Сальниковое устройство паровой турбины Российский патент 2019 года по МПК F01K23/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится по существу к паровым турбинам и, в частности, к рассчитанным на несколько давлений устройствам сальников лабиринтного типа для уменьшения утечек пара между вращающимися и стационарными компонентами паровой турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В паровой турбине утечке наружу пара, приводящего турбину во вращение, обычно препятствует сальниковая уплотняющая система. Эта система типично содержит последовательность из по меньшей мере трех лабиринтных уплотняющих сегментов, расположенных вдоль ротора турбины в области, где ротор выходит из корпуса турбины. Корпус сальникового несущего элемента, поддерживающий уплотняющие кольца, может образовывать по меньшей мере две камеры вместе с корпусом турбины. Эта камера (камеры) позволяют удалять смесь пара с воздухом и нагнетать пар, когда перед камерой высокого давления имеется более чем одна камера. Каждая из этих камер отделена уплотнительными кольцами или сегментами лабиринтного уплотнения.

Система с не менее чем двумя камерами может, например, содержать первую камеру, в которую впрыскивают смесь пара и воздуха, и вторую камеру, посредством которой пар либо впрыскивают, либо удаляют, в зависимости от режима работы. В качестве примера, первая камера может работать при давлении около 0,95 бар, а вторая камера может работать при давлении около 1, 15 бар.

В типичной конструкции каждый из уплотняющих сегментов установлен на корпусе сальникового несущего элемента турбины. Когда компонент корпуса сальникового несущего элемента, на котором установлены уплотняющие кольца, дополнительно образует часть выпуска паровой турбины, корпусной компонент турбины может быть подвержен температуре в локальных камерах сальника, а также температуре выпуска турбины. В случае паровой турбины высокого и промежуточного давления с системой сальника высокого давления на конце вала и с системой сальника промежуточного давления на конце вала температурный градиент может быть 110°С на стороне высокого давления и 70°С на стороне промежуточного давления. Это может привести к возникновению высоких тепловых напряжений в корпусном компоненте турбины.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагается сальниковое уплотнительное устройство паровой турбины, которое может являться средством уменьшения тепловых напряжений в корпусных компонентах турбины, на которой установлены уплотняющие сегменты, тем самым улучшая, например, герметичность типичной горизонтальной поверхности соединения, по которой соединены верхняя и нижняя части типичного корпуса паровой турбины, за счет уменьшения тепловых напряжений корпуса из-за перепада температур пара между выпуском турбины и сальниковой выпускной камерой.

Настоящее изобретение пытается решить эту проблему посредством аспекта изобретения по независимому пункту формулы изобретения. Преимущественные варианты приведены в зависимых пунктах формулы.

Изобретение основано на общей идее создания теплового экрана в камерах, образованных между сальниковым несущим элементом и корпусным компонентом турбины и образованных этими компонентами. Тепловые экраны расположены так, чтобы не допустить прямого контакта между корпусным компонентом турбины и потоком пара в камерах. Таким образом, между тепловыми экранами и внутренней поверхностью корпуса создается область. Эти области действуют как теплоизоляция, предотвращая локальное охлаждение горизонтального верхнего и нижнего соединительных фланцев, уменьшая тем самым деформацию соединения, что в свою очередь дает возможный эффект улучшения герметичности соединения.

Согласно одному аспекту изобретения предлагается сальниковое уплотнительное устройство паровой турбины для предотвращения утечки пара из области вокруг ротора турбины. Сальниковое уплотнительное устройство содержит корпусной компонент турбины, выполненный с возможностью являться частью выпуска паровой турбины, сальниковый несущий элемент и множество уплотняющих сегментов, смежно установленных последовательно на сальниковом несущем элементе в осевом направлении турбины для уплотнения ротора в осевом направлении турбины.

Корпусной компонент и сальниковый несущий элемент выполнены и расположены так, чтобы сформировать по меньшей мере две камеры, при этом камера содержит тепловой экран, продолжающийся для разделения камеры.

Согласно одному аспекту изобретения тепловой экран привинчен болтами к сальниковому несущему элементу.

Согласно другому аспекту изобретения тепловой экран изготовлен из нержавеющей стали.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания со ссылками на приложенный чертеж, на котором показан пример иллюстративного варианта настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее следует более подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на приложенный чертеж, где:

Фиг. 1 – вид в поперечном сечении сальникового уплотнения паровой турбины по предпочтительному варианту изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее следует описание иллюстративного варианта настоящего изобретения со ссылками на чертеж, на котором одинаковые позиции означают одинаковые элементы. В нижеследующем описании для пояснения показаны многочисленные конкретные детали для полного понимания изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано без этих конкретных деталей и не ограничивается описанным иллюстративным вариантом.

Иллюстративное сальниковое уплотнительное устройство паровой турбины, показанное на фиг. 1, установлено вокруг ротора 10 турбины. Сальниковое уплотнительное устройство содержит корпусной компонент 14 турбины, сальниковый несущий элемент 12, установленный на корпусном компоненте 14 турбины, камеру, образованную корпусным компонентом 14 турбины, сальниковым несущим элементом 12, и тепловой экран 16, образованный между корпусным компонентом 14 турбины и сальниковым несущим элементом 12.

Корпусной компонент 14 турбины может быть выполнен как часть выпуска 22 турбины. То есть, корпусной компонент 14 турбины может быть выполнен с возможностью установки частично в области потока пара ниже по потоку от лопаток турбины, где пар расширяется. Хотя в одном иллюстративном варианте компонент 14 выполнен как единая деталь, в другом иллюстративном варианте корпусной компонент 14 турбины выполнен из множества деталей, связанных, соединенных или сваренных так, чтобы обеспечить теплопроводность через корпусной компонент 14 турбины.

В иллюстративном варианте, показанном на фиг. 1, сальниковый несущий элемент 12 является уплотнительным несущим элементом, предназначенным для удержания одного или более уплотняющего кольца, обладающего свойствами уплотнения, например, уплотняющие щетки и/или лабиринтные ребра. Как показано на фиг. 1, в иллюстративном варианте множество уплотняющих колец 13 смежно установлено последовательно в осевом направлении 28 турбины, предпочтительно установлено с возможностью перемещения, на сальниковом несущем элементе 12 между корпусным компонентом 14 турбины и ротором 10 турбины. Каждое из уплотнительных колец 13 смежно расположено последовательно в осевом направлении 28 вдоль ротора 10 турбины для образования уплотняющего средства между стороной 24 пара и стороной 20 воздуха уплотнительного устройства.

Как показано на фиг. 1, в иллюстративном варианте сальниковый несущие элементы 12 выполнены так, чтобы в сальниковом несущем элементе 12 образовать камеру 26, обращенную к корпусному компоненту 14 турбины турбины. В иллюстративном варианте камера 26 выполнена с возможностью выводить смесь пара и воздуха или впрыскивать пар с регулируемым давлением.

В иллюстративном варианте по фиг. 1, по меньшей мере одна камера 26 содержит тепловой экран 16, закрывающий эту камеру или каждую камеру 26, чтобы отделить камеру 26 от корпусного компонента 14 турбины. Назначением этого теплового экрана 16 является создание перегородки в камере 26 так, чтобы минимизировать контакт пара или смеси пара и воздуха, текущей через эту камеру или каждую из камер 26, тем самым минимизируя перенос тепловой энергии на корпусной компонент 14 турбины. Это может достигаться посредством теплового экрана 16, проходящего через камеру 26 по существу в осевом направлении 28 турбины.

Для изготовления теплового экрана 16 наиболее подходит материал, который может снижать тепловое воздействие, и который устойчив к коррозии. В иллюстративном варианте тепловой экран изготовлен из нержавеющей стали.

Хотя выше был описан иллюстративный вариант, который считается наиболее практичным, изобретение может быть реализовано в других конкретных формах. Описанный вариант, таким образом, во всех отношениях считается иллюстративным, а не ограничивающим. Объем изобретения определяется приложенной формулой, а не вышеприведенным описанием, и все изменения, которые могут быть внесены в пределах значения и объема изобретения и его эквивалентов, входят этот объем.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 - Ротор

12 - Сальниковый несущий элемент

13 - Уплотнительное кольцо

14 - Корпусной компонент турбины

16 - Тепловой экран

18 - Болты

20 - Сторона воздуха

22 - Выпуск турбины

24 - Сторона пара

26 - Камера

28 - Осевое направление турбины

Изобретение относится к паровым турбинам, в частности к рассчитанным на несколько давлений устройствам сальников лабиринтного типа для уменьшения утечек пара между вращающимися и стационарными компонентами паровой турбины. Сальниковое уплотнительное устройство паровой турбины содержит корпусной компонент (14) выпуска паровой турбины, сальниковый несущий элемент (12), камеры (26) и тепловой экран (16). Сальниковый несущий элемент (12) установлен на корпусном компоненте (14) турбины и содержит множество уплотнительных колец (13), расположенных последовательно в осевом направлении (28) турбины для уплотнения ротора (10) турбины в осевом направлении (28) турбины. По меньшей мере, две камеры (26) образованы в сальниковом несущем элементе (12) и обращены к корпусному компоненту (14) турбины и выполнены с возможностью выводить смесь пара и воздуха. Тепловой экран (16) выполнен с возможностью закрытия по меньшей мере одной из указанных двух камер (26), и при этом указанное множество уплотнительных колец (13) установлено с возможностью перемещения на сальниковом несущем элементе (12) между тепловым экраном (16) и ротором (10) турбины. 5 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Сальниковое уплотнительное устройство паровой турбины, содержащее:

корпусной компонент (14) выпуска паровой турбины;

сальниковый несущий элемент (12), установленный на корпусном компоненте (14) турбины, содержащий множество уплотнительных колец (13), расположенных последовательно в осевом направлении (28) турбины для уплотнения ротора (10) турбины в осевом направлении (28) турбины,

по меньшей мере две камеры (26), образованные в сальниковом несущем элементе (12), обращенные к корпусному компоненту (14) турбины и выполненные с возможностью выводить смесь пара и воздуха, и

по меньшей мере один тепловой экран (16), выполненный с возможностью закрытия по меньшей мере одной из указанных по меньшей мере двух камер (26), и при этом указанное множество уплотнительных колец (13) установлено с возможностью перемещения на сальниковом несущем элементе (12) между тепловым экраном (16) и ротором (10) турбины.

2. Устройство по п. 1, в котором тепловой экран (16) продолжается в осевом направлении (28) турбины.

3. Устройство по п. 1, в котором тепловой экран (16) содержит болты (18), выполненные с возможностью и расположенные так, чтобы крепить тепловой экран (16) к сальниковому несущему элементу (12).

4. Устройство по п. 1, в котором тепловой экран (16) выполнен из нержавеющей стали.

5. Устройство по п. 1, содержащее три камеры (26), причем каждая камера (26) из указанных трех камер содержит тепловой экран (16).

6. Устройство по п. 1, в котором корпусной компонент (14) турбины и сальниковый несущий элемент (12) образуют часть выпуска (22) паровой турбины.