Уплотнение между вращающимся компонентом и неподвижным компонентом и паровой сальниковый затвор в турбине, использующий указанное уплотнение
Изобретение предназначено для уплотнения паровых турбин. Паровой сальниковый затвор включает впускную спиральную камеру для пара и откачивающую спиральную камеру для пара, разнесенные по оси на расстояние друг от друга, определяющие области высокого и низкого давления. Корпус уплотнения расположен между областями и включает пару щеточных уплотнений, разнесенных по оси на расстояние друг от друга. В промежутке между щеточными уплотнениями находится ячеистое уплотнение. Гибридная комбинация щеточного уплотнения и ячеистого уплотнения снижает до минимума утечку пара между областями высокого и низкого давления и устраняет возможность вызываемого теплом повреждения ротора, в то же время оптимизируя характеристику утечки уплотнения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение касается, в общем, уплотнений турбины для обеспечения уплотнения между ее неподвижным и вращающимся компонентами, и, в частности, касается гибридной комбинации щеточного и ячеистого уплотнения, для обеспечения уплотнения между областями высокого и низкого давления относительно парового сальникового затвора турбины.
В турбине между вращающимся и неподвижным компонентами или между неподвижными компонентами используются уплотнения различного типа. Например, между неподвижным компонентом и вращающимся компонентом вставляют щеточные уплотнения. Как хорошо известно, щеточные уплотнения включают множество щетинок, расположенных так, чтобы поддерживать кончики щетинок, выступающие от основания для зацепления с вращающимся компонентом. Хотя щеточные уплотнения сами по себе весьма полезны в этом контексте, они не в состоянии противостоять большим перепадам давлений, например, таким, которые находятся между областями высокого и низкого давления на противолежащих сторонах парового сальникового затвора в турбине.
В турбинах для обеспечения уплотнения между неподвижными и вращающимися компонентами часто используются уплотнения лабиринтного типа. Из-за необходимости оставлять промежутки между зубцами лабиринта и вращающимся компонентом, уплотнения лабиринтного типа демонстрируют характеристику утечки ниже оптимальной, так же как потенциальную возможность повреждения ротора, вызываемого теплом, образующимся от трения зубцов лабиринтного уплотнения о ротор. Для образования уплотнения между неподвижным и вращающимся компонентами в турбинах также иногда используются ячеистые уплотнения. Хотя ячеистые уплотнения обычно значительно снижают проблему вызываемого теплом повреждения ротора по сравнению с уплотнениями лабиринтного типа, ячеистые уплотнения обеспечивают только небольшое усовершенствование в отношении характеристики утечки по сравнению с лабиринтными уплотнениями. Кроме того, там, где присутствуют существенные перепады давлений в турбине между областями высокого и низкого давления, разнесенные на расстояние по оси щеточные уплотнения не функционируют с целью разделения перепада давлений и не отвечают требованиям обеспечения уплотнения между этими областями высокого и низкого давления.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание уплотнения, улучшающего характеристику утечки и имеющего возможность обеспечивать уплотнение между областями высокого и низкого давления с очень существенными перепадами давлений между ними, в то же самое время снижая до минимума потенциальную возможность повреждения ротора, вызываемого теплом.
Этот технический результат достигается тем, что уплотнение между вращающимся компонентом и неподвижным компонентом содержит корпус уплотнения, поддерживаемый неподвижным компонентом и несущий первое и второе аркообразные щеточные уплотнения, каждое из которых включает основание и множество щетинок, поддерживаемых основанием, с кончиками щетинок, проходящими за пределы основания для зацепления вращающегося компонента, при этом щеточные уплотнения разнесены на расстояние по оси друг от друга, а корпус уплотнения несет аркообразное ячеистое уплотнение, проходящее по оси между первым и вторым щеточными уплотнениями и включающее множество по существу радиальных каналов, открывающихся по направлению к вращающемуся компоненту, посредством чего щеточные и ячеистое уплотнения осуществляют уплотнение между разнесенными на расстояние по оси областями высокого и низкого давления на аксиально противолежащих сторонах уплотнения.
Гибридное уплотнение, включающее комбинацию щеточного и ячеистого уплотнения, поддерживаемую единственным корпусом уплотнения, снижает до минимума возможность вызываемого теплом повреждения ротора с улучшенной характеристикой утечки, посредством снижения до минимума утечки воздуха и пара между областями высокого и низкого давления, имеющими существенный перепад давлений.
Основание для каждого щеточного уплотнения может содержать пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, причем по меньшей мере одна из опорных пластин включает проходящий по оси фланец.
Основание для каждого щеточного уплотнения может содержать пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, и по меньшей мере одно из первого и второго щеточных уплотнений включает проходящий по оси фланец на каждой его опорной пластине.
Корпус уплотнения может включать пару проходящих по оси фланцев вдоль его противолежащих сторон.
Корпус уплотнения может включать множество аркообразных сегментов, и щеточные уплотнения и аркообразные сегменты имеют по существу одинаковое пространственное протяжение друг с другом вокруг вращающегося компонента.
Указанный результат достигается и тем, что паровой сальниковый затвор в турбине содержит неподвижный кожух, имеющий по существу кольцеобразную впускную спиральную камеру для пара и по существу кольцеобразную откачивающую спиральную камеру для пара, разнесенные по оси на расстояние друг от друга, вращающийся компонент, расположенный внутри неподвижного компонента, уплотнение между впускной спиральной камерой и откачивающей спиральной камерой, осуществляющее уплотнение между неподвижным и вращающимся компонентами и областями высокого и низкого давления на противолежащих сторонах уплотнения, корпус уплотнения, поддерживаемый неподвижным компонентом и несущий первое и второе аркообразные щеточные уплотнения, причем каждое щеточное уплотнение включает основание и множество щетинок, поддерживаемых основанием, с кончиками щетинок, проходящими за пределы основания для зацепления вращающегося компонента, при этом щеточные уплотнения разнесены по оси на расстояние друг от друга, а корпус уплотнения включает аркообразное ячеистое уплотнение, проходящее по оси между первым и вторым щеточными уплотнениями и включающее множество по существу радиальных каналов, открывающихся по направлению к вращающемуся компоненту, посредством чего щеточные и ячеистое уплотнения осуществляют уплотнение между разнесенными на расстояние по оси областями высокого и низкого давления на противолежащих по оси сторонах уплотнения.
Основание для каждого щеточного уплотнения может содержать пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, причем по меньшей мере одна из опорных пластин включает проходящий по оси фланец.
Основание для каждого щеточного уплотнения может содержать пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, причем по меньшей мере одно из первого и второго щеточных уплотнений включает проходящий по оси фланец на каждой его опорной пластине.
Неподвижный кожух может иметь аркообразную канавку в форме ласточкина хвоста, включающую пару проходящих по оси фланцев, корпус уплотнения включает пару проходящих по оси фланцев вдоль его противолежащих сторон и входящих в имеющую форму ласточкина хвоста канавку.
Корпус уплотнения может содержать по меньшей мере пару аркообразных сегментов, проходящих в направлении по окружности и имеющих фиксирующие по окружности торцевые поверхности с шлицевым уплотнением между фиксирующими концами.
Неподвижный компонент может содержать верхнюю и нижнюю оболочки кожуха турбины, скрепленные вместе по соединению вдоль средней линии, при этом корпус уплотнения содержит множество аркообразных сегментов, проходящих в направлении по окружности в каждой из верхней и нижней оболочек, причем смежные торцевые поверхности сегментов в каждой из верхней и нижней оболочек имеют проходящие по окружности шлицевые уплотнения для обеспечения уплотнения между сегментами.
Далее приведено подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 представляет фрагментарный вид в поперечном разрезе парового сальникового затвора для использования в турбине согласно изобретению;
фиг.2a представляет увеличенный фрагментарный вид в поперечном разрезе одной стороны сегмента уплотнения в паровом сальниковом затворе согласно изобретению;
фиг.2b представляет вид, подобный виду фиг.2a, иллюстрирующий противолежащую сторону сегмента уплотнения согласно изобретению;
фиг.3 представляет перспективный вид, иллюстрирующий нижний кожух турбины с гибридным щеточным уплотнением и ячеистым уплотнением в нижней половине кожуха;
фиг.4 представляет увеличенный перспективный вид сегмента уплотнения, включающего гибридное уплотнение.
На фиг.1 показана часть парового сальникового затвора 10, расположенного вокруг снабженной высверленным отверстием трубы 12. Паровой сальниковый затвор 10 включает кольцеобразный неподвижный кожух 11, имеющий внешние верхнюю и нижнюю оболочки 14 и 16, соответственно, соединенные друг с другом по соединению 17 вдоль горизонтальной средней линии. Паровой сальниковый затвор 10 также включает впускную спиральную камеру 18 для пара (область высокого давления) и откачивающую спиральную камеру 20 (область низкого давления), формирующие кольцеобразные каналы вокруг парового сальникового затвора 10. Должно быть понятно, что паровой сальниковый затвор 10 закреплен, а снабженная высверленным отверстием труба 12 вращается относительно осевой линии оси ротора. Камера повышенного давления пара, подсоединенная для подачи пара от соответствующего источника (на чертежах не показана), расположена в связи с впускной спиральной камерой 18 для поставки охлаждающего пара во внутренний канал 22, проходящий внутри трубы 12 узла снабженной высверленным отверстием трубы. Откачивающая спиральная камера 20 связана с конденсатным трубопроводом (на чертеже не показан) для приема утечки пара, проходящей через гибридное уплотнение 30, сконструированное согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Таким образом, любая утечка пара из впускной спиральной камеры 18, проходящая гибридное уплотнение 30, не течет дальше вперед к заднему коренному подшипнику турбины (на чертеже не показан). Утечка пара собирается откачивающей спиральной камерой 20 для повторного использования. Для дальнейшей детализации оборудования, в котором используется паровой сальниковый затвор 10, следует обратиться к заявке на патент США №09/566085, поданной 9 мая 2000 г. общим правопреемником, раскрытие которой внесено здесь путем ссылки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления этого изобретения, паровой сальниковый затвор 10 включает в общем имеющую форму ласточкина хвоста внутреннюю канавку 32, которая проходит кольцеобразно вокруг трубы 12 для приема гибридного уплотнения 30, причем канавка 32 в форме ласточкина хвоста имеет аксиально противолежащие фланцы 34. На фиг.2a и 2b корпус 35 уплотнения расположен в кольцеобразной канавке 30 парового сальникового затвора 10. Корпус 35 уплотнения включает кольцеобразный обод, который может быть образован 180-градусными сегментами для расположения в верхней и нижней оболочках турбины, соответственно, или может быть обеспечен аркообразными проходящими по окружности сегментами 36 в каждой из верхней и нижней оболочек турбины. Множество аркообразных сегментов 36 уплотнения иллюстрируются на фиг.3 и 4. Каждый сегмент 36 уплотнения имеет осевое протяжение, оканчивающееся в аркообразно проходящих фланцах 38 (фиг.2b), примыкающих к аксиально противоположным концам и выемкам 40, а также примыкающих к аксиально противоположным концам. Таким образом, каждый сегмент 36 входит внутрь канавки 32 с фланцами 34 канавки 32, входящими в выемки 40 корпуса 36 уплотнения, оставляя корпус 36 уплотнения в неподвижном компоненте, например, паровом сальниковом затворе.
Щеточные уплотнения 42 расположены рядом с противолежащими концами, то есть разнесенными на расстояние по оси концами кольцеобразного уплотнения, и в частности, рядом с противолежащими концами каждого сегмента уплотнения. Каждое из щеточных уплотнений 40 сформировано из основания 43, включающего пару опорных пластин. Например, щеточное уплотнение 42, примыкающее к находящейся выше по потоку области высокого давления впускной спиральной камеры 18 для пара, включает опорные пластины 44 и 46 на противолежащих сторонах щетинок 48 щетки. Опорная пластина 46 включает направленный по оси фланец 50, входящий в выемку имеющей дополнительную форму прорези, образованной вдоль аркообразной внутренней поверхности корпуса 36 уплотнения. Опорные пластины 44 и 46 охватывают с двух сторон щетинки 48, расположенные между опорными пластинами, причем щетинки и опорные пластины приварены друг к другу наплавленным валиком сварного шва 52. Следовательно, должно быть понятно, что в общем L-образное щеточное уплотнение проходит дугообразно и непрерывно вдоль расположенной выше по потоку стороны каждого сегмента 36 корпуса уплотнения.
На находящейся ниже по потоку стороне корпуса 36 уплотнения рядом с областью низкого давления и откачивающей спиральной камерой 20 щеточное уплотнение 42 аналогичным образом включает пару опорных пластин 56 и 58 на противолежащих сторонах щетинок 60. Однако в этой конфигурации каждая из опорных пластин 56 и 58 имеет проходящие по оси в противоположных направлениях фланцы 57 и 59, соответственно, для вхождения в выемки в имеющей соответствующую форму канавке, образованной вдоль внутренней поверхности корпуса 36 уплотнения. Щетинки и опорные пластины прикреплены друг к другу наплавленным валиком сварного шва 62. Должно быть понятно, что при таком устройстве кончики щетинок 48 и 60 соответствующих щеточных уплотнений 42 зацепляют трубу 12 вдоль нее в разнесенных на расстояние по оси местоположениях.
В промежутке между щеточными уплотнениями 44 и 54 в каждом сегменте 36 уплотнения расположено ячеистое уплотнение 64. Ячеистое уплотнение 64 расположено по окружности с одинаковым пространственным протяжением с его соответствующим сегментом 36 уплотнения и перекрывает в осевом направлении большую часть длины сегмента 36 уплотнения между щеточными уплотнениями и по окружности между разнесенными на расстояние концами сегмента. Ячеистое уплотнение может быть образовано из металла или керамики и может быть сформировано из открывающихся радиально внутрь каналов, имеющих гексагональные конфигурацию и поперечное сечение. Щеточные уплотнения 44 и 54 поддерживаются в соответствующих канавках C-образными зажимами и противовращательными штырями 72 (фиг.4).
Должно быть понятно, что там, где корпус 35 уплотнения содержит множество проходящих по окружности сегментов 36 уплотнения, есть потенциальная возможность для пути утечки между смежными торцевыми поверхностями 68 сегментов 36 уплотнения. Что касается фиг.4, то там торцевые поверхности 68 сегментов уплотнения обеспечены шлицевым уплотнением 74. Шлицевое уплотнение 74 содержит металлический элемент из плоского в общем прямолинейного листа, расположенный в фиксирующих по периферии канавках фиксирующих торцевых поверхностей смежных сегментов уплотнения.
Должно быть понятно, что такое гибридное щеточное уплотнение и ячеистое уплотнение может противостоять большому перепаду давлений между областями высокого и низкого давления впускной спиральной камеры и откачивающей спиральной камеры. Одновременно с этим, гибридное уплотнение 10 снижает до минимума возможность наведенного теплом повреждения ротора, устраняя уплотнения лабиринтного типа. Таким образом, характеристика парового сальникового затвора оптимизирована благодаря снижению утечки воздуха и пара во время работы турбины посредством использования комбинированного щеточного уплотнения и ячеистого уплотнения в едином корпусе уплотнения.
Хотя изобретение было описано в связи с тем, что, как рассматривается, является наиболее практическим и предпочтительным вариантом осуществления, должно быть понятно, что изобретение не должно быть ограничено раскрытым вариантом осуществления, но, напротив, предназначено, чтобы охватить различные видоизменения и эквивалентные устройства, включенные в объем и сущность прилагаемой формулы изобретения.
Перечень элементов:
Паровой сальниковый затвор 10
Снабженная высверленным отверстием труба 12
Кольцеобразный неподвижный кожух 11
Внешние, верхняя и нижняя оболочки 14, 16
Соединение по горизонтальной средней линии 17
Впускная спиральная камера для пара 18
Откачивающая спиральная камера 20
Внутренний канал 22
Гибридное уплотнение 30
Внутренняя канавка 32
Противолежащие по оси фланцы 34
Корпус уплотнения 35
Сегмент уплотнения 36
Аркообразно проходящие фланцы 38
Выемки 40
Щеточные уплотнения 42
Основание 43
Опорные пластины 44, 46
Щетинки 48, 60
Направленный по оси фланец 50
Наплавленный валик сварного шва 52
Опорные пластины 56, 58
Противоположно проходящие фланцы 57, 59
Ячеистое уплотнение 64
Торцевые поверхности 68
Противовращательные штыри 72
Шлицевое уплотнение 74
1. Уплотнение между вращающимся компонентом и неподвижным компонентом, содержащее корпус уплотнения, поддерживаемый неподвижным компонентом и несущий первое и второе аркообразные щеточные уплотнения, каждое из которых включает основание и множество щетинок, поддерживаемых основанием, с кончиками щетинок, проходящими за пределы основания для зацепления вращающегося компонента, при этом щеточные уплотнения разнесены на расстояние по оси друг от друга, а корпус уплотнения несет аркообразное ячеистое уплотнение, проходящее по оси между первым и вторым щеточными уплотнениями и включающее множество по существу радиальных каналов, открывающихся по направлению к вращающемуся компоненту, посредством чего щеточные и ячеистое уплотнения осуществляют уплотнение между разнесенными на расстояние по оси областями высокого и низкого давления на аксиально противолежащих сторонах уплотнения.
2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что основание для каждого щеточного уплотнения содержит пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, причем, по меньшей мере, одна из опорных пластин включает проходящий по оси фланец.
3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что основание для каждого щеточного уплотнения содержит пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, и по меньшей мере, одно из первого и второго щеточных уплотнений включает проходящий по оси фланец на каждой его опорной пластине.
4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что корпус уплотнения включает пару проходящих по оси фланцев вдоль его противолежащих сторон.
5. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что корпус уплотнения включает множество аркообразных сегментов, и щеточные уплотнения и аркообразные сегменты имеют по существу одинаковое пространственное протяжение друг с другом вокруг вращающегося компонента.
6. Паровой сальниковый затвор в турбине, содержащий неподвижный кожух, имеющий по существу кольцеобразную впускную спиральную камеру для пара и по существу кольцеобразную откачивающую спиральную камеру для пара, разнесенные по оси на расстояние друг от друга, вращающийся компонент, расположенный внутри неподвижного компонента, уплотнение между впускной спиральной камерой и откачивающей спиральной камерой, осуществляющее уплотнение между неподвижным и вращающимся компонентами и областями высокого и низкого давления на противолежащих сторонах уплотнения, корпус уплотнения, поддерживаемый неподвижным компонентом и несущий первое и второе аркообразные щеточные уплотнения, причем каждое щеточное уплотнение включает основание и множество щетинок, поддерживаемых основанием, с кончиками щетинок, проходящими за пределы основания для зацепления вращающегося компонента, при этом щеточные уплотнения разнесены по оси на расстояние друг от друга, а корпус уплотнения включает аркообразное ячеистое уплотнение, проходящее по оси между первым и вторым щеточными уплотнениями и включающее множество по существу радиальных каналов, открывающихся по направлению к вращающемуся компоненту, посредством чего щеточные и ячеистое уплотнения осуществляют уплотнение между разнесенными на расстояние по оси областями высокого и низкого давления на противолежащих по оси сторонах уплотнения.
7. Паровой сальниковый затвор по п.6, отличающийся тем, что основание для каждого щеточного уплотнения содержит пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, причем, по меньшей мере, одна из опорных пластин включает проходящий по оси фланец.
8. Паровой сальниковый затвор по п.6, отличающийся тем, что основание для каждого щеточного уплотнения содержит пару опорных пластин на противолежащих сторонах щетинок, причем, по меньшей мере, одно из первого и второго щеточных уплотнений включает проходящий по оси фланец на каждой его опорной пластине.
9. Паровой сальниковый затвор по п.6, отличающийся тем, что неподвижный кожух имеет аркообразную канавку в форме ласточкина хвоста, включающую пару проходящих по оси фланцев, корпус уплотнения включает пару проходящих по оси фланцев вдоль его противолежащих сторон и входящих в имеющую форму ласточкина хвоста канавку.
10. Паровой сальниковый затвор по п.6, отличающийся тем, что корпус уплотнения содержит, по меньшей мере, пару аркообразных сегментов, проходящих в направлении по окружности и имеющих фиксирующие по окружности торцевые поверхности с шлицевым уплотнением между фиксирующими концами.
