УЗЕЛ КОНЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ ЦИЛИНДРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2001 года по МПК F01D11/02 

Изобретение относится к области паротурбиностроения и может быть использовано в узле концевого уплотнения паровой турбины, преимущественно для цилиндров высокого и среднего давлений.

Концевые уплотнения цилиндров современных паровых турбин выполняют лабиринтными с большим числом уплотнительных гребней, с камерами отсоса пара, протекающего через уплотнения, и камерой подачи уплотняющего пара, формируемыми между отсеками, в которые сгруппированы секции колец с уплотнительными усиками. Чем больше длина уплотнения и количество камер, тем меньше утечки пара и выше экономичность, что является основным требованием к уплотнению. Кроме того, к уплотнению предъявляют еще одно важное требование - простоту и снижение трудоемкости ремонтных работ [1].

Узел описанного концевого уплотнения, содержащий секции колец лабиринтного уплотнения, установленные в базовом опорном средстве и сгруппированные в отсеки, между которыми выполнены камеры отсоса и подачи пара, является ближайшим аналогом настоящего изобретения.

В узлах концевого уплотнения большей части известных турбин, выполненных согласно описанному аналогу, базовые опорные средства выполнены в виде нескольких отдельных обойм с установочными диафрагмами, которыми обоймы закреплены в расточках корпуса цилиндра турбины. При этом обоймы имеют разъемы в горизонтальной плоскости, по которым их половины скрепляются болтовыми соединениями. В таком узле камеры отсоса и подачи пара образуются между установочными диафрагмами обойм и получаются хорошо развитыми. Однако в плоскости разъема эти камеры в большей части перекрыты фланцами горизонтального разъема обоймы, что создает сопротивление потоку пара и затрудняет его эвакуацию. Кроме того, установочные диафрагмы обойм подвержены большому градиенту температуры с противоположных сторон и даже при выполнении их более массивными, чем требуется по прочности, диафрагмы подвержены короблению. Это ограничивает возможности минимизации зазора в уплотнении, а при проведении ремонта требует выполнения трудоемких работ по правке установочных диафрагм и последующей центровке обойм относительно корпуса цилиндра турбины.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого узла концевого уплотнения цилиндра паровой турбины, элементы которого не были бы подвержены короблению, позволяя устанавливать минимальные зазоры в уплотнении и уменьшить трудоемкость ремонта.

Эта задача решается в узле концевого уплотнения, содержащем секции колец лабиринтного уплотнения, установленные в базовом опорном средстве и сгруппированные в отсеки, с выполненными между ними камерами отсоса и подачи пара, в котором в соответствии с сущностью настоящего изобретения базовое опорное средство выполнено в виде сплошной цилиндрической обоймы с расточками по внутренней поверхности между отсеками уплотнения, образующими кольцевые камеры, которые соединены каналами, проходящими к внешней поверхности обоймы с выполненными в корпусе цилиндра камерами, при этом последние выполнены в форме улитки, а напротив расточек, соединенных с камерами отсоса пара на валу или втулки вала, выполнены пароотбойные гребни.

Так как при таком исполнении опорное средство секций колец уплотнения представляет собой цилиндрическую обойму, которая обладает, в основном, постоянной толщиной по длине, в ней обеспечивается весьма равномерный градиент температуры по длине, что позволяет предотвратить коробление опорного средства секций уплотнения. Сообщение камер отсоса пара в корпусе цилиндра с проточками между отсеками уплотнения каналами не ухудшает условие отсоса пара по сравнению с аналогами, а выполнение камер отсоса в форме улиток и применение пароотбойных гребней на валу позволяет обеспечить лучшую эвакуацию пара.

В известных цилиндрах часть узла концевого уплотнения с камерой подвода относительно более холодного пара, находящаяся в особо неблагоприятных условиях, обычно выполняют в виде отдельного конструктивного элемента, называемого камином, который присоединяется к корпусу цилиндра с торца с помощью болтового соединения. При этом, чтобы исключить тепловую деформацию камина из-за разности температурных расширений корпуса цилиндра и камина, их соединение выполнено с использованием упругого элемента, обеспечивающего независимость их температурных расширений. Это приводит к значительному усложнению узла концевого уплотнения. Изобретение благодаря равномерному распределению температурного поля в цилиндрической обойме позволяет выполнить узел концевого уплотнения без камина с размещением всех отсеков в единой цилиндрической обойме.

Для исключения перетечек пара между камерами отсоса и подвода пара целесообразно, чтобы в кольцевом зазоре между цилиндрической обоймой и корпусом цилиндра были установлены уплотнения, разделяющие друг от друга проходы в камеры отсоса и подвода пара. Наиболее целесообразно, чтобы эти уплотнения были выполнены в виде плоских колец, установленных в кольцевых щелях с зазором, выбираемым за счет температурного перемещения обоймы относительно корпуса цилиндра при работе турбины.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его реализации, изображенного на прилагаемых чертежах, на которых
фиг. 1 изображает узел концевого уплотнения цилиндра паровой турбины в продольном разрезе;
фиг. 2 - поперечный разрез узла концевого уплотнения через одну из камер отсоса пара по А-А на фиг. 1 в уменьшенном масштабе;
фиг. 3 - место установки уплотнения, разделяющего кольцевой зазор между корпусом цилиндра и цилиндрической обоймой, место Б на фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Приводимый пример относится к узлу переднего концевого уплотнения цилиндра высокого давления, содержащего шесть отсеков 1, 2, 3, 4, 5, 6 лабиринтного уплотнения, состоящих из секций 7 колец уплотнения. Эти секции установлены в единой сплошной цилиндрической обойме 8, установленной в корпусе 9 цилиндра турбины (фиг. 1) с разъемом в горизонтальной плоскости, проходящей через ось цилиндра. Для фиксации углового положения обоймы 8 ее верхняя половина установлена на лапах 10, а нижняя половина зафиксирована с помощью шпонки 11 (фиг. 2).

В обойме 8 между отсеками лабиринтного уплотнения выполнены расточки 12, образующие кольцевые камеры. Эти камеры каналами 13, проходящими, в основном, радиально к внешней поверхности обоймы 8 соединены с камерами отсоса пара 14, 15, 16, 17 и подачи уплотняющего пара 18, сформированными в корпусе 9 цилиндра турбины (фиг. 1). Эти камеры выполнены в форме улиток с закруткой в направлении течения потока пара (фиг. 2). Для исключения перетечек пара между камерами отсоса и подачи пара в кольцевом зазоре между обоймой 8 и корпусом 9 цилиндра турбины в кольцевых щелях 19 установлены плоские кольца 20 (фиг. 3). При этом зазоры между этими кольцами и стенками щелей рассчитаны так, чтобы при работе турбины за счет температурного расширения и перемещения обоймы 8 относительно корпуса 9 эти зазоры выбирались.

На валу 21 ротора закреплена втулка 22 с гребнями, образующими с секциями 7 заданную форму лабиринтного уплотнения. При этом напротив расточек 12, связанных с камерами отсоса пара 14, 15, 16 и 17, на втулке 22 выполнены пароотбойные гребни 23. Эти гребни могут быть выполнены с профилем колеса центробежного насоса.

Работа описанного узла концевого уплотнения происходит как и в других известных концевых уплотнениях. Из первых трех камер по протечке пара 14, 15 и 16 пар отсасывается в подогреватели системы регенеративного нагрева питательной воды, в предпоследнюю камеру 18 подают относительно холодный уплотняющий пар, а последнюю камеру 17 соединяют с подогревателем, в котором с помощью эжектора создается небольшой вакуум (на чертеже эти элементы системы не показаны).

Несмотря на сходность работы описанного узла концевого уплотнения с известными условия его работы существенно отличаются. В результате математического моделирования на компьютере было установлено, что градиент температуры по цилиндрической обойме 8 распределяется достаточно равномерно. Это достигается благодаря ее исполнению в виде равнотолщинной детали и быстрой эвакуации протекающего между отсеками пара.

Источник информации
1. А.Д. Трухний, С.М. Лосев. Стационарные паровые турбины. М., 1981 г., с. 63 - 64, 104, рис 3.14.

Концевое уплотнение предназначено для цилиндра паровой турбины. Концевое уплотнение содержит секции колец лабиринтного уплотнения, сгруппированные в отсеки, которые с помощью базового опорного средства установлены в корпусе цилиндра турбины. Между отсеками выполнены камеры отсоса протечек пара и подачи уплотняющего пара. Базовое опорное средство для всех отсеков выполнено в виде единого сплошного цилиндра в качестве обоймы для отсеков с расточками по внутренней поверхности, образующими кольцевые камеры, сообщенные каналами, проходящими через обойму, с камерами отсоса и подачи пара, которые выполнены в корпусе цилиндра. Эти камеры выполнены в форме улиток, а на валу или втулке вала напротив расточек, соединенных с камерами отсоса протечек пара, выполнены пароотбойные гребни, что позволяет улучшить эвакуацию пара, перетекающего между отсеками уплотнения. Такое выполнение узла концевого уплотнения обеспечивает относительно равномерный градиент температуры вдоль обоймы и тем самым предотвращает температурные деформации базового опорного средства для отсеков уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел концевого уплотнения цилиндра паровой турбины, содержащий секции колец лабиринтного уплотнения, установленные в базовом опорном средстве и сгруппированные в отсеки с выполненными между ними камерами отсоса и подачи пара, отличающийся тем, что базовое опорное средство выполнено в виде сплошной цилиндрической обоймы с расточками по внутренней поверхности между отсеками уплотнения, образующими кольцевые камеры, которые соединены каналами, проходящими к внешней поверхности обоймы, с камерами отсоса и подачи пара, выполненными в корпусе цилиндра, при этом последние выполнены в форме улиток, а напротив расточек в обойме, соединенных с камерами отсоса пара, на валу или втулке вала выполнены пароотбойные гребни. 2. Узел концевого уплотнения по п.1, отличающийся тем, что в кольцевом зазоре между обоймой и корпусом цилиндра установлены уплотнения, отделяющие друг от друга камеры отсоса и подачи пара. 3. Узел концевого уплотнения по п.2, отличающийся тем, что уплотнения между камерами отсоса и подачи пара выполнены в виде плоских колец, установленных в кольцевых щелях с осевым зазором, выбираемым за счет температурного перемещения обоймы относительно корпуса цилиндра при работе турбины.