PL208178B1 - Sposób wytwarzania uszczelnienia i uszczelnienie stopnia turbiny parowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania uszczelnienia stopnia akcyjnej turbiny parowej i uszczelnienie stopnia akcyjnej turbiny parowej przemysłowej lub energetycznej.

Stan techniki

Znany sposób wytwarzania uszczelnienia stopnia akcyjnej turbiny parowej, polega na tym, że pomiędzy tarczą wirnikową, a tarczą kierowniczą turbiny wytwarza się uszczelnienie labiryntowe w bezpośredniej styczności z wałem wirnika. Dla tego celu w znanych rozwiązaniach, w tarczy elementu nieruchomego, jakim jest kierownica, na jej wewnętrznej obwodowej powierzchni wytwarza się rowek zwykle o przekroju teowym i w tym rowku umieszcza się obwodowy wymienny pierścień uszczelniający, na którego wewnętrznej cylindrycznej powierzchni znajduje się kilka obwodowych płaskich pierścieni, zwanych również ząbkami, o różnej wysokości i odległych od siebie o wymiar zwany podziałką. Wielkość podziałki zależy od względnych wydłużeń cieplnych wirnika i kadłuba turbiny oraz ugięć tarczy kierowniczej. Naprzeciw tego obwodowego pierścienia kierownicy znajdują się występy i rowki pierścieniowe na wale wirnika. W rozwiązaniach znanych ze stanu techniki wyższe ząbki pierścieni uszczelniających kierownicy wnikają do rowków na wale wirnika z określonym luzem promieniowym tworząc przekrycie promieniowe z występem na wale natomiast krótsze ząbki sąsiadują z powierzchnią cylindryczną występu w odległości określonego luzu promieniowego. Stanowi to rodzaj uszczelnienia labiryntowego. Podobne uszczelnienie labiryntowe stosuje się również nad bandażem łopatek wirnikowych ale znacznie mniej rozbudowane osiowo ze względów konstrukcyjnych.

Znanych jest szereg rozwiązań uszczelnienia stopnia turbiny parowej. Dla stopnia reakcyjnego, według rozwiązania znanego ze zgłoszenia międzynarodowego W097/43521, układ uszczelniający ma część obrotową wokół głównej osi i część stałą, przy czym jedna część stała ma wgłębienie biegnące w kierunku obwodowym, zaś druga część obrotowa ma występ. Z występem zespolone jest żebro uszczelniające, posiadające w przybliżeniu równoległy do głównej osi, poprzeczny obszar. To żebro uszczelniające ma teowy przekrój poprzeczny. Opisane teowe żebro uszczelniające pracuje bezstykowo w obwodowym rowku w części stałej, przy czym ten obwodowy rowek ma również przekrój zbliżony do przekroju teowego. W dnie obwodowego rowka części stałej zamocowane są dwa obwodowe pierścienie redukujące obszar prześwitu pomiędzy powierzchnią zewnętrzną obwodowego żebra, a dnem obwodowego rowka.

Według innego rozwiązania znanego ze zgłoszenia międzynarodowego WO99/30009, zespół uszczelnienia dla silnika turbiny gazowej posiada obudowę podporową turbiny pierścieniowej, oraz wiele segmentów umieszczonych na wewnętrznej promieniowej stronie obudowy. Segmenty kołnierzowe umieszczone są koniec obok końca tworząc pierścieniowaty kołnierz wewnątrz obudowy turbiny. Zespół przyjmujący uszczelnienie znajduje się w każdym z sąsiednich końców segmentów kołnierzowych. Zespół ten ma uszczelnienia piórowe dla uszczelnienia szczelin pomiędzy sąsiednimi końcami sąsiednich segmentów kołnierzowych.

Zarówno w znanych rozwiązaniach dotyczących akcyjnego stopnia turbiny parowej, gdzie tarcza wirnikowa wykonana jest integralnie z wałem, jak i w innych rozwiązaniach, gdzie tarcza wirnikowa jest nasadzona skurczowo na wał, głównym celem jest obniżenie strat czynnika roboczego i podniesienie sprawności wewnętrznej stopnia. Znane uszczelnienie labiryntowe stopnia akcyjnego pokazano schematycznie na załączonym rysunku pos. 1.

Istota wynalazku

Według wynalazku, sposób wytwarzania uszczelnienia stopnia turbiny parowej, polega na tym, że pomiędzy tarczą wirnikową, a tarczą kierowniczą elementu nieruchomego turbiny wytwarza się bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe, zestawione z obwodowych, sąsiadujących ze sobą elementów na wale wirnika i na obwodowej płaszczyźnie cylindrycznej tarczy kierowniczej. Sposób charakteryzuje się tym, że w wale wirnika montuje się pierścień uszczelniający o średnicy większej od istniejącej o 20 - 30% i na tym pierścieniu nacina się obwodowe ząbki odległe siebie o podziałkę. Z kolei na sąsiadującej z tym pierścieniem wału wirnika, obwodowej płaszczyźnie cylindrycznej tarczy kierowniczej nacina się obwodowe ząbki, również odległe od siebie o podziałkę, lecz przesunięte względem ząbków pierścienia segmentowego wirnika o część podziałki i nie mające przekrycia promieniowego. Dla zamocowania wymienionego pierścienia, w korzystnej postaci rozwiązania według wynalazku, na zewnętrznej powierzchni wału wirnika wytwarza się obwodowy rowek o przekroju teowym zawierający w jednym miejscu gniazdo zamkowe i w tym obwodowym rowku umieszcza się kolejne segmenty

PL 208 178 B1 obwodowego pierścienia uszczelniającego. Po umieszczeniu wszystkich segmentów zabezpiecza się całość segmentem zamkowym, po czym na tak uzyskanym pierścieniu segmentowym nacina się obwodowe ząbki. W innym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, obwodowy pierścień uszczelniający montuje się na piastach tarcz wirnikowych metodą skurczową. W kolejnym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, obwodowy pierścień uszczelniający mocuje się do bocznej powierzchni nasadzanej skurczowo na wale tarczy. Dla zapewnienia korzystniejszych warunków pracy, pierścień uszczelniający montuje się na wale wirnika w miejscu nierówno odległym od dwóch sąsiadujących tarcz wirnikowych.

Według wynalazku, uszczelnienie stopnia turbiny parowej, zawierającego tarczę kierowniczą w kadł ubie oraz tarczę wirnikową na wale wirnika, przy czym na tarczy kierowniczej oraz na wale wirnika znajduje się bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe, charakteryzuje się tym, że na wale wirnika osadzony jest pierścień uszczelniający i na obwodowej powierzchni cylindrycznej tego pierścienia uszczelniającego znajduje się układ równoległych do siebie obwodowych ząbków odległych od siebie o podziałk ę i podobny układ równoległych do siebie obwodowych ząbków znajduje się na sąsiedniej cylindrycznej powierzchni tarczy kierowniczej. W korzystnym rozwiązaniu, układy ząbków pierścienia uszczelniającego i tarczy kierowniczej nie mają przekrycia promieniowego. W korzystnym rozwiązaniu, układ ząbków pierścienia uszczelniającego wału wirnika jest przesunięty osiowo w stosunku do układu ząbków tarczy kierowniczej o część podziałki i bez przekrycia promieniowego. Obwodowy pierścień osadzony jest w obwodowej szczelinie wału wirnika. W tym korzystnym rozwiązaniu, obwodowa szczelina wału wirnika ma przekrój teowy. W jednym korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, obwodowy pierścień wirnika zestawiony jest z segmentów szeregowo ustawionych w obwodowej szczelinie. Przy obwodowej szczelinie wału wirnika o teowym przekroju, pierścień uszczelniający ma dwuteowy przekrój poprzeczny. W innej korzystnej postaci wynalazku, obwodowy pierścień osadzony jest skurczowo na powierzchni piast tarcz wirnikowych. W tej korzystnej odmianie rozwiązania według wynalazku, obwodowy pierścień zamocowany może być do bocznej powierzchni tarczy wirnikowej osadzonej skurczowo na wale wirnika.

Korzystne skutki wynalazku

W rozwią zaniu wedł ug wynalazku, zastosowanie pierś cienia uszczelniają cego montowanego w wale turbiny, a nie jak to było stosowane w rozwiązaniach znanych ze stanu techniki, bezpośrednio związanego z walem, w znacznym stopniu eliminuje wady istniejących konstrukcji. W rozwiązaniu według wynalazku, ząbki pierścienia uszczelniającego montowanego w wale wirnika nie mają przekrycia promieniowego z ząbkami w tarczy kierowniczej i nadmierne rozcentrowanie, jak również przekroczenie wydłużeń względnych nie grozi przytarciami części ruchomych uszczelnienia o części nieruchome, które to zjawisko występowało w rozwiązaniach dotychczasowych. Niezależnie od tego średnica uszczelnienia według wynalazku jest większa, dzięki czemu jest ono odsunięte dostatecznie daleko, co zmniejsza znacznie temperaturę wału wirnika i wyklucza bezpośrednie jego omywanie przez czynnik roboczy, w tym wypadku przez parę, o wysokiej temperaturze, uodparniając wał wirnika na zmiany temperatury. Poza tym eliminuje się wpływ tarcia w uszczelnieniu na krzywienie wirnika, gdyż w proponowanej konstrukcji nie ma możliwości wystąpienie tego zjawiska. Tarcza kierownicza dzięki powiększeniu średnicy będzie mniej obciążona, co zmniejszy w sposób istotny naprężenia w niej oraz maksymalną strzałkę ugięcia. Powiększenie średnicy uszczelnienia prowadzi jednak do wzrostu siły osiowej, co można jednak łatwo skompensować, zwiększając średnicę tłoka odciążającego z wykorzystaniem tego samego rozwiązania segmentowych pierścieni uszczelniających, natomiast same labirynty tworząc bardziej efektywne, gdyż zaproponowana konstrukcja według wynalazku na to pozwala. Wzrost powierzchni luzu promieniowego o 20 - 30% mógłby świadczyć o wzroście przecieków pary, jednak to nie wystąpi ponieważ również łatwo można go wyeliminować przez osiową rozbudowę uszczelnienia i powiększenie ilości ząbków.

Przykłady wykonania

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładowym wykonaniu na załączonym rysunku fig. 1, obrazującym schematycznie widok przekroju części turbiny płaszczyzną zgodną z osią symetrii wału wirnika, oraz na fig. 2a i fig. 2b, gdzie pokazano rozwiązanie z pierścieniem osadzonym na wale wirnika skurczowo.

P r z y k ł a d I.

Sposób wytwarzania uszczelnienia stopnