CZ2003732A3 - Vložková sestava a způsob její zpětné montáže - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se obecně týká otáčivých strojů, přičemž se zejména týká rotorové vložkové sestavy pro otáčivé stroje, jako jsou parní a plynové turbíny.

Dosavadní stav techniky

Otáčivé stroje obvykle zahrnují turbíny pro parní turbíny a kompresory a turbíny pro plynové turbíny. Parní turbína obsahuje dráhu páry, která obvykle zahrnuje z hlediska postupného proudění vstup páry, turbínu a výstup páry. Plynová turbína má dráhu plynu, která obvykle zahrnuje z hlediska postupného proudění přívod vzduchu (nebo vstup) , kompresor, spalovací komoru, turbínu a výstup vzduchu (nebo výstupní trysku).

Únik nebo průnik plynu či páry, ať již směrem ven z dráhy plynu nebo páry, nebo směrem dovnitř do dráhy plynu nebo páry, a to z oblasti vyššího tlaku do oblasti nižšího tlaku, je obecně zcela nežádoucí.

Například jakákoliv netěsnost dráhy plynu v oblasti turbíny nebo kompresoru u plynové turbíny, mezi rotorem turbíny nebo kompresoru a obvodově jej obklopující skříní « · • · • · • · · · • · · · • · · · · · · • · ···· · · · ····· · ··· · · • ·· · · · · · ·· ·· ··· ·· ·· turbíny nebo kompresoru, způsobí snížení účinnosti plynové turbíny, což vede ke zvýšení nákladů na palivo.

Rovněž netěsnost dráhy páry v oblasti turbíny u parní turbíny, mezi rotorem turbíny a obvodově jej obklopující skříní, způsobí snížení účinnosti parní turbíny, což vede ke zvýšení nákladů na palivo.

V oblasti otáčivých strojů je známo, že dotyk mezi stacionárními a otáčejícími se součástmi, například mezi kartáčovým těsněním a rotorem u parní turbíny, obvykle časem způsobuje deformaci rotoru v důsledku tepla, které je vyvíjeno působením třecích sil, vytvářených otíráním kartáčového těsnění o rotor.

V důsledku této deformace pak zahřívání rotoru a přímo působící síly, způsobované kartáčovým těsněním, obvykle způsobí, že rotor se stane nevyváženým, takže dojde k účinku „házení rotoru. Tento účinek zvyšuje vibrace a chvění otáčivého stroje, v důsledku čehož dochází ke zvětšování mezery, vymezené mezi stacionárními a otáčivými součástmi.

V některých případech takovéto deformace obvykle způsobují poškrabání rotoru, což vede k velice nákladným opravám rotoru a kartáčového těsnění. V důsledku toho pak účinnost otáčivého stroje klesá v důsledku zvýšeného úniku plynu nebo páry mezerou, způsobenou buď účinkem házení rotoru nebo v důsledku poškrabání rotoru.

V dosavadním stavu techniky proto existuje potřeba vyvinout otáčivý stroj, který by měl zdokonalenou tepelnou regulaci mezi stacionárními a otáčejícími se součástmi.

• · • · · ·

• · • · · · · • · · · · · · • · · · · · • · · • · · · · · ·

Podstata vynálezu

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byla proto vyvinuta vložková sestava pro otáčivý stroj, kterýžto otáčivý stroj obsahuje rotor a skříň, přičemž uvedený rotor obsahuje obecně podélně probíhající osu, uvedená skříň je obecně souose vyrovnána s uvedenou osou, přičemž uvedená skříň obvodově obklopuje uvedený rotor a je od něj radiálně vzdálena.

Uvedená vložková sestava obsahuje:

kanál, obvodově uspořádaný na uvedeném rotoru, a vložku, obvodově uspořádanou v uvedeném kanálu, přičemž uvedená vložková sestava je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od uvedeného rotoru k uvedené vložce.

Uvedeným otáčivým strojem je s výhodou turbosoustrojí.

Uvedený otáčivý stroj je s výhodou vybrán ze skupiny, obsahující elektrické generátory, parní turbíny a plynové turbíny.

Uvedený kanál s výhodou obsahuje výstupek pro připevnění uvedené vložky.

Uvedená vložka dále s výhodou obsahuje výčnělek pro připevnění uvedené vložky k výstupku v uvedeném kanálu.

Uvedená vložka rovněž dále s výhodou obsahuje niob.

