КОНЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ЦИЛИНДРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F01D11/02 

Изобретение относится к области паровых турбин и может быть использовано в концевом уплотнении цилиндра низкого давления (ЦНД) многоцилиндровой турбины, а также в равной мере для части низкого давления одноцилиндровой турбины.

Выхлопные камеры ЦНД, обладая большими габаритами, подвержены значительным усилиям от перепада внешнего и внутреннего давлений и неравномерного температурного поля, приводящим к деформации стенок камеры и выхлопного патрубка. Эти деформации в известных концевых уплотнениях, выполненных встроенными в горловины выхлопных патрубков [1], передаются на элементы уплотнения, что во избежание их разрушения приводит к необходимости увеличения уплотнительных зазоров.

В ЦНД обычно подшипниковые опоры ротора выполнены встроенными. Однако в мощных паровых турбинах для устранения деформации опор и вибрации турбоагрегата подшипниковые опоры ротора выполняют выносными [2].

При этом известны турбины, в которых концевое уплотнение ЦНД закреплено между горловиной выхлопного патрубка и корпусом выносной подшипниковой опоры ротора. Такое уплотнение, содержащее выполненную с горизонтальным разъемом внешнюю коробку с диафрагмами, разделяющими полость коробки на камеры подачи уплотняющего пара и отсоса паровоздушной смеси, и обойменные элементы, связанные с опорными кольцами диафрагм, и несущие секции уплотнительных колец, является ближайшим аналогом настоящего изобретения [3].

В таком уплотнении обеспечивается его независимость от деформаций выхлопного патрубка ЦНД и неадекватного теплового расширения выхлопного патрубка и корпуса подшипниковой опоры ротора.

В известном уплотнении это достигается за счет использования гибкой мембраны в виде линзового компенсатора для соединения внешней коробки с выхлопным патрубком. Однако линзовые компенсаторы выполняются без горизонтального разъема, а поэтому при монтаже они должны быть предварительно размещены на роторе ЦНД, что усложняет сборочные работы. При этом линзовые компенсаторы приводят к необходимости увеличения длины ротора, а вместе с тем их полость не может быть рационально использована. Эти недостатки препятствуют также использованию известного уплотнения для реконструкции действующих турбин.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого концевого уплотнения ЦНД, устанавливаемого между горловиной выхлопного патрубка и корпусом выносной подшипниковой опоры ротора, которое было бы относительно простым и технологичным для осуществления монтажно-демонтажных операций, в том числе при реконструкции действующих турбин.

Эта задача решается в концевом уплотнении, которое содержит выполненную с горизонтальным разъемом внешнюю коробку с диафрагмами, разделяющими ее на отдельные камеры и выполненными с опорными кольцами, и установленные в этих кольцах обойменные элементы, несущие секции уплотнительных колец, и в котором в соответствии с сущностью настоящего изобретения обойменные элементы совмещены в одной детали с горизонтальным разъемом, по окружности которой выполнены два ряда щелей, разграничивающих обойменные элементы, обеспечивая сообщение уплотняемого зазора с камерами внешней коробки, а обойменные элементы связаны с опорными кольцами диафрагм с применением упругих в радиальном направлении элементов. При этом на одном из концов уплотнения внешняя коробка выполнена с возможностью прикрепления к горловине выхлопного патрубка, а на другом конце уплотнения - деталь, совмещающая обойменные элементы, выполнена с возможностью прикрепления к корпусу подшипниковой опоры ротора.

При указанном исполнении за счет упругой связи между внешней коробкой и деталью, совмещающей обойменные элементы, и их независимого присоединения к горловине выхлопного патрубка и корпусу подшипниковой опоры ротора обеспечивается исключение влияния деформации выхлопного патрубка и разницы в тепловых расширениях этого патрубка и корпуса подшипниковой опоры ротора на величину уплотняемого зазора. Вместе с тем, при этом исключается необходимость применения линзового компенсатора и устраняются все недостатки, связанные с его использованием.

В концевом уплотнении в соответствии с основной сущностью конец внешней коробки для прикрепления к горловине выхлопного патрубка может быть выполнен с образованием любого обычно используемого соединения - фланцевого, сварного и т. п. Для прикрепления детали, совмещающей обойменные элементы с корпусом подшипниковой опоры ротора, следует применять разъемное, в частности фланцевое, соединение и ограничивать его только периметром торца нижней половины названной детали. При этом фланцевое соединение может быть выполнено как с вертикальным, так и с горизонтальным разъемом, а одна из фланцевых частей может быть выполнена на кронштейне, примыкающем либо к корпусу подшипниковой опоры ротора, либо к детали, совмещающей обойменные элементы.

Упругая связь обойменных элементов с опорными кольцами диафрагм также может быть выполнена любым подходящим путем. В частности, может быть применено известное Т-образное замковое соединение обойменных элементов с опорными кольцами диафрагм и с расположением плоских пружин между дном последних и периферийной круговой поверхностью обойменных элементов. Однако, учитывая, что последние совмещены в одной детали, для минимизации перетечек сред между камерами внешней коробки потребуется ужесточение технологических требований к изготовлению Т-образного замкового соединения. Поэтому более целесообразно установить между опорными кольцами диафрагм и периферийной окружностью обойменных элементов утапливаемые в одну из этих частей круговые перегородки, составленные из сегментов, сопряженных по окружности замковыми соединениями, допускающими взаимное тангенциальное перемещение сегментов, подпружиненных в радиальном направлении.

