ТУРБИНА, СНАБЖЕННАЯ УПЛОТНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ МЕЖДУ ОБОЙМОЙ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЛОПАТОК И КОРПУСОМ Российский патент 2016 года по МПК F01D11/00 F01D25/24 F02C7/28 

Область техники

Настоящее изобретение касается турбины электростанции, предпочтительно паровой турбины, с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

В US 2004/0096312 A1 описана турбина с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения. Обойма направляющих лопаток имеет при этом кольцевое ребро, в торцевых сторонах которого расположены поднутренные кольцевые каналы, в каждом из которых помещено уплотнение, взаимодействующее, осуществляя уплотнение, с обращенной к нему радиальной поверхностью корпуса турбины. При этом уплотнения, неподвижно закрепленные в осевом направлении ротора на обойме направляющих лопаток, служат также для осевой фиксации обоймы направляющих лопаток.

В DE 732 470 раскрыта турбина, в которой обойма направляющих лопаток уплотнена относительно корпуса двумя уплотнениями, при этом уплотнение, расположенное на корпусе, взаимодействует с обоймой направляющих лопаток подобно осевой опоре, а уплотнение, расположенное на обойме направляющих лопаток в окружном пазу, изолирует кольцевой радиальный зазор между обоймой направляющих лопаток и корпусом.

В US 1 625 541 показана турбина, в которой обойма направляющих лопаток посредством кольцевого ребра, расположенного на наружном периметре, вставляется с геометрическим замыканием в кольцевой паз, расположенный с внутренней стороны, на корпусе турбины, при этом зазор, остающийся между одной из торцевых сторон кольцевого ребра и обращенной к ней боковой стороной кольцевого паза, закрывается уплотнением, которое расположено в кольцевом пазу на вышеназванной торцевой стороне кольцевого ребра.

В JP 55-52501 описываются корпус турбины и обойма направляющих лопаток, которая на своем наружном периметре имеет открытый радиально наружу кольцевой паз, в который с осевым зазором вставляется кольцевое ребро, расположенное на корпусе. Этот зазор устраняется кольцевой пружиной, которая в осевом направлении между одной боковой стороной кольцевого паза обоймы направляющих лопаток и обращенной к ней торцевой стороной кольцевого ребра, расположенного на корпусе, зажата в осевом направлении и, кроме того, выполняет функцию уплотнения.

В соответствии с DE 926 071 в паровой или, соответственно, газовой турбине с цилиндрической обоймой направляющих лопаток, вставленной в корпус турбины, предусмотрено, что на наружном периметре обоймы направляющих лопаток расположена кольцевая часть с наружным окружным пазом, в который вставляется с геометрическим замыканием кольцевое ребро корпуса, расположенное со стороны внутреннего периметра, при этом между боковыми поверхностями, расположенными со стороны паза, и обращенными к ним торцевыми сторонами кольцевого ребра расположены уплотнения.

В EP 1 744 017 A1 раскрывается комбинированная паровая турбина с модулем высокого давления и модулем среднего давления в общем для обоих модулей корпусе, при этом корпус имеет внутренний корпус с двумя расширительными участками и наружный корпус, охватывающий внутренний корпус. При этом на граничной поверхности между двумя модулями между внутренним и наружным корпусом предусмотрена уплотнительная система.

EP 1 445 519 A1 касается высоконапорного уплотнительного кольца для паровых турбин, при этом для уплотнения промежуточного пространства от наружного пространства между первым компонентом уплотнения и вторым компонентом уплотнения предусмотрено трубчатое уплотнительное кольцо, которое в поперечном сечении имеет две полки, при этом одна полка прилегает к первому компоненту уплотнения, а другая полка ко второму компоненту уплотнения, и кольцевое уплотнение посредством крепежного устройства закрепляется на втором компоненте уплотнения. Одна полка уплотняющего кольца, осуществляя уплотнение, прилегает к торцевой поверхности, проходящей в радиальной плоскости, в то время как другая полка уплотнительного кольца прилегает к внутренней окружной поверхности.

В JP 10-169408 описаны, с одной стороны, кольцевые уплотнения с U-образным поперечным сечением между обращенными друг к другу радиальными поверхностями, а с другой стороны, кольцевое уплотнение между внутренней окружной поверхностью и соосной ей наружной окружной поверхностью.

В JP 58185903 раскрывается расположенное на внутренней окружной поверхности кольцевое ребро, которое входит в зацепление с окружным пазом на наружной окружной поверхности, при этом между боковой поверхностью окружного паза и обращенной к ней торцевой стороной кольцевого ребра расположено уплотнение.

Из US 5,676,521 известна турбина для электростанции, которая имеет статор, имеющий корпус и в корпусе две обоймы направляющих лопаток, снабженные несколькими рядами направляющих лопаток. Кроме того, турбина включает в себя ротор, который имеет вал ротора, снабженный несколькими рядами рабочих лопаток. Для каждой обоймы направляющих лопаток, кроме того, предусмотрено по одному уплотнительному устройству, которое уплотняет соответствующую обойму направляющих лопаток в осевом направлении относительно корпуса и при этом отделяет друг от друга две области различного давления.

