Щеточное уплотнение

Щеточное уплотнение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[101] Настоящее изобретение относится в целом к системам и/или устройству повышения эффективности и/или улучшения работы турбинных двигателей и/или промышленного оборудования, под которым подразумевают (в данном контексте и если не оговорено иначе) все типы двигателей и, в частности, турбинные или ротационные двигатели, включая газотурбинные двигатели, авиационные двигатели, двигатели энергетических установок, паротурбинные двигатели и прочие. Более конкретно, но не ограничиваясь этим, настоящее изобретение относится к способам, системам и/или устройствам, которые имеют отношение к усовершенствованному щеточному уплотнению между неподвижными и вращающимися частями такой турбомашины, как паровая турбина.

[102] В процессе работы турбомашины на впускной стороне неподвижных и вращающихся частей турбомашины образуется область высокого давления, а на выпускной стороне образуется область низкого давления. Для свободного вращения вращающихся частей между неподвижными и вращающимися частями оставляют зазоры. Однако, если зазоры не уплотнены надлежащим образом, может возникнуть протечка потока из области высокого давления в область низкого давления. Данная протечка через неподвижные и вращающиеся части турбомашины может оказывать существенное влияние на характеристики турбомашины.

[103] На протяжении многих лет применялись разные концепции уплотнения зазоров между неподвижными и вращающимися частями. К ним относятся лабиринтные уплотнения неконтактного типа и щеточные уплотнения контактного типа, при этом и те и другие широко применяются в турбомашинах для создания динамических уплотнений между вращающимися и неподвижными компонентами. В случае использования лабиринтного уплотнения необходим либо большой физический зазор, исключающий наличие контакта, либо само указанное уплотнение имеет неровную поверхность, что может являться причиной притупления зубцов и впоследствии вызвать значительную протечку. С другой стороны, рабочий зазор в щеточном уплотнении значительно меньше, чем в обычном лабиринтном уплотнении, так как в щеточном уплотнении сохраняется контакт с ротором в процессе большей части рабочего цикла ротора. Однако перепад давления на щетинках щеточного уплотнения может привести к их уплотнению, что в свою очередь может вызвать нагрев ротора и в дальнейшем сильную вибрацию. Более того, щетинки имеют тенденцию к деформации под влиянием перепада давления. Как правило, для противодействия указанному эффекту можно применить нажимную пластину, обеспечивающую боковую опору для щетинок на выпускной стороне, то есть, стороне низкого давления щетинок. Тем не менее, перепад давления, который существует вдоль блока щетинок, может приводить к тому, что щетинки входят во фрикционное взаимодействие с поверхностью нажимной пластины и, таким образом, это повышает плотность щетинок и вызывает их истирание при отклонении ротора. Помимо этого, возвратные силы, которые возникают в результате собственной упругости щетинок, как и другие возвратные силы, также подавляются, что тоже влияет на эффективность щеточного уплотнения.

[104] Фрикционное взаимодействие может быть уменьшено за счет создания конфигурации, которая приводит к уравновешиванию давления по обеим сторонам блока щетинок. Были предприняты попытки применения в щеточных уплотнениях конструктивных особенностей, компенсирующих давление. Одно из таких решений, описанное в патентном документе US 5799952 А, 09.01.1998, Моррисон и др., включает размещение нажимной пластины между слоем щетинок и областью низкого давления, так чтобы между блоком щетинок и нажимной пластиной конструкции образовался по меньшей мере один карман. Это преимущество может быть усилено путем выполнения кармана с такой шириной, которая достаточна для того, чтобы перекрыть большую часть радиальной длины нажимной пластины. Однако такой карман будет нарушать опору, обеспечиваемую нажимной пластиной. Еще одно решение, описанное в патентном документе US 7255352 В2, 08.14.2007, Эйдис и др., заключается в разделении кармана на несколько канавок, при этом создается усиленная опора для щетинок. Тем не менее, площадки, образованные между канавками, как правило, препятствуют гидравлической связи между канавками. Для образования соединительных проходов между канавками можно использовать отверстия, или даже прямое сообщение с областью впускного давления. Однако, такие конструкции, как правило, приводят к использованию слишком толстой нажимной пластины, которую изготавливают таким образом, чтобы она вмещала все необходимые отверстия и проходы. Кроме того, указанные конструктивные особенности, как правило, создают производственные проблемы или, как минимум, вызывают повышенные затраты. Чаще всего, конструктивные особенности, обеспечивающие компенсацию давления, а именно, многочисленные полости или канавки, в конце концов отрицательно влияют на несущие свойства нажимной пластины применительно к блоку щетинок. Кроме того, узкие участки площадок вызывают повреждение щетинок, их срезание или постоянный изгиб. В свою очередь, указанные недостатки ограничивают применение щеточного уплотнения при повышенных перепадах давления или повышенных температурах.

[105] В итоге, существует необходимость в создании усовершенствованных щеточных уплотнений, которые являются рентабельными и при этом эффективно устраняют протечку между неподвижными и вращающимися частями турбомашин и другого промышленного оборудования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[105а] Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной конструкции щеточного уплотнения, которая позволяет устранить недостатки известных устройств и, в частности, обеспечивает надлежащую компенсацию давления с использованием более тонкой нажимной пластины, изготовленной более простым и рентабельным способом. Другой задачей настоящего изобретения является устранение негативного влияния многочисленных канавок на несущие свойства нажимной пластины, а также устранение повреждения щетинок, их срезания или постоянного изгиба, вызываемых наличием площадок с узкими участками. Решение этих задач позволит устранить ограничения по применению щеточного уплотнения при повышенных перепадах давления или повышенных температурах.

[105b] Указанные выше задачи решены в предложенном щеточном уплотнении благодаря использованию подкладки для блока щетинок, расположенной между блоком щетинок и нажимной пластиной, причем указанная подкладка обеспечивает формирование каналов для компенсации давления и широких площадок для опоры щетинок.

[106] Таким образом, в настоящем изобретении описано щеточное уплотнение, проходящее в окружном направлении и расположенное между неподвижными и вращающимися компонентами механизма, которое в процессе эксплуатации механизма имеет область повышенного давления на впускной стороне и область пониженного давления на выпускной стороне, при этом щеточное уплотнение содержит щетинки, образующие блок щетинок, расположенный в неподвижном компоненте и консольно выступающий по направлению к вращающемуся компоненту, нажимную пластину, расположенную на неподвижном компоненте с выпускной стороны блока щетинок, и подкладку для блока щетинок, расположенную на неподвижном компоненте между блоком щетинок и нажимной пластиной. Указанная подкладка может иметь проходящие в радиальном направлении и отстоящие друг от друга в окружном направлении пазы, проходящие на противоположных сторонах подкладки. Пазы могут быть расположены на внутренней окружной кромке и на наружной окружной кромке указанной подкладки.

[107] В некоторых вариантах выполнения пазы подкладки для блока щетинок включают внутренний радиальный паз и наружный радиальный паз, при этом внутренний радиальный паз начинается вблизи окружного центра указанной подкладки и проходит почти радиально через внутреннюю окружную кромку подкладки, а наружный радиальный паз начинается вблизи окружного центра подкладки для блока щетинок и проходит почти радиально через наружную окружную кромку подкладки.

[108] В некоторых вариантах выполнения нажимная пластина имеет несколько проходящих в окружном направлении канавок, образованных на ее стороне, обращенной к указанной подкладке, при этом канавки включают по меньшей мере первую канавку, выполненную так, что в процессе эксплуатации подкладка для блока щетинок плотно посажена внутри указанной первой канавки, и вторую канавку, образованную в первой канавке и выполненную с образованием канала, который соединяет каждый из внутренних радиальных пазов по меньшей мере с одним соответствующим наружным радиальным пазом.

[109] В некоторых вариантах выполнения вторая канавка выполнена так, что образованный канал соединяет несколько внутренних радиальных пазов по меньшей мере с одним соответствующим наружным радиальным пазом и что каждый из нескольких внутренних радиальных пазов проточно сообщается по меньшей мере с одним соответствующим наружным радиальным пазом.

[110] В некоторых вариантах выполнения нажимная пластина имеет проходящие в окружном направлении канавки, образованные на ее стороне, обращенной к подкладке для блока щетинок, при этом канавки включают по меньшей мере первую канавку, выполненную так, что в процессе эксплуатации подкладка для блока щетинок плотно посажена внутри указанной первой канавки, и вторую канавку, образованную в первой канавке и выполненную с обеспечением соединения каждого из нескольких внутренних радиальных пазов по меньшей мере с одним соответствующим наружным радиальным пазом, так что в процессе эксплуатации механизма сохраняется по существу однородное распределение давления вдоль выпускной стороны блока щетинок.

[111] В некоторых вариантах выполнения наружная окружная кромка второй канавки расположена снаружи относительно внутренней окружной кромки наружных радиальных пазов, а внутренняя окружная кромка второй канавки расположена внутри относительно наружной окружной кромки внутренних радиальных пазов.

[112] В некоторых вариантах выполнения нажимная пластина) имеет проходящие в окружном направлении канавки, образованные на ее стороне, обращенной к подкладке для блока щетинок, при этом канавки включают по меньшей мере первую канавку, выполненную так, что в процессе эксплуатации указанная подкладка плотно посажена внутри указанной первой канавки, и вторую канавку, образованную внутри первой канавки и выполненную так, что на первом заданном радиусе вторая канавка перекрывает внутренние радиальные пазы, причем вторая канавка выполнена так, что на втором заданном радиусе она перекрывает наружные радиальные пазы, причем вторая канавка выполнена так, что по меньшей мере несколько внутренних радиальных пазов и несколько наружных радиальных пазов проточно сообщаются посредством указанной второй канавки.

[113] В некоторых вариантах выполнения каждый из внутренних радиальных пазов имеет по существу вытянутую прямоугольную форму, и указанные пазы отстоят друг от друга практически на одинаковых расстояниях по окружности указанной подкладки, и каждый из наружных радиальных пазов имеет по существу вытянутую прямоугольную форму, и указанные пазы отстоят друг от друга практически на одинаковых расстояниях по окружности указанной подкладки.

[114] В некоторых вариантах выполнения наружные радиальные пазы и внутренние радиальные пазы отстоят друг от друга по существу на одинаковых расстояниях по окружности указанной подкладки и расположены таким образом, что каждый наружный радиальный паз совпадает с одним из внутренних радиальных пазов в заданном окружном местоположении.

[115] В некоторых вариантах выполнения наружные радиальные пазы и внутренние радиальные пазы выполнены так, что первое отношение, представляющее частное от деления радиальной длины каждого из внутренних радиальных пазов на радиальную длину указанной подкладки, составляет примерно от 0,17 до 0,33, второе отношение радиальной длины каждого из наружных радиальных пазов к радиальной длине указанной подкладки составляет примерно от 0,17 до 0,33, третье отношение, представляющее частное от деления окружной ширины каждого из внутренних радиальных пазов на его радиальную длину, составляет примерно от 0,2 до 2, и четвертое отношение, представляющее частное от деления окружной ширины каждого из наружных радиальных пазов на его радиальную длину составляет примерно от 0,2 до 3.

[116] В некоторых вариантах выполнения нажимная пластина имеет проходящую в окружном направлении канавку, выполненную на ее стороне, обращенной к подкладке для блока щетинок, при этом канавка выполнена так, что в процессе эксплуатации указанная подкладка плотно посажена внутри указанной канавки, и глубина канавки примерно соответствует толщине указанной подкладки плюс высота приподнятого участка, и внутренняя и наружная окружные кромки канавки каждая имеют наклоненную внутрь поверхность, выполненную так, что в процессе эксплуатации противоположные наклоненные внутрь поверхности удерживают указанную подкладку внутри канавки.

[117] Эти и другие особенности настоящего изобретения станут понятными после обзора приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов со ссылкой на чертежи и прилагаемую формулу изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[118] Указанные и другие особенности настоящего изобретения станут более понятными и очевидными после внимательного изучения приведенного ниже подробного описания типичных вариантов выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

[119] Фиг. 1 изображает разрез обычного щеточного уплотнения, имеющего канавки, обеспечивающие компенсацию давления.

[120] Фиг. 2 изображает разрез окружного щеточного уплотнения, выполненного согласно варианту выполнения изобретения.

[121] Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5 изображают разрез и виды спереди щеточного уплотнения, выполненного согласно типичному варианту выполнения изобретения.

[122] Фиг. 6, Фиг. 7 и Фиг. 8 изображают разрез и виды спереди щеточного уплотнения, выполненного согласно другому типичному варианту выполнения изобретения.

[123] Фиг. 9, Фиг. 10 и Фиг. 11 изображают разрез и виды спереди щеточного уплотнения, выполненного согласно еще одному типичному варианту выполнения изобретения.

[124] Фиг. 12, Фиг. 13 и Фиг. 14 изображают разрез и виды спереди щеточного уплотнения, выполненного согласно следующему типичному варианту выполнения изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[125] Для четкого описания изобретения желательно определиться с терминологией, которая имеет отношение и применяется для описания некоторых компонентов или деталей турбинного двигателя. Там, где это возможно, будет использована единая промышленная терминология, применяемая согласно ее общепринятому значению. Вместе с тем, подразумевается, что любая указанная терминология будет иметь широкий смысл и не будет ограничена узкими рамками, так чтобы толкование данного документа и объем прилагаемой формулы изобретения не были бы необоснованно ограничены. Специалисты поймут, что зачастую конкретные компоненты могут быть упомянуты под разными названиями. Кроме того, элемент, который в данном документе может быть описан как единая деталь, в другом контексте может включать несколько компонентов и быть упомянут как состоящий из нескольких компонентов, или элемент, который в данном документе может быть описан как состоящий из нескольких компонентов, может быть изготовлен в виде единой детали и в некоторых случаях упомянут как единая деталь. Поэтому, для понимания описанного в данном документе объема изобретения следует обратить внимание не только на предложенную терминологию и описание, но и на обсуждаемые в данном документе конструкцию, конфигурацию, функцию и/или использование компонента.

[126] Кроме того, в данном документе может быть использован ряд описательных терминов. Смысл указанных терминов будет включать приведенные ниже определения. Используемые в данном документе выражения «за» и «перед» указывают направление относительно потока рабочей текучей среды через турбину. В связи с этим, выражение «за» означает в направлении потока, а выражение «перед» означает в направлении против потока через турбину. Выражение «радиальный» относится к движению или положению, перпендикулярному оси. Его часто применяют для описания деталей, которые расположены в разных радиальных положениях относительно оси. В данном случае, если первый компонент расположен ближе к оси по сравнению со вторым компонентом, при этом может быть констатировано, что первый компонент расположен «внутри» или «радиально внутрь» второго компонента. С другой стороны, если первый компонент расположен дальше от оси по сравнению со вторым компонентом, то в данном документе может быть констатировано, что первый компонент расположен «снаружи» или «радиально наружу» второго компонента. Выражение «осевой» относится к движению или положению, параллельному оси. И наконец, выражение «окружной» относится к движению или положению вокруг оси.

[127] Теперь обратимся к чертежам, на которых одинаковыми номерами позиций обозначены подобные детали, при этом на Фиг. 1 изображен разрез обычного щеточного уплотнения 100, выполненного с обычными канавками 101, обеспечивающими компенсацию давления. Проходящее в окружном направлении щеточное уплотнение 100 может быть расположено между неподвижным компонентом 102 и вращающимся компонентом 104 турбомашины. В процессе эксплуатации турбомашины поток может начинаться с впускной стороны, образуя область 106 повышенного давления, и проходить к выпускной стороне, образуя область 108 пониженного давления. Кроме того, щеточное уплотнение 100 может включать блок 110 щетинок, образованный плотным объединением множества щетинок. Блок 110 щетинок может держаться на неподвижном компоненте 102 и выступать в виде консоли по направлению к вращающемуся компоненту 104, так что в процессе эксплуатации турбомашины кончики щетинок входят во взаимодействие с вращающимся компонентом 104. Кроме того, щеточное уплотнение 100 может иметь проходящий в окружном направлении ограничитель 112, расположенный перед блоком 110 щетинок таким образом, что его конец не касается вращающегося компонента 104. В процессе эксплуатации механизма, щетинки блока 110 имеют тенденцию к деформации под влиянием перепада давления, который имеет место через блок 110 щетинок. С целью противодействия данному эффекту, щеточное уплотнение 100 может дополнительно содержать нажимную пластину 114, расположенную с выпускной стороны блока 110 щетинок и прикрепленную к неподвижному компоненту 102. Нажимная пластина 114 может выступать по направлению к вращающемуся компоненту 104 таким образом, чтобы ее конец не касался указанного вращающегося компонента.