Существо настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его реализации, иллюстрируемого прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает узел концевого уплотнения ЦНД паровой турбины с выхлопным патрубком и выносной подшипниковой опорой ротора;
фиг. 2 - фрагмент соединения опорного кольца диафрагмы внешней коробки и обойменного элемента, вид А на фиг.1 в увеличенном масштабе;
фиг. 3 - вид на замковое соединение сегментов круговой перегородки, вид по стрелке Б на фиг.2.

Изображенный на фиг.1 узел включает расположенный за последней ступенью облопачивания 1 выхлопной патрубок 2, расположенное в его горловине концевое уплотнение и выносная подшипниковая опора 3 ротора 4.

Концевое уплотнение содержит внешнюю коробку 5, выполненную с горизонтальным разъемом и приваренную к стенке горловины выхлопного патрубка 2. Эта внешняя коробка 5 выполнена с диафрагмами 6, разделяющими ее на камеры 7 подачи уплотняющего пара и 8 отсоса паровоздушной смеси. При этом каждая диафрагма 6 выполнена с опорным кольцом 9, напротив которого расположен обойменный элемент 10, несущий секции 11 уплотнительных колец. Обойменные элементы 10 выполнены совмещенными в одной детали 12 с горизонтальным разъемом, имеющей два ряда расположенных по окружности щелей 13, разграничивающих обойменные элементы 10 и обеспечивающих сообщение уплотняемого зазора с камерами 7 и 8 внешней коробки. Нижняя половина названной детали 12 выполнена с выходящим за пределы внешней коробки 5 кронштейном 14 с фланцем 15, которым эта половина детали 12 прикреплена к корпусу 16 подшипниковой опоры 3 ротора 4.

Как показано на фиг.2 и 3, между опорным кольцом 9 каждой диафрагмы 6 и обойменным элементом 10 расположена круговая перегородка 17, которая составлена из сегментов 18, связанных замковыми соединениями (фиг.3), допускающими взаимное тангенциальное смещение этих сегментов без нарушения плотности перегородки 17. При этом эта перегородка утоплена в круговое гнездо 19, выполненное на каждом обойменном элементе 10, а сегменты 18 перегородки 17 подпружинены в радиальном направлении пружинами 20 к поверхности опорного кольца 9.

Работа описанного уплотнения осуществляется путем, как у всех известных концевых уплотнений ЦНД. При наличии указанных разъемов монтаж и демонтаж описанного уплотнения также не создает проблем. Однако благодаря независимому закреплению внешней коробки 5 и детали 12, объединяющей обойменные элементы 10, и их связи через пружины 20 деформации внешней коробки 5 гасятся пружинами 20 и не передаются на обойменные элементы 10 и секции 11 уплотнительных колец. Это обеспечивает сохранение величины уплотнительного зазора и позволяет его довести до минимальных размеров.

Источники информации
1. А.Д. Трухний, С.М. Лосев. Стационарные паровые турбины. М., 1981 г., с. 105.

2. Там же, с. 74, рис. 4.9, с. 232-233.

3. Там же, с. 269, рис. 7.54.

Концевое уплотнение предназначено для установки между горловиной выхлопного патрубка цилиндра и корпусом выносной подшипниковой опоры. Уплотнение содержит выполненную с горизонтальным разъемом внешнюю коробку с диафрагмами, разделяющими ее полость на камеры подачи уплотняющего пара и отсоса паровоздушной смеси, и связанные с опорными кольцами диафрагм обойменные элементы, несущие секции уплотнительных колец. Эти обойменные элементы выполнены как части одной детали с горизонтальным разъемом, по окружности которой между обойменными элементами выполнены два ряда щелей, обеспечивающих сообщение уплотняемого зазора с камерами внешней коробки. При этом уплотнение на одном из концов выполнено с возможностью прикрепления внешней коробки к горловине выхлопного патрубка, на другом конце - с возможностью присоединения нижней половины детали, в которой совмещены обойменные элементы, с корпусом выносной подшипниковой опоры ротора, а обойменные элементы связаны с опорными кольцами диафрагм упругими в радиальном направлении элементами. Такое уплотнение позволяет устранить влияние деформации выхлопного патрубка и разницы тепловых расширений этого патрубка и корпуса подшипниковой опоры на размеры и форму уплотняемого зазора, но при этом является относительно простым и технологичным при изготовлении и выполнении реконструкции турбин. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Концевое уплотнение цилиндра низкого давления первой турбины, приспособленное для закрепления между горловиной выхлопного патрубка цилиндра и корпусом выносной подшипниковой опоры ротора и содержащее выполненную с горизонтальным разъемом внешнюю коробку с диафрагмами, разделяющими полость коробки на камеры подачи уплотняющего пара и отсоса паровоздушной смеси, и обойменные элементы, связанные с опорными кольцами диафрагм, и несущие секции уплотнительных колец, отличающееся тем, что обойменные элементы совмещены в одной детали с горизонтальным разъемом, по окружности которой выполнены два ряда щелей, разграничивающих обойменные элементы, обеспечивая сообщение уплотнительного зазора с камерами внешней коробки, а обойменные элементы связаны с опорными кольцами диафрагм через упругие в радиальном направлении элементы, при этом на одном из концов уплотнения внешняя коробка выполнена с возможностью прикрепления к горловине выхлопного патрубка цилиндра, а на другом конце уплотнения деталь, совмещающая обойменные элементы, выполнена с возможностью прикрепления к корпусу подшипниковой опоры ротора. 2. Концевое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что между опорными кольцами диафрагм и периферийной окружностью обойменных элементов установлены утапливаемые в одну из этих частей круговые перегородки, составленные из сегментов, сопряженных по окружности замковыми соединениями, допускающими взаимное тангенциальное перемещение сегментов, каждый из которых подпружинен в радиальном направлении.