БАЛАНСИРОВКА РОТОРА ТУРБИНЫ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ Российский патент 2015 года по МПК G01M1/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе для балансировки ротора турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При работе, обычно на атомной электростанции, ротор паровой турбины низкого давления вращается примерно при 1500 об/мин (оборотах в минуту).

Различные напряжения, которым подвергается ротор, могут вносить дисбаланс, который создает вибрации, которые могут оказывать отрицательные воздействия на компоненты турбины.

Поэтому балансировкой ротора регулярно управляют для предотвращения какого бы то ни было «эффекта дисбаланса».

Для того чтобы преодолеть это, ротор турбины обычно содержит балансировочные отверстия, которые расположены вокруг ротора, и в которые можно вставлять один или больше грузов для восстановления баланса ротора.

Обычно для того, чтобы вставить эти грузы, необходимо остановить турбину и открыть, по меньшей мере, часть корпуса турбины. Кроме того, в турбине низкого давления, чей выпуск функционирует при низком давлении (то есть при нескольких миллибарах), когда корпус открыт, также необходимо прервать пониженное давление.

Воздух, исходящий извне при атмосферном давлении и вводимый в турбину, в долгосрочном периоде может привести к коррозии некоторых элементов.

Таким образом, операции, касающиеся перебалансировки ротора турбины, представляют собой проблемы, включающие сложное и очень длительное техническое обслуживание (порядка трех недель). Грузы представляют собой элементы, которые имеют размеры порядка десятков сантиметров и которые весят несколько килограмм (обычно между 2 и 6 кг).

Настоящее изобретение предназначено для преодоления, по меньшей мере, некоторых из этих недостатков, обеспечивая возможность технического вмешательства без прерывания пониженного давления, а также более простым и быстрым образом, оказывая минимальное воздействие на работу и конструкцию турбины.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для этого в соответствии с первым аспектом изобретения предложено устройство для введения балансировочных грузов, содержащее внешний компонент и внутренний компонент, который соединен винтовым образом с внешним компонентом, при этом внутренний компонент ограничивает камеру, которая содержит первое и второе отверстия и нижнюю поверхность, которая снабжена уплотнительным соединением и крышкой, чтобы закрывать герметичным образом первое отверстие камеры. Соединение между внешним компонентом и внутренним компонентом является винтовым, то есть образуется в результате операции нарезки резьбы. Поэтому внутренний компонент может, таким образом, двигаться коаксиальным образом относительно внешнего компонента.

Термин «крышка» предназначен для указания любого средства, которое позволяет закрывать первое отверстие.

Таким образом, после того, как устройство было прикреплено к турбине, когда это устройство отсоединяется, то есть когда внутренний компонент находится в верхнем положении так, что он удален от ротора, внутреннее окружение турбины и камера находятся под пониженным давлением (то есть менее нескольких миллибар) и это пониженное давление при вставке груза требуется сохранить.

Для этого устройство соединяют, то есть внутренний компонент устройства прямолинейно перемещается вращением внутреннего компонента во внешнем компоненте винтового соединения таким образом, что входит в контакт с ротором турбины в ее остановленном состоянии.

Для того чтобы наилучшим образом гарантировать герметичный контакт, предпочтительно, чтобы нижняя поверхность внутреннего компонента, который входит в контакт с ротором, была снабжена соединением.

После того как устройство будет соединено, можно будет открыть камеру, чтобы вставить груз. Камера при этом, пока внутреннее окружение турбины остается под пониженным давлением, находится при атмосферном давлении.

Соединение, предпочтительно, является плоским и закрывает по меньшей мере участок нижней поверхности вокруг второго отверстия внутреннего компонента, что позволяет получить большую контактную поверхность, а это позволяет улучшить уплотнение.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления крышка удерживается на первом отверстии камеры по меньшей мере двумя винтами, что позволяет отвинчивать крышку для позволения входа воздуха и приведения камеры к атмосферному давлению. Поскольку камера находится под пониженным давлением, то давление на крышку является значительным, и действие двух винтов позволяет ограничить приложенное усилие.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления устройство содержит по меньшей мере один направляющий элемент, чтобы направлять внутренний компонент относительно внешнего компонента. Для того чтобы обеспечить эффективное направление, этот элемент позволяет внутреннему компоненту оставаться на одной линии с внешним компонентом и, соответственно, облегчает его перемещение от одного положения до другого.

Винтовое соединение образовано гайкой, которая может взаимодействовать с внешним компонентом для направления прямолинейного перемещения. Гайка расположена на соединительном компоненте и удерживается закрепленной с внешним компонентом посредством кольца.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится также к турбине, которая содержит по меньшей мере один ротор, который содержит по меньшей мере одно балансировочное отверстие и устройство для введения балансировочного груза, как это определено выше.

Предпочтительно, устройство прикреплено к внешнему корпусу турбины. В этом случае образованное в корпусе отверстие также можно закрыть крышкой.

Балансировочное отверстие, предпочтительно, по меньшей мере частично является резьбовым, в то время как резьбовым является и участок профиля груза. Груз вставляется посредством ввинчивания и удерживается посредством зачеканки.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу введения груза устройством для введения балансировочных грузов, как оно определено выше, характеризуемому тем, что последовательно включает в себя следующие этапы, на которых:

турбину останавливают;

ротор ориентируют таким образом, чтобы балансировочное отверстие располагалось напротив второго отверстия камеры устройства;

используют гайку, устройство соединяют с ротором, таким образом, чтобы снабженная уплотнительным соединением внутреннего компонента поверхность была в контакте с ротором;

открывают камеру устройства воздействием на два винта посредством удаления крышки, которая закрывает первое отверстие камеры, что заполняет камеру воздухом;

вставляют груз в отверстие ротора через камеру устройства и посредством завинчивания позиционируют, затем его запирают в этом положении посредством зачеканки в балансировочном отверстии, которая взаимодействует с резьбой, которая присутствует на грузе;

повторно устанавливают крышку для закрывания первого отверстия камеры;

устройство отсоединяют от ротора посредством гайки;

турбину вновь запускают в работу.

Этот способ может включать в себя дополнительные этапы. Например, если устройство содержит также гайку, и/или отверстие, выполненное в корпусе, закрыто колпаком, то тогда необходимо также, - в том случае, к которому это относится, - снять колпак с отверстия корпуса, затем гайку, прежде чем снимать крышку; затем повторно установить гайку, а затем - колпак после повторной установки крышки.

Изобретение будет более понятно, а его преимущества будут оценены более полно по прочтении нижеследующего подробного описания, приведенного в виде неограничивающего примера, со ссылками на приложенные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает устройство в соответствии с изобретением в разъединенном положении.

Фиг.2 показывает устройство в соединенном положении.

Фиг.3 показывает соединенное устройство в открытом состоянии, с возможностью приема груза.

Фиг.4 показывает участок турбины низкого давления с закрытым устройством, частично проиллюстрированным в соответствии с разъединенным положением, а частично - в соединенном положении.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Турбина 4 содержит окружающее пространство 45, которое находится под низким давлением (которое можно видеть на фиг.4), то есть несколько миллибар.

В оставшейся части описания будет предполагаться, что верх есть внешняя сторона турбины 4, а низ есть внутренняя сторона турбины 4.

Устройство 1 по настоящему изобретению содержит, главным образом, внешний компонент 12 и внутренний компонент 11. Внутренний компонент 11 и внешний компонент 12 соединены между собой посредством винтового соединения.

Внешний компонент 12 прикреплен к внешнему корпусу 41 турбины 4 посредством промежуточного компонента 42, который содержит цилиндрическую стенку.

Внутренний компонент 11 может прямолинейно перемещаться относительно внешнего компонента 12, так чтобы он мог соединять устройство 1 с ротором 43 турбины 4 напротив балансировочного отверстия 44 или отсоединять его от него. Соединительный компонент 16 расположен на внешнем компоненте 12 и удерживается кольцом 17, которое прикреплено к внешнему компоненту 12. Этот соединительный компонент 16 является резьбовым и представляет собой гайку. Резьба 15 соединительного компонента 16 взаимодействует с внутренним компонентом 11, который содержит ответную резьбу 14. Соединительный компонент 16 приводится в движение посредством инструмента 2.

