвижной обоймой щёточного уплотнения для предотвращения неконтролируемого износа при переходныхпроцессах или для использования в системах пассивного или активногоконтроля за воздушным охлаждением.Наряду с полностью металлическими щёточными уплотнениями,также являются доступными щёточные уплотнения, полностью изготовленные из неметаллических материалов, включая обойму уплотнения.
В этом случае, однако, имеется ограничение по максимальномудиаметру (до 250 мм)2 . Для более высоких диаметров обойма для неме2Sealing Technology April 2005, p. 23937.5. Проектирование узлов с щёточными уплотнениямиталлического щёточного пакета изготавливается из металла.Использование многоступенчатых конструкций щёточных уплотнений преследует, прежде всего, цель уменьшения локального перепададавления через каждый щёточный элемент и повышения допустимогомаксимального перепада давления через весь уплотнительный узел. Однако, как отмечалось выше, установка нескольких щёточных уплотнений последовательно в один уплотнительный узел не всегда приводит кжелаемым характеристикам работы.Для улучшения контроля за локальными осевыми перепадами давления в отдельных пакетах многоступенчатых конфигураций щёточныхуплотнений были предложены конструкции уплотнительных узлов, вкоторых устанавливаются щёточные пакеты с отличающимися параметрами (отличия в длине волокна, плотности упаковки пакета, угле наклона волокон, монтажного зазора) [208; 388].Среди российских патентов по тематике технологии податливыхщёточных уплотнений можно отметить следующие: [53] (модифицированный метод изготовления щёточных уплотнений с помощью сварногосоединения), [52] (изготовление щёточного уплотнения), [20] (конструкция углеродного щёточного уплотнения с волокнами, наклонёнными внаправлении осевого перепада давления).Для увеличения допустимого перепада давления и обеспечения малых утечек в [168] была предложена конструкция щёточного пакета, собранного из проволоки разного диаметра.
При этом слой тонкой проволоки помещался между слоями толстой проволоки. Также тестировалась «диффузорная» конфигурация зазора щёточного уплотнения,в которой волокна из толстой проволоки, расположенные со стороныопорного кольца, имели укороченную длину по сравнению с волокнамив передних рядах. Результаты показали работоспособность уплотненияпри давлениях до 4.83 МПа при характеристиках по износу и статической жёсткости, сопоставимых с характеристиками стандартных щёточных уплотнений [168]. Схожая конструкция щёточного уплотнения,в котором в рядах пакета используются волокна, изготовленные из различных материалов, была запатентована в [380].При проектировании уплотнений авиационных двигателей следует3947.5.
Проектирование узлов с щёточными уплотнениямирассматривать уплотнительный узел не отдельно, а с учётом системывнутреннего воздухоснабжения всего двигателя. При этом необходиморешение комплекса задач, связанных с различными аспектами обеспечения работоспособности уплотнения. Например, в [3] обсуждается методика проектирования уплотнений авиационных двигателей с учётомтеплового состояния конструкции. Освещение общей методологии проектирования авиационного двигателя может быть найдено в [57].Процесс проектирования уплотнительных узлов начинается с выбора типа и конструкции уплотнения, а также материалов сопряжённыхповерхностей. При этом решающими факторами являются уплотняемаясреда, уровень давлений и температур, относительная скорость сопряжённых поверхностей, максимальные осевые и радиальные перемещения вала, необходимый ресурс уплотнительного узла, величины допускаемых утечек и возникающих в уплотнении сил.После выбора типа уплотнения следующим шагом в процессе проектирования уплотнительного узла является определение геометрических размеров, допустимых зазоров (для бесконтактных уплотнений),параметров пар трения, допустимого износа, эксплуатационных ограничений.Выбор того или иного типа уплотнения основан на нахождении компромисса между определёнными преимуществами и ограничениями, относительная значимость которых определяется конкретной схемой двигателя, позицией уплотнения, рабочими параметрами и требуемыми показателями производительности.
Тип выбранного уплотнения оказывает влияние на КПД, систему охлаждения компонент двигателя, системусмазки подшипников, стоимость, вес, размер, надёжность, ресурс и обслуживание двигателя.Коммерчески доступные щёточные уплотнения, которые выпускаются серийно, имеют типовые конструкции обоймы уплотнения и параметры щёточного пакета. Классификация стандартных обойм щёточных уплотнений основана на значении диаметра уплотнения (см., например, [112]).Как отмечалось в предыдущих главах, расходная характеристикащёточного уплотнения зависит от многих параметров, важнейшим из3957.5.
Проектирование узлов с щёточными уплотнениямикоторых является монтажный радиальный зазор. Функция увеличениярасхода при увеличении свободного радиального зазора является нелинейной и, в общем случае, неизвестна.При нулевом зазоре щёточное уплотнение будет демонстрироватьнаименьший расход. Однако выбор значения монтажного зазора должен осуществляться (как и в случае лабиринтных уплотнений) на основе различных критериев. Верхней границей для монтажного зазора щёточного уплотнения может служить радиальный зазор гребешков лабиринтного уплотнения, которое может применяться на данной позиции.Согласно полученным результатам можно ожидать, что даже прииспользовании максимальной границы для монтажного зазора расходчерез щёточное уплотнение будет меньше расхода через лабиринтноеуплотнение из-за наличия щёточного пакета и возникновения эффекта опускания волокон к поверхности вала при возникновении перепададавления.Выбор радиального зазора должен производиться с учётом эффекта опускания волокон на вал под воздействием давления.
В идеальномслучае на рабочем режиме щёточное уплотнение должно обеспечиватьминимальный расход при минимальном износе.В авиационных двигателях распространено конструктивное решение, заключающееся в установке щёточных уплотнений с определённымнатягом. При выборе величины натяга необходимо учитывать тепловыделение в зоне контакта для избежания перегрева контактной пары.Диаметр микропроволоки также является одним из основных параметров, определяющих характеристики щёточного уплотнения.
Уменьшение диаметра проволоки может привести к уменьшению расхода через щёточный пакет за счёт более плотной упаковки, но также повышает склонность к осевому изгибу волокон, что ограничивает допустимыйперепад давления.Длина волокна в пакете оказывает значительное влияние на механические характеристики щёточного уплотнения. Однако, чем длиннееволокно, тем, как правило, выше будет утечка через щёточный пакет.Значение длины выбирается как компромисс между желаемыми упругими и расходными характеристиками.3967.5.
Проектирование узлов с щёточными уплотнениямиРаспространённый метод измерения жёсткости щёточных уплотнений заключается в использовании модифицированных разрывных машин. При этом изготавливается криволинейная колодка под посадочный диаметр уплотнения, которая затем перемещается в радиальномнаправлении.Величина радиального зазора заднего (опорного) кольца обоймыщёточного уплотнения выбирается с учётом максимально возможногоотклонения вала для избежания контакта. С другой стороны, чем больше зазор опорного кольца, тем более сильным может быть изгиб волокон щёточного пакета в осевом направлении под действием перепада давления. Характеристика осевого изгиба волокон также во многомопределяет максимально допустимый перепад давления через щёточноеуплотнение. Осевая деформация волокон приводит к увеличению расхода через уплотнение.Диагностика работы уплотнительных узлов в газотурбинных двигателях должна включать в себя вероятностные статистические методы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