[128] Перепад давления, который имеет место вдоль блока 110 щетинок, прижимает щетинки к нажимной пластине 114, тем самым, вызывая фрикционное взаимодействие с поверхностью нажимной пластины, что может уменьшать срок службы щетинок. Кроме того, фрикционное взаимодействие может также подавлять возвратные силы, обусловленные собственной упругостью щетинок, как и другие возвратные силы, что тоже может влиять на эффективность щеточного уплотнения 100. Фрикционное взаимодействие можно уменьшить за счет такой конфигурации щеточного уплотнения 100, при которой давление на любой стороне блока 110 щетинок по существу уравновешено. Ранее были предприняты попытки по применению в щеточном уплотнении 100 конструктивных элементов, которые уравновешивают давление. Одно такое решение предполагает позиционирование нажимной пластины 114 между блоком 110 щетинок и областью 108 низкого давления, так чтобы между блоком 110 щетинок и нажимной пластиной 114 образовался по меньшей мере один карман. Кроме того, в конструкции может быть предусмотрено средство для подачи в указанный карман текучей среды, находящейся под давлением, которое выше, чем давление в области 108 низкого давления, тем самым, уменьшая перепад давления вдоль блока 110 щетинок. Однако такие конструкции могут привести к необходимости использования очень широкого щеточного уплотнения 100. Также отмечено, что при изготовлении уплотнений, предприятия, поставляющие щеточные уплотнения, могут быть ограничены размером пространства, требуемого для их установки, а также производственными проблемами, возникающими при изготовлении щеточных уплотнений. Более того, наличие канавок 101 может способствовать обеспечению опоры для щетинок, тем не менее, области 103, образованные между канавками 101, могут препятствовать гидравлическому сообщению между указанными канавками. Таким образом, в данных случаях, могут быть использованы проходы или отверстия (не показаны), обеспечивающие создание соединительных тоннелей между канавками 101. Однако, как установлено, такие конструкции могут привести к необходимости использования слишком толстой нажимной пластины. В свою очередь, указанные недостатки ограничивают применение указанных щеточных уплотнений 100 при более высоких перепадах давления и/или повышенных температурах.

[129] На Фиг. 2 - Фиг. 14 изображены различные типичные варианты выполнения изобретения. На Фиг. 2 изображен разрез проходящего в окружном направлении щеточного уплотнения 200, выполненного согласно типичному варианту выполнения изобретения. Щеточное уплотнение 200 может быть расположено между неподвижным компонентом 102 и вращающимся компонентом 104 турбомашины. Специалисты в данной области техники поймут, что описанные в данном документе варианты выполнения изобретения можно применять в турбомашинах разного типа, в том числе (но не исключительно) газотурбинных двигателях, авиационных двигателях, двигателях энергетических установок, паротурбинных двигателях и прочих. Как изображено на Фиг. 2, неподвижный компонент 102 турбомашины может представлять собой статор, а вращающийся компонент 104 турбомашины может являться ротором. В процессе эксплуатации турбомашины поток может брать начало с впускной стороны, образуя область 106 повышенного давления, и проходить к выпускной стороне, образуя область 108 пониженного давления. Щеточное уплотнение 200 может включать блок 110 щетинок, образованный плотным объединением множества щетинок. В варианте выполнения изобретения блок 110 щетинок может держаться на неподвижном компоненте 102 и выступать в виде консоли по направлению к вращающемуся компоненту 104. Такая конструкция не мешает кончикам по меньшей мере некоторых щетинок входить во взаимодействие с вращающимся компонентом 104 в процессе эксплуатации турбомашины. Кроме того, щеточное уплотнение 200 может включать проходящий в окружном направлении ограничитель 112, расположенный перед блоком 110 щетинок. В варианте выполнения изобретения ограничитель 112 может опираться на неподвижный компонент 102 и выступать по направлению к вращающемуся компоненту 104, не касаясь указанного вращающегося компонента.

[130] Щеточное уплотнение 200 может дополнительно иметь нажимную пластину 114, опирающуюся на неподвижный компонент 102 с выпускной стороны блока 110 щетинок. Нажимная пластина 114 может выступать по направлению к вращающемуся компоненту 104. Нажимная пластина 114 может иметь по меньшей мере одну проходящую в окружном направлении канавку 202, образованную на ее стороне, обращенной к блоку 110 щетинок, так что между указанным блоком 110 и нажимной пластиной 114 образована полость. Кроме того, нажимная пластина 114 может иметь нижнюю перегородку 204, которая взаимодействует с концами щетинок блока 110, но не касается вращающегося компонента 104. Это может препятствовать осевому перемещению кончиков щетинок под влиянием высокого давления на впускной стороне блока 110 щетинок.