Эффективное осевое уплотнение внутри корпуса имеет особое значение для предотвращения или, соответственно, уменьшения утечек. Такого рода утечки могут, в частности, в случае паровых турбин, обладать сравнительно сильным абразивным действием, которое со временем может приводить к значительному повреждению соответствующего уплотнительного устройства или, соответственно, соответствующей обоймы направляющих лопаток или, соответственно, корпуса. Такого рода повреждения в этом случае ремонтируются очень трудоемким образом. Кроме того, участки утечек приводят к значительным потерям коэффициента полезного действия турбины.

Сущность изобретения

Поэтому задачей настоящего изобретения является создать для турбины вышеназванного рода усовершенствованный вариант осуществления, который, в частности, отличается усовершенствованным уплотнением или, соответственно, сниженным износом.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью предмета независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В основе изобретения лежит идея оснащения уплотнительного устройства двумя уплотнительными кольцами, которые проходят каждое в окружном направлении и которые действуют соответственно в осевом направлении. Соответственно этому каждое уплотнительное устройство включает в себя главное уплотнительное кольцо, которое обращено к области с более низким давлением, а также дополнительное уплотнительное кольцо, которое обращено к области с более высоким давлением. Тем самым реализуется двухступенчатое уплотнение между двумя областями, благодаря чему разность давления на соответствующем уплотнительном кольце уменьшается, что улучшает уплотняющее действие и уменьшает утечки.

В соответствии с изобретением дополнительное уплотнительное кольцо должно быть установлено подвижно на обойме направляющих лопаток. При эксплуатации турбины соответствующая обойма направляющих лопаток вследствие действующих внутри турбины условий давления приводится в движение в осевом направлении в направлении области с более низким давлением. При этом может происходить осевая перестановка обоймы направляющих лопаток относительно корпуса. Подвижное в осевом направлении дополнительное уплотнительное кольцо может теперь компенсировать эти относительные движения между обоймой направляющих лопаток и корпусом и таким образом способствовать сохранению уплотняющего действия соответствующего уплотнительного устройства.

Термины «более низкое давление» и «более высокое давление» должны пониматься не как абсолютные, а как относительные понятия, так что давление, действующее в области с более низким давлением, меньше, то есть ниже, чем в области с более высоким давлением. Например, соответствующая обойма направляющих лопаток может иметь набор лопаток высокого давления, так что уплотнительное устройство, например, уплотняет высокое давление относительно верхнего среднего давления или относительно низкого давления. Если обойма лопаток имеет набор лопаток среднего давления, уплотнительное устройство уплотняет, например, верхнее и более высокое среднее давление относительно нижнего или более низкого среднего давления. Если обойма направляющих лопаток имеет набор лопаток низкого давления, уплотнительное устройство уплотняет, например, высокое давление или нижнее среднее давление относительно низкого давления.

Термины «осевой», «радиальный» и «окружное направление» в настоящем контексте относятся в каждом случае к оси вращения ротора, которая задает осевое направление, то есть проходит в осевом направлении.

Соответственно одному из предпочтительных вариантов осуществления главное уплотнительное кольцо может быть расположено на проходящем в окружном направлении кольцевом плече, радиально отстоящем от соответствующей обоймы направляющих лопаток, и иметь осевой уплотнительный контур, который взаимодействует с выполненным на корпусе осевым ответным уплотнительным контуром. Такого рода уплотнительный контур, взаимодействующий с дополнительным осевым ответным уплотнительным контуром, обеспечивает возможность радиальных относительных движений в области главного уплотнительного кольца между обоймой направляющих лопаток и корпусом, которые могут возникать вследствие эффектов теплового расширения. Так как главное уплотнительное кольцо обращено к области с более низким давлением, посредством главного уплотнительного кольца происходит осевое опирание обоймы направляющих лопаток на корпус, так что главное уплотнительное кольцо внутри уплотнительного устройства осуществляет осевое позиционирование или, соответственно, осевое направление соответствующей обоймы направляющих лопаток относительно корпуса.

В частности, может быть предусмотрено, чтобы ответный уплотнительный контур был выполнен в проходящем в окружном направлении приемном пазу, в который радиально погружается кольцевое плечо. Благодаря этому посредством кольцевого плеча, вставленного в приемный паз, в осевом направлении осуществляется двухстороннее геометрическое замыкание между соответствующей обоймой направляющих лопаток и корпусом.

Соответственно одному из предпочтительных вариантов осуществления главное уплотнительное кольцо может быть закреплено на соответствующей обойме направляющих лопаток, благодаря чему может задаваться однозначное относительное положение между главным уплотнительным кольцом и обоймой направляющих лопаток. В частности, для этого может быть предусмотрено, чтобы применялись крепежные винты, проходящие в осевом направлении и входящие в зацепление в главное уплотнительное кольцо на осевой стороне, обращенной к дополнительному уплотнительному кольцу. Другими словами, главное уплотнительное кольцо привинчено с задней стороны относительно своего фронтального уплотнительного контура.

