Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел



Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел
Уплотнительный узел и паровая турбина, содержащая уплотнительный узел

 


Владельцы патента RU 2522722:

Дженерал Электрик Компани (US)

Паровая турбина (10) содержит корпус (26), ротор (12) и по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел (24), расположенный между корпусом и ротором. Указанный уплотнительный узел содержит опорный элемент (28), неподвижный относительно корпуса, пластинчатые элементы (48), которые установлены на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходят по направлению к ротору и каждый из которых наклонен относительно направления вращения ротора, а также исполнительный механизм (32), предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания указанных пластинчатых элементов в направлении от ротора. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к уплотнительным узлам.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Уплотнительные узлы находят широкое применение для создания уплотнения между вращающимися и неподвижными элементами. Например, паровая турбина обычно содержит расположенные в последовательном порядке паровпускной патрубок, турбину и паровыпускной патрубок. Просачивание пара из парового тракта или в него из области более высокого давления в область более низкого давления может неблагоприятно влиять на эффективность работы турбины. Поэтому между ротором и окружающим его корпусом (статором) выполняют уплотнительные узлы для сведения к минимуму утечки пара.

Как правило, уплотнительный узел прикреплен к ротору или корпусу и во время установившегося режима работы турбины расположен либо с плотной посадкой, либо с обеспечением небольшого зазора между ротором и корпусом. Желательно, чтобы уплотнительные узлы имели большой срок службы для обеспечения сведения к минимуму необходимости в техническом обслуживании и ремонте. Однако во время работы в переходном режиме, например при запуске или остановке турбины, ротор может отклоняться к окружающему уплотнению и вызывать таким образом нежелательное истирание. Соответственно, уплотнительные узлы могут претерпевать неблагоприятное изнашивание, вызывающее сокращение срока службы и снижение эффективности уплотнения. Кроме того, уплотнительные узлы также подвергаются расширению и сжатию, обусловленным перепадами температур во время работы ротора в переходном режиме, что также может вызвать нежелательное истирание.

Имеется потребность в создании усовершенствованного уплотнительного узла и способа уплотнения, которые соответствующим образом реагируют на относительное смещение ротора и статора в переходном режиме.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с описанным в данном документе вариантом выполнения паровая турбина содержит корпус, ротор и по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел, расположенный между корпусом и ротором. Указанный узел содержит опорный элемент, неподвижный относительно корпуса, пластинчатые элементы, которые установлены на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходят по направлению к ротору и каждый из которых наклонен относительно направления вращения ротора, а также исполнительный механизм, предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания пластинчатых элементов в направлении от ротора.

Указанный по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел дополнительно содержит опору для пластин, в которой установлены указанные пластинчатые элементы и которая дополнительно содержит по меньшей мере одну дополнительную уплотнительную часть, проходящую по направлению к ротору. Причем указанная по меньшей мере одна дополнительная уплотнительная часть содержит истираемый материал на обращенном к ротору конце, а указанный ротор имеет выступы, ориентированные по существу перпендикулярно относительно обращенного к ротору истираемого конца указанной по меньшей мере одной дополнительной уплотнительной части.

Указанный исполнительный механизм дополнительно содержит держатель, группу каналов, выполненных на внешней периферической поверхности указанного держателя, группу элементов сжатия, расположенных в соответствующих каналах, и группу поршней, прикрепленных к указанным элементам сжатия и удерживаемых в соответствующих каналах. Причем указанный исполнительный механизм дополнительно содержит пусковое устройство, предназначенное для передачи газов под высоким давлением к каналам держателя и толкания элементов сжатия по направлению к корпусу. Указанный исполнительный механизм дополнительно содержит коллектор для сообщения с указанными каналами.

Указанное пусковое устройство содержит внешний источник давления, предназначенный для приведения в действие указанных поршней, а также по меньшей мере один трубопровод, имеющий впуск, расположенный в области высокого давления ротора, и выпуск, расположенный в области низкого давления ротора. Причем указанное пусковое устройство содержит по меньшей мере один перепускной регулирующий клапан для регулирования потока текучей среды через указанный трубопровод.

В соответствии с другим описанным в данном документе вариантом выполнения уплотнительный узел содержит по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел, расположенный между статором и ротором. Указанный узел содержит опорный элемент, неподвижный относительно статора, опору для пластин, установленную на указанном опорном элементе с возможностью перемещения, пластинчатые элементы, установленные на опоре для пластин и проходящие по направлению к ротору, а также исполнительный механизм, предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания пластинчатых элементов в направлении от ротора. Каждый пластинчатый элемент наклонен относительно направления вращения ротора. Опора для пластин, кроме того, содержит по меньшей мере одну дополнительную уплотнительную часть, которая проходит по направлению к ротору и содержит истираемый материал на обращенном к ротору конце. Указанный ротор выполнен с выступами, ориентированными по существу перпендикулярно к указанной дополнительной уплотнительной части.

В соответствии с еще одним описанным в данном документе вариантом выполнения уплотнительный узел, предназначенный для обеспечения уплотнения между корпусом и ротором, окруженным указанным корпусом, содержит по меньшей мере один уплотнительный узел, расположенный между корпусом и ротором. Указанный узел содержит опорный элемент, неподвижный относительно корпуса, уплотнительные части, установленные на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходящие по направлению к ротору, а также исполнительный механизм, предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания пластинчатых элементов в направлении от ротора. Указанный исполнительный механизм содержит держатель, группу каналов в держателе, группу элементов сжатия, расположенных между опорным элементом и уплотнительным узлом, и пусковое устройство, предназначенное для избирательного приложения силы давления с обеспечением подъема элементов сжатия. Указанный держатель содержит группу сегментов. Каналы в одном и том же сегменте держателя сообщаются друг с другом, а каналы разных сегментов держателя изолированы друг от друга.

В соответствии с еще одним описанным в данном документе вариантом выполнения способ уплотнения включает выполнение по меньшей мере одного гибкого пластинчатого уплотнительного узла между корпусом и ротором, который содержит опорный элемент, неподвижный относительно корпуса, и пластинчатые элементы, установленные на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходящие по направлению к ротору, и избирательное приложение давления для обеспечения втягивания пластинчатых элементов в направлении от ротора во время работы ротора в переходном режиме.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие особенности, аспекты и преимущества данного изобретения станут более понятны при прочтении последующего подробного описания, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы и на которых

фиг.1 изображает частичную блок-схему верхней половины паровой турбины,

фиг.2 изображает вид сбоку в разрезе уплотнительного узла в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения,

фиг.3 изображает вид в аксонометрии иллюстративного уплотнительного пакета уплотнительного узла, показанного на фиг.2,

фиг.4 изображает разрез уплотнительного пакета, установленного между ротором и окружающим его корпусом,

фиг.5 изображает вид в аксонометрии иллюстративного исполнительного механизма, предназначенного для втягивания уплотнительного пакета в направлении от ротора,

фиг.6 изображает вид в аксонометрии с частичным вырезом увеличенных частей исполнительного механизма в нормальном положении,

фиг.7 изображает вид в аксонометрии с частичным вырезом увеличенных частей исполнительного механизма во втянутом положении,

фиг.8 и 9 изображают разрезы уплотнительного узла, установленного между ротором и корпусом, для компенсации овальности корпуса и для компенсации смещений относительно центра,

фиг.10 изображает уплотнительный узел в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения,

фиг.11 изображает уплотнительный узел в соответствии с еще одним вариантом выполнения данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Различные варианты выполнения, описанные в данном документе, относятся к активному уплотнительному приспособлению, расположенному между ротором и статором. Указанное уплотнительное приспособление содержит уплотнительные части и исполнительный механизм, предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания указанных уплотнительных частей в направлении от ротора и уменьшения таким образом силы трения между уплотнительными частями и ротором. В одном варианте выполнения указанный исполнительный механизм втягивает уплотнительные части во время работы ротора в переходных режимах, например при запуске или остановке ротора. В одном варианте выполнения активное уплотнительное приспособление применимо для паровых турбин или любых других ротационных установок, чувствительных к нагреву ротора при трении и испытывающих некоторое локальное давление во время работы в установившемся режиме. В частности, варианты выполнения, описанные в данном документе, полезны в случае применения длинных гибких роторов, часто используемых в паровых турбинах, а иногда в ротационных компрессорах, газовых турбинах, авиационных турбинах и т.п.

В соответствии с фиг.1 иллюстративная паровая турбина 10 содержит ротор 12 для снабжения энергией присоединенного к нему электрогенератора 14. Паровая турбина 10 является по существу осесимметричной относительно продольной или центральной оси S, проходящей через ротор 12, и вращается вокруг указанной оси S в направлении X. Паровая турбина 10 может иметь любую типичную конфигурацию. Например, паровая турбина 10 может содержать секции, выполненные в виде турбины 16 высокого давления, турбины 18 среднего давления и турбины 20 низкого давления, все из которых присоединены к общему ротору 12 для снабжения энергией генератора 14. В конфигурации паровой турбины сжатая текучая среда 22 представляет собой горячий сжатый пар, создаваемый в паровом котле (не показан). Паровая турбина 10 содержит уплотнительные устройства, расположенные между различными местами общего ротора 12 и статорами (или окружающими корпусами). В одном варианте выполнения ротор 12 представляет собой длинный гибкий роторный вал. В одном из примеров длина ротора 12 может составлять, например, около 10-20 футов (300-600 см) между подшипниками.

Фиг.2 изображает частичный разрез паровой турбины 10 и показывает один иллюстративный вариант выполнения предложенного уплотнительного узла 24. Указанный уплотнительный узел 24 содержит дугообразный опорный элемент 28, прикрепленный к корпусу 26, уплотнительный пакет 30, установленный в указанном опорном элементе 28 с возможностью перемещения, и исполнительный механизм 32, предназначенный для втягивания уплотнительного пакета 30. Опорный элемент 28 может быть отдельным элементом по отношению к корпусу 26, как показано на фиг.2, или может быть неотъемлемой частью корпуса 26 (не показано).

В варианте выполнения отдельного опорного элемента иллюстративный опорный элемент 28 содержит крышку 34, прикрепленную к корпусу 26, пару боковых стенок 36, проходящих от крышки 34 к ротору 12, пару крюков или полок 38, проходящих навстречу друг другу от нижних концов указанной пары боковых стенок 36, и полость 40, ограниченную между крышкой 34, боковыми стенками 36 и полками 38.

В одном варианте выполнения уплотнительный пакет 30 содержит группу пластинчатых элементов 48, которые могут быть прикреплены с помощью любой подходящей опоры. В одном варианте выполнения опора 41 для пластинчатых элементов имеет плечо 42, расположенное в полости 40. Между плечом 42 указанной опоры 41 и крышкой 34 опорного элемента 28 образован зазор 46. В одном варианте выполнения между плечом 42 и парой полок 38 закреплен исполнительный механизм 32, предназначенный для втягивания указанной опоры 41 и пластинчатых элементов 49 в направлении к крышке 34 опорного элемента 28. В одном варианте выполнения уплотнительный пакет 30 дополнительно содержит по меньшей мере один поджимающий элемент 57, расположенный в зазоре 46. Указанный поджимающий элемент 57 предварительно нагружен для обеспечения поджатия пластинчатых элементов 48 в направлении ротора 12 при нормальных условиях уплотнения. В некоторых вариантах выполнения опора 41 дополнительно содержит промежуточную часть 43, проходящую наружу из полости 40, и пару дополнительных уплотнительных частей 45, проходящих от указанной промежуточной части 43 к ротору 12. Пара уплотнительных частей 45 ограничивает между ними гнездо 51, в котором с помощью держателя 141 для пластин могут быть закреплены пластинчатые элементы 48. В альтернативном варианте выполнения опора 41 содержит только одну дополнительную уплотнительную часть 45, проходящую по направлению к ротору 12. В одном варианте выполнения каждый пластинчатый элемент 48 имеет один конец, закрепленный держателем 141 опоры 41, и другой конец, или уплотнительную часть 44, расположенную в гнезде 51 и проходящую к ротору 12.

В другом варианте выполнения дополнительные уплотнительные части отсутствуют. Фиг.3 изображает вид в аксонометрии с частичным вырезом уплотнительного пакета 30, содержащего группу пластинчатых элементов 48, которые расположены на малых расстояниях друг от друга и проходят по направлению к ротору 12. Иллюстративный пластинчатый элемент 48 имеет высоту 1-2 дюйма (2,5-5 см), ширину 0,2-1,0 дюйма (0,5-2,5 см) в продольном направлении ротора 12 и толщину 0,004-0,02 дюймов (0,01-0,05 см) в направлении периферии ротора 12. Между каждыми двумя смежными пластинчатыми элементами 48 имеется небольшой зазор 50, величина которого составляет 0,0001-0,001 дюйма (0,00025-0,0025 см).

Пластинчатые элементы 48 создают уплотнение во внешней периферической области ротора 12 с разделением соответствующего пространства вдоль оси S ротора 12 на область 47 высокого давления и область 49 низкого давления. В некоторых вариантах пластинчатые элементы 48, имеющие заданные значения ширины в осевом направлении ротора 12, расположены на малых расстояниях друг от друга в направлении периферии ротора 12 с образованием многослойной конфигурации и таким образом обладают гибкостью в направлении периферии и значительной жесткостью в осевом направлении ротора 12. Другими словами, уплотнительные пластинчатые элементы 48 с трудом деформируются в направлении, в котором действует дифференциальное давление между областью 47 высокого давления и областью 49 низкого давления, по сравнению с обычными щеточными уплотнительными приспособлениями.

В соответствии с фиг.3 и 4 пластинчатые элементы 48 выполнены с обеспечением определенной жесткости, зависящей от толщины пластины в направлении периферии ротора 12. Кроме того, в одном варианте выполнения пластинчатые элементы 48 наклонены относительно направления Х вращения ротора с обеспечением образования острого угла θ с внешней периферической поверхностью ротора 12. Исполнительный механизм 32 избирательно втягивает пластинчатые элементы 48 в направлении от ротора 12 во время работы в переходном режиме, например при запуске или остановке турбины 10. Во время запуска и остановки ротор 12 работает на критических скоростях или частотах вращения и может выполнять обусловленное этим эксцентрическое орбитальное вращение. К другим примерам переходных состояний относятся расширение и сжатие в результате перепада температур, которые могут возникать между ротором и корпусом или уплотнительными сегментами.