Движение двух компонентов 11 и 12 выполняется благодаря этому винтовому соединению типа винт-гайка. Соединительный компонент 16 поворачивается на внешнем компоненте 12, резьба 15 опускает внутренний компонент 11 посредством его резьбы 14, и компонент 11 фиксируется с участием прямолинейного перемещения направляющих элементов 13. Эти направляющие элементы 13 позволяют удерживать внутренний компонент 11 таким образом, чтобы вращение соединительного компонента 16 опускало этот внутренний компонент 11. Поэтому внутренний компонент 11 остается, таким образом, в вертикальном положении и не вращается.

Внутренний компонент 11 ограничивает камеру 5, которая содержит два отверстия: первое отверстие 51 расположено вверху, а нижнее отверстие 52 расположено внизу.

Внутренний компонент 11 содержит также нижнюю поверхность 53, которая со стороны отверстия 52 снабжена соединением 54.

Нижняя поверхность 53 является поверхностью, которая находится в контакте с ротором, когда устройство 1 подсоединено. Это соединение обеспечивает лучшее уплотнение. Контакт между поверхностью 53 и ротором 42 устанавливается посредством соединения 54.

Внутренний компонент 11 закрыт крышкой 3. Эта крышка 3 удерживается крепежными винтами, которые не показаны, а два винта 31 позволяют ее открывать.

Балансировочное отверстие 44 - преимущественно, по меньшей мере, частично является резьбовым с резьбой 440. Таким образом, когда турбина находится в рабочем состоянии, груз вводится в отверстие благодаря ответной резьбе, и фиксируется в положении посредством зачеканки. То есть можно сказать, что по внешней поверхности груза наносятся удары для того, чтобы деформировать ее, чтобы зафиксировать ее по месту и для того, чтобы она могла противостоять центробежной силе.

Цилиндрическая стенка 42 образует пространство 46, которое с одной стороны закрыто колпаком 47, который прикреплен к корпусу 41 посредством винтов 48, а с другой стороны - крышкой 3 устройства 1.

Одной из целей настоящего изобретения является сохранение пониженного давления в окружающем пространстве 45, когда устройство соединено с тем, чтобы вставить груз (не показан) в балансировочное отверстие 44.

Когда устройство 1 разъединено, балансировочное отверстие 44 и камера 5 также находятся под пониженным давлением.

Для того чтобы соединить устройство 1, когда турбина остановлена и когда ротор ориентирован таким образом, что балансировочное отверстие 44 располагается напротив второго отверстия 52 камеры 5, открывают колпак 47, что открывает доступ к крышке 3, сначала проворачивают соединительный компонент 16, его поворот вызывает прямолинейное перемещение внутреннего компонента 11 во внешнем компоненте 12. Когда внутренний компонент 11 плотно упрется в ротор 43, винты 31 действуют таким образом, чтобы расцепить крышку 3 с внутренним компонентом 11, чтобы привести камеру 5 к атмосферному давлению и освободить балансировочное отверстие 44. Затем необходимо просто ввернуть груз (не показан) в резьбу 440 балансировочного отверстия 44.

Контакт между нижней поверхностью 53 и ротором 43 позволяет, таким образом, сохранить в окружающем пространстве 45 пониженное давление, чему далее способствует наличие на этой поверхности 53 уплотнительного соединения 54.

В соответствии с проиллюстрированным вариантом осуществления уплотнительное соединение 54 соответствует форме ротора и закрывает всю поверхность 53 вокруг второго отверстия 52.

Цилиндрическая стенка имеет поперечное сечение, которое, предпочтительно, идентично поперечному сечению устройства 1, например, круговое. Она крепится к корпусу 41 турбины 4 посредством штырей или болтов, а к внешнему компоненту 12 - посредством сварки.

Для возврата устройства 1 к низкому давлению и перезапуска турбины операции выполняют в обратном порядке.

Преимущество такого устройства заключается в том, что оно, таким образом, может быть легко встроено в существующую турбину предыдущего уровня техники.