В другом варианте осуществления главное уплотнительное кольцо может быть вставлено в проходящий в окружном направлении главный кольцевой паз, открытый в осевом направлении к области с более низким давлением. Главный кольцевой паз может быть, в частности, выполнен в вышеназванном кольцевом плече. С помощью главного кольцевого паза создается заданное относительное положение для главного уплотнительного кольца. Целесообразным образом при этом может быть предусмотрено, чтобы главный кольцевой паз имел профиль поперечного сечения без поднутрения в осевом направлении. Например, главный кольцевой паз может иметь U-образный профиль поперечного сечения или, соответственно, быть выполнен в виде U-образного паза. Если главный кольцевой паз имеет профиль поперечного сечения без поднутрения, главное уплотнительное кольцо может вставляться в главный кольцевой паз, что упрощает монтаж.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления дополнительное уплотнительное кольцо может быть расположено на проходящем в окружном направлении кольцевом плече, радиально отстоящем от соответствующей обоймы направляющих лопаток, и может иметь осевой уплотнительный контур, который взаимодействует с осевым ответным уплотнительным контуром, выполненным на корпусе. Такого рода осевой уплотнительный контур, который взаимодействует с дополнительным осевым ответным уплотнительным контуром, обеспечивает возможность осуществления радиальных относительных движений в области дополнительного уплотнительного кольца между обоймой направляющих лопаток и корпусом, которые могут возникать под действием теплового расширения.

Целесообразным образом может быть предусмотрено, чтобы ответный уплотнительный контур был выполнен в проходящем в окружном направлении приемном пазу, в который радиально погружается кольцевое плечо. Предпочтительно главное уплотнительное кольцо и дополнительное уплотнительное кольцо расположены на одном и том же кольцевом плече на противоположных осевых сторонах. Тогда вышеназванный приемный паз включает в себя оба ответных уплотнительных контура, которые обращены друг к другу.

Особенно целесообразен при этом один из вариантов осуществления, при котором дополнительное уплотнительное кольцо с помощью по меньшей мере одного пружинного элемента приводится в движение в осевом направлении в направлении области с более высоким давлением. Таким образом, дополнительное уплотнительное кольцо всегда остается предварительно натянуто в осевом направлении, прилегая своим уплотнительным контуром в осевом направлении к соответствующему ответному уплотнительному контуру, даже когда обойма направляющих лопаток движется в осевом направлении относительно корпуса.

Соответственно другому предпочтительному варианту осуществления дополнительное уплотнительное кольцо может быть вставлено в проходящий в окружном направлении дополнительный кольцевой паз, открытый в осевом направлении к области с более высоким давлением. Таким образом, также для дополнительного уплотнительного кольца осуществляется оптимальное позиционирование по меньшей мере в радиальном направлении относительно соответствующей обоймы направляющих лопаток. Целесообразным образом при этом может быть предусмотрено, чтобы дополнительный кольцевой паз имел профиль поперечного сечения с поднутрением в осевом направлении. Благодаря этому может достигаться, чтобы дополнительное уплотнительное кольцо хотя и обладало возможностью осевой перестановки внутри дополнительного кольцевого паза, однако не могло выйти из него в осевом направлении. Поднутрение служит для геометрического замыкания между дополнительным уплотнительным кольцом и обоймой направляющих лопаток, поскольку дополнительное уплотнительное кольцо выполнено в форме, комплементарной по отношению к профилю поперечного сечения дополнительного кольцевого паза. В частности, дополнительное уплотнительное кольцо в своем профиле поперечного сечения может иметь по меньшей мере одно радиально отстоящее ребро, которое взаимодействует в осевом направлении с соответствующим поднутрением дополнительного кольцевого паза с геометрическим замыканием. Например, дополнительный кольцевой паз может иметь T-образный профиль поперечного сечения или быть выполнен в виде T-образного паза. Целесообразным образом дополнительный кольцевой паз и вышеназванный главный кольцевой паз расположены соосно на одном и том же кольцевом плече на отвернутых друг от друга осевых сторонах.

Соответственно другому предпочтительному варианту осуществления соответствующий пружинный элемент может быть расположен в дополнительном кольцевом пазу в осевом направлении между дополнительным уплотнительным кольцом и обоймой направляющих лопаток. При этой конструкции соответствующий пружинный элемент оптимально защищен от загрязнений.

В другом варианте осуществления дополнительное уплотнительное кольцо может перекрывать в осевом направлении вышеназванные крепежные винты, которые применяются для фиксации главного уплотнительного кольца. Таким образом, также эти крепежные винты, в частности, внутри дополнительного кольцевого паза, защищены от загрязнений. Целесообразным образом при этом может быть предусмотрено, чтобы крепежные винты были расположены, будучи утоплены в осевом направлении, в дополнительном кольцевом пазе.

В другом предпочтительном варианте осуществления корпус, соответствующая обойма направляющих лопаток, соответствующее главное уплотнительное кольцо и соответствующее дополнительное уплотнительное кольцо могут быть разделены в разделительной плоскости на две части корпуса, две части обоймы направляющих лопаток, две части главного уплотнительного кольца и две части дополнительного уплотнительного кольца. Упомянутая разделительная плоскость при этом расположена так, что в этой разделительной плоскости лежит также ось вращения ротора. Благодаря разделению вышеназванных главных компонентов турбины обеспечивается упрощенный монтаж. Кроме того, упрощается демонтаж в целях технического обслуживания.