В соответствии с фиг.2 в одном варианте выполнения уплотнительный узел 24 используется в сочетании с истираемым уплотнительным узлом. Нижняя часть каждой дополнительной уплотнительной части 45 содержит истираемый материал 52 на обращенной к ротору поверхности. Ротор 12 выполнен с выступами 54 и канавками 56 (показанными на фиг.2), ориентированными перпендикулярно к обращенной к ротору истираемой поверхности. В некоторых вариантах выполнения истираемый материал 52 выбран и нанесен для получения малых зазоров с выступами 54 ротора 12. Например, во время работы выступы 54 изнашивают часть указанного материала 52 с получением профиля, близкого к профилю выступов 54 и канавок 56 на истираемом материале 52, и достижением в результате меньшего зазора между указанными элементами.

Истираемый материал 52 может относиться к типу, описанному и изображенному в патенте США №6547522, который принадлежит авторам данной заявки Turnquist и др. и содержание которого включено в данный документ посредством ссылки. В одном примере указанный истираемый материал может содержать смесь, к первому компоненту которой относятся кобальт, никель, хром и иттрий, а второй компонент выбирается из группы, в которую входят гексагональный нитрид бора и полимер.

На фиг.5-7 изображен иллюстративный исполнительный механизм 32 в соответствии с одним вариантом выполнения данного изобретения, предназначенный для избирательного втягивания уплотнительного узла 24 в направлении от ротора 12, например, во время работы паровой турбины 10 в переходном режиме. В соответствии с фиг.5 исполнительный механизм 32 содержит кольцевой держатель 58, группу каналов 60, выполненных на внешней периферической поверхности держателя 58, группу поршней 62, упруго закрепленных в соответствующих каналах 60, и по меньшей мере одно пусковое устройство 64 для приведения в действие указанных поршней.

На фиг.6 и 7 изображены увеличенные части исполнительного механизма 32, содержащего поршень 62, установленный в соответствующем канале 60, в нормальном положении уплотнения (фиг.6) и во втянутом положении уплотнения (фиг.7). В одном варианте выполнения указанный поршень 62 содержит сплошной металлический элемент, упруго прикрепленный к каналу 60 с помощью работающего на сжатие сильфона 74. Один конец 68 сильфона 74 герметично присоединен к внешней части поршня 62, например, сваркой, а другой конец 70 герметично присоединен к соответствующей части держателя 58 вокруг внутренней части канала 60, например, сваркой. В одном варианте выполнения каналы 60 в держателе 58 могут быть подходящим способом соединены для сообщения друг с другом путем выполнения общего дугообразного коллектора 72 вдоль одной стороны держателя 58. Коллектор 72 может быть выполнен в виде выемки или углубления, проходящего вдоль стороны держателя 58, и герметично закрыт тонкой уплотнительной полосой для обеспечения постоянства потока между каналами 60.

В одном варианте выполнения пусковое устройство 64 является источником давления, предназначенным для приведения в действие поршней 62 с обеспечением запуска втягивания пластинчатых элементов путем регулирования объема поступающего через трубопроводы или трубы 66 газа в сильфоне 74 с помощью регулирующих клапанов (не показаны). Указанный газ может быть воздухом или инертным газом, таким как аргон или азот, или любой другой подходящей рабочей текучей средой, пригодной для регулирования газа в сильфоне 74 и, следовательно, использования поршня 62 в надлежащей конфигурации.

В соответствии с фиг.2 в одном варианте выполнения на паре полок 38 опорного элемента 28 и ниже плеча 42 уплотнительного пакета 30 расположены два держателя 58. Соответственно, при приведении в действие пускового устройства 64 для подачи сжатого газа в каналы 60 держателя 58 указанный сжатый газ преодолевает направленную внутрь силу поджимающего элемента 57 и толкает сильфоны 74, которые вместе вызывают перемещение поршней 62 вверх с обеспечением толкания уплотнительного пакета 30 вверх к крышке 34 опорного элемента 26. По мере введения в действие поршней 62 относительно ротора 12 пластинчатые элементы 48 поднимаются относительно полок 38 для увеличения радиального зазора D между пластинчатыми элементами 48 и ротором 12. Таким образом, при перемещении ротора, обусловленном орбитальным вращением или перепадом температур, доступно больше пространства в радиальном направлении для предотвращения или ограничения нежелательного истирания уплотнительного узла и ротора, особенно во время работы паровой турбины 10 в переходном режиме.

В иллюстративном варианте выполнения, показанном на фиг.5, держатель 58 содержит группу сегментов 76, прилегающих друг к другу по периферии вокруг периметра ротора 12. Указанные сегменты 76 держателя могут быть соединены друг с другом с помощью подходящих трубопроводов 66. В одном варианте выполнения трубопроводы 66 могут соединять коллекторы 72 прилегающих сегментов 76 держателей с обеспечением проточного сообщения между указанными сегментами для направления к ним сжатого газа. В этом случае пусковое устройство 64 может направлять сжатый газ к одному сегменту для его последующего прохождения к прилегающим уплотнительным сегментам для одновременного введения в действие всех расположенных в них поршней 62.

В другом варианте выполнения коллекторы 72 различных сегментов 76 держателя не сообщаются друг с другом и, следовательно, изолированы друг от друга. Соответственно, пусковое устройство 64 может содержать клапаны (не показаны) для обеспечения управления любым выбранным сегментом 76. Таким образом, в соответствии с фиг.8 и 9 регулирование уплотнительных сегментов 62 может выполняться индивидуально с обеспечением компенсации овальности корпуса 26, как показано на фиг.8, или компенсации смещений относительно центра, обусловленных отклонениями от оси или перекосами, как показано на фиг.9.

В еще одном варианте выполнения уплотнительный узел 24 содержит группу уплотнительных сегментов (не показаны), которые расположены вдоль направления периферии ротора 12 и каждый из которых содержит несколько пластинчатых элементов 48. Соответственно, пусковое устройство 64 избирательно приводит в действие отдельный сегмент 76 держателя и, кроме того, может избирательно втягивать соответствующий уплотнительный сегмент для обеспечения компенсации овальности корпуса 26 или компенсации смещений относительно центра, обусловленных отклонениями от оси или перекосами, как показано на фиг.8 и 9.

На фиг.10 изображено пусковое устройство 80 в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения. Пусковое устройство 80 содержит по меньшей мере один трубопровод или трубу 82, имеющую впуск 84, расположенный в области 47 высокого давления, и выпуск 86, расположенный в области 49 низкого давления, и сообщается с коллектором 72 (фиг.6 и 7) держателя 58. От области 47 высокого давления к области 49 низкого давления через опорный элемент 28 и неподвижный корпус 26 может проходить трубопровод 82. Трубопровод 82 выполнен по меньшей мере с одним перепускным регулирующим клапаном 88, предназначенным для регулирования потока текучей среды через указанный трубопровод 82. Клапан 88 может управляться вручную или автоматически. Автоматическое управление может быть как непосредственным, так и выполняться в сочетании с устройством управления.

Когда клапан 88 открыт, трубопровод 82 оказывает существенно меньшее сопротивление потоку пара по сравнению с просачиванием между ротором 12 и корпусом 26 через уплотнительный пакет 30. Другими словами, когда клапан 88 открыт, трубопровод 82 способствует выравниванию сил Р1 и Р2 давления, действующих соответственно рядом с впуском 84 и выпуском 86, с обеспечением возможности втягивания пакета 30 относительно опорного элемента 28. Клапан 88 направляет текучую среду вокруг гибкого пластинчатого уплотнительного пакета 30 для обеспечения уменьшения падения давления в указанном пакете 30.

При работе в переходном режиме, например при запуске или остановке паровой турбины 10, клапан 88 открыт для обеспечения выравнивания давлений Р1 и Р2 в области 47 высокого давления и области 49 низкого давления, при этом выровненное давление преодолевает силу поджатия элемента 57 с обеспечением толкания сильфонов 74 и поршней 62 и их перемещения вверх. Таким образом происходит втягивание уплотнительного пакета 30, т.е. его открытие, под воздействием поршней 62. Когда клапан 88 закрыт, уплотнительный пакет 30 может быть перемещен в закрытое положение. В некоторых вариантах выполнения уплотнительный пакет 30 может быть втянут в направлении от опорного элемента 26 в любое время, когда существует подозрение о наличии истирания между ротором 12 и уплотнительной частью 44 или угроза такого истирания.

На фиг.11 изображен исполнительный механизм 90 в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения. Как показано на чертеже, исполнительный механизм 90 содержит пару упругих элементов 92, таких как винтовые пружины, каждая из которых расположена между соответствующей полкой 38 и держателем 41 уплотнительного пакета 30, и по меньшей мере один трубопровод или трубу 82, имеющую впуск 84, расположенный в области 47 высокого давления, и выпуск 86, расположенный в области 49 низкого давления. Указанный трубопровод 82 может проходить от области 47 высокого давления к области 49 низкого давления через опорный элемент 28 и неподвижный корпус 26. Трубопровод 82 выполнен по меньшей мере с одним перепускным регулирующим клапаном 88, предназначенным для регулирования потока текучей среды через указанный трубопровод 82.

Когда клапан 88 открыт, давления Р1 и Р2 в области 47 высокого давления и в области 49 низкого давления выравниваются, при этом упругие элементы 92 смещают уплотнительный пакет 30 к опорному элементу 28 и удерживают указанный пакет 30 в открытом положении. Когда клапан 88 закрыт, давление 47 преодолевает поджимающую силу упругих элементов 92 с обеспечением толкания уплотнительного узла 30 по направлению к ротору 12. Таким образом, указанное уплотнительное закрытие может быть аннулировано с помощью перепускного клапана 88.

Несмотря на то что в данном документе описаны лишь предпочтительные и иллюстративные варианты выполнения изобретения, специалистам в данной области техники при прочтении приведенного описания будут очевидны и другие модификации изобретения. Таким образом предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все подобные модификации и изменения как находящиеся в рамках сущности и объема данного изобретения.