Группа изобретений относится к балансировочной технике, в частности к средствам и методам балансировки роторов турбин. Устройство содержит внешний компонент, внутренний компонент, который винтовым образом соединен с внешним компонентом, при этом внутренний компонент ограничивает камеру, которая содержит первое и второе отверстия и содержит нижнюю поверхность, которая снабжена уплотнительным соединением и крышкой для закрывания герметичным образом первого отверстия камеры. Соединение между внешним компонентом и внутренним компонентом является винтовым, то есть является результатом операции нарезки резьбы. Поэтому внутренний компонент может, таким образом, двигаться коаксиальным образом относительно внешнего компонента. Способ включает в себя следующие этапы - остановки турбины, ориентации путем расположения балансировочного отверстия напротив второго отверстия камеры устройства для введения балансировочного груза, осуществления контакта поверхности уплотнительного соединения внутреннего компонента в контакт с ротором с использованием гайки, открытие камеры устройства с удалением крышки, введение груза в отверстие ротора через камеру устройства и позиционирование груза путем ввинчивания и запирания путем зачеканки в балансировочном отверстии, далее установки крышки для закрытия первого отверстия камеры, и отсоединяют камеру от ротора, используя гайку, возвращают турбину в работу. Технический результат заключается в устранении разгерметизации корпуса турбины, ускорении процесса установки грузов. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (1) для введения балансировочного груза в ротор (43) турбины (4), содержащее:
внешний компонент (12),
внутренний компонент (11), который винтовым образом соединен с внешним компонентом (12),
при этом внутренний компонент (11) ограничивает камеру (5), которая имеет первое (51) и второе (52) отверстия и содержит нижнюю поверхность (53), которая снабжена уплотнительным соединением (54) и крышкой (3) для закрывания герметичным образом первого отверстия (51) камеры (5).

2. Устройство (1) по п.1, в котором соединение (54) является плоским и закрывает по меньшей мере участок нижней поверхности (53) вокруг второго отверстия (52) внутреннего компонента (11).

3. Устройство (1) по п.1 или 2, в котором крышка (3) удерживается на первом отверстии (51) камеры (5) по меньшей мере двумя винтами (31).

4. Устройство (1) по п.1, содержащее по меньшей мере один направляющий элемент (13), выполненный с возможностью направления внутреннего компонента (11) относительно внешнего компонента (12).

5. Устройство (1) по п.1, в котором винтовое соединение образовано гайкой (2).

6. Турбина (4), содержащая по меньшей мере один ротор (43), имеющий по меньшей мере одно балансировочное отверстие (44), при этом она содержит устройство (1) для введения балансировочного груза по любому из пп.1-5.

7. Турбина (4) по п.6, в которой устройство (1) прикреплено к внешнему корпусу (41) турбины (4).

8. Турбина (4) по п.6, в которой балансировочное отверстие (44) по меньшей мере частично является резьбовым.

9. Турбина (4) по п.7, в которой балансировочное отверстие (44) по меньшей мере частично является резьбовым.

10. Способ введения балансировочного груза в ротор (43) турбины (4) с использованием устройства (1) по любому из пп.1-5, при этом способ включает в себя последовательные этапы, на которых:
останавливают турбину (4);
ориентируют ротор (43) таким образом, чтобы балансировочное отверстие (44) располагалось напротив второго отверстия (52) камеры (5) устройства (1);
приводят поверхность (53) уплотнительного соединения (54) внутреннего компонента (11) в контакт с ротором (43) с использованием гайки (2);
открывают камеру (5) устройства посредством воздействия на два винта (31), чтобы удалить крышку (3), которая закрывает первое отверстие (51) камеры (5), тем самым заполняя камеру (5) воздухом;
вводят груз в отверстие (44) ротора (43) через камеру (5) устройства (1), позиционируют груз посредством ввинчивания и запирания груза на месте посредством зачеканки в балансировочном отверстии (44), которое взаимодействует с резьбой, присутствующей на грузе;
повторно позиционируют крышку (3) для закрывания первого отверстия (51) камеры (5);
используют гайку для отсоединения устройства (1) от ротора (43);
возвращают турбину (1) в работу.