Классификация и характеристики щеточных уплотнений

В зависимости от структурных и функциональных характеристик щеточные уплотнения можно разделить на стандартные, многоступенчатые и гибридные, в которых щеточные уплотнения сочетаются с другими механизмами уплотнения (например, щеточными-лабиринтными уплотнениями).

Многоступенчатые щеточные уплотнения- сталкиваются с проблемой неравномерного распределения перепада давления по ступеням, что может легко привести к преждевременному выходу уплотнения из строя. Исследования показывают, что в многоступенчатых щеточных уплотнениях перепад давления на каждой последующей ступени постепенно увеличивается (например, в двух-щеточных уплотнениях вклад отдельных ступеней в перепад давления обычно составляет 32–35 % и 65–68 % соответственно). Основной причиной этого явления является постепенно увеличивающийся-и неравномерный-объемный расход по ступеням. За счет увеличения площади поперечного сечения каналов потока на последующих ступенях можно эффективно снизить объемный расход, тем самым балансируя перепад давления на ступенях и повышая как производительность уплотнения, так и срок службы.

Гибридные щеточные уплотнения (например, щеточные-лабиринтные уплотнения) используют преимущества, присущие различным механизмам уплотнения. Моделирование взаимодействия жидкостной-структуры показывает, что при идентичных условиях эксплуатации скорость утечки таких гибридных конструкций может быть снижена примерно на 18 % по сравнению с конструкциями с чистым щеточным уплотнением. Вихри воздушного потока, генерируемые в их полях потока, служат для рассеивания части энергии газа и снижения скорости утечки, тем самым наделяя уплотнение определенной степенью адаптируемости в диапазоне условий перепада давления.

В целом щеточные уплотнения обладают рядом явных преимуществ, включая низкие требования к точности установки, высокую эффективность и минимальные утечки. Практическое применение,-например, при модернизации паровых турбин на электростанциях-продемонстрировало, что эти уплотнения могут эффективно повысить эффективность цилиндров турбины, снизить потребление угля и принести значительную экономическую выгоду.

Кроме того, для оптимизации производительности были разработаны различные специализированные структурные конструкции; например, конструкция щеточного уплотнения с изогнутыми секциями щетины позволяет одновременно достичь низкой жесткости щетины и минимальной радиальной площади, занимаемой структурой.