Особенно целесообразен при этом один из вариантов осуществления, при котором часть дополнительного уплотнительного кольца, вставленная в половину дополнительного кольцевого паза, зафиксирована в области разделительной плоскости на соответствующем окружном конце фиксирующим элементом, предпочтительно зафиксирована фиксирующим винтом в окружном направлении на соответствующей части обоймы направляющих лопаток. Таким образом предотвращается, чтобы собственно подвижная в осевом направлении часть дополнительного уплотнительного кольца изменяла свое относительное положение относительно части обоймы направляющих лопаток в окружном направлении.

Уплотнительные контуры главного уплотнительного кольца и/или дополнительного уплотнительного кольца целесообразным образом проходят радиально и в окружном направлении. Они могут, в частности, иметь несколько кольцевых ребер, которые проходят соответственно в окружном направлении, расположены радиально рядом друг с другом и выступают в осевом направлении. Благодаря этому в радиальном направлении может реализовываться эффект лабиринта, который значительно улучшает уплотняющее действие каждого осевого уплотнения. В отличие от уплотнительных контуров, ответные уплотнительные контуры корпуса целесообразным образом выполнены с плоской конфигурацией, при этом они также проходят радиально и в окружном направлении.

Настоящее изобретение предпочтительно может реализовываться в паровых турбинах. Однако турбина может, в принципе, представлять собой также газовую турбину. Если турбина выполнена в виде паровой турбины, она предпочтительно выполнена с конфигурацией реактивного типа. Также возможен вариант осуществления активного типа или импульсного типа.

Другие важные признаки и преимущества изобретения раскрываются с помощью зависимых пунктов формулы изобретения, чертежей и в соответствующем описании фигур с помощью чертежей.

Разумеется, что вышеназванные признаки и признаки, которые поясняются ниже, применимы не только в каждой указанной комбинации, но и в других комбинациях или по отдельности, без выхода за рамки настоящего изобретения.

Предпочтительные примеры осуществления изобретения изображены на чертежах и поясняются подробнее в последующем описании, при этом одинаковые ссылочные обозначения относятся к одинаковым или похожим или функционально одинаковым конструктивным элементам.

Краткое описание чертежей

Схематично показано:

фиг.1 - сильно упрощенное продольное сечение турбины;

фиг.2 - сильно упрощенный изометрический вид турбины при открытом корпусе и

фиг.3 - изометрический подетальный вид турбины в области уплотнительного устройства, частично в разрезе.

Пути осуществления изобретения

Ниже изобретение поясняется подробнее на примерах осуществления и чертежах.

Согласно фиг.1, турбина 1 не показанной в остальном электростанции включает в себя статор 2 и ротор 3. Турбина 1 предпочтительно выполнена в виде паровой турбины. Причем предпочтительно это паровая турбина реактивного типа.

Статор 2 имеет корпус 4, а также по меньшей мере одну обойму 5, 6, 7 направляющих лопаток. В показанном примере предусмотрены три обоймы 5, 6, 7 направляющих лопаток, а именно, по одной для высокого давления, среднего давления и низкого давления. Обойма 5 направляющих лопаток высокого давления находится на изображении фиг.1 слева. К ней примыкает обойма 6 направляющих лопаток среднего давления. Тогда справа расположена обойма 7 направляющих лопаток низкого давления. Каждая обойма 5, 6, 7 направляющих лопаток имеет несколько направляющих лопаток 8, из которых на фиг.1 для наглядности изображены только некоторые.

Ротор 3 имеет вал 9 ротора, который оперт с возможностью вращения вокруг оси 10 вращения в статоре 2 или, соответственно, на корпусе 4. Ротор 9 имеет несколько рабочих лопаток 11, из которых для наглядности на фиг.1 изображены лишь некоторые.

Для по меньшей мере одной из обойм 5, 6, 7 направляющих лопаток турбина 1 имеет уплотнительное устройство 12, которое предусмотрено соответственно в обозначенной прерывистой линией области 13 уплотнения между соответствующей обоймой 5, 6, 7 направляющих лопаток и корпусом 4. В представленном на данной фиг. варианте осуществления только две из трех обойм 5, 6, 7 соответственно оснащены такого рода уплотнительным устройством 12. В частности, только изображенная в середине обойма 6 направляющих лопаток, то есть обойма 6 направляющих лопаток среднего давления, и изображенная справа обойма 7 направляющих лопаток, то есть обойма 7 направляющих лопаток низкого давления, оснащены каждая таким уплотнительным устройством 12. Ясно, что, в принципе, также изображенная слева обойма 5 направляющих лопаток, то есть обойма 5 направляющих лопаток высокого давления, может быть оснащена такого рода уплотнительным устройством 12. Также возможно, чтобы только одна из обойм 5, 6, 7 направляющих лопаток была снабжена такого рода уплотнительным устройством 12.

От впуска 14 пара паровой турбины 1 до выпуска 15 пара паровой турбины 1 посредством отдельных обойм 5, 6, 7 направляющих лопаток происходит ступенчатое понижение давления. При этом со стороны набегающего потока обоймы 5 направляющих лопаток высокого давления существует область 16, в которой действует высокое давление. Со стороны срыва потока обоймы 5 направляющих лопаток высокого давления и со стороны набегающего потока обоймы 6 направляющих лопаток среднего давления находится область 17, в которой действует верхнее среднее давление. Со стороны срыва потока обоймы 6 направляющих лопаток среднего давления находится область 18, которая проходит до впускной стороны обоймы 7 направляющих лопаток низкого давления и в которой действует нижнее среднее давление. С выпускной стороны обоймы 7 направляющих лопаток низкого давления находится тогда область 19, в которой действует низкое давление.

