Удерживающее устройство и система осевого удержания для кольцевых уплотнений (варианты) Российский патент 2017 года по МПК F01D5/30 

[0001] Данное изобретение относится в целом к роторам турбины, в частности к системе осевого удержания кольцевого уплотнения ротора турбины, установленного на разделительном диске ротора турбины.

[0002] Разделительные диски ротора турбины снабжены кольцевыми уплотнениями, выполненными в виде дугообразных уплотнительных сегментов, которые при установке образуют кольцевое уплотнение. Каждый сегмент уплотнения (или просто уплотнение или кольцевое уплотнение) закрепляется на разделительном диске при помощи сопрягаемых элементов пазового соединения, которые выполнены с обеспечением установки в осевом направлении указанных кольцевых уплотнений на разделительный диск. После установки кольцевых уплотнений на разделительный диск к зоне пазового соединения имеется только ограниченный доступ. В то же время, однако, кольцевые уплотнения должны удерживаться в осевом направлении для предотвращения проскальзывания, в частности, при перевозке/эксплуатации двигателя. Вследствие ограниченного доступа обычные схемы осевого удержания не могут применяться.

[0003] Таким образом, необходима простая, дешевая, но эффективная система для удержания всего периферического набора кольцевых уплотнений, как отдельно, так и совместно, на разделительном диске ротора для предотвращения нежелательного смещения в осевом направлении любого одного или более уплотнений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В первом примерном, но не ограничивающем варианте выполнения предложено удерживающее устройство для поддержания в фиксированном осевом положении первого компонента ротационной машины, установленного в осевом направлении на второй компонент ротационной машины, содержащее блок, размеры и конструкция которого обеспечивают перемещение указанного блока между выровненными первым и вторым углублениями, выполненными в первом и втором компонентах ротационной машины, причем форма указанных выровненных углублений обеспечивает предотвращение поворота указанного блока, и в указанном блоке выполнено резьбовое отверстие, проходящее по меньшей мере частично через указанный блок, и исполнительный элемент, установленный с резьбовым соединением в указанном отверстии таким образом, что при использовании поворот указанного исполнительного элемента вызывает перемещение указанного блока из первого выровненного углубления по меньшей мере частично во второе выровненное углубление.

[0005] В другом аспекте изобретения предложена система осевого удержания для кольцевых уплотнений, установленных в осевом направлении на разделительный диск ротора, содержащая работающую на срез шпонку, выполненную с возможностью установки между кольцевой периферической канавкой, выполненной в указанном разделительном диске ротора, и радиальной выемкой, выполненной на торце указанного кольцевого уплотнения, и фиксирующий блок, размеры и конструкция которого обеспечивают перемещение указанного блока между первым и вторым углублениями, выполненными, соответственно, в указанном разделительном диске ротора и в указанном кольцевом уплотнении, при установке указанного кольцевого уплотнения в осевом направлении на указанный разделительный диск, причем указанный фиксирующий блок имеет исполнительный элемент, выполненный с возможностью перемещения указанного фиксирующего блока в положение, охватывающее указанные первое и второе углубления.

[0006] В другом примерном, но не ограничивающем варианте изобретения предложена система осевого удержания для кольцевых уплотнений, установленных в осевом направлении на разделительный диск ротора, содержащая для каждого кольцевого уплотнения, кроме устанавливаемого в последнюю очередь фиксирующего уплотнения, работающую на срез шпонку, выполненную с возможностью размещения между кольцевой периферической канавкой, предусмотренной в указанном разделительном диске ротора, и радиальной выемкой, выполненной на торце указанного кольцевого уплотнения, и запасной стопорный штифт, проходящий от указанного торца и выполненный с возможностью размещения в выемке, выполненной в торце следующего соседнего кольцевого уплотнения.

[0007] Далее предлагаемое изобретение описано подробно со ссылкой на указанные ниже чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] На фиг.1 схематично изображено кольцевое уплотнение разделительного диска ротора вместе с устройствами предотвращения осевого перемещения, выборочно используемыми вместе с кольцевыми уплотнениями, установленными на разделительном диске.

[0009] Фиг.2 является увеличенным частичным видом фиг.1.

[0010] Фиг.3 является видом в аксонометрии части разделительного диска турбины с установленным кольцевым уплотнением при использовании двух из трех удерживающих компонентов с фиг.1.

[0011] Фиг.4 является видом в аксонометрии выемки для стопорной шпонки, выполненной в торце кольцевого уплотнения, показанного на фиг.3.

[0012] Фиг.5 является видом в аксонометрии стопорной шпонки с фиг.3.

[0013] На фиг.6 изображен вид в аксонометрии стопорного штифта одного кольцевого уплотнения, причем указанный штифт взаимодействует с выемкой, выполненной в соседнем торцевом уплотнении.

[0014] Фиг.7 является видом в аксонометрии выемки, выполненной в кольцевом уплотнении, с размещенным в указанной выемке стопорным штифтом, показанным на фиг.6.

[0015] Фиг.8 является видом в аксонометрии углубления фиксирующей шайбы, выполненного в разделительном диске.

[0016] Фиг.9 является видом в аксонометрии, с другой точки, фиксирующей шайбы, частично размещенной в углублении, показанном на фиг.8.

[0017] На фиг.10 изображен разрез фиксирующей шайбы с фиг.9 вместе с кольцевым уплотнением, установленным на разделительном диске.

[0018] Фиг.11 является видом в аксонометрии фиксирующей шайбы, установленной между кольцевым уплотнением и разделительным диском.

[0019] На фиг.12 изображен болтовой исполнительный элемент в соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения.

[0020] На фиг.13 изображен болт с фиг.12 с установленной фиксирующей шайбой.

[0021] На фиг.14 изображено устройство предотвращения осевого перемещения, используемое с кольцевыми уплотнениями, установленными на разделительном диске, в соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] В примерном, но не ограничивающем, варианте выполнения система осевого удержания кольцевых уплотнений разделительного диска ротора состоит из трех компонентов. Как описано ниже более подробно, не все указанные компоненты используются в каждом кольцевом уплотнении. В этой связи следует понимать, что кольцевые уплотнения устанавливают на разделительный диск в осевом направлении. Сборку выполняют последовательным образом, и в предлагаемой системе для всех кольцевых уплотнений, кроме устанавливаемого в последнюю очередь уплотнения, используют по меньшей мере два компонента. Третий компонент используют в устанавливаемом в последнюю очередь уплотнении (также называемом "фиксирующее уплотнение") для эффективной фиксации всех установленных уплотнений на разделительном диске.

[0023] Таким образом, рассмотрим сначала фиг.1 и 2, на которых схематично изображено кольцевое уплотнение 10, установленное в осевом направлении на разделительном диске 12 ротора. Как известно из уровня техники, кольцевое уплотнение 10 граничит с соседними компонентами 14, 16 турбины. Как показано, направление подачи или установки проходит справа налево. Согласно примерному, но не ограничивающему, варианту выполнения три компонента осевого удержания содержат работающую на срез шпонку 18, запасной штифт 20 и фиксирующую шайбу 22 (также называемую фиксирующим блоком). На фиг.1 и 2 изображены используемые при установке компоненты, для удобства и облегчения понимания, однако для всех, кроме одного, кольцевых уплотнений 10, установленных на разделительном диске 12, используется только работающая на срез шпонка 18 и запасной штифт 20. В последнем кольцевом уплотнении или фиксирующем уплотнении 10, установленном на разделительном диске, используется фиксирующая шайба 22, а не работающая на срез шпонка 18 или запасной штифт 20, как описано далее.

[0024] Теперь рассмотрим также фиг.3 и 4, на которых один кольцевой торец 24 кольцевого уплотнения 10 имеет радиально расположенную выемку 26 рядом со входным концом паза 27 разделительного диска, причем указанная выемка открыта с нижней поверхности 28 фланцевой части 30 кольцевого уплотнения, а также с торца 24. В осевом и периферическом направлениях выемка 26 закрыта. При установке кольцевого уплотнения 10 (в данном документе иногда называемого также просто "уплотнение 10") выемку 26 выравнивают в радиальном направлении с прерывающейся кольцевой канавкой 34, выполненной в разделительном диске 12. Понятно, что при необходимости канавка 34 и выемка 26 могут быть расположены еще дальше от входного конца паза 27 диска.

[0025] L-образная, работающая на срез шпонка 18 (см. также фиг.5) расположена в канавке 34 и выемке 26, что лучше всего видно на фиг.3. Размеры и форма работающей на срез шпонки 18 таковы, что она может быть установлена только единственным образом, что устраняет вероятность неправильной установки. Точнее, направленная радиально наружу лапка или ножка 36 L-образной, работающей на срез шпонки имеет наклонную поверхность 38, сопрягаемую с наклонной поверхностью 40 выемки 26, имеющей соответствующую форму. Горизонтальная (или периферическая) лапка или основание 42 L-образной, работающей на срез шпонки 18 установлено в канавке 34. Понятно, что работающая на срез шпонка 18 может быть установлена в канавке 34 и выемке 26 после того, как уплотнение 10 установлено на разделительный диск 12. Либо, в другом варианте, работающая на срез шпонка 18 может быть установлена в канавке 34, сбоку от уплотнения 10, и после установки уплотнения 10 введена во взаимодействие с выемкой 26.

[0026] Отметим, что в основании 42 работающей на срез шпонки 18 выполнено отверстие 44. Это позволяет легко снять работающую на срез шпонку при помощи подходящего инструмента (не показан). Однако не обязательно закреплять или фиксировать работающую на срез шпонку 18 в выемке 26 и/или канавке 34. Поскольку следующее соседнее кольцевое уплотнение примыкает к кольцевому уплотнению 10 и закрывает сверху основание 42 шпонки 18, дальнейшее движение работающей на срез шпонки исключено. Таким образом, работающая на срез шпонка 18 предотвращает движение кольцевого уплотнения 10 в любом осевом направлении, и сама работающая на срез шпонка зафиксирована в своем положении следующим соседним уплотнением.

[0027] Кольцевой торец 24 уплотнения 10 также имеет глухое отверстие 46 (фиг.6) на краю торца 24, противоположном по отношению к работающей на срез шпонке 18. В отверстие 46 вставлен запасной стопорный штифт 20 (в примерном варианте изобретения - цилиндрический) посредством прессовой посадки или при помощи других подходящих средств, причем часть штифта 20 остается снаружи. Также как и работающая на срез шпонка 18, стопорный штифт 20 предотвращает осевое перемещение кольцевого уплотнения 10 в по меньшей мере одном осевом направлении согласно нижеследующему описанию. Таким образом обеспечен резерв на случай, если работающая на срез шпонка 18 случайно не была установлена при монтаже уплотнения.

[0028] При ссылке, в частности, на фиг.3 и 6 понятно, что следующее соседнее уплотнение может скользить в осевом направлении вдоль своей канавки 48 пазового соединения, выполненной в разделительном диске, проходя при этом через (и над) основанием 42 работающей на срез шпонки 18 и останавливаясь тогда, когда осевой стопорный штифт 20 сопрягается с открытой выемкой 50 (фиг.6 и 7), образованной в кольцевом торце 52 следующего соседнего уплотнения 54. Таким образом, стенка 56 выемки служит стопорным ограничителем движения следующего соседнего уплотнения в осевом направлении при сборке в одном направлении. При этом следующая устанавливаемая работающая на срез шпонка также исключает любое осевое перемещение как в направлении установки, так и в противоположном направлении.

[0029] Обратимся теперь к фиг.8 - 11, на которых изображен третий удерживающий компонент, используемый для фиксации последнего уплотнения 58 на месте. Размер и форма удлиненной или овальной фиксирующей шайбы 22 обеспечивают расположение указанной шайбы в смежные по вертикали углубления 60, 62, выполненные в разделительном диске 12 и уплотнении 58 соответственно. Более точно, удлиненное или овальное углубление 60 выполнено на верхней (радиально внешней) поверхности 64 зуба 66 разделительного диска (фиг.8). Углубление 62 (фиг.10-11) выполнено на радиально внутренней поверхности 68 фланцевой части 70 уплотнения. При этом углубления 60 и 62 выравнивают по вертикали (или радиально) при установке уплотнения 58 на разделительный диск 12.

[0030] Резьбовое отверстие 72 проходит вертикально или радиально через шайбу 22, а резьбовая регулировочная шпилька или винт 74 проходит через шайбу 22. Отверстие 76 может быть выполнено в уплотнении и проходит радиально наружу в зону доступа, куда может быть размещен инструмент. Инструмент выполнен с возможностью взаимодействия с поверхностным элементом 78 (например, в виде шестигранного шлица), выполненным на конце шпильки или винта 74. При повороте шпильки 74 указанным инструментом шайба 22 перемещается вдоль указанной шпильки, поскольку шайба расположена в некруглом углублении. Таким образом, поворот шпильки 74 по часовой стрелке вызывает перемещение шайбы 22 радиально наружу в положение, показанное на фиг.9-11, в котором шайба частично взаимодействует с обоими углублениями 60, 62. Таким образом, шайба 22 фиксирует последнее уплотнение 58 на месте, что вместе с работающими на срез шпильками и запасным штифтами фиксирует все кольцевые уплотнения с предотвращением любого осевого перемещения на разделительном диске 12. В этой связи отметим, что, если не установлено ни одной работающей на срез шпонки, то все уплотнения, за исключением устанавливаемого в последнюю очередь уплотнения, будут зафиксированы только в одном осевом направлении, поскольку запасные штифты предотвращают осевое перемещение только в одном направлении.

[0031] Отметим также, что для последнего кольцевого уплотнения 58 не используется ни работающая на срез шпонка 18, ни запасной штифт 20.

[0032] Как вариант, удлиненный болт 80 (фиг.12, 13) с резьбовым концом 82 может быть использован для взаимодействия с шайбой 22. Болт 80 проходит через отверстие 76, и поворот указанного болта вызывает осевое перемещение шайбы 22 вдоль резьбового конца 82 (радиально относительно разделительного диска) по существу так, как описано ранее. В стержне 86 болта, рядом с резьбовым концом 82, может быть предусмотрено место разрыва или недостатка прочности в виде канавки 84 для облегчения разлома и удаления стержня болта, если это необходимо после установки.

[0033] В другом варианте конструкции хрупкая прокладка 88 выполнена как единое целое с нижней частью резьбового стержня 74, как показано на фиг.14, вместе с удлиненной принимающей частью 90, предусмотренной в диске и проходящей радиально внутрь углубления 60. Это позволяет пробивать стержень 74 в радиальном направлении в принимающую часть 90, вызывая попадание шайбы 22 обратно в диск ротора. Таким образом предусмотрен альтернативный способ высвобождения кольцевого уплотнения для осевого перемещения.

[0034] В вышеописанной конструкции все компоненты, то есть работающая на срез шпонка 36, фиксирующая шайба 22 и стопорный штифт 20, заключены внутри кольцевого уплотнения/разделительного диска таким образом, что в случае поломки по существу исключено выпадение компонентов во внутреннее пространство колеса ротора.

[0035] Также понятно, что фиксирующая шайба 22 может быть использована в указанной трехкомпонентной системе, как описано выше, или, в другом варианте, в качестве обособленного удерживающего устройства, используемого с любым кольцевым уплотнением или со всеми кольцевыми уплотнениями. Кроме того, фиксирующая шайба 22 может быть использована в любой другой области применения, где необходимо удерживать один компонент в пазу, выполненном во втором компоненте.

[0036] Предлагаемое изобретение описано в связи с наиболее предпочтительным вариантом выполнения. Однако понятно, что данное изобретение не ограничено описанным вариантом выполнения и охватывает все различные изменения и эквивалентные варианты в рамках сущности и объема правовой охраны, заявленных в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к энергетике. Удерживающее устройство для поддержания в фиксированном осевом положении второго компонента ротационной машины, установленного в осевом направлении на первый компонент ротационной машины, содержит фиксирующий элемент, размеры и конструкция которого обеспечивают возможность его перемещения между первым и вторым выровненными углублениями, выполненными в первом и втором компонентах ротационной машины. Указанный фиксирующий элемент имеет размеры и форму, обеспечивающие его расположение в смежные по вертикали и выровненные углубления, с расположением между ними, для предотвращения его поворота в указанных углублениях. При этом в фиксирующем элементе выполнено резьбовое отверстие, проходящее по меньшей мере частично через него. Исполнительный элемент установлен по резьбе в указанном отверстии таким образом, что поворот исполнительного элемента вызывает перемещение указанного фиксирующего элемента из первого выровненного углубления по меньшей мере частично во второе выровненное углубление. Также представлены варианты системы осевого удержания для кольцевых уплотнений. Изобретение позволяет реализовать эффективную систему для удержания всего периферического набора кольцевых уплотнений, как отдельно, так и совместно, на разделительном диске ротора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Удерживающее устройство для поддержания в фиксированном осевом положении второго компонента ротационной машины, установленного в осевом направлении на первый компонент ротационной машины, содержащее:

фиксирующий элемент, размеры и конструкция которого обеспечивают возможность его перемещения между первым и вторым выровненными углублениями, выполненными в первом и втором компонентах ротационной машины, при этом первое выровненное углубление выполнено на радиально внешней поверхности первого компонента ротационной машины, причем фиксирующий элемент имеет размеры и форму, обеспечивающие его расположение в смежные по вертикали и выровненные углубления и между ними для предотвращения его поворота в указанных углублениях, и при этом в фиксирующем элементе выполнено резьбовое отверстие, проходящее по меньшей мере частично через него, и

исполнительный элемент, установленный по резьбе в указанном отверстии таким образом, что при использовании поворот указанного исполнительного элемента вызывает перемещение фиксирующего элемента из первого выровненного углубления во второе положение по меньшей мере частично во втором выровненном углублении, при этом наружные границы первого и второго углублений радиально выровнены.

2. Устройство по п. 1, в котором указанный исполнительный элемент содержит шпильку, выполненную с возможностью взаимодействия с инструментом.

3. Устройство по п. 1, в котором указанный исполнительный элемент содержит удлиненный болт с резьбовым концом, выполненным с возможностью размещения в указанном отверстии.

4. Устройство по п. 1, в котором фиксирующий элемент имеет удлиненную или овальную форму.

5. Устройство по п. 1, в котором указанный второй компонент ротационной машины является кольцевым уплотнением разделительного диска ротора, а указанный первый компонент ротационной машины является разделительным диском ротора.

6. Система осевого удержания для кольцевых уплотнений, установленных в осевом направлении на разделительный диск ротора, содержащая:

работающую на срез шпонку, выполненную с возможностью установки между кольцевой периферической канавкой, выполненной в указанном разделительном диске ротора, и радиальной выемкой, выполненной на торце указанного кольцевого уплотнения, и

фиксирующий элемент, размеры и конструкция которого обеспечивают возможность его перемещения между первым и вторым углублениями, выполненными соответственно в указанном разделительном диске ротора и в указанном кольцевом уплотнении, при установке указанного кольцевого уплотнения в осевом направлении на указанный разделительный диск, причем указанный фиксирующий элемент имеет исполнительный элемент, выполненный с возможностью перемещения фиксирующего элемента в положение, охватывающее указанные первое и второе углубления, при этом радиально ориентированные границы первого и второго углублений радиально выровнены,

первое углубление выполнено в радиально внешней поверхности разделительного диска ротора,

фиксирующий элемент имеет размеры и форму, обеспечивающие его расположение в смежные по вертикали первое и второе углубления и между ними.