[131] Помимо прочего, щеточное уплотнение 100 может включать подкладку 206 для блока щетинок, расположенную между блоком 110 и нажимной пластиной 114. Подкладка 206 может удерживаться в канавке 202 нажимной пластины 114 разными способами. В типичном варианте выполнения изобретения внутренняя и наружная окружные кромки подкладки 206 могут быть соединены с канавкой 202 нажимной пластины 114 посредством сварки. В других типичных вариантах выполнения изобретения подкладка 206 может быть зажата в канавке 202 нажимной пластины 114. Кроме того, подкладка 206 может иметь проходящие в радиальном направлении и отстоящие друг от друга в окружном направлении внутренние радиальные пазы 208 и наружные радиальные пазы 210, выходящие на ее противоположные стороны. Внутренние радиальные пазы 208 могут быть расположены по периферии внутренней окружной кромки 212 подкладки 206. Аналогичным образом, наружные радиальные пазы 210 могут быть расположены по периферии наружной окружной кромки 214 подкладки 206. Можно использовать разные конфигурации пазов 208 и 210 в подкладке 206, которые описаны применительно к Фиг. 4, Фиг. 7, Фиг. 10 и Фиг. 13.

[132] В примерном варианте выполнения изобретения ограничитель 112, описанный в данном документе, может быть изготовлен из нержавеющей стали марки 430, нажимная пластина 114 может быть изготовлена из нержавеющей стали марки 430, а подкладка 206 может быть изготовлена из нержавеющей стали марки 490. Применение разных материалов для изготовления нажимной пластины 114 и подкладки 206 позволяет снизить стоимость щеточного уплотнения 200, а также допускает его эксплуатацию в зонах с высокой температурой и большим перепадом давления. Специалисты поймут, что материал, применяемый для изготовления щеточного уплотнения, может являться решающим фактором при определении как рентабельности, так и эффективности турбомашины. Более того, вышеуказанные примеры приведены исключительно в описательных целях и не ограничивают объем настоящего изобретения.

[133] Блок 110 щетинок, ограничитель 112 и нажимная пластина 114, описанные в данном документе, могут быть соединены друг с другом и неподвижным компонентом 102 посредством сварки. Более того, блок 110 щетинок, ограничитель 112, нажимная пластина 114 и подкладка 206 могут быть выполнены в виде дугообразных сегментов вокруг оси вращающегося компонента 104, например, но не исключительно, шесть сегментов по 60° каждый. На Фиг. 3 - Фиг. 14 изображены разрезы и виды спереди указанных дугообразных сегментов подкладки 206 и нажимной пластины 114, согласно разным примерным вариантам выполнения изобретения.

[134] На Фиг. 3 изображен разрез щеточного уплотнения 200, выполненного согласно примерному варианту выполнения изобретения. Как изображено на Фиг. 3, щеточное уплотнение 200 может быть расположено между неподвижным компонентом 102 и вращающимся компонентом 104 турбомашины. Кроме того, щеточное уплотнение 200 может иметь множество щетинок, составляющих блок 110 щетинок. Помимо этого, щеточное уплотнение 200 может включать нажимную пластину 114, расположенную на выпускной стороне блока 110 щетинок, и ограничитель 112, расположенный на впускной стороне указанного блока. Блок 110 щетинок, нажимная пластина 114 и ограничитель 112 могут опираться на неподвижный компонент 102 и выступать в виде консоли по направлению к вращающемуся компоненту 104. Щеточное уплотнение 200 может дополнительно включать подкладку 206, которая расположена между блоком 110 щетинок и нажимной пластиной 114 и опирается на неподвижный компонент 102.