Соответствующее уплотнительное устройство 12 устроено так, что оно уплотняет соответствующую обойму 5, 6, 7 направляющих лопаток в осевом направлении относительно корпуса 4, причем таким образом, что уплотнительное устройство 12 при этом соответственно отделяет друг от друга две области 20 и 21 различного давления. У обоймы 6 направляющих лопаток среднего давления соответствующее уплотнительное устройство 12 отделяет область 17 с верхним средним давлением от области 18 с нижним средним давлением. Область 20 с более высоким давлением образована при этом областью 17 с верхним средним давлением, в то время как область 21 с более низким давлением образована областью 18 с нижним средним давлением. У обоймы 7 направляющих лопаток низкого давления соответствующее уплотнительное устройство 12 разделяет область 18 с нижним средним давлением от области 19 с низким давлением. В этом случае область 20 с более высоким давлением образована областью 18 с нижним средним давлением, в то время как область 21 с более низким давлением образована областью 19 с низким давлением.

Корпус 4 и обоймы 5, 6, 7 направляющих лопаток могут быть разделены в разделительной плоскости 22, причем в этой разделительной плоскости 22 лежит ось 10 вращения. Исключительно в целях наглядности разделительная плоскость 22 проходит горизонтально, благодаря чему корпус 4 и обоймы 5, 6, 7 направляющих лопаток разделены соответственно на нижнюю часть и верхнюю часть.

На фиг.2 показан изометрический вид нижней части 4′ корпуса 4, нижняя часть 6′ обоймы 6 направляющих лопаток среднего давления, нижняя часть 7′ обоймы 7 направляющих лопаток низкого давления и нижняя часть 23′ корпуса 23 промежуточного поршня, на который в осевом направлении между обоймой 6 направляющих лопаток среднего давления и обоймой 7 направляющих лопаток низкого давления оперт ротор 3. Показаны оба уплотнительных устройства 12. Область 13 уплотнения обоймы 6 направляющих лопаток среднего давления снова отмечена прерывистой линией. Эта область 13 уплотнения обоймы 6 направляющих лопаток среднего давления на фиг.3 изображена частично в разрезе. Ясно, что область 13 уплотнения обоймы 7 направляющих лопаток низкого давления и/или обоймы 5 направляющих лопаток высокого давления, если они имеются, могут, в принципе, иметь соответствующую конструкцию.

В соответствии с фиг.3 уплотнительное устройство 12 включает в себя главное уплотнительное кольцо 24 и дополнительное уплотнительное кольцо 25. Оба уплотнительных кольца 24, 25 проходят в окружном направлении и действуют в осевом направлении. Главное уплотнительное кольцо 24 обращено к области 21 с более низким давлением. В отличие от этого, дополнительное уплотнительное кольцо 25 обращено к области 20 с более высоким давлением. Таким образом, оба уплотнительных кольца 24, 25 расположены на отвернутых друг от друга сторонах.

Для реализации уплотнительного устройства 12 в показанном примере соответствующая обойма 6 направляющих лопаток снабжена кольцевым плечом 26, которое радиально отстоит от соответствующей обоймы 6 направляющих лопаток и проходит в окружном направлении. В частности, как главное уплотнительное кольцо 24, так и дополнительное уплотнительное кольцо 25 расположены на этом кольцевом плече 26. Главное уплотнительное кольцо 24 имеет для этого осевой уплотнительный контур 27, который взаимодействует с осевым ответным уплотнительным контуром 28, выполненным на корпусе 4. Дополнительное уплотнительное кольцо 25 имеет осевой уплотнительный контур 29, который взаимодействует с ответным уплотнительным контуром 30, выполненным на корпусе 4.

Для уплотнительного устройства 12 на корпусе 4 выполнен приемный паз 31, проходящий в окружном направлении, размеры которого выбраны так и который расположен так, что соответствующее кольцевое плечо 26 радиально погружается в этот приемный паз 31. При этом кольцевое плечо 26 радиально погружается в приемный паз 31 настолько, что оба уплотнительных кольца 24, 25 находятся внутри приемного паза 31. Соответственно этому оба ответных уплотнительных контура 28, 30 выполнены на противоположных в осевом направлении боковых стенках приемного паза 31.

Главное уплотнительное кольцо 24 закреплено в осевом направлении на обойме 6 направляющих лопаток, целесообразным образом на кольцевом плече 26. Это осевое крепление целесообразным образом реализуется с помощью крепежных винтов 32, из которых на фиг.3 в целях наглядности обозначен лишь один. Крепежные винты 32 целесообразным образом расположены так, что они проходят в осевом направлении, то есть ось вращения каждого крепежного винта 32 ориентирована в осевом направлении. Кроме того, крепежные винты 32 входят в зацепление с главным уплотнительным кольцом 24 на обращенной к дополнительному уплотнительному кольцу 25 осевой стороне 33, то есть на задней стороне 33, отвернутой от уплотнительного контура 27 главного уплотнительного кольца 24. В этом примере крепежные винты 32 пронизывают каждый сквозное отверстие 34, которое предусмотрено в кольцевом плече 26 в осевом направлении между двумя уплотнительными кольцами 24, 25. Кроме того, размер этих сквозных отверстий 34 целесообразным образом выбран так, что соответствующий крепежный винт 32 расположен в них, будучи утоплен в осевом направлении.