Перечень элементов

10 - Паровая турбина

12 - Ротор

14 - Электрогенератор

16 - Турбина высокого давления

18 - Турбина среднего давления

20 - Турбина низкого давления

22 - Сжатая текучая среда

24 - Уплотнительный узел

26 - Корпус (компонент статора)

28 - Опорный элемент

30 - Уплотнительный пакет

32 - Исполнительный механизм

34 - Крышка

36 - Боковые стенки

38 - Крюки или полки

40 - Полость

41 - Опора пластинчатых элементов

141 - Держатель пластинчатых элементов

42 - Плечо

43 - Промежуточная часть

44 - Уплотнительная часть

45 - Дополнительные уплотнительные части

46 - Зазор

47 - Область высокого давления

48 - Разнесенные тонкие пластины

49 - Область низкого давления

50 - Небольшой зазор

51 - Гнездо

52 - Нижний истираемый материал

54 - Выступы

56 - Канавки

57 - Поджимающий элемент

58 - Держатель

60 - Каналы

62 -Поршни

64 - Пусковое устройство

66 - Трубопроводы или трубы

68 - Нижний конец

70 - Верхний конец

72 - Коллектор

74 - Трубчатый сильфон, работающий на сжатие

76 - Сегменты держателя

80 - Пусковое устройство

82 - Трубопровод или труба

84 - Впуск

86 - Выпуск

88 - Перепускной регулирующий клапан

90 - Исполнительный механизм

92 - Элемент сжатия

1. Паровая турбина (10), содержащая
корпус (26),
ротор (12) и
по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел (24), расположенный между корпусом и ротором и содержащий
опорный элемент (28), неподвижный относительно корпуса,
пластинчатые элементы (48), которые установлены на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходят по направлению к ротору и каждый из которых наклонен относительно направления вращения ротора, и
исполнительный механизм (32), предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания указанных пластинчатых элементов в направлении от ротора, причем указанный исполнительный механизм дополнительно содержит держатель, группу каналов, выполненных на внешней периферической поверхности указанного держателя, группу элементов сжатия, расположенных в соответствующих каналах, и группу поршней, прикрепленных к указанным элементам сжатия и удерживаемых в соответствующих каналах.

2. Паровая турбина по п.1, в которой указанный по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел дополнительно содержит опору (41) для пластин, в которой установлены указанные пластинчатые элементы и которая дополнительно содержит по меньшей мере одну дополнительную уплотнительную часть (45), проходящую по направлению к ротору.

3. Паровая турбина по п.2, в которой указанная по меньшей мере одна дополнительная уплотнительная часть (45) содержит истираемый материал на обращенном к ротору конце, а указанный ротор имеет выступы (54), ориентированные по существу перпендикулярно относительно обращенного к ротору истираемого конца указанной по меньшей мере одной дополнительной уплотнительной части (45).

4. Паровая турбина по п.1, в которой указанный исполнительный механизм дополнительно содержит пусковое устройство (64), предназначенное для передачи газов под высоким давлением к каналам (60) держателя и толкания элементов (74) сжатия по направлению к корпусу.

5. Паровая турбина по п.1, в которой указанный исполнительный механизм дополнительно содержит коллектор (72) для сообщения с указанными каналами.

6. Паровая турбина по п.4, в которой указанное пусковое устройство содержит внешний источник давления, предназначенный для приведения в действие указанных поршней.

7. Паровая турбина по п.4, в которой указанное пусковое устройство содержит по меньшей мере один трубопровод, имеющий впуск, расположенный в области высокого давления ротора, и выпуск, расположенный в области низкого давления ротора.

8. Паровая турбина по п.7, в которой указанное пусковое устройство содержит по меньшей мере один перепускной регулирующий клапан (88) для регулирования потока текучей среды через указанный трубопровод.

9. Уплотнительный узел, содержащий
по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел (24), расположенный между статором (26) и ротором (12) и содержащий
опорный элемент (28), неподвижный относительно статора,
опору (41) для пластин, установленную на указанном опорном элементе с возможностью перемещения,
пластинчатые элементы (48), которые установлены на указанной опоре для пластин и проходят по направлению к ротору и каждый из которых наклонен относительно направления вращения ротора, причем указанная опора для пластин дополнительно содержит по меньшей мере одну дополнительную уплотнительную часть (45), проходящую по направлению к ротору и содержащую истираемый материал (52) на обращенном к ротору конце, а ротор выполнен с выступами (54), ориентированными по существу перпендикулярно к указанной дополнительной уплотнительной части, и исполнительный механизм (32), предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания указанных пластинчатых элементов в направлении от ротора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение турбины состоит из размещенного на сопловой лопатке статорного фланца и установленного между дисками и турбиной лабиринта.

Лабиринтное уплотнение турбины содержит примыкающий к диску турбины лабиринт и ответный ему фланец с сопловым аппаратом закрутки охлаждающего воздуха. Лабиринт установлен на осевом кольцевом выступе диска и выполнен охватывающим сопловой аппарат закрутки с образованием между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска щелевой полости.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение содержит установленный на статоре сотовый фланец и лабиринтом с демпфирующим кольцом в кольцевой канавке на краю обода.

Изобретение относится к турбинам низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения. Турбина низкого давления газотурбинного двигателя включает ротор, статор с задней опорой, лабиринтное уплотнение с внутренним и внешним фланцами на задней опоре статора.

Направляющий сопловый аппарат турбины газотурбинного двигателя содержит внутреннюю и внешнюю кольцевые платформы, соединенные радиальными лопатками. Внутренняя платформа содержит кольцевые элементы из истираемого материала, размещенные на образующих кольцо листовых секторах с сечением L, S или С-образной формы, установленных внутри внутренней платформы.

Изобретение относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению. Способ фиксации сотового уплотнения во внутреннем корпусе статора турбины газотурбинного двигателя, состоящего из сотоблока и корпуса, установленного во внутреннем корпусе статора турбины.

Изобретение относится к турбинам высокого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. .

Способ уплотнения турбины от утечки рабочего флюида. Турбина имеет неподвижный элемент и вращающийся элемент, уплотнительное кольцо введено с возможностью скольжения по меньшей мере в один паз неподвижного элемента, паз имеет расположенную выше по течению боковую поверхность и расположенную ниже по течению боковую поверхность. Способ включает в себя следующие операции: используют уплотнительное кольцо, содержащее головку и корпус, имеющий элементы дросселирования, выступающие радиально из него. Используют, по меньшей мере, один комплект устройств подвески, который подвешивает уплотнительное кольцо в проектном радиальном зазоре. Устанавливают датчик между элементами дросселирования. Соединяют датчик с комплектом устройств подвески, таким образом, что комплект устройств подвески поддерживал уплотнительное кольцо в проектном радиальном зазоре без повреждения элементов дросселирования, всякий раз когда датчик контактирует с вращающимся элементом. Другой способ уплотнения турбины от утечки рабочего флюида включает в себя операции: определение центральной продольной оси, относительно которой вращается вращающийся элемент. Определение проектного радиального зазора между самым длинным элементом дросселирования плавающего уплотнительного кольца и внешней поверхностью вращающегося элемента. Установка с возможностью скольжения плавающего уплотнительного кольца, имеющего корпус, содержащий элементы дросселирования, головку и по меньшей мере один датчик, связанный по меньшей мере с одним комплектом устройств подвески, в паз неподвижного элемента, за счет чего осуществляется соосная подвеска плавающего уплотнительного кольца в проектном радиальном зазоре при помощи комплекта устройств подвески. Поддержание плавающего уплотнительного кольца в проектном радиальном зазоре. Восстановление проектного радиального зазора плавающего уплотнительного кольца без повреждения каких-либо его элементов дросселирования, всякий раз когда датчик контактирует с вращающимся элементом. Изобретение позволяет уменьшить утечки рабочего тела. 2 н.п. ф-лы, 30 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройству для контроля кольцевого уплотнителя, проходящего по поверхности барабана облопаченных дисков ротора. Устройство содержит каретку, имеющую по меньшей мере два направляющих колеса и несущую датчик, в рабочем положении обращенный к кромке проверяемого уплотнителя и расположенный на заданном расстоянии от нее. Технический результат изобретения - повышение надежности контроля. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к роторам высокотемпературных турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. В роторе (1) высокотемпературной турбомашины между первым (7) и вторым (8) и предпоследним (9) и последним (10) по потоку газа (11) уплотнительными гребешками в ободе (6) промежуточного диска 5 выполнены радиальные каналы (13) и (14), соединяющие воздушную междисковую полость (4) с газовой полостью (12) турбины. Радиальные стенки (15) и (16) каналов (13) и (14) выполнены плоскими, а соединяющие их стенки (17) и (18) выполнены цилиндрическими. Отношение длины L канала в окружном направлении к радиусу R цилиндрической стенки канала находится в пределах 2...6. Путем исключения загрязнения внутренней поверхности промежуточного диска и снижения концентрации напряжений в ободе диска повышается надежность ротора высокотемпературной турбомашины. 2 ил.

Изобретение относится к турбинам турбореактивных двигателей повышенной степени двухконтурности. Турбина турбореактивного двигателя включает статор, роторы высокого и низкого давлений с размещенным между ними межвальным уплотнением, содержащим установленный на валу ротора высокого давления фланец и ответный ему лабиринт на валу ротора низкого давления. Фланец выполнен S-образным в поперечном сечении и расположен с внутренней стороны роторного лабиринта, установленного на хвостовике вала ротора высокого давления и фиксирующего в осевом направлении посредством резьбового хвостовика внутреннее кольцо роликоподшипника ротора высокого давления. Фланец зафиксирован в радиальном направлении цилиндрической внутренней поверхностью роторного лабиринта, а в осевом направлении - торцевой поверхностью хвостовика вала ротора высокого давления, с одной стороны, и расположенным на роторном лабиринте стопорным разжимным кольцом, с другой стороны. Передний и задний по потоку газа хвостовики фланца посредством шлицов соединены соответственно с валом ротора высокого давления и роторным лабиринтом. Ответный фланцу лабиринт на валу ротора низкого давления выполнен с цилиндрическим осевым кольцевым ребром, пластически деформированным и установленным с упором в выемки вала ротора низкого давления. Изобретение позволяет повысить надежность и ремонтопригодность турбины турбореактивного двигателя. 3 ил.

Уплотнительный узел (86), расположенный между вращающимся компонентом (82) и неподвижным компонентом (84) вращательного механизма, содержит зубцы (94) и гребешки (96). Зубцы (94) расположены в первых осевых местах (89) на расстоянии друг от друга вдоль оси вращения вращающегося компонента (82). Гребешки (96) расположены в указанных первых осевых местах (89) с обеспечением осевого согласования с зубцами (94). Каждый из гребешков имеет поверхность (106), расположенную смежно с одним из уплотнительных зубцов, и первую и вторую противолежащие боковые поверхности (112), проходящие от указанной поверхности (106) в радиальном внутреннем направлении. На первой, на второй или на обеих боковых поверхностях (112) выполнена треугольная выемка (116). Достигается минимизация протечки текучей среды через уплотнение на 5-25% за счёт создаваемых треугольными выемками завихрений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Газотурбинный двигатель содержит ротор, радиально наружную и внутреннюю статорные части, между которыми проходит воздушный канал компрессора, кольцевой зазор между ротором и радиально внутренней статорной частью, а также выпускной трубопровод. Ротор включает роторную часть подшипника, работающего на текучей среде, а радиально внутренняя статорная часть содержит его статорную часть. Кольцевой зазор образует кольцевой воздушный канал, сообщающийся с воздушным каналом компрессора. В направлении потока воздуха в кольцевом воздушном канале площадь последнего уменьшается в первой части и затем увеличивается во второй части. Впуск выпускного трубопровода для ввода воздуха, прошедшего через вторую часть кольцевого воздушного канала, расположен аксиально между второй частью кольцевого воздушного канала и подшипником, работающим на текучей среде. При эксплуатации указанного выше газотурбинного двигателя вращают ротор относительно радиально наружной и внутренней статорных частей. Пропускают сжатый воздух через воздушный канал компрессора в кольцевой воздушный канал, образованный частью кольцевого зазора между ротором и радиально внутренней статорной частью. Группа изобретений позволяет исключить попадание жидкости из подшипниковой камеры в воздушный канал компрессора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Лопатка турбины включает аэродинамический профиль и бандажную полку у его внутреннего торца. Бандажная полка содержит верхнюю плиту и переднюю стенку, содержащую изогнутый участок с уплотнительный участком, а также плоский участок, направленный перпендикулярно верхней плите и расположенный между верхней плитой и изогнутым участком. Задняя стенка бандажной полки содержит выступ, выполненный с возможностью расположения во взаимодополняющем по форме углублении в задней стенке смежной лопатки, и/или задняя стенка содержит углубление, выполненное с возможностью установки в нем взаимодополняющего по форме выступа в задней стенке смежной лопатки. Между плоским участком и изогнутым участком передней стенки расположен нижний переходный участок, а между верхней плитой и плоским участком передней стенки расположен верхний переходный участок передней стенки. Аэродинамический профиль сопряжен с верхним переходным участком на верхней по потоку стороне посредством переходного участка аэродинамического профиля. Переходный участок аэродинамического профиля, граничащий с одним концом верхнего переходного участка, имеет первый радиус, а переходный участок аэродинамического профиля, граничащий с другим концом верхнего переходного участка, имеет второй радиус, меньший первого. Другое изобретение группы относится к ротору турбины, содержащей указанную выше лопатку и уплотнительную плиту, имеющую двухслойную конструкцию и/или являющуюся упругой. Группа изобретений позволяет обеспечить уплотнение между лопатками турбины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к уплотнительным устройствам, предназначенным для использования между первым компонентом и вторым компонентом ротационной установки. Уплотнительное устройство содержит первый уплотнительный сегмент, имеющий первый конец с первой наклонной поверхностью, и второй уплотнительный сегмент, имеющий второй конец со второй наклонной поверхностью. Первая наклонная поверхность первого конца первого уплотнительного сегмента входит в контакт со второй наклонной поверхностью второго конца второго уплотнительного сегмента в области соединения. Изобретение повышает надежность уплотнения устройства. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к герметичному уплотнению статора турбомашины. Герметичное уплотнение (7) имеет первую истираемую поверхность, расположенную напротив роторной части турбомашины, и вторую поверхность, находящуюся в соприкосновении с внутренним кожухом статора. Причем первая истираемая поверхность уплотнения имеет ступенчатую форму и включает в себя группу секций (10), каждая из которых содержит окружную ступеньку (9), образующую препятствие в окружном направлении внутреннего кожуха, и осевую ступеньку (8), образующую препятствие в осевом направлении турбомашины. Изобретение обеспечивает более значительную потерю напора и способствует повышению герметизации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх