ЦИЛИНДР ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F01D25/00 F01D11/02 

Изобретение относится к области паротурбостроения, в частности к конструкции корпуса части низкого давления, и может быть использовано в узлах соединения выхлопного патрубка с концевым уплотнением ротора при модернизации действующих турбин.

Известна конструкция цилиндра низкого давления (ЦНД) паровой турбины, например, К-200-130 производства АО ЛМЗ, в котором корпус подшипника встроены в выхлопной патрубок, а корпус концевого уплотнения (КУ) вертикальным фланцем крепится со стороны внутренней полости выхлопного патрубка на его опорное кольцо. Большая часть корпуса КУ расположена за пределами этого кольца со стороны подшипника. Корпус КУ жестко соединен заодно с вертикальными стенками, каждая из которых несет внутреннюю обечайку с уплотнительными кольцами одного отсека КУ, при этом обечайка, первая со стороны выхлопного патрубка, расположена большей частью внутри полости выхлопного патрубка. Корпус КУ по горизонтальному разъему скреплен фланцами, кроме участка внутри опорного кольца корпуса ЦНД, при этом вертикальные стенки также не имеют скреплений по горизонтальному разъему [1].

Отсутствие скреплений на значительных участках наружных внутренних стенок корпуса КУ может приводить к нарушению его герметичности - присосам воздуха или протечкам пара между отсеками из-за короблений корпуса КУ во время прогрева турбины.

В условиях роботы турбины по графику полупиковых нагрузок при частых пусках и остановах увеличивается вероятность нештатных изменений радиальных зазоров между гребнями уплотнительных колец и ротором, в частности, из-за тепловых или вибрационных расцентровок статора относительно ротора.

Вследствие этого происходит истирание гребней уплотнительных колец при задевании их о ротор. В этих случаях целесообразно заменять уплотнительные кольца, но при таком исполнении КУ это возможно только при вскрытии корпуса ЦНД во время капитального ремонта турбины. Между тем во время коротких межремонтных остановов турбины корпус ЦНД вскрыть не представляется возможным вследствие дефицита времени и существенной трудоемкости этой операции.

Известно КУ, применяемое, например, в современных турбинах АО ЛМЗ К-300-240-3 [2] . Корпуса подшипников так же, как в вышеуказанном аналоге, встроены в выхлопные патрубки ЦНД. Корпус этого КУ выполнен заодно (сварен) с корпусом выхлопного патрубка так, что весь корпус КУ расположен внутри его. При этом фланец горизонтального разъема корпуса КУ выполнен заодно с фланцем выхлопного патрубка. Обоймы, включающие вертикальные кольцевые стенки, внутренние обечайки с уплотнительными кольцами, установлены в наружной обечайке по кольцевой посадке, так, что их стенки могут быть сболчены по горизонтальному разъему.

В отличие от предыдущего аналога в этом устройстве КУ перецентровка уплотнительных колец, которую можно осуществлять во время капитального ремонта, облегчается, поскольку при этом не нужно сдвигать весь корпус КУ.

Скрепление половин обойм по горизонтальному разъему повышает герметичность уплотнений из-за уменьшения присосов воздуха или протечек пара между отсеками уплотнения.

Однако и при таком исполнении КУ для замены уплотнительных колец обязательно вскрытие корпуса ЦНД, что обычно возможно только во время капитального ремонта турбины.

Известно устройство КУ, принятое за прототип, которое применяется в турбинах ХТГЗ К-500-240 [3]). Корпуса подшипников встроены в выхлопные патрубки ЦНД, соответственно и корпуса КУ расположены внутри корпуса выхлопного патрубка. Верхняя половина КУ вертикальным кольцевым фланцем скреплена разъемно с опорным кольцом корпуса выхлопного патрубка со стороны подшипника. В этом исполнении КУ вертикальные стенки, разделяющие его корпус на отсеки, соединены с внешней обечайкой корпуса КУ и внутренней обечайкой, несущей уплотнительные сегменты. При этом вертикальная стенка, первая со стороны выхлопного патрубка с частью внешней обечайки, часть внутренней обечайки с несколькими уплотнительными сегментами отсеков КУ расположены внутри выхлопного патрубка.

Преимущество этого решения по сравнению с другими аналогами - возможность разборки КУ без вскрытия корпуса ЦНД, если расстояние от корпуса до крышки подшипника достаточно для сдвига КУ в осевом направлении в сторону подшипника за пределы опорного кольца.

Однако сдвиг корпуса КУ в сторону подшипника, необходимый для замены уплотнительных сегментов, возможен только для КУ "гладкого типа", т.е., когда ротор выполнен без радиальных выступов в зоне уплотнительных сегментов, поскольку посадочный зазор между внешней обечайкой корпуса КУ и опорным кольцом выхлопного патрубка несопоставимо мал по сравнению с минимально необходимой для подъема верхней половины КУ высотой.

Технический эффект изобретения - обеспечение при модернизации турбин замены сегментов КУ без вскрытия корпуса выхлопного патрубка независимо от расстояния от верхней половины КУ до подшипника, одновременно обеспечение замены, по крайней мере, первого отсека уплотнительных сегментов без демонтажа элементов других отсеков.

Эта задача решена в цилиндре паровой турбины, содержащем корпус выхлопного патрубка, подшипник, встроенный в выхлопной патрубок, концевое уплотнение (КУ) ротора турбины, содержащее корпус с горизонтальным разъемом, по крайней мере, верхняя половина которого разъемно соединена с опорным кольцом выхлопного патрубка в плоскости со стороны подшипника, скрепленные с корпусом КУ вертикальные кольцевые стенки с горизонтальным разъемом, несущие обечайку с уплотнительными сегментами отсеков КУ, которая частично размещена внутри полости выхлопного патрубка, в котором, согласно изобретению, верхние половины корпуса КУ и первой со стороны полости выхлопного патрубка вертикальной кольцевой стенки размещены за плоскостью соединения корпуса КУ и опорного кольца, при этом, по крайней мере, указанная первая вертикальная кольцевая стенка соединена с корпусом КУ по подвижной кольцевой посадке, а обечайка выполнена, по крайней мере, из двух частей, одна из которых с уплотнительными сегментами первого отсека соединена с указанной первой вертикальной стенкой.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена часть цилиндра паровой турбины в зоне его выхлопного патрубка.

Цилиндр турбины содержит выхлопной патрубок 1, КУ, состоящее из корпуса 2 с фланцем 3, с горизонтальным разъемом, с вертикальными кольцевыми стенками 4, установленными в кольцевых пазах 5 или на выступах 6 корпуса 2 по кольцевой посадке по боковым стенкам пазов 5 и выступов 6. Стенки 4 несут части 7, 8, 9 обечайки с уплотнительными сегментами 10 каждого отсека КУ, снабженные уплотнительными гребнями 11. На роторе 12 выполнены выступы 13 в зоне отсеков КУ.

Для обеспечения радиальных термических расширений при сохранении центровки сегментов относительно ротора, стенки 4 установлены в пазах 5 или на выступах 6 корпуса 2 на радиальных центровочных шпонках (последние не показаны). Цилиндр также содержит встроенный в выхлопной патрубок 1 подшипник 14. Выхлопной патрубок 1 цилиндра снабжен опорным кольцом 15, с которым жестко соединено со стороны подшипника 14 промежуточное кольцо 16. Плоскость 17 торца кольца 16 служит базовой плоскостью для крепления корпуса 2 КУ фланцем 3 на кольце 16 и тем самым на опорном кольце 15 патрубка 1 в случае использования изобретения на действующих турбинах. Для новых турбин корпус 2 КУ соединяют разъемно с торцевой плоскостью 18 опорного кольца 15, размещенной со стороны подшипника 14. В условиях станции элементы КУ и его крепление на опорном кольце могут быть выполнены согласно изобретению, в частности, только в верхней половине КУ, и в этом случае между верхней половиной корпуса 2 КУ и опорным кольцом 15 размещают промежуточное полукольцо-половину кольца 16.

Корпус 2 КУ и первая со стороны выхлопного патрубка кольцевая стенка 4 размещены за плоскостью соединения корпуса 2 КУ с опорным кольцом 15, т.е. за торцевой плоскостью 18 опорного кольца 15, размещенной со стороны подшипника 14, или при использовании промежуточного кольца 16 за плоскостью 17.

Корпус КУ 2 разъемно соединен с опорным кольцом 15 и промежуточным кольцом 16 в плоскости 17, например, болтами 19.

Часть 7 обечайки, которую несет первая со стороны выхлопного патрубка стенка 4, размещена частично внутри полости 20 выхлопного патрубка с зазором "В" относительно промежуточного кольца 16. Величина зазора 'В" превышает минимальную расчетную величину, необходимую для подъема гребней 11 над выступами 13, что обеспечивает свободную выемку части 7 обечайки для варианта КУ "ступенчатого типа". Указанная минимальная величина определяется по формуле: h= Rsin arc cos R -m/R, где h - минимальная величина для подъема гребней 11 над выступами 13 ротора 12, R - радиус цилиндрической поверхности выступов 13, m - высота выступов 13. Ротор может быть выполнен без выступов 13 для КУ "гладкого типа".