7. Система по п. 6, дополнительно содержащая запасной стопорный штифт, проходящий от указанного торца и выполненный с возможностью размещения в выемке, выполненной в торце следующего соседнего кольцевого уплотнения.

8. Система по п. 6, в которой указанная работающая на срез шпонка имеет по существу L-образную форму, основание, размещенное в указанной кольцевой канавке, и вертикальную ножку, размещенную в указанной радиальной выемке.

9. Система по п. 6, в которой указанные первое и второе углубления и фиксирующий элемент имеют форму, обеспечивающую предотвращение поворота фиксирующего элемента.

10. Система по п. 9, в которой указанный фиксирующий элемент имеет резьбовое отверстие, проходящее по меньшей мере частично через него.

11. Система по п. 10, в которой указанный исполнительный элемент содержит шпильку, выполненную с возможностью взаимодействия с инструментом.

12. Система по п. 10, в которой указанный исполнительный элемент содержит удлиненный болт с резьбовым концом, выполненным с возможностью размещения в указанном отверстии.

13. Система по п. 9, в которой фиксирующий элемент имеет удлиненную или овальную форму.

14. Система осевого удержания для кольцевых уплотнений, установленных в осевом направлении на разделительный диск ротора, содержащая:

для каждого кольцевого уплотнения, кроме устанавливаемого в последнюю очередь фиксирующего уплотнения, работающую на срез шпонку, выполненную с возможностью размещения между кольцевой периферической канавкой, предусмотренной в указанном разделительном диске ротора, и радиальной выемкой, выполненной на торце указанного кольцевого уплотнения, и

запасной стопорный штифт, проходящий от указанного торца и выполненный с возможностью размещения в выемке, выполненной в торце следующего соседнего кольцевого уплотнения.

15. Система по п. 14, в которой указанное устанавливаемое в последнюю очередь фиксирующее уплотнение имеет фиксирующий элемент, размеры и конструкция которого обеспечивают перемещение фиксирующего элемента между первым и вторым углублениями, выполненными соответственно в указанном разделительном диске ротора и в указанном кольцевом уплотнении, при установке указанного устанавливаемого в последнюю очередь кольцевого уплотнения в осевом направлении на указанный разделительный диск, причем указанный фиксирующий элемент имеет исполнительный элемент, выполненный с возможностью перемещения указанного фиксирующего элемента в положение, охватывающее указанные первое и второе углубления, с обеспечением фиксации, таким образом, указанного кольцевого уплотнения на указанном разделительном диске.

16. Система по п. 15, в которой указанные первое и второе углубления и фиксирующий элемент имеют форму, обеспечивающую предотвращение поворота указанного фиксирующего элемента.

17. Система по п. 16, в которой в фиксирующем элементе выполнено резьбовое отверстие, проходящее по меньшей мере частично через него и предназначенное для размещения указанного исполнительного элемента.

18. Система по п. 17, в которой исполнительный элемент содержит шпильку, выполненную с возможностью взаимодействия с инструментом.

19. Система по п. 17, в которой исполнительный элемент содержит удлиненный болт с резьбовым концом, выполненным с возможностью размещения в указанном резьбовом отверстии.

20. Система по п. 18, в которой указанное первое углубление в разделительном диске имеет удлиненную принимающую часть, закрытую хрупкой прокладкой, причем указанная удлиненная принимающая часть выполнена с возможностью размещения в ней указанной шпильки, с обеспечением таким образом перемещения фиксирующего элемента из указанного положения, охватывающего указанные первое и второе углубления, в свободное положение, в котором фиксирующий элемент целиком находится внутри второго углубления.