Для размещения главного уплотнительного кольца 24 обойма 6 направляющих лопаток или, соответственно, ее кольцевое плечо 26 имеет главный кольцевой паз 35, который проходит в окружном направлении и который открыт в осевом направлении к области 21 с более низким давлением. Этот главный кольцевой паз 35 имеет при этом профиль поперечного сечения без поднутрения в осевом направлении, который, в частности, может быть выполнен U-образно, так чтобы главный кольцевой паз 35 в этом примере выполнен в виде U-образного паза. Благодаря этому можно в случае обоймы 6 направляющих лопаток, снятой с корпуса 4, устанавливать главное уплотнительное кольцо 24 в осевом направлении в главный кольцевой паз 35.

Стоит отметить, что главное уплотнительное кольцо 24 в осевом направлении выдается из главного кольцевого паза 35, в частности, своим уплотнительным контуром 27. Таким образом обеспечивается, что обойма 6 направляющих лопаток в области кольцевого плеча 26 или, соответственно, в области 13 уплотнения в осевом направлении расположена напротив корпуса 4, а именно за счет осевого контакта главного уплотнительного кольца 24 или, соответственно, уплотнительного контура 27 с корпусом 4 или, соответственно, с ответным уплотнительным контуром 28.

В то время как главное уплотнительное кольцо 24 установлено на обойме 6 направляющих лопаток неподвижно в осевом направлении, дополнительное уплотнительное кольцо 25 установлено на обойме 6 направляющих лопаток подвижно в осевом направлении. Кроме того, дополнительное уплотнительное кольцо 25 с помощью по меньшей мере одного пружинного элемента 36 приводится в действие в осевом направлении, а именно в направлении области 20 с более высоким давлением. На фиг.3 обозначен один единственный пружинный элемент 36, который может быть выполнен в виде листовой пружины. Пружинный элемент 36 опирается при этом на сторону дополнительного уплотнительного кольца 25, обращенную к главному уплотнительному кольцу 24, и поэтому приводит дополнительное уплотнительное кольцо 25 в движение в направлении от главного уплотнительного кольца 24.

Для размещения дополнительного уплотнительного кольца 25 обойма 6 направляющих лопаток или, соответственно, ее кольцевое плечо 26 снабжены дополнительным кольцевым пазом 37, который проходит в окружном направлении и который открыт в осевом направлении к области с более высоким давлением. Целесообразным образом этот дополнительный кольцевой паз 37 имеет профиль поперечного сечения с по меньшей мере одним поднутрением 38, которое действует в осевом направлении. Например, дополнительный кольцевой паз 37 может быть для этого выполнен в виде T-образного паза. Дополнительное уплотнительное кольцо 25 теперь выполнено в форме, комплементарной дополнительному кольцевому пазу 37, и может соответственно этому иметь, например, T-образный профиль. Соответственно этому дополнительное уплотнительное кольцо 25 имеет по меньшей мере одно радиально выступающее ребро 39, которое внутри дополнительного кольцевого паза 37 перекрывает соответствующее поднутрение 38 в радиальном направлении и взаимодействует с ним в осевом направлении с геометрическим замыканием. Для установки дополнительного уплотнительного кольца 25 в дополнительный кольцевой паз 37 дополнительное уплотнительное кольцо 25 должно в соответствии с этим вводиться в дополнительный кольцевой паз 37 в окружном направлении. Это может осуществляться также тогда, когда обойма 6 направляющих лопаток или, соответственно, соответствующая часть 6′ обоймы направляющих лопаток уже установлена в корпус 4 или, соответственно, в соответствующую часть 4′ корпуса.

Целесообразным образом теперь соответствующий пружинный элемент 36 помещен в дополнительный кольцевой паз 37 и при этом расположен в осевом направлении между дополнительным уплотнительным кольцом 25 и обоймой 6 направляющих лопаток или, соответственно, кольцевым плечом 26. Также крепежные винты 32 и вместе с тем также сквозные отверстия 34 находятся в области дополнительного кольцевого паза 37, так что они перекрыты дополнительным уплотнительным кольцом 25 в осевом направлении. В данном случае значение имеет выше упомянутое утопленное в осевом направлении расположение крепежных винтов 32 в кольцевом плече 26 или, соответственно, внутри дополнительного кольцевого паза 37.

Для монтажа турбины 1 целесообразно, чтобы также главное уплотнительное кольцо 24 и также дополнительное уплотнительное кольцо 25 были разделены в разделительной плоскости 22, так чтобы имелись также по меньшей мере две части 24′ главного уплотнительного кольца или, соответственно, по меньшей мере две части 25′ дополнительного уплотнительного кольца. На фиг.3 показана при этом соответственно нижняя часть 24′ или, соответственно, 25′ уплотнительного кольца.

