ПАРОВАЯ ТУРБИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК F01D11/02 

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к паровым турбинам, имеющим уплотнения в соединении по горизонтальной средней линии между верхней и нижней диафрагмами и, в частности, имеющим композиционное трубчатое плетеное уплотнение для размещения между верхней и нижней диафрагмами, уплотняющее проход внутри диафрагм и заключающее пар внутри прохода для пара.

Паровые турбины обычно имеют верхнюю и нижнюю диафрагмы, имеющие фланцы в соединении по горизонтальной средней линии с уплотнениями в этом месте для обеспечения уплотнения между диафрагмами (см. патент США 3788767, F01D 11/00, 29.01.1974). На границах раздела в соединении по горизонтальной средней линии обычно используют формовочные клинья для эффективного соединения между ними. Эти типы металлических уплотнений обычно включают совмещающие прорези во фланцах на средней линии верхней и нижней диафрагм и один или более клиньев, проходящих в прорезях, обеспечивающих уплотнение между диафрагмами. Формовочные клинья представляют собой жесткие, удлиненные элементы, образованные из металла, которые зависят от тугой посадки в соответствующих прорезях верхней и нижней диафрагм для эффективности уплотнения. В случае таких тугих посадок формовочные клинья часто могут связывать во время сборки диафрагм друг с другом, приводя в результате к незначительно открытым горизонтальным соединениям на границах раздела диафрагм и проходам утечки пара. Для развинчиваемых сборок диафрагм величина этих промежутков при измерении составляла до 5-10 мил. Тугая посадка на клиньях также может приводить к несовпадениям верхней и нижней осевых паровых внешних поверхностей, также создавая проходы утечки вдоль окружности на паровых границах раздела. Поскольку формовочные клинья представляют линейные элементы, уплотнение по нелинейному каналу утечки требует ряда дискретных клиньев с промежутками между клиньями, создавая дополнительные проходы утечки. В общем, несовпадения между клиньями и прорезями, происходящие от множества различных причин, включая производственные изменения, приводили к существенной утечке пара на границе раздела диафрагм, со сниженными эксплуатационными характеристиками. Соответственно, имеется необходимость в улучшенной системе уплотнения для диафрагм паровых турбин в их соединении по горизонтальной средней линии.

Краткое описание сущности изобретения

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения создана паровая турбина, имеющая верхнюю и нижнюю диафрагмы, каждая из которых имеет горизонтальный фланец для совмещения друг с другом, между которыми для уплотнения между диафрагмами расположено композиционное плетеное трубчатое уплотнение. Уплотнение по своей природе является полностью эластичным и не влияет на сопряжение фланцев диафрагм. Также, при сжимании, уплотнение деформируется до формы прорези, блокируя потенциальные проходы утечки. Уплотнение также имеет упругость, обеспечивая возможность уплотнению образовывать различные конфигурации уплотнения по мере необходимости.

В частности, трубчатое плетеное уплотнение включает внутренний плетеный металлический сердечник, волоконный материал, металлическую фольгу и внешнее металлическое покрытие. Внутренний металлический сердечник предпочтительно образован из плетеной нержавеющей стали, которая окружена кварцевым волокном. Волокно, в свою очередь, окружено металлической фольгой из нержавеющей стали, а внешнее покрытие образовано из плетеного материала, например, Хайнес (Haynes) 188. Из-за упругости металлического сердечника и окружающего кварцевого волокна плетеное уплотнение является эластичным. Дополнительно слой металлической фольги, окружающий волокно, предотвращает утечку между краями фланцев диафрагм вдоль горизонтальной средней линии, ограничивая поток пара по паровому проходу. Покрытие внешней оплеткой служит защитной поверхностью износа. Внутренний металлический сердечник и кварцевые волокна имеют тенденцию сохранять свою, в основном, круглую конфигурацию в поперечном сечении так, что уплотнение, при сжимании между краями фланцев диафрагм, предварительно нагружается или смещается для возвращения к своей круглой конфигурации в поперечном сечении. Таким образом, любая утечка через промежутки, образующиеся в иных случаях по горизонтальной средней линии диафрагм во время работы паровой турбины, уплотняется композиционным трубчатым плетеным уплотнением.

В предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению паровая турбина содержит внешний корпус, внутренний кожух внутри внешнего корпуса, включающий верхнюю и нижнюю диафрагмы, присоединенные друг к другу вдоль горизонтальной соединительной средней линии, причем верхняя и нижняя диафрагмы имеют совмещающие фланцы на соединительной средней линии и углубления во фланцах для совмещения друг с другом, и эластичное уплотнение, частично расположенное в каждом из совмещающих углублений, включающее уплотняющую основу, образованную из многочисленных слоев из различных материалов для эластичного уплотнения совмещающих фланцев верхней и нижней диафрагм друг с другом вдоль горизонтальной соединительной средней линии.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению паровая турбина включает ротор, содержащий множество разнесенных по окружности лопастей, внешний корпус, окружающий ротор, внутренний кожух внутри внешнего корпуса и включающий верхнюю и нижнюю диафрагмы, несущие множество лопаток статора, образующих с лопастями ступень турбины на участке, определяющем паровой проход через турбину, причем верхняя и нижняя диафрагмы присоединены друг к другу вдоль горизонтальной соединительной средней линии и имеют совмещающие фланцы на соединительной средней линии и углубления во фланцах для совмещения друг с другом, причем углубления расположены радиально снаружи от прохода, и эластичное уплотнение, частично расположенное в каждом из совмещающих углублений, включающее уплотняющую основу, образованную из многочисленных слоев из различных материалов для эластичного уплотнения совмещающих фланцев верхней и нижней диафрагм друг с другом вдоль горизонтальной соединительной средней линии.

Предпочтительно материалы уплотнительной основы содержат плетеный металлический сердечник, волокно, металлическую фольгу и защитный слой.

Предпочтительно материалы уплотнительной основы содержат внутренний плетеный металлический сердечник, кварцевое волокно, металлическую фольгу и внешний защитный слой металлической оплетки.

Предпочтительно каждое из углублений имеет, в основном, прямолинейное поперечное сечение, а эластичное уплотнение в несжатом состоянии имеет, в основном, круглое поперечное сечение, причем уплотнение, по существу, эластично заполняет углубление при соединении верхней и нижней диафрагм друг с другом.

Предпочтительно материалы уплотнительной основы содержат внутренний плетеный металлический сердечник, кварцевое волокно, металлическую фольгу и внешний защитный металлический слой.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображен фрагментарный вид в поперечном разрезе вдоль одной стороны соединения по горизонтальной средней линии между верхней и нижней диафрагмами паровой турбины; на фиг.2 изображен увеличенный вид в поперечном разрезе композиционного трубчатого плетеного уплотнения;

на фиг.3 изображен вид в поперечном разрезе уплотнения на фиг.2, расположенного в совмещающих углублениях верхней и нижней диафрагм, уплотняющего соединительную границу раздела; и

на фиг.4 изображен вид, подобный на фиг.1, показывающий дополнительную конфигурацию углубления и его уплотнения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показана паровая турбина, в общем обозначенная ссылочной позицией 10, имеющая внешний корпус 12, окружающий внутренний кожух 14, включающий верхнюю и нижнюю диафрагмы 16 и 18 (фиг.1 и 3), причем на фиг.1 изображена только нижняя диафрагма. Должно быть понятно, что внешний корпус образован аналогично из верхнего и нижнего кожухов, соединенных друг с другом вдоль горизонтальной средней линии турбины, например, болтами. Верхняя и нижняя диафрагмы окружают ротор 20 паровой турбины, имеющий рабочие колеса паровой турбины, одно из которых показано ссылочной позицией 22 на монтажных лопастях 24. Лопасти 24 установлены в паровом проходе, в общем показанном стрелками 26, который включает поток, проходящий через лопатки 28 статора, как показано. Должно быть понятно, что верхняя и нижняя диафрагмы 16 и 18 проходят приблизительно на 180° и имеют фланцы 19 и 21, соответственно, которые совмещаются друг с другом вдоль соединения по горизонтальной средней линии, причем показана внешняя поверхность 30 нижней диафрагмы на средней линии. Как обычно, диафрагмы крепят сегментами 32 уплотнительных колец, имеющими лабиринтные зубцы 34, для обеспечения уплотнения вокруг ротора 20. Диафрагмы также поддерживают уплотнительные зубцы 36 для обеспечения уплотнения крышек 38, установленных на концах лопастей 24. Должно быть понятно, что верхняя и нижняя диафрагмы удерживают пар для прохождения по паровому проходу 26, поэтому горизонтальное соединение между верхней и нижней диафрагмами по их соединительным фланцам 30 уплотняют, чтобы предотвратить утечку пара из парового прохода 26 в пространство между диафрагмами и внешним корпусом 12.

Вместо уплотнения формовочными клиньями между фланцами 19 и 21 вдоль соединения по горизонтальной средней линии и на противоположных сторонах диафрагм, как в предыдущих конструкциях паровых турбин, в настоящем изобретении используется композиционное трубчатое плетеное уплотнение, в общем обозначенное ссылочной позицией 43, для уплотнения между фланцами верхней и нижней диафрагм. Чтобы обеспечивать уплотнение, вдоль совмещающей внешней поверхности 30 фланцев 19 и 21 верхней и нижней диафрагм, соответственно, образуют углубления или прорези 40 и 42. Как показано на фиг.3, углубления, в основном, являются прямолинейными в поперечном разрезе. Как показано на фиг.1, углубление 40 проходит, в основном, параллельно оси вращения ротора 20, в то время как углубление 42 проходит, в основном, в радиальном направлении.

Однако, как показано на фиг.4, уплотнения и углубления могут быть наклонными, то есть проходить в направлении, имеющем компоненты и радиального, и осевого направления относительно оси вращения турбины. Таким образом, углубление 140 и уплотнение 143 проходят линейно и образуют острый угол α с осью вращения ротора.

Как показано на фиг.2, уплотнение 43 включает уплотнительную основу 44, имеющую в несжатом состоянии, в основном, круглую конфигурацию в поперечном сечении. Уплотнительная основа 44 образована из многочисленных слоев материала. Предпочтительно, самый внутренний слой содержит плетеный металлический сердечник 46, образованный из нержавеющего стального материала. Вокруг металлического сердечника 46 расположен кольцеобразный слой из волокна 48, предпочтительно кварцевого волокна 48. Вокруг кварцевого волокна 48 расположена металлическая фольга 50, предпочтительно выполненная из нержавеющей стали. Наконец, внешнее покрытие для уплотнительной основы 44 включает материал 52 металлической оплетки, предпочтительно материал стальной оплетки типа Хайнес 188. Композиционное трубчатое плетеное уплотнение является эластичным в боковом направлении, то есть оно смещается или предварительно нагружается, возвращаясь к своей круглой форме поперечного сечения в случае сжатия.

При сравнении фиг.2 и 3 должно быть понятно, что каждое из углублений 40 и 42, образованных в каждой из верхней и нижней диафрагм, имеет ширину, соответствующую в общем диаметру уплотнительной основы 44. Однако глубина каждого углубления 40 и 42 короче, то есть меньше, чем диаметр уплотнительной основы 44. Следовательно, после установки уплотнительной основы 44 композиционное трубчатое плетеное уплотнение будет выступать над лицевой поверхностью фланца диафрагмы. При совмещении фланцев диафрагм друг с другом эластичная природа уплотнения позволяет уплотнению деформироваться в конфигурацию поперечного сечения, чтобы, в основном, заполнить углубления в верхней и нижней диафрагмах. То есть, когда фланцы диафрагм перемещают друг к другу до наружного соприкосновения, уплотняющая основа 44 эластично сжимается, чтобы по существу заполнить объем совмещающих углублений. Таким образом, участок поверхности удлиненной сжатой уплотняющей основы 44 находится в непрерывном сцеплении с краями углублений для образования с ними уплотнения. В случае любого отклонения от оси между углублениями фланцев диафрагм эластичная природа уплотнения также позволяет уплотнению непрерывно осуществлять уплотнение между половинками диафрагм, чтобы свести к минимуму или предотвратить каналы утечки в соединении по горизонтальной средней линии. Следует также отметить, что может быть только одно углубление на одном из фланцев с его уплотнением в одном углублении и поддержанием уплотнения относительно противоположной поверхности противоположного фланца.

Настоящее изобретение было описано в связи с самым практичным и предпочтительным вариантом осуществления, однако следует понимать, что изобретение не должно быть ограничено раскрытым вариантом осуществления, а наоборот, предназначено, чтобы охватить различные модификации и эквивалентные устройства, заключенные внутри объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.

Перечень элементов

Паровая турбина 10

Внешний корпус 12

Внутренний кожух 14

Верхняя и нижняя диафрагмы 16, 18

Ротор 20 паровой турбины

Рабочие колеса 22 турбины

Лопасти 24

Стрелки 26

Лопатка 28 статора

Фланцы 19, 21

Лицевая поверхность 30

Сегменты 32 уплотнительного кольца

Лабиринтные зубцы 34

Зубцы 36 уплотнения

Крышки 38

Трубчатое плетеное уплотнение 43

Углубления 40, 42, 140

Уплотнение 143

Уплотнительная основа 44

Плетеный металлический сердечник 46

Кварцевое волокно 48

Металлическая фольга 50

М материал 52 металлической оплетки

Изобретения предназначены для паровых турбин. Верхняя и нижняя диафрагмы паровой турбины имеют соединяющиеся фланцы, образующие границу раздела в соединении по горизонтальной средней линии, при этом каждый фланец имеет углубление, которое совмещается с соответствующим углублением на противоположном фланце, причем в соединяющихся углублениях выполнено композиционное плетеное трубчатое уплотнение, которое содержит внутренний плетеный металлический сердечник, окруженный кольцевым слоем кварцевого волокна, в свою очередь окруженным металлической фольгой с внешним защитным покрытием из оплетки из нержавеющей стали. При присоединении диафрагм друг к другу эластичное уплотнение, в основном, максимально соответствует форме углублений, обеспечивая уплотнение между диафрагмами вдоль соединения по горизонтальной средней линии. Такие выполнения паровых турбин позволят создать улучшенную систему уплотнения для диафрагм. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Паровая турбина, содержащая внешний корпус, внутренний кожух внутри внешнего корпуса, включающий верхнюю и нижнюю диафрагмы, присоединенные друг к другу вдоль горизонтальной соединительной средней линии, причем верхняя и нижняя диафрагмы имеют совмещающие фланцы на соединительной средней линии и углубления во фланцах для совмещения друг с другом, и эластичное уплотнение, частично расположенное в каждом из совмещающих углублений, включающее уплотнительную основу, образованную из многочисленных слоев из различных материалов для эластичного уплотнения совмещающих фланцев верхней и нижней диафрагм друг с другом вдоль горизонтальной соединительной средней линии.2. Паровая турбина по п.1, в которой материалы уплотнительной основы содержат плетеный металлический сердечник, волокно, металлическую фольгу и защитный слой.3. Паровая турбина по п.1, в которой материалы уплотнительной основы содержат внутренний плетеный металлический сердечник, кварцевое волокно, металлическую фольгу и внешний защитный слой металлической оплетки.4. Паровая турбина по п.1, в которой каждое из углублений имеет в основном прямолинейное поперечное сечение, а эластичное уплотнение в несжатом состоянии имеет в основном круглое поперечное сечение, причем уплотнение по существу эластично заполняет углубления при соединении верхней и нижней диафрагм друг с другом.5. Паровая турбина по п.1, в которой материалы уплотнительной основы содержат внутренний плетеный металлический сердечник, кварцевое волокно, металлическую фольгу и внешний защитный металлический слой.6. Паровая турбина, содержащая ротор, включающий множество разнесенных по окружности лопастей, внешний корпус, окружающий ротор, внутренний кожух, находящийся внутри внешнего корпуса и включающий верхнюю и нижнюю диафрагмы, несущие множество лопаток статора, образующих с лопастями ступень турбины на участке, определяющем паровой проход через турбину, причем верхняя и нижняя диафрагмы присоединены друг к другу вдоль горизонтальной соединительной средней линии и имеют совмещающие фланцы на соединительной средней линии и углубления во фланцах для совмещения друг с другом, причем углубления расположены радиально снаружи от прохода, и эластичное уплотнение, частично расположенное в каждом из совмещающих углублений, включающее уплотнительную основу, образованную из многочисленных слоев из различных материалов для эластичного уплотнения совмещающих фланцев верхней и нижней диафрагм друг с другом вдоль горизонтальной соединительной средней линии.7. Паровая турбина по п.6, в которой материалы уплотнительной основы содержат плетеный металлический сердечник, волокно, металлическую фольгу и защитный слой.8. Паровая турбина по п.6, в которой материалы уплотнительной основы содержат внутренний плетеный металлический сердечник, кварцевое волокно, металлическую фольгу и внешний защитный слой металлической оплетки.9. Паровая турбина по п.6, в которой каждое из углублений имеет в основном прямолинейное поперечное сечение, а эластичное уплотнение в несжатом состоянии имеет в основном круглое поперечное сечение, причем уплотнение по существу эластично заполняет углубление при соединении упомянутых верхней и нижней диафрагм друг к другу.