РЕМОНТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F16J15/16 F01D25/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в конструкции гидротурбины, являющейся частью агрегата, в котором осевое перемещение ротора агрегата предусмотрено, как штатная эксплуатационная операция, а рабочие механизмы гидротурбины располагаются ниже уровня воды нижнего объема.

Ремонтное уплотнение, закрывающее щель между подвижными поверхностями ротора гидротурбины и неподвижными поверхностями крышки турбины, используется при остановленной гидротурбине при необходимости проведения ремонтных работ рабочих механизмов без опорожнения проточного тракта гидротурбины.

Известна конструкция ремонтного уплотнения, представленная в "Справочнике по гидротурбинам" /1/.

Конструкция этого уплотнения схематично представлена на фиг. 1 приложения. Уплотнение содержит резиновый шланг 1, который расположен в статорных деталях - корпусе и крышке ремонтного уплотнения, соединенных с крышкой турбины, с зазором относительно вала турбины.

Работа этого ремонтного уплотнения осуществляется за счет расширения резинового шланга сжатым воздухом, когда он перекрывает зазор между статорными деталями и валом, тем самым предотвращая доступ воды из проточной части гидротурбины.

Недостатком данного уплотнения является необходимость применения системы сжатого воздуха определенного давления, обеспечивающей расширение резинового шланга без его разрушения. К тому же, из-за необходимости обеспечения давления воздуха в резиновом шланге, это уплотнение может быть применено только на короткий период времени, когда принимаются другие меры по устранению возможности затопления рабочих механизмов гидротурбины.

Известна конструкция ремонтного уплотнения, принятая за прототип /2/.

Конструкция схематично представлена на фиг. 2 приложения.

Уплотнение имеет уплотнительный шнур, расположенный в запорном подвижном кольце, имеющем возможность перемещения вдоль оси с помощью ручных домкратов-винтов, соединенную с крышкой турбины статорную деталь и роторную деталь, размещенную на валу, которые имеют цилиндрические поверхности, размещенные относительно друг друга с радиальным зазором, перекрываемым при остановленной гидротурбине уплотнительным шнуром за счет перемещения подвижного кольца. Недостатками данного уплотнения являются: во-первых, расположение винтов, с помощью которых передвигается запорное кольцо, в зоне, где они могут быть затоплены; во-вторых, необходимость расположения в одной плоскости уплотняемых поверхностей статорной и роторной деталей для обеспечения заданного контактного давления, что требует повышенной точности изготовления и монтажа статорных и роторных деталей гидроагрегата; в-третьих, то, что передвижение кольца без перекоса за счет одновременного вращения всех винтов является трудоемкой операцией и обуславливает зависимость давления в месте контакта шнура с поверхностями роторной и статорной деталей от субъективного фактора.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности уплотнения в течение длительного периода при использовании штатной эксплуатационной операции - осевого перемещения ротора агрегата для приведения уплотнения в рабочее положение.

Этот технический результат обеспечен в ремонтном уплотнении, содержащем статорную и соединенную с валом роторную детали, цилиндрические поверхности которых размещены с радиальным зазором относительно друг друга и уплотнительный шнур для запирания указанного зазора в состоянии включенного уплотнения.

Согласно изобретению - первому варианту - ремонтное уплотнение отличается от прототипа тем, что уплотнительный шнур закреплен на цилиндрической поверхности статорной детали с осевым зазором относительно роторной детали с возможностью контакта с роторной деталью при преднамеренном осевом перемещении вала, при этом высота выступающей части уплотнительного шнура перекрывает радиальный зазор между роторной и статорной деталями, а роторная деталь имеет со стороны уплотнительного шнура заходной участок с плавным изменением диаметра.

Согласно изобретению - второму варианту - ремонтное уплотнение отличается от прототипа тем, что уплотнительный шнур закреплен на цилиндрической поверхности роторной детали с осевым зазором относительно цилиндрической поверхности статорной детали с возможностью контакта с цилиндрической поверхностью статорной детали при преднамеренном осевом перемещении ротора агрегата, при этом высота выступающей части уплотнительного шнура перекрывает радиальный зазор между роторной и статорной деталями, а статорная деталь имеет со стороны уплотнительного шнура заходной участок с плавным изменением диаметра.

В предложенном уплотнении усилие сжатия шнура, т.е. плотность перекрытия зазора между статорной и роторной деталями определяется разницей диаметра соприкасающейся со шнуром поверхности ротора по первому варианту (поверхности статора) и диаметра места расположения вершины выступающей части уплотнительного шнура. При этом надежность перекрытия зазора между роторной и статорной деталями выше, чем в прототипе, так как исключена зависимость плотности контакта указанных деталей от точности их исходного взаимного расположения в осевом направлении, при котором их контактирующие со шнуром поверхности должны находиться в одной плоскости, перпендикулярной оси вала.

Поскольку в предложенном уплотнении контакт шнура с роторной деталью обеспечен за счет перемещения ротора агрегата с помощью штатных средств, то в сравнении с прототипом устраняется субъективный фактор при включении уплотнения, отрицательно влияющий на надежность плотности указанного контакта. В результате также повышается надежность уплотнения.

Изобретение поясняется чертежами, где изображен на фиг. 1 общий вид устройства по первому варианту, на фиг. 2 - общий вид устройства по второму варианту.

Устройство по первому варианту содержит уплотнительный шнур 1, который установлен на внутренней цилиндрической поверхности 2 статорной детали 3. Цилиндрическая поверхность 2 размещена с радиальным зазором "б" относительно цилиндрической поверхности 4 роторной детали 5. Высота выступающей части шнура перекрывает зазор "б". При этом шнур 1 размещен относительно роторной детали 5 с осевыми зазорами "а" с возможностью контакта с деталью 5 при осевом смещении вала 6 посредством штатных средств.

Для обеспечения гладкости скольжения уплотняющей поверхности роторной детали 5 относительно уплотнительного шнура 1 в процессе включения уплотнения роторная деталь 5 имеет со стороны уплотнительного шнура 1 на своей поверхности заходной участок "е" с плавным изменением диаметра.

Ремонтное уплотнение включают в работу путем перемещения ротора агрегата до тех пор, пока цилиндрическая поверхность 4 детали 5 диаметром Ф_Д не переместится до места расположения шнура 1 и не сожмется шнур 1 за счет разницы диаметра Ф_Д поверхности 4 детали 5 и диаметра Ф_С места размещения вершины выступающей части шнура 1.

Разница диаметров Ф_Д и Ф_С выбирается из условия обеспечения контактного давления, вызванного сжатием шнура 1, выше давления воды в зоне контакта шнура 1 с роторной деталью 6.

Устройство по второму варианту содержит уплотнительный шнур 1, который закреплен на цилиндрической поверхности 4 роторной детали 5. Цилиндрическая поверхность размещена с радиальным зазором "б" относительно цилиндрической поверхности 2 статорной детали 3. Высота выступающей части шнура перекрывает зазор "б". При этом шнур 1 размещен относительно статорной детали 3 с осевым зазором "а" с возможностью контакта с деталью 3 при осевом смещении вала 6 посредством штатных средств. Статорная деталь 3 имеет со стороны уплотнительного шнура 1 на своей поверхности заходной участок "е" с плавным изменением диаметра.

Ремонтное уплотнение по второму варианту включают в работу путем перемещения ротора агрегата до тех пор, пока шнур 1 не переместится до места расположения цилиндрической поверхности 2 детали 3.

Источники информации:
1. Справочник по гидротурбинам. Ленинград: Машгиз, 1984, с. 261, рис. 1 - 43.

2. Справочник конструктора гидротурбин. Ленинград: Машгиз, 1971, с. 182, рис. 1 - 70.

Уплотнение может быть использовано в конструкциях гидротурбин, в которых осевое перемещение ротора является штатной эксплуатационной операцией, а рабочие механизмы гидротурбины располагаются ниже уровня воды нижнего бьефа. Ремонтное уплотнение содержит уплотнительный шнур, закрепленный на цилиндрической поверхности статорной детали с осевым зазором относительно цилиндрической поверхности роторной детали с возможностью контакта с этой поверхностью при осевом перемещении ротора посредством штатных средств. Высота выступающей части уплотнительного шнура перекрывает радиальный зазор между цилиндрическими поверхностями деталей, а роторная деталь имеет со стороны уплотнительного шнура заходной участок с плавным изменением диаметра. За счет разницы диаметров между выступом уплотнительного шнура и цилиндрической поверхности регулируется величина контактного давления уплотнения, которая зависит от давления воды в месте расположения ремонтного уплотнения. По второму варианту ремонтное уплотнение содержит уплотнительный шнур, закрепленный на цилиндрической поверхности роторной детали с осевым зазором относительно цилиндрической поверхности статорной детали с возможностью контакта с поверхностью при перемещении ротора агрегата. Высота выступающей части уплотнительного шнура также перекрывает зазор между поверхностями деталей. Статорная деталь имеет со стороны уплотнительного шнура заходной участок с плавным изменением диаметра. Такое уплотнение позволяет повысить надежность его работы за счет исключения влияний погрешностей при монтаже, возможности его использования с помощью штатной операции перемещения ротора агрегата вне зависимости от величины затопления шахты турбины, избежания использования системы сжатого воздуха определенного давления, устранения субъективного фактора при настройке уплотнения вручную. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Ремонтное уплотнение вала гидромашины, включающее уплотнительный шнур для запирания радиального зазора между цилиндрическими поверхностями статорной и роторной деталей гидротурбины в состоянии включенного уплотнения, отличающееся тем, что уплотнительный шнур закреплен на цилиндрической поверхности статорной детали с осевым зазором относительно цилиндрической поверхности роторной детали с возможностью контакта с цилиндрической поверхностью роторной детали при преднамеренном осевом перемещении ротора агрегата, при этом высота выступающей части уплотнительного шнура перекрывает радиальный зазор между роторной и статорной деталями, а роторная деталь имеет со стороны уплотнительного шнура заходной участок с плавным изменением диаметра. 2. Ремонтное уплотнение вала гидромашины, включающее уплотнительный шнур для запирания радиального зазора между цилиндрическими поверхностями статорной и роторной деталей гидротурбины в состоянии включенного уплотнения, отличающееся тем, что уплотнительный шнур закреплен на цилиндрической поверхности роторной детали с осевым зазором относительно цилиндрической поверхности статорной детали с возможностью контакта с цилиндрической поверхностью статорной детали при преднамеренном осевом перемещении ротора агрегата, при этом высота выступающей части уплотнительного шнура перекрывает радиальный зазор между роторной и статорной деталями, а статорная деталь имеет со стороны уплотнительного шнура заходной участок с плавным изменением диаметра.