Для осевой подвижности дополнительного уплотнительного кольца 25 относительно обоймы 6 направляющих лопаток радиально отстоящие ребра 39 в осевом направлении заданы меньшими, чем осевое расстояние между соответствующим поднутрением 38 и дном паза, не обозначенным детально. Соответственно этому выполнен осевой зазор между дополнительным уплотнительным кольцом 25 и соответствующим дополнительным кольцевым пазом 37. Кроме того, осевой размер кольцевого плеча 26 меньше, чем осевая ширина открытия приемного паза 31. Таким образом, кольцевое плечо 26 и вместе с тем также обойма 6 направляющих лопаток может двигаться в приемном пазу 31 относительно корпуса 4 в осевом направлении. Такого рода осевое движение может происходить вследствие возникающих при эксплуатации давлений и под действием теплового расширения.

Кроме того, радиально между кольцевым плечом 26 и приемным пазом 31 предусмотрен радиальный зазор, благодаря чему в данном примере осуществления также возможны радиальные относительные движения между обоймой 6 направляющих лопаток и корпусом 4, которые также могут быть обусловлены теплом. Уплотнительное устройство 12 может компенсировать эти обусловленные теплом относительные движения. Во-первых, уплотнительное устройство 12 может компенсировать относительные движения между обоймой 6 направляющих лопаток и корпусом 4 за счет того, что дополнительное уплотнительное кольцо 25 размещено подвижно в осевом направлении, и, в частности, в осевом направлении предварительно натянуто в направлении от главного уплотнительного кольца 24. Во-вторых, чтобы обеспечить возможность осуществления необходимого уплотняющего действия также в случае радиального расширения или, соответственно, в случае движения между обоймой 6 направляющих лопаток и корпусом 4, эти два уплотнительных кольца 24, 25 воздействуют в осевом направлении. В частности, для этого оба уплотнительных контура 27, 29 ориентированы радиально и в окружном направлении, при этом соответствующие ответные уплотнительные контуры 28, 30 тоже ориентированы радиально и в окружном направлении. В то время как ответные уплотнительные контуры 28, 30 целесообразным образом выполнены плоскими и лежат соответственно в плоскости, которая проходит перпендикулярно оси 10 вращения, уплотнительные контуры 27, 29 могут иметь каждый несколько кольцевых ребер 40, которые проходят соответственно в окружном направлении, расположены концентрически друг другу, расположены радиально рядом друг с другом и при этом выступают соответственно в осевом направлении. Благодаря кольцевым ребрам 40 может осуществляться лабиринтное действие в радиальном направлении внутри соответствующего осевого уплотнения.

Для фиксации дополнительного уплотнительного кольца 25 или, соответственно, каждой части 25′ дополнительного уплотнительного кольца в окружном направлении в области разделительной плоскости 22 на каждом окружном конце 41 соответствующей части 25′ дополнительного уплотнительного кольца может быть предусмотрен фиксирующий элемент 42, который в показанном на фиг.3 примере выполнен в виде фиксирующего винта 42. Фиксирующий винт 42 своей головкой перекрывает не показанный на данной фигуре уступ, выполненный на задней стороне, обращенной к главному уплотнительному кольцу 24, в радиальном и/или осевом направлении и так путем геометрического замыкания препятствует движению дополнительного уплотнительного кольца 25 в окружном направлении относительно обоймы 6 направляющих лопаток.

Список ссылочных обозначений

1 Турбина

2 Статор

3 Ротор

4 Корпус

5 Обойма направляющих лопаток высокого давления

6 Обойма направляющих лопаток среднего давления

7 Обойма направляющих лопаток низкого давления

8 Направляющая лопатка

9 Вал ротора

10 Ось вращения

11 Рабочая лопатка

12 Уплотнительное устройство

13 Область уплотнения

14 Впуск пара

15 Выпуск пара

16 Область с высоким давлением

17 Область с верхним средним давлением

18 Область с нижним средним давлением

19 Область с низким давлением

20 Область с более высоким давлением

21 Область с более низким давлением

22 Разделительная плоскость

23 Корпус промежуточного поршня

24 Главное уплотнительное кольцо

25 Дополнительное уплотнительное кольцо

26 Кольцевое плечо

27 Уплотнительный контур поз.24

28 Ответный уплотнительный контур поз.27

29 Уплотнительный контур поз.26

30 Ответный уплотнительный контур поз.29

31 Приемный паз

32 Крепежный винт

33 Осевая сторона/задняя сторона поз.24

34 Сквозное отверстие

35 Главный кольцевой паз

36 Пружинный элемент

37 Дополнительный кольцевой паз

38 Поднутрение

39 Ребро

40 Кольцевое ребро

41 Окружной конец поз.25

42 Фиксирующий элемент/фиксирующий винт

Турбина (1) электростанции, предпочтительно паровая турбина включает в себя статор (2), ротор (3) и по меньшей мере одно уплотнительное устройство (12). Статор (2) имеет корпус (4) и в корпусе по меньшей мере одну обойму (5, 6, 7) направляющих лопаток, снабженную направляющими лопатками (8). Ротор (3) имеет вал (9) ротора, снабженный рабочими лопатками (11). Уплотнительное устройство (12) уплотняет каждую обойму (5, 6, 7) направляющих лопаток в осевом направлении относительно корпуса (4) и отделяет друг от друга две области (20, 21) различного давления. Уплотнительное устройство (12) имеет проходящее в окружном направлении и действующее в осевом направлении главное уплотнительное кольцо (24), которое обращено к области (21) с более низким давлением, и проходящее в окружном направлении и действующее в осевом направлении дополнительное уплотнительное кольцо (25), которое обращено к области (20) с более высоким давлением. Главное уплотнительное кольцо установлено на обойме направляющих лопаток неподвижно в осевом направлении, а дополнительное уплотнительное кольцо установлено подвижно в осевом направлении. Дополнительное уплотнительное кольцо натянуто с помощью пружинного элемента в осевом направлении в направлении области с более высоким давлением. Достигается улучшенное уплотняющее действие и уменьшение утечек. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Турбина электростанции, включающая в себя:
- статор (2), который имеет корпус (4) и в корпусе (4) по меньшей мере одну обойму (5, 6, 7) направляющих лопаток, снабженную направляющими лопатками (8),
- ротор (3), который имеет вал (9) ротора, снабженный рабочими лопатками (11),
- по меньшей мере одно уплотнительное устройство (12), уплотняющее соответствующую обойму (5, 6, 7) направляющих лопаток в осевом направлении относительно корпуса (4) и отделяющее друг от друга две области (20, 21) различного давления, при этом уплотнительное устройство (12) имеет проходящее в окружном направлении и действующее в осевом направлении главное уплотнительное кольцо (24), которое обращено к области (21) с более низким давлением, и проходящее в окружном направлении и действующее в осевом направлении дополнительное уплотнительное кольцо (25), которое обращено к области (20) с более высоким давлением, отличающаяся тем, что главное уплотнительное кольцо (24) установлено неподвижно в осевом направлении на обойме (5, 6, 7) направляющих лопаток, а дополнительное уплотнительное кольцо (25) установлено подвижно в осевом направлении на обойме (5, 6, 7) направляющих лопаток, при этом дополнительное уплотнительное кольцо (25) натянуто с помощью по меньшей мере одного пружинного элемента (36) в осевом направлении в направлении области (20) с более высоким давлением.

2. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что главное уплотнительное кольцо (24) расположено на проходящем в окружном направлении кольцевом плече (26), радиально отстоящем от соответствующей обоймы (5, 6, 7) направляющих лопаток, и имеет осевой уплотнительный контур (27), который взаимодействует с выполненным на корпусе (4) ответным уплотнительным контуром (28), при этом ответный уплотнительный контур (28) выполнен в проходящем в окружном направлении приемном пазу (31), в который радиально погружается кольцевое плечо (26).

3. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что для главного уплотнительного кольца (24) на обойме (5, 6, 7) направляющих лопаток предусмотрены крепежные винты (32), которые проходят в осевом направлении и на осевой стороне (33), обращенной к дополнительному уплотнительному кольцу (25), вставляются в главное уплотнительное кольцо (24).

4. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что главное уплотнительное кольцо (24) вставлено в проходящий в окружном направлении главный кольцевой паз (35), открытый в осевом направлении к области (21) с более низким давлением, при этом главный кольцевой паз (35) имеет профиль поперечного сечения без поднутрения в осевом направлении.

5. Турбина по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительное уплотнительное кольцо (25) расположено на радиально отстоящем от соответствующей обоймы (5, 6, 7) направляющих лопаток, проходящем в окружном направлении кольцевом плече (26) и имеет осевой уплотнительный контур (29), который взаимодействует с выполненным на корпусе (4) осевым ответным уплотнительным контуром (30), при этом ответный уплотнительный контур (30) выполнен в проходящем в окружном направлении приемном пазу (31), в который радиально погружается кольцевое плечо (26).

6. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительное уплотнительное кольцо (25) вставлено в проходящий в окружном направлении дополнительный кольцевой паз (37), открытый в осевом направлении к области (20) с более высоким давлением, при этом дополнительный кольцевой паз (37) имеет профиль поперечного сечения с поднутрением (38) в осевом направлении.

7. Турбина по п. 6, отличающаяся тем, что соответствующий пружинный элемент (36) расположен в дополнительном кольцевом пазу (37) в осевом направлении между дополнительным уплотнительным кольцом (25) и обоймой (5, 6, 7) направляющих лопаток.

8. Турбина по п. 3, отличающаяся тем, что дополнительное уплотнительное кольцо (25) в осевом направлении перекрывает крепежные винты (32), при этом крепежные винты (32) расположены, будучи утоплены в осевом направлении, в дополнительном кольцевом пазу (37).

9. Турбина по одному из пп. 6-8, отличающаяся тем, что корпус (4), соответствующая обойма (5, 6, 7) направляющих лопаток, соответствующее главное уплотнительное кольцо (24) и соответствующее дополнительное уплотнительное кольцо (25) разделены в разделительной плоскости (22), которая содержит ось (10) вращения ротора (3), на две части (4′) корпуса, две части (5′, 6′, 7′) обоймы направляющих лопаток, две части (24′) главного уплотнительного кольца и две части (25′) дополнительного уплотнительного кольца, при этом часть (25′) дополнительного уплотнительного кольца, вставленная в половину дополнительного кольцевого паза (37), в области разделительной плоскости (22) по меньшей мере на одном окружном конце (41) была зафиксирована фиксирующим элементом (42) в окружном направлении на обойме (5′, 6′, 7′) направляющих лопаток.

10. Турбина по п. 1, отличающаяся тем, что турбина выполнена в виде паровой турбины.