УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, ПРИЧЕМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ И ОТСОС ПАРА, СКОНДЕНСИРОВАВШЕГОСЯ В ТУМАН Российский патент 2017 года по МПК F01D11/02 

Изобретение относится к уплотнительной системе для проведения вращающегося вокруг оси вала через неподвижный корпус, который окружает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выходит вал, включающей в себя уплотнение, которое включает в себя отсос пара, сконденсировавшегося в туман.

Кроме того, изобретение относится к способу для уплотнения вала и корпуса паровой турбины.

В энергетическом машиностроении, в частности в производстве паровых турбин, паровые турбины выполняются таким образом, что осуществляется герметизация, так что воздух из окружающего пространства не может проникать в паровую турбину. Для этого используются разнообразные уплотнения. Например, уплотняющий пар используется для того, чтобы предотвращать поступление воздуха в турбину. Однако используемый для этого уплотняющий пар забирается из циркуляции пара и таким образом не содействует преобразованию энергии, что приводит к тому, что уменьшается коэффициент полезного действия всей линии турбины.

Фиг. 1 показывает известный уровень техники.

Предназначенная для низкого давления паровая турбина 4 снабжается через входное отверстие 10 свежим паром. Образование свежего пара не представлено на фиг. 1 более подробно. Часть свежего пара подводится по ответвлению 11 через линию 7а отбора к уплотнению 9. Соответственно линия 7а отбора выполнена в виде линии 12 уплотняющего пара и таким образом проводит уплотняющий пар в область 13 уплотняющего пара. В области 13 уплотняющего пара уплотняющий пар направляется уплотнениями налево и направо, причем поток уплотняющего пара налево проходит в камеру 14 пара, сконденсировавшегося в туман. В этой камере 14 пара, сконденсировавшегося в туман, преобладает незначительно более низкое давление, чем во внешней среде, так что отсос 8 пара, сконденсировавшегося в туман, отсасывает смесь из воздуха, засосанного из внешней среды, и пара, подведенного из области 13 уплотняющего пара. Таким образом, проведенный в паровой турбине 4 пар не может выходить во внешнюю среду.

Пар, чья тепловая энергия преобразовывается в паровой турбине 4 в механическую энергию, поступает через выходное отверстие 15 к конденсатору 5. В конденсаторе 5 пар конденсируется в воду и при помощи насоса 6 снова подается в циркуляцию водяного пара. Давление уплотняющего пара выше давления атмосферы. Для того чтобы сохранять наименьшей потребность в уплотняющем паре и связанные с ней потери, устанавливаются уплотнения, которые являются наиболее эффективными. Это может осуществляться посредством уплотнений с большой конструктивной длиной или посредством высокоэффективных уплотнительных систем, как, например, щеточные уплотнения. В документах US 6918252, DE 4313805, US 4191021 и DE 102007037311 раскрыты различные возможности уплотнений.

Изобретением выбирается теперь новый путь, который должен создавать условия для изобретения необходимого уплотняющего пара. Таким образом, задача изобретения состоит в повышении коэффициента полезного действия паровой турбины.

Эта задача решается с помощью уплотнительной системы для проведения вращающегося вокруг оси вала через неподвижный корпус, который окружает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выходит вал, включающей в себя уплотнение, которое включает в себя отсос пара, сконденсировавшегося в туман, причем имеется ввод, который расположен между внутренним пространством и отсосом пара, сконденсировавшегося в туман, и предназначен для подачи уплотнительной жидкости, причем уплотнительная жидкость претерпевает смену фаз после подачи.

Далее задача решается с помощью паросиловой установки, включающей в себя паровую турбину с соответствующей изобретению уплотнительной системой.

Кроме того, задача решается с помощью способа для уплотнения вала и корпуса паровой турбины, причем предусматривается отсос пара, сконденсировавшегося в туман, и используется уплотнительная жидкость.

Таким образом, изобретение предлагает минимизировать потери, полностью отказываясь от использования уплотняющего пара. Более того изобретение предлагает использовать вместо уплотняющего пара уплотнительную жидкость. В качестве уплотнительной жидкости может использоваться, например, вода. Таким образом, преимущество заключается в том, что необходимая раньше система уплотняющего пара линии паровой турбины может полностью исключаться. Это приводит к сокращению расходов, которые неизбежно возникают за счет прокладки трубопровода системы уплотняющего пара. Таким образом, уплотняющий пар, который раньше не участвовал в преобразовании энергии, теперь может участвовать в преобразовании энергии, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия.

В зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные усовершенствованные варианты.

Так в первом предпочтительном усовершенствованном варианте используется лабиринтное уплотнение, для того чтобы минимизировать потерю уплотнительной жидкости.

В дальнейшем предпочтительном усовершенствованном варианте паровая турбина соединяется с конденсатором, причем необходимая в качестве уплотнительной жидкости вода отбирается из конденсатора. Таким образом, вода может непосредственно отбираться из циркуляции водяного пара. Предпочтительно ввод соединяется с конденсатосборником конденсатора.

В наиболее предпочтительном усовершенствованном варианте паросиловая установка усовершенствуется таким образом, что вода и вал имеют такие температуры, что вода испаряется при попадании на вал или при прохождении через уплотнение. Вследствие этого предоставлена очень хорошая возможность для охлаждения и герметизации.

Далее пример осуществления изобретения разъясняется при помощи фиг. 2 и 3, где: фиг. 2 показывает изображение в разрезе через изображенную схематично паровую турбину; фиг. 3 показывает схематичное изображение соответствующего изобретению уплотнения.

Фиг. 2 схематично показывает вал 16 паровой турбины 4. На валу 16 расположены несколько рабочих лопаток 17, между которыми на корпусе 19 неподвижно расположены несколько направляющих лопаток 18. Чтобы находящийся в проточном канале 20 технологический пар не выходил во внешнюю среду 21, расположено первое уплотнение 3. По направлению далее во внешнюю среду 21, находясь на расстоянии, расположены второе уплотнение 2 и третье уплотнение 1.

Технологический пар может выходить между первым уплотнением 3 и валом 16. Поэтому между вторым уплотнением 2 и первым уплотнением 3 подается уплотнительная жидкость из линии 7 отбора. Эта уплотнительная жидкость может распространяться до внешней среды 21 и до проточного канала 20. Между третьим уплотнением 1 и вторым уплотнением 2 располагается отсос 8 пара, сконденсировавшегося в туман. Таким образом, технологический пар не может выходить из проточного канала 20 во внешнюю среду 21.

Теперь в соответствии с изобретением согласно фиг. 3 линия 7 отбора соединяется с выходом насоса 6, так что на вал вместо уплотняющего пара поступает уплотнительная жидкость.

Таким образом, первое уплотнение 3, второе уплотнение 2 и третье уплотнение 1 образуют уплотнительную систему 22. При помощи этой уплотнительной системы 22 осуществляется проведение 23 вращающегося вокруг оси вала 16 через неподвижный корпус (не изображен более подробно). В этом неподвижном корпусе заключено нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выступает вал 16. В качестве уплотнений могут использоваться обычные лабиринтные уплотнения, щеточные уплотнения с металлическими щетинками, щеточные уплотнения со щетинками из натуральных волокон и/или щеточные уплотнения со щетинками из искусственных волокон (из арамида). Сверх этого в качестве уплотнений возможны простые кольцевые зазоры или конические кольцевые зазоры.

Уплотнение между вводом и отсосом пара, сконденсировавшегося в туман, может быть выполнено в виде сальника.

В качестве уплотнительной жидкости используется деионат (вода, обессоленная ионированием) или питательная вода. Эта уплотнительная жидкость и без того имеется в паросиловой установке, так что дополнительные источники уплотнительной жидкости не должны предусматриваться.