[135] На Фиг. 4 и Фиг. 5 изображены виды спереди дугообразных сегментов подкладки 206 и нажимной пластины 114, которые будут обсуждены применительно к Фиг. 3. Как изображено на Фиг. 4, подкладка 206 может иметь проходящие в радиальном направлении и отстоящие друг от друга в окружном направлении внутренние радиальные пазы 208 и наружные радиальные пазы 210, выходящие на противоположные стороны указанной подкладки. Пазы 208 и 210 могут быть расположены, соответственно, на внутренней окружной кромке 212 и наружной окружной кромке 214 подкладки 206. Внутренние радиальные пазы 208 могут начинаться вблизи окружного центра 402 подкладки 206 и проходить в радиальном направлении через внутреннюю окружную кромку 212. Аналогичным образом, наружные пазы 210 могут начинаться вблизи окружного центра 402 подкладки 206 и проходить в радиальном направлении через наружную окружную кромку 214. В варианте выполнения изобретения каждый из внутренних радиальных пазов 208, также как и наружных радиальных пазов 210, может иметь по существу узкую прямоугольную форму и отстоять друг от друга примерно на одинаковые расстояния по окружности подкладки 206. Более того, радиальные пазы 208 и 210 могут быть расположены таким образом, что каждый наружный радиальный паз 210 совпадает с одним из внутренних радиальных пазов 208 в заданном окружном местоположении. Продольные оси радиальных пазов 208 и 210 могут совпадать с радиальным направлением. В других вариантах выполнения продольные оси радиальных пазов 208 и 210 могут быть расположены под углом к радиальному направлению.

[136] На Фиг. 5 изображен вид спереди той стороны нажимной пластины 114, которая обращена к подкладке 206. Нажимная пластина 114 может иметь верхнюю перегородку 502, нижнюю перегородку 204 и две боковые перегородки 504, которые могут контактировать с блоком 110 щетинок. В примерном варианте выполнения изобретения две боковые перегородки могут иметь радиальный или нерадиальный профиль, как изображено на чертеже. Более того, на стороне нажимной пластины 114, обращенной к подкладке 206, могут быть выполнены канавки 202, проходящие в окружном направлении. В одном варианте выполнения изобретения нажимная пластина 114 может иметь две канавки: первую канавку 202а и вторую канавку 202b. Первая канавка 202а может быть сконфигурирована таким образом, что в процессе эксплуатации турбомашины подкладка 206 плотно посажена внутрь указанной первой канавки. Нажимная пластина 114 может иметь вторую канавку 202b, образованную в первой канавке 202а. Это может привести к образованию полости между нажимной пластиной 114 и подкладкой 206, при соединении указанной подкладки с указанной пластиной. Более того, наружная окружная кромка 506 второй канавки 202b может быть расположена снаружи относительно внутренней окружной кромки 404 наружных радиальных пазов 210. Аналогичным образом, внутренняя окружная кромка 508 второй канавки 202b может быть расположена внутри относительно наружной окружной кромки 406 внутренних радиальных пазов 208. Такая конфигурация может обеспечить образование проходного канала, который соединяет каждый из внутренних радиальных пазов 208 по меньшей мере с одним соответствующим наружным радиальным пазом 210. Это может обеспечить дополнительное сообщение каждого внутреннего радиального паза 208 по меньшей мере с одним соответствующим наружным радиальным пазом 210, посредством полости, образованной второй канавкой 202b. Помимо этого, у первого заданного радиуса, вторая канавка 202b может перекрывать внутренние радиальные пазы 208, тогда как у второго заданного радиуса, вторая канавка 202b может перекрывать наружные радиальные пазы 210. Соответственно, по меньшей мере внутренние радиальные пазы 208 и наружные радиальные пазы 210 могут находиться в проточном сообщении посредством второй канавки 202b. Конфигурация, описанная в данном документе, может обеспечить по существу равномерное распределение давления вдоль выпускной стороны блока 110 щетинок. В процессе эксплуатации турбомашины, часть текучей среды может проходить из области 106 высокого давления, через блок 110 щетинок, поступать во вторую канавку 202b нажимной пластины 114 через наружные радиальные пазы 210 и выходить через внутренние радиальные пазы 208 подкладки 206, создавая повышенное давление во внутренней зоне уплотнения. Внутри второй канавки 202b текучая среда может поддерживать давление, которое выше давления в области 108 низкого давления и, таким образом, может уменьшать перепад давления вдоль блока 110 щетинок, до тех пор, пока по обеим сторонам блока 110 не образуется примерно одинаковое давление. Уравновешенное давление по обеим сторонам блока 110 щетинок уменьшает фрикционное взаимодействие между указанным блоком и подкладкой 206 и обеспечивает по существу свободное перемещение щетинок блока 110.