Ремонт КУ производят без вскрытия крышки цилиндра. Демонтируют крепежные соединения (болты) 19 корпуса 2 КУ с опорным кольцом 15 выхлопного патрубка 1 и промежуточным кольцом 16 и крепежные соединения (не показаны) корпуса 2 КУ по горизонтальному разъему, поднимают верхнюю половину корпуса КУ 2, при этом вертикальные стенки 4 остаются на месте. Затем демонтируют крепежные соединения фланцев (не показаны) по горизонтальному разъему стенки 4, несущей часть обечайки с сегментами 10, выбранного для ремонта отсека КУ.

Производят подъем верхней половины стенки 4 с выбранной для ремонта частью обечайки на высоту, величина которой больше минимальной величины "h", например, для части 7 обечайки первого со стороны полости 20 отсека КУ на высоту, равную зазору "В". Затем производят замену сегментов 10 в верхней половине части 7 обечайки. В случае демонтажа первого отсека КУ, после подъема верхней половины стенки 4 ее сдвигают вместе с верхней половиной части 7 обечайки в сторону подшипника 14 для вывода последней из полости 20 выхлопного патрубка 1.

После этого производят замену сегментов 10 в нижней половине части обечайки путем их выкатывания из под ротора 12.

После этого ставят верхние половины стенки 4 и части 7 обечайки на их нижние половины, скрепляют половины стенки 4 по ее фланцам горизонтального разъема, например, установочными болтами (не показаны).

Аналогично можно производить замену уплотнительных сегментов других отсеков КУ.

Таким образом, исключается необходимость вскрытия корпуса цилиндра турбины при ревизии КУ, при этом такая возможность обеспечена независимо от расстояния между элементами подшипника и КУ на действующих турбинах.

Источники информации
1. Щегляев А.А., Паровые турбины, -М.: Энергия, 1976, стр. 9-10.

2. Щегляев А.А., Паровые турбины, -М.: Энергия, 1976, стр. 284, рис 9-15.

3. Щегляев А.А., Паровые турбины, -М.: Энергия, 1976, стр. 9-22.

Цилиндр предназначен для паровой турбины. Цилиндр содержит корпус выхлопного патрубка со встроенным в него подшипником и концевое уплотнение (КУ) ротора турбины. КУ содержит корпус с горизонтальным разъемом, по крайней мере, верхняя половина которого разъемно соединена с опорным кольцом выхлопного патрубка со стороны подшипника. С корпусом КУ скреплены вертикальные кольцевые стенки с горизонтальным разъемом, несущие обечайку с уплотнительными сегментами отсеков КУ. При этом обечайка выполнена, по крайней мере, из двух отдельных частей, одна из которых, несущая уплотнительные сегменты первого со стороны выхлопного патрубка отсека КУ, частично размещенная внутри выхлопного патрубка, соединена с первой со стороны патрубка вертикальной стенкой. Верхние половины корпуса КУ и первой со стороны полости выхлопного патрубка вертикальной кольцевой стенки КУ размещены за плоскостью соединения корпуса КУ с опорным кольцом. При этом, по крайней мере, указанная первая вертикальная кольцевая стенка соединена с корпусом КУ по подвижной кольцевой посадке. Для обеспечения базы крепления корпуса КУ на опорном кольце для турбин, установленных на станциях, между опорным кольцом и, по крайней мере, верхней половиной корпуса КУ может быть размещено промежуточное полукольцо, жестко соединенное с опорным кольцом, корпус КУ при этом разъемно соединен крепежными элементами с промежуточным полукольцом и опорным кольцом. Изобретение позволяет производить смену и перецентровку уплотнительных сегментов во время остановов турбины без съема крышки корпуса цилиндра при любом расстоянии между КУ и подшипником, кроме того, обеспечена возможность замены одного отсека уплотнительных сегментов без демонтажа элементов других отсеков. 1 ил.

Цилиндр паровой турбины, содержащий корпус выхлопного патрубка, подшипник, встроенный в выхлопной патрубок, концевое уплотнение ротора турбины, содержащее корпус с горизонтальным разъемом, по крайней мере, верхняя половина которого разъемно соединена с опорным кольцом выхлопного патрубка в плоскости со стороны подшипника, скрепленные с корпусом концевого уплотнения вертикальные кольцевые стенки с горизонтальным разъемом, несущие обечайку с уплотнительными сегментами отсеков концевого уплотнения, которая частично размещена внутри полости выхлопного патрубка, отличающийся тем, что верхние половины корпуса концевого уплотнения и первой со стороны полости выхлопного патрубка вертикальной кольцевой стенки размещены за плоскостью соединения корпуса концевого уплотнения и опорного кольца, при этом, по крайней мере, указанная первая вертикальная кольцевая стенка соединена с корпусом концевого уплотнения по подвижной кольцевой посадке, а обечайка выполнена, по крайней мере, из двух частей, одна из которых с уплотнительными сегментами первого отсека соединена с указанной первой вертикальной стенкой.