Использование питательной воды более предпочтительно, так как она находится в распоряжении в непосредственной близости от паровой турбины 4, например в конденсатосборнике конденсатора 5. Повышение уровня давления для снабжения уплотнительной области может осуществляться либо вспомогательным агрегатом, либо имеющимися насосами для подачи питательной воды в конденсаторе 5. Простые механизмы регулировки обеспечивают то, что перепад давления между атмосферой и уплотнительной жидкостью оказывается лишь незначительным. Таким образом, может сохраняться незначительным количество используемой для уплотнения жидкости. Наибольшее преимущество может реализовываться при использовании искусственных волокон, как, например, в сальниках в области герметизации паровых турбин 4. При этом подведенная вода с определенной температурой поблизости от точки кипения испаряется благодаря перепаду давления на прогретом валу при давлении между давлением уплотнительной жидкости и давлением герметизируемого парового пространства, которое находится в вакууме. Сопутствующее, непрерывное благодаря пакету волокон увеличение объема, которое происходит при коэффициенте, равном 1000, приводит при сильно уменьшенной потребности в уплотнительной жидкости к оптимальному уплотняющему эффекту сальника.

При этом, в частности, свойства пакета искусственных волокон могут производить положительный эффект по сравнению с другими возможными решениями, так как искусственные волокна благодаря незначительному диаметру волокна имеют очень большую поверхность испарения, а также за счет капиллярного эффекта располагают хорошими транспортными свойствами. Незначительная по сравнению с другими волокнами склонность к адгезии (прилипанию) может улучшаться далее за счет подходящих многослойных покрытий волокна.

Изобретение относится к уплотнительной системе паровой турбины для проведения вращающегося вокруг оси вала через неподвижный корпус, причем для уплотнения используется уплотнительная жидкость. Такое выполнение уплотнительной системы позволит повысить коэффициент полезного действия паровой турбины. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Уплотнительная система (22) для проведения вращающегося вокруг оси вала (16) через неподвижный корпус, который окружает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выходит вал (16), включающая в себя уплотнение (9), которое включает в себя отсос (8) пара, сконденсировавшегося в туман, отличающаяся тем, что имеется ввод, который расположен между внутренним пространством и отсосом (8) пара, сконденсировавшегося в туман, и предназначен для подачи уплотнительной жидкости, причем для герметизации внутреннего пространства и отсоса (8) пара, сконденсировавшегося в туман, расположено лабиринтное уплотнение, щеточное уплотнение с металлическими щетинками, щеточное уплотнение со щетинками из натуральных волокон и/или щеточное уплотнение из искусственных волокон, в частности из арамида.

2. Уплотнительная система (22) по п. 1, отличающаяся тем, что ввод выполнен для подачи воды в качестве уплотнительной жидкости.

3. Уплотнительная система (22) по пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что уплотнение (9) выполнено в виде сальника.

4. Уплотнительная система (22) по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве сальника используются волокна, в частности искусственные волокна.

5. Паросиловая установка, включающая в себя паровую турбину (4) с уплотнительной системой (22) по любому из пп. 1-4 и конденсатор (5), причем ввод соединен с конденсатором (5).

6. Паросиловая установка по п. 5, отличающаяся тем, что ввод соединен с конденсатосборником конденсатора (5).

7. Паросиловая установка по пп. 5 или 6, отличающаяся тем, что вода и вал (16) имеют такие температуры, что вода испаряется при попадании на вал (16).

8. Паросиловая установка по п. 5, включающая в себя выполненное в виде сальника уплотнение (9) между вводом и отсосом (8) пара, сконденсировавшегося в туман.

9. Паросиловая установка по п. 8, отличающаяся тем, что сальник включает в себя искусственные волокна.

10. Способ уплотнения вала (16) и корпуса паровой турбины (4), отличающийся тем, что предусматривают отсос (8) пара, сконденсировавшегося в туман, и используют уплотнительную жидкость.