[137] В одном варианте выполнения изобретения внутренние радиальные пазы 208 и наружные радиальные пазы 210 могут быть сконфигурированы таким образом, что первое отношение радиальной длины каждого из внутренних радиальных пазов 208 к радиальной длине подкладки 206 может составлять примерно (но не исключительно) от 0,17 до 0,33, и второе отношение радиальной длины каждого из наружных радиальных пазов 210 к радиальной длине подкладки 206 может составлять примерно (но не исключительно) от 0,17 до 0,33. Более того, третье отношение окружной ширины каждого из внутренних радиальных пазов 208 к радиальной длине пазов 208 может составлять примерно (но не исключительно) от 0,2 до 2, а четвертое отношение окружной ширины каждого из наружных радиальных пазов 210 к радиальной длине пазов 210 может составлять примерно (но не исключительно) от 0,2 до 3. В других типичных вариантах выполнения изобретения первое отношение может составлять примерно (но не исключительно) от 0,2 до 0,3, второе отношение может составлять примерно (но не исключительно) от 0,17 до 0,25, третье отношение может составлять примерно (но не исключительно) от 0,5 до 1, а четвертое отношение может составлять примерно (но не исключительно) от 0,5 до 1.

[138] На Фиг. 6 изображен разрез щеточного уплотнения 200, выполненного согласно другому примерному варианту выполнения изобретения. Аналогично другим примерным вариантам выполнения изобретения (которые представлены на Фиг. 2 и Фиг. 3), щеточное уплотнение 200 может быть расположено между неподвижным компонентом 102 и вращающимся компонентом 104 турбомашины. Кроме того, щеточное уплотнение 200 может иметь множество щетинок, образующих блок 110. Более того, щеточное уплотнение 200 может включать нажимную пластину 114, расположенную за блоком 110 щетинок, и ограничитель 112, расположенный перед блоком 110 щетинок. Блок 110 щетинок, нажимная пластина 114 и ограничитель 112 могут опираться на неподвижный компонент 102 и выступать в виде консоли по направлению к вращающемуся компоненту 104. Щеточное уплотнение 200 может дополнительно включать подкладку 206, которая расположена между блоком 110 щетинок и нажимной пластиной 114 и опирается на неподвижный компонент 102.

[139] На Фиг. 7 и Фиг. 8 изображены виды спереди дугообразных сегментов подкладки 206 и нажимной пластины 114, соответственно. Как изображено на Фиг. 7, подкладка 206 может иметь проходящие в радиальном направлении и отстоящие друг от друга в окружном направлении внутренние радиальные пазы 208 и наружные радиальные пазы 210, проходящие по противоположным сторонам указанной подкладки. Пазы 208 и 210 могут быть расположены, соответственно, на внутренней окружной кромке 212 и наружной окружной кромке 214 подкладки 206. Внутренние радиальные пазы 208 могут начинаться вблизи окружного центра 402 подкладки 206 и проходить в радиальном направлении через внутреннюю окружную кромку 212 указанной подкладки. Аналогичным образом, наружные радиальные пазы 210 могут начинаться вблизи окружного центра 402 подкладки 206 и проходить в радиальном направлении через наружную окружную кромку 214 указанной подкладки. В варианте выполнения изобретения каждый из внутренних радиальных пазов 208, также как и наружных радиальных пазов 210, может иметь по существу узкую прямоугольную форму и отстоять друг от друга примерно на одинаковых расстояниях друг от друга по окружности подкладки 206. Более того, радиальные пазы 208 и 210 могут быть расположены таким образом, что каждый наружный радиальный паз 210 совпадает с одним из внутренних радиальных пазов 208 в заданном окружном местоположении.

[140] Помимо прочего, подкладка 206 может иметь несколько отдельных приподнятых участков 602. Как изображено на Фиг. 6, участки 602 могут быть сконфигурированы таким образом, что при соответствующей установке подкладки 206 на нажимную пластину 114 в щеточном уплотнении 200, указанные участки соприкасаются с указанной пластиной. Это может привести к образованию полости между подкладкой 206 и нажимной пластиной 114. В варианте выполнения изобретения, который изображен на Фиг. 6, участки 602 могут быть образованы углублениями, которые расположены на одинаковых или разных расстояниях по периферии подкладки 206. Специалистам в данной об