PL205419B1 - Obracarka wału turbiny parowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest obracarka wału turbiny parowej przemysłowej lub energetycznej. Obracarka stanowi osprzęt dodatkowy turbiny parowej.

Warunki pracy turbiny parowej, a zwłaszcza warunki pracy wirnika na wale turbiny powodują, że poszczególne elementy turbiny, w tym element najważniejszy jakim jest wirnik zamocowany na wale, pracują w wysokich temperaturach, dochodzących nawet do 400°C. Jednocześnie wirnik stanowi konstrukcję przestrzenną o skomplikowanej geometrii. Na wale zamontowane są tu kolejne koła łopatkowe poszczególnych stopni turbiny. Masa oraz geometria wirnika turbiny parowej są źródłem niekorzystnych zjawisk zmiany geometrii elementów wirnika podczas jego stygnięcia. Zjawisko stygnięcia następuje po zatrzymaniu wirnika turbiny, gdy jest ona wyłączona z ruchu na skutek braku poboru energii lub z przyczyn remontowych. Proces statycznego stygnięcia, po zatrzymaniu wirnika przebiega zgodnie z prawami fizyki, gdzie najszybciej stygną części wirnika które po zatrzymaniu znajdą się pod linią wału, najwolniej stygną części wirnika, które po zatrzymaniu znajdą się ponad linią wału. Oznacza to że te same koła łopatkowe w górnej części aktualnej, przypadkowej pozycji po zatrzymaniu, stygną wolniej, zaś w dolnej części stygną szybciej. Prowadzi to do wypaczenia a nawet pękania elementów kół łopatkowych i samego wirnika.

Dla przeciwdziałania temu niekorzystnemu zjawisku, wał turbiny wyposaża się w zespół obracarki, która ma na celu powolne obracanie wału wraz z wirnikiem turbiny w okresie wyłączenia go z normalnego ruchu, ze względu na brak poboru energii lub ze względów remontowych. Powolny obrót wału pozwala uzyskać równomierne warunki stygnięcia wirnika i wszystkich jego elementów składowych. Obracanie wału turbiny z przykładową prędkością około 8 obrotów na minutę wystarcza dla tego celu.

W znanych rozwią zaniach konstrukcyjnych obracarek dla tego celu, stosuje się zwykle przeniesienie napędu na drodze mechanicznej. W przykładowym znanym rozwiązaniu obracarki, zwykle na półsprzęgle wału, osadzone jest skurczowo, duże koło zębate. Moment obrotowy do obracania wału wirnika przenoszony jest na to duże koło zębate z małego koła zębatego osadzonego przesuwnie na wałku o osi równoległej do osi wału wirnika turbiny. Ruch przesuwny tego małego koła zębatego na wałku, dla zasprzęglenia z dużym kołem zębatym osadzonym na wale wirnika turbiny realizowany jest dźwignią napędzaną ślimakiem oraz ślimacznicą. Spiralne występy na wałku oraz odpowiednie spiralne rowki na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej małego koła zębatego pozwalają poosiowo przesuwać to małe koło zębate po powierzchni wałka, wraz z częściowym obrotem, co ułatwia zazębienie z dużym kołem zębatym obracarki. Zasprzęglenie następuje na skutek impulsu zewnętrznego przekazanego do jednostki sterującej ruchem zespołu ślimak-ślimacznica.

W innym rozwią zaniu znanym z polskiego opisu patentowego nr P 369939 mechaniczny napę d przeniesienia napędu zawiera obrotowy pierścień osadzony na powierzchni wału lub półsprzęgła wału turbiny. Pierścień ma na wewnętrznej powierzchni kieszenie z których każda ma przekrój poprzeczny w kształcie klina. W tych kieszeniach znajdują się wałeczki, które przy obrocie pierścienia względem wału w jedną stronę powodują zasprzęglenie pierścienia i wału, zaś przy obrocie pierścienia względem wału w drugą stronę, powodują rozsprzęglenie pierścienia i wału. Jeżeli obroty wału wyprzedzają obroty pierścienia, następuje więc rozsprzęglenie, zaś gdy obroty wału spadają poniżej obrotów pierścienia obracarki, następuje zasprzęglenie pierścienia obracarki z wałem turbiny.

W innym rozwią zaniu obracarki wału turbiny, znanym z opisu europejskiego EP 0266581, napęd obracarki zamocowany jest od czoła wału wirnika, w obrębie obudowy łożysk. Napęd w tym rozwiązaniu realizowany jest przez silnik hydrauliczny przenoszący moment obrotowy na wał wirnika. Znane są rozwiązania gdzie napęd realizowany jest przez silnik elektryczny.

Postęp w konstrukcji turbin parowych, zawłaszcza w zakresie łożyskowania wału turbiny w razie zatrzymania olejem lewarowym, umożliwił zastosowanie nie mechanicznego przeniesienia napędu w obracarce. Tego rodzaju rozwią zanie pokazano w opisie patentowym JP 61 070 108. Jak to pokazano w tym znanym rozwiązaniu, pomiędzy półsprzęgłami wału turbiny zamocowane jest współosiowo koło z wyprofilowanymi na obwodzie zębami pomiędzy którymi znajdują się półokrągłe przestrzenie. Całość ma kształt koła zębatego o pewnej szerokości zębów. Stycznie do obwodu tego koła zębatego usytuowane są w tym znanym rozwiązaniu dysze. Dysze zasilane są płynem który wyrzucany jest z tych dysz na zęby koła zębatego, z każdej dyszy w tym samym kierunku, na przykład zgodnie z ruchem wskazówek zegara, co powoduje powstanie momentu obrotowego wał u wirnika na obwodzie koła zębatego. Dysze zasilane są korzystnie olejem przekładniowym.

PL 205 419 B1

Każda znana konstrukcja obracarki zawiera również, jako zabezpieczenie na wypadek całkowitego zaniku zasilania układów, w tym układu obracarki, mechanizm obracarki ręcznej. W znanych rozwiązaniach obracarkę ręczną stanowi korba lub koło napędowe, połączone z kołem zębatym obracarki przez typowy zębaty lub ślimakowy zespół przeniesienia napędu. W razie całkowitego zaniku zasilania energetycznego lub hydraulicznego, za pomocą obracarki ręcznej można dokonywać powolnego obrotu wału wirnika, dla zapewnienia warunków do równomiernego studzenia wirnika turbiny parowej do temperatury otoczenia.

Obracarka wału wirnika turbiny parowej zawiera zespół gniazd usytuowanych obwodowo wokół wału wirnika turbiny. W sąsiedztwie tego obwodowego rzędu gniazd znajduje się co najmniej jedna dysza podawcza zasilana czynnikiem roboczym pod ciśnieniem. Wylot tej dyszy skierowany jest na ten zespół gniazd. Obracarka również zawiera mechanizm ręcznego obracania wałem, używany w przypadkach cał kowitego zaniku zasilania dysz czynnikiem roboczym.

Obracarka według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół gniazd ma postać pierścienia zamocowanego korzystnie wokół tarczy półsprzęgła wału turbiny, zaś każde gniazdo ma postać kieszeni której oś symetrii przecina ukośnie styczną do okręgu poprowadzonego pomiędzy zewnętrzną powierzchnią cylindryczną pierścienia, a wewnętrzną powierzchnią cylindryczną tego pierścienia. Wymienione dysze podawcze czynnika roboczego skierowane są zgodnie z osią symetrii kieszeni, do wnętrza tych kieszeni rozlokowanych na obwodzie wymienionego pierścienia.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, wzdłużna oś symetrii każdej kieszeni przecina styczną do wymienionego okręgu poprowadzonego pomiędzy zewnętrzną powierzchnią cylindryczną pierścienia, a wewnętrzną powierzchnią cylindryczną tego pierścienia, pod kątem ostrym. Ten kąt ostry wynosi w korzystnym rozwiązaniu, od 10° do 30°.

Każda z kieszeni rozmieszczonych w wymienionym pierścieniu posiada ukształtowaną w dnie kierownicę strumienia czynnika roboczego. Ta kierownica ma postać centralnego garbu ukształtowanego w poprzek dna kieszeni. Na tym garbie, czynnik roboczy rozdziela się na dwie strugi i powraca wzdłuż krawędzi bocznych kieszeni do jej otworu wlotowego. Czynnik roboczy stanowi korzystnie olej przekładniowy.

W innym korzystnym rozwiązaniu wymieniony pierś cień zestawiony jest z trzech połączonych ze sobą pierścieni: pierścienia wewnętrznego oraz z dwóch pierścieni zewnętrznych. W tym rozwiązaniu według wynalazku, otwarte powierzchnie boczne kieszeni pierścienia wewnętrznego są zamknięte powierzchniami bocznymi dwóch pierścieni zewnętrznych.

Przekrój poprzeczny dyszy podawczej czynnika roboczego jest mniejszy niż przekrój poprzeczny pojedynczej kieszeni oraz jej otworu wlotowego na zewnętrznej powierzchni wymienionego pierścienia. W korzystnej postaci wynalazku, każda dysza podawcza czynnika roboczego osadzona jest wewnątrz kanału odbiorczego tego czynnika roboczego. Dzięki takiemu usytuowaniu dyszy czynnika roboczego, czynnik ten w podstawowej części wybijany z wnętrza kieszeni, zbierany jest do kanału odbiorczego i kierowany jest do leja zbiorczego, skąd przekazywany jest do znanego ciśnieniowego układu podawczego czynnika roboczego ponownie do dysz podawczych. Całość obudowy półsprzęgła wału turbiny a więc i zarazem obudowy obracarki, gdzie pracują wymienione dysze podawcze, połączona jest z lejem zbiorczym tego czynnika roboczego. Czynnik roboczy więc pracuje w obiegu zamkniętym.

Obracarka według wynalazku, na wypadek awarii zasilania, wyposażona jest w mechanizm ręcznego obracania wałem turbiny. Ten mechanizm zawiera przechylne ramię, przy czym ramię zawiera zamocowaną do niego na osi wychylną zapadkę współpracującą z kieszenią. To przechylne ramię osadzone jest na osi zamocowanej korzystnie do obudowy półsprzęgła wału turbiny. Wymieniona zapadka w położeniu roboczym oparta jest o krawędzie i/lub o dno kieszeni. Zapadka sprzęga przechylne ramię z pierścieniem i pozwala obrócić o pewien kąt wał turbiny. Po dokonaniu tej czynności, ramię razem z zapadką przesuwa się ruchem powrotnym do punktu wyjścia, i ponawia się obrót wału turbiny o pewien kąt. Zapadka w położeniu roboczym, obrotu wału turbiny, oparta może być o dno lub o krawę d ź otworu kieszeni.

W rozwią zaniu wedł ug wynalazku zaproponowano nową konstrukcję gniazd rozmieszczonych obwodowo wokół wału turbiny gniazd. Zaproponowano gniazda w postaci kieszeni. Do tych kieszeni podawany jest czynnik roboczy w postaci oleju przekładniowego z dysz, których wyloty są usytuowane stycznie do obwodu pierścienia, w którym uformowane są gniazda. Pozwoliło to na znacznie lepsze odebranie energii oleju podawanego z dysz na wloty kieszeni. Kieszenie powodują efekt zawracania podawanego oleju w przeciwnym kierunku, którego pęd sumuje się z pędem oleju wypływającego

PL 205 419 B1 z dysz. To zjawisko pozwala uzyskać znacznie większą siłę oddziaływania strumienia oleju na kolejne kieszenie w miarę obrotu wału turbiny. Dalej, wewnątrz kieszeni, w jej dnie, usytuowano kierownicę, która rozdziela strumień oleju na dwie części, które po zawróceniu wstecz, ze znacznie większą sprawnością współdziałają w opisany sposób, stymulując wzrost siły oddziaływującej na pierścień osadzony na półsprzęgle wału turbiny. Siła strumienia oleju przekładniowego oddziaływująca na kieszenie pierścienia maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału turbiny, aż do momentu gdy prędkość liniowa kieszeni pierścienia zrówna się z prędkością liniową wypływu strumienia oleju z dysz. Tego rodzaju równowaga powoduje ustabilizowanie się obrotów wału na określonej wartości i nieoczekiwanie okazało się, że zaproponowana konstrukcja obracarki pozwala regulować obroty wału turbiny poprzez regulację wydatku oleju z dysz.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładach wykonania na załączonych rysunkach, na których poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - widok pierścienia z kieszeniami na wale turbiny.

Fig. 2 - pierścień w widoku prostopadłym do osi wału turbiny.

Fig. 3 - szczegół mocowania pierścienia na półsprzęgle.

Fig. 4 - kieszeń w przekroju płaszczyzną prostopadłą do osi wału turbiny,

Fig. 5 - kieszeń w widoku prostopadłym do osi wału turbiny,

Fig. 6 - kieszeń w pierścieniu dzielonym,

Fig. 7 - końcówkę dyszy w kanale odbiorczym.

Obracarka wału 1 wirnika turbiny parowej zawiera zespół gniazd usytuowanych obwodowo wokół tego wału 1. W sąsiedztwie tego obwodowego zespołu gniazd znajduje się co najmniej jedna dysza podawcza 2 zasilana czynnikiem roboczym pod ciśnieniem. Wylot tej dyszy 2 skierowany jest na wymieniony zespół gniazd. Obracarka zawiera również mechanizm ręcznego obracania wałem 1.

Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, fig. 2 oraz fig. 3, zespół gniazd ma postać pierścienia 3 zamocowanego wokół tarczy 4 półsprzęgła wału turbiny. Pierścień 3 może być w innych przykładach wykonania obracarki według wynalazku osadzony na wale 1 lub na innych elementach zespolonych z wałem 1.

Jak to pokazano w przykładowym wykonaniu na załączonym rysunku fig. 4 oraz fig. 5, każde gniazdo ma postać kieszeni 5, której oś symetrii 9 przecina ukośnie styczną 6 do okręgu poprowadzonego pomiędzy zewnętrzną powierzchnią 7 cylindryczną pierścienia 3, a wewnętrzną powierzchnią 8 cylindryczną tego pierścienia 3.

Pokazane w przykładowym wykonaniu na rysunku fig. 1 dwie dysze podawcze 2 czynnika roboczego skierowane są zgodnie z osią symetrii 9 kieszeni 5, do wnętrza tych kieszeni 5 rozlokowanych na obwodzie wymienionego pierścienia 3. Ta wzdłużna oś symetrii 9 każdej kieszeni 5 przecina styczną 6 do wymienionego okręgu poprowadzonego pomiędzy zewnętrzną powierzchnią cylindryczną 7 pierścienia, a wewnętrzną powierzchnią cylindryczną 8 tego pierścienia 3 pod kątem ostrym. Ten kąt ostry wynosi w przykładowym rozwiązaniu pokazanym na rysunku fig. 1 oraz fig. 4 wynosi 20°. Nie wyklucza to zastosowania w rozwiązaniu według wynalazku innej ilości dysz podawczych, innego ich rozstawienia, oraz innych wartości wymienionego kąta ostrego.

Każda z kieszeni 5 rozmieszczonych w wymienionym pierścieniu 3 posiada ukształtowaną w dnie kierownicę 10 strumienia czynnika roboczego. Pokazano to na rysunku fig. 5 oraz fig. 6. Ta kierownica 10 ma postać centralnego garbu ukształtowanego w poprzek dna kieszeni 5. Na tym garbie, czynnik roboczy rozdziela się na dwie strugi i powraca wzdłuż krawędzi bocznych kieszeni 5 do jej otworu wlotowego. Czynnik roboczy stanowi w przykładzie wykonania olej przekładniowy.

W innym przykładowym wykonaniu obracarki według wynalazku, wymieniony pierścień 3 stanowi pierścień dzielony, zestawiony z trzech połączonych ze sobą pierścieni: pierścienia wewnętrznego 3.1 oraz z dwóch pierścieni zewnętrznych 3.2. W tym przykładowym rozwiązaniu, pokazanym na rysunku fig. 6, otwarte powierzchnie boczne kieszeni 5 pierścienia wewnętrznego 3.1 są zamknięte powierzchniami bocznymi dwóch pierścieni zewnętrznych 3.2.

Przekrój poprzeczny dyszy podawczej 2 czynnika roboczego jest mniejszy niż przekrój poprzeczny pojedynczej kieszeni 5 oraz jej otworu wlotowego 11 na zewnętrznej powierzchni wymienionego pierścienia 3. W przykładowym rozwiązaniu, pokazanym na załączonym rysunku fig. 7, każda dysza podawcza 2 czynnika roboczego osadzona jest wewnątrz kanału odbiorczego 12 tego czynnika roboczego. Czynnik ten w podstawowej części wybijany z wnętrza kieszeni, zbierany jest z wnętrza obudowy 14 obracarki oraz z kanału odbiorczego 12 i kierowany jest do leja zbiorczego 13, skąd przekazywany jest do znanego ciśnieniowego układu podawczego czynnika roboczego pod ciśniePL 205 419 B1 niem ponownie do dysz podawczych 2. Całość obudowy 14 tarczy półsprzęgła 4 wału 1 turbiny, gdzie pracują wymienione dysze podawcze 2, połączona jest z tym lejem zbiorczym 13 czynnika roboczego, który pracuje w obiegu zamkniętym.

Obracarka wyposażona jest w mechanizm ręcznego obracania wałem 1 turbiny. Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, ten mechanizm zawiera przechylne ramię 15, przy czym to ramię 15 zawiera zamocowaną do niego na osi 16 wychylną zapadkę 17 współpracującą z kieszeniami 5. To przechylne ramię 15 osadzone jest na osi 18 zamocowanej korzystnie do obudowy tarczy półsprzęgła 13 wału 1 turbiny. Wymieniona wychylna zapadka 17 w położeniu roboczym oparta jest o krawędzie i/lub dno kieszeni 5. Zapadka 17 sprzęga przechylne ramię 15 z pierścieniem 3 zespolonym z wałem 1 co pozwala obrócić ręcznie o pewien kąt wał 1 turbiny. Po dokonaniu tej czynności, ramię 15 wraz z zapadką 17 przesuwa się ruchem powrotnym do punktu wyjścia, i ponawia się obrót wału 1 turbiny o pewien kąt. Zapadka 17 w położeniu roboczym, obrotu wału 1 turbiny, oparta może być o dno lub o krawędź otworu 11 kieszeni 5.

Claims (15)

1. Obracarka wału wirnika turbiny parowej zawierająca zespół gniazd usytuowanych obwodowo wokół wału wirnika turbiny oraz co najmniej jedną dyszę podawczą zasilaną czynnikiem roboczym pod ciśnieniem, gdzie wylot tej dyszy skierowany jest na ten zespół gniazd, oraz zawierająca obudowę oraz mechanizm ręcznego obracania wałem, znamienna tym, że zespół gniazd ma postać pierścienia (3), przy czym każde gniazdo ma postać kieszeni (5), której wzdłużna oś symetrii (9) przecina ukośnie styczną (6) do okręgu poprowadzonego pomiędzy zewnętrzną powierzchnią (1) cylindryczną pierścienia (3) a wewnętrzną powierzchnią (8) cylindryczną pierścienia (3).

2. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że pierścień (3) osadzony jest na tarczy (4) półsprzęgła wału (1) turbiny.

3. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że każda dysza podawcza (2) czynnika roboczego skierowana jest do wnętrza kieszeni (5).

4. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że wzdłużna oś symetrii (9) każdej kieszeni (5) przecina styczną (6) do okręgu poprowadzonego pomiędzy zewnętrzną powierzchnią (7) cylindryczną pierścienia (3), a wewnętrzną powierzchnią (7) cylindryczną tego pierścienia (3) pod kątem ostrym.

5. Obracarka według zastrz. 4, znamienna tym, że kąt ostry wynosi od 10° do 30°.

6. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że kieszeń (5) posiada ukształtowaną w dnie kierownicę (10) strumienia czynnika roboczego.

7. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że czynnik roboczy stanowi olej przekładniowy.

8. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że pierścień (3) zestawiony jest z pierścienia wewnętrznego (3.1) oraz z dwóch pierścieni zewnętrznych (3.2).

9. Obracarka według zastrz. 8, znamienna tym, że otwarte powierzchnie boczne kieszeni 3.1) pierścienia wewnętrznego (3.1) są zamknięte powierzchniami bocznymi pierścieni zewnętrznych (3.2).

10. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że przekrój poprzeczny dyszy (2) jest mniejszy niż przekrój poprzeczny pojedynczej kieszeni (5).

11. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że każda dysza podawcza (2) czynnika roboczego osadzona jest wewnątrz kanału odbiorczego (12) tego czynnika roboczego.

12. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że obudowa (14) obracarki wału (1) turbiny połączona jest z lejem zbiorczym (13) czynnika roboczego.

13. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że mechanizm ręcznego obracania wałem turbiny zawiera przechylne ramię (15), przy czym to ramię zawiera zamocowaną do niego na osi (16) wychylną zapadkę (17) współpracującą z kieszenią (5).

14. Obracarka według zastrz. 13, znamienna tym, że przechylne ramię (15) osadzone jest na osi obrotu (18) zamocowanej do obudowy obracarki wału (1) turbiny.

15. Obracarka według zastrz. 13 albo 14, znamienna tym, że wychylna zapadka (17) w położeniu roboczym oparta jest o krawędzie i/lub o dno kieszeni (5).