• · • · « · • ·

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byla dále rovněž vyvinuta vložková sestava pro turbínu, která obsahuj e:

turbínový rotor, obsahující obecně podélně probíhající osu, turbínovou skříň, která je obecně souose vyrovnána s uvedenou osou, přičemž uvedená turbínová skříň obvodově obklopuje uvedený turbínový rotor, a je od něj radiálně vzdálena, kanál, obvodově uspořádaný na uvedeném turbínovém rotoru, a vložku, obvodově uspořádanou v uvedeném kanálu, přičemž uvedená vložková sestava je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od uvedeného turbínového rotoru k uvedené vložce.

Uvedená vložka dále s výhodou obsahuje niob.

V souladu s ještě dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob zpětné montáže vložkové sestavy do turbíny, přičemž uvedená turbína obsahuje turbínový rotor a turbínovou skříň, uvedený turbínový rotor obsahuje obecně podélně probíhající osu, uvedená turbínová skříň je obecně souose vyrovnána s uvedenou osou, přičemž uvedená turbínová skříň obvodově obklopuje uvedený turbínový rotor a je od něj radiálně vzdálena.

• · ·

Předmětný způsob zpětné montáže obsahuje:

vytváření kanálu na uvedeném rotoru, a umísťování vložky v uvedeném kanálu, přičemž uvedená vložková sestava je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od uvedeného rotoru k uvedené vložce.

Vytváření kanálu s výhodou zahrnuje frézování uvedeného kanálu na uvedeném rotoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled v řezu na vložkovou sestavu podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje rozložený perspektivní pohled na vložkovou sestavu podle obr. 1; a obr. 3 znázorňuje rozložený perspektivní pohled na vložkovou sestavu podle obr. 1, a to podle jiného provedení předmětu tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je schematicky znázorněn otáčivý stroj (na obr. 1 je znázorněna pouze jeho část), β

• · · · · kterýžto otáčivý stroj obsahuje rotor 110, například rotor turbíny, a skříň 120, například skříň turbíny.

Rotor 110 je například obvykle zkonstruován jako jediný monolitický rotor nebo jako dva nebo více podélně připevněných rotorových segmentů. Skříň 120 je obvykle zkonstruována jako jediná monolitická skříň nebo jako množina podélně připevněných skříňových segmentů. Zde používaný výraz „rotor zahrnuje hřídel, kotouč, kolo a podobně.

Rotor 110 obsahuje obecně podélně probíhající osu, přičemž skříň 120 je obecně souose vyrovnána s touto osou. Skříň 120 obvodově obklopuje rotor, přičemž je od něj radiálně vzdálena. Kromě toho otáčivý stroj obsahuje vložkovou sestavu 100 pro tepelnou izolaci třecího tepla od rotoru 110. Třecí teplo je obvykle vytvářeno mezi stacionárními a otáčejícími se částmi v turbíně, například mezi alespoň jedním kartáčovým těsněním 20 a rotorem 110 v turbíně.

Zde používaný výraz „tepelná izolace se týká schopnosti vložky 140, uspořádané podél obvodové délky rotoru 110 a umístěné přilehle ke kartáčovému těsnění 200, primárně pohlcovat a rozptylovat nežádoucí teplo od rotoru 110 prostřednictvím využívání materiálů, schopných odolávat zborcení či deformacím při vysokých teplotách, jak bude podrobněji uvedeno v dalším. S pomocí využívání takových materiálů je teplo, přenášené na rotor 110 od vložky 140, zcela zanedbatelné.

Zde používaný výraz „přilehlý se týká polohy vložky 140 vzhledem ke kartáčovému těsnění 200, ve které je vložka 140 • ·· ·· ···· ·· ···· ·«·· · · · ·· « «· · · ···· · · · • ····· · ··· · · • ··· ····· ··· ·· c · ··· · · ·· obvykle umístěna proti kartáčovému těsnění 200, přičemž je ve styku s vlákny kartáčového těsnění 200.

Vložková sestava 100 obsahuje kanál 130, který je obvodově umístěn na rotoru 110, a vložku 140, která je obvodově umístěna v kanálu 130.

Je nutno zdůraznit, že zde používané výrazy „kanál a „vložka znamenají alespoň jeden kanál 130 a alespoň jednu vložku 140 které jsou obvodově umístěny podél délky rotoru 100.

U jednoho provedení, které je znázorněno na vyobrazení podle obr. 2, pak kanál 130 obsahuje alespoň jeden výstupek pro připevnění vložky 140. U jednoho provedení je výstupek 150 umístěn přes celý kanál 130. U alternativního provedení je výstupek 150 umístěn přes menší část, než přes celý kanál 130.

U příkladného provedení vložka 140 obsahuje alespoň jeden výčnělek 155, který z ní vystupuje v radiálním směru. U tohoto provedení je vložka 140 umístěna v kanálu 130 prostřednictvím umístění výčnělku 155 pod výstupek 150.

U dalšího provedení je vložka 40 provedena jako kontinuální vložka, takže může být umístěna v kanálu 130 jako jediná jednotka kolem obvodu rotoru 110. Kontinuální vložka zde má obvykle profil ve tvaru písmene C, který má dva konce, přičemž jeden konec vložky 140 je ovinut kolem obvodu rotoru a je připevněn ke druhému konci.

• ·

U ještě dalšího provedení pak vložka 140 obsahuje více vložkových segmentů, umístěných obvodově v kanálu 130 kolem rotoru 110 .

U jiného provedení pak vložka 140 obsahuje množinu vložkových jazýčků 160, které z ní vybíhají v radiálním směru, přičemž vložkové jazýčky 160 jsou vytvořeny tak, aby mohly být sdruženy a aby lícovaly s množinou rotorových jazýčků 170, vybíhajících radiálně z kanálu 130 (viz obr. 3).

Zde používané výrazy „sdružování nebo „lícování se týkají konstrukčního spojení mezi vložkou 140 a kanálem 130 prostřednictvím množiny vložkových dutin 180, vymezených mezi příslušnými vložkovými jazýčky 160, a množiny rotorových dutin 190, vymezených mezi příslušnými rotorovými jazýčky 170.

Je nutno zdůraznit, že tvary vložkových jazýčků 160 a rotorových jazýčků 170 v půdorysném pohledu obvykle zahrnují čtverec, kruh, obdélník nebo nepravidelné tvary.

U jednoho příkladného provedení je vložka 140 radiálně umístěna v kanálu 130 tak, že každý z množiny rotorových jazýčků 170 je umístěn v každé z množiny vložkových dutin 180.

U jiného příkladného provedení je vložka 140 radiálně umístěna v kanálu 130 tak, že každý z množiny rotorových jazýčků 170 je umístěn v každé z množiny vložkových dutin 180, přičemž vložka 140 je pak podélně posunuta tak, že každý z množiny rotorových jazýčků 170 je umístěn pod každým • · · z množiny rotorových jazýčků 170 tak, aby vložka 140 byla připevněna k rotoru 110.

Zde používaně výrazy, týkající se směru, jako například „na, „v, „přes, „nad a „pod, se týkají vzájemného umístění prvků vložkové sestavy 100, jak je znázorněna na obrázcích výkresů, přičemž nejsou určeny k jakémukoliv omezení z hlediska orientace nebo provozu vložkové sestavy 100.

Je nutno zdůraznit, že je možno použít i jiných způsobů připevnění vložky 140 k rotoru 110. Je například možno bez omezení použít svařovacích a pájecích postupů, stejně jako je možno použít mechanických upevňovacích prvků a podobně.

Na vyobrazení	podle	obr. 3 je	znázorněn	alespoň jeden
upevňovací prvek vložce 140.	220,	například	šroub,	umístěný ve
Z dosavadního	stavu	techniky	je známo, že kolem
otáčejících se součástí	otáčivého	soustroj í	jsou umístěny

stacionární součásti, jako ucpávky, těsnění, usměrňovači přívody oleje a podobně. U turbíny jsou například tyto stacionární součásti obvykle využívány pro oddělení proudění tekutého média 210 (viz obr. 1) v tekutinové dráze, například plynu nebo páry, která prochází mezi rotorem 110 a skříní 120.

Je však nutno zdůraznit, že tekuté médium 210 v tekutinové dráze proudí od vysokotlaké strany, označené P_Hi, směrem k nízkotlaké straně, označené P_Loř to znamená zleva doprava na obr. 1.

·«»· ··· ·· • · · * ···· · · • ····· · ··· · • · » » · « · · ··· ·· ·· ··· «· «·

U běžného turbosoustrojí se například kartáčové těsnění 200 otírá o rotor 110 a vytváří třecí teplo, které obvykle deformuje kartáčové těsnění 200, rotor 110, nebo obě tyto součásti. Pokud otírání rotoru 110 není stejnoměrné, dochází obvykle k tomu, že rotor 110 se stává nevyváženým a časem deformovaným v důsledku změn v ohřívání kolem obvodu rotoru 110.

Deformace rotoru 110 například přispívá ke zvyšování vibrací v turbíně, v důsledku čehož dochází ke zvyšování proudění tekutého média 210 v mezeře, vymezené mezi skříní 120 a rotorem 110. V důsledku toho dochází ke snižování účinnosti turbíny, což dále vede k tomu, že dochází ke zvýšení nákladů na palivo.

Za účelem zvýšení účinnosti turbíny jedno příkladné provedení předmětu tohoto vynálezu obsahuje vložku 140, obsahující alespoň jeden vysokoteplotní materiál, jako je například slitina na bázi niklu. Jedním konkrétním příkladem vysokoteplotního materiálu je slitina niklu, chrómu, molybdenu a niobu. Slitina na bázi niklu odolává širokému rozmezí různých silně korozivních prostředí, přičemž je zejména odolná vůči korozi, při níž dochází k vytváření důlků a trhlin.

Vložka 140 je rovněž schopna odolávat účinkům deformací, způsobovaných shora uvedeným třecím ohříváním. Kromě toho vložka 140 působí při odvádění tepla, přičemž je schopna se roztahovat v různých proporcích od rotoru 110 v důsledku odlišných součinitelů tepelné roztažnosti, jelikož rotor je

obvykle vyroben z oceli CrMoV, z oceli NiCrMoV nebo z oceli 12Cr.

Vložka 140 jako taková je schopna pohlcovat a rozptylovat nežádoucí teplo z rotoru 110. Kromě toho se vložka 140 obvykle roztahuje, aniž by ovlivňovala osové zatížení na těleso rotoru 110, přičemž chvění a deformování rotoru 110 je minimalizováno v důsledku shora popisovaných vlastností vložky 140.

U jiného provedení je vložková sestava 100 uspořádána v otáčivém stroji, jako je například elektrický generátor, nebo konkrétněji vodíkem chlazený elektrický generátor. U dalšího provedení je vložková sestava 100 uspořádána v turbosoustrojί, jako je například odstředivý kompresor, parní turbína nebo plynová turbína, které jsou obvykle využívány u leteckých motorů nebo jsou využívány v energetických podnicích.

Je nutno zdůraznit, že předmět tohoto vynálezu není nikterak omezen pouze na zde uváděné příklady, přičemž je využitelný ve spojitosti s jakýmkoliv strojem, u kterého dochází během jeho provozu k poklesu tlaku. Vložková sestava 100 není dále omezena pouze na pohybující se nebo otáčející se část stroje, neboť může být využívána i mezi dvěma součástmi, mezi kterými není žádný vzájemný pohyb.

Způsob zpětné montáže vložkové sestavy 100 do turbíny zahrnuje vytváření kanálu 130 na rotoru 110 a umísťování vložky 140 do tohoto kanálu 130, přičemž vložka 140 je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od rotoru 110.

• · · · · • · ·

U jednoho provedení je kanál 130 vyfrézován do tělesa rotoru 110. U alternativního provedení je kanál 130 vytvořen prostřednictvím lineárního připevnění háčkovitých členů kolem obvodu rotoru 110. U tohoto provedení jsou takové háčkovité členy obvykle přivaleny nebo přišroubovány v radiálním uspořádání k tělesu rotoru 110. Výhoda takového způsobu zpětné montáže vložkové sestavy 100 například do turbíny spočívá v tom, že vložka 140 může být jednoduše vyjmuta a nahrazena jinou vložkou, v důsledku čehož dochází ke snížení doby, nezbytné na odstavení turbíny.

Při některých operacích tento způsob zpětné montáže vložkové sestavy 100 umožňuje technické obsluze vyměnit vložku 140, aniž by bylo nutno rozebírat hlavní části otáčivého stroje, v důsledku čehož dochází ke snížení nákladů na opravy.

Vložka 140 je obvykle tangenciálně vkládána do radiálního otvoru v kanálu 130 tak, že vložka 140 je opásána kolem obvodu rotoru 110 a vytváří tak prstenec kolem rotoru 110. Následně jsou koncové části vložky 140 poté vzájemně k sobě přivaleny nebo připevněny k rotoru 110 s pomocí upevňovacích prostředků. Je nutno zdůraznit že u dalších provedení sestává vložka 140 z množiny vložkových segmentů, které jsou uspořádány na rotoru 110 a připevněny k rotoru 110, jak již bylo shora uvedeno.

Přestože byl předmět vynálezu popsán a zobrazen v souladu s jeho příkladnými provedeními, je pro odborníka z dané oblasti techniky zcela zřejmé, že je možno provádět různé modifikace a změny u shora popsaných provedení, aniž by došlo k odchýlení se z myšlenky a rozsahu předmětu tohoto • · • · · · • · • · · · vynálezu. Je proto zcela pochopitelné, že následující patentové nároky jsou určeny k pokrytí veškerých takových změn a modifikací, které spadají do myšlenky předmětu tohoto vynálezu.

• · · · • · • · · ·

Claims (10)

PATENTOVÉ NÁROKY

1, • · · • · · • · · · • O O O

1. Vložková sestava (100) pro otáčivý stroj, kterýžto otáčivý stroj obsahuje rotor (110) a skříň (120), přičemž uvedený rotor (110) obsahuje obecně podélně probíhající osu, uvedená skříň (120) je obecně souose vyrovnána s uvedenou osou, přičemž uvedená skříň (120) obvodově obklopuje uvedený rotor (110) a je od něj radiálně vzdálena, vyznačující se tím, že uvedená vložková sestava (100) obsahuje:

kanál (130), obvodově uspořádaný na uvedeném rotoru (110), a vložku (140) , obvodově uspořádanou v uvedeném kanálu (130), přičemž uvedená vložková sestava (100) je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od uvedeného rotoru (110) k uvedené vložce (140).

2. Vložková sestava vyznačující se strojem je turbosoustroji.

(100) podle nároku 1, tím, že uvedeným otáčivým

3. Vložková vyznačuj stroj je vybrán parní turbíny a sestava (100) ící se tím, ze skupiny, obsahující plynové turbíny.

podle nároku 1, že uvedený otáčivý elektrické generátory,

4. Vložková sestava (100) podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený kanál (130) obsahuje výstupek (150) pro připevnění uvedené vložky (140).

• « • * · · · · • · · ·

5. Vložková sestava (íoo;

podle nároku vyznačující se tím, že uvedená vložka (140) dále obsahuje výčnělek (155) pro připevnění uvedené vložky (140) k výstupku (150) kanálu (130) .

v uvedeném

6. Vložková sestava (100) podle nároku 1, vyznačující se tím, že vložka (140) dále obsahuje niob.

7. Vložková sestava (100) pro vyznačující se tím, že obsahuje:

uvedená turbínu, turbínový rotor (110), obsahující obecně podélně probíhající osu, turbínovou skříň (120), která je obecně souose vyrovnána s uvedenou osou, přičemž uvedená turbínová skříň (120) obvodově obklopuje uvedený turbínový rotor (110), a je od něj radiálně vzdálena, kanál (130), obvodově uspořádaný na uvedeném turbínovém rotoru (110), a vložku (140), obvodově uspořádanou v uvedeném kanálu (130), přičemž uvedená vložková sestava (100) je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od uvedeného turbínového rotoru (100) k uvedené vložce (140).

8. Vložková sestava (100) podle nároku 7, vyznačuj i c i se tím, že uvedená vložka (140) dále obsahuje niob.

• ·* ·« ···· • · « · ·*· · · · • · · · · · · · · · ·

9. Způsob zpětné montáže vložkové sestavy do turbíny, přičemž uvedená turbína obsahuje turbínový rotor a turbínovou skříň, uvedený turbínový rotor obsahuje obecně podélně probíhající osu, uvedená turbínová skříň je obecně souose vyrovnána s uvedenou osou, přičemž uvedená turbínová skříň obvodově obklopuje uvedený turbínový rotor a je od něj radiálně vzdálena, vyznačující se tím, že způsob zpětné montáže obsahuje:

vytváření kanálu na uvedeném rotoru, a umísťování vložky v uvedeném kanálu, přičemž uvedená vložková sestava je uspořádána pro tepelnou izolaci třecího tepla od uvedeného rotoru k uvedené vložce.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že vytváření kanálu zahrnuje frézování uvedeného kanálu na uvedeném rotoru.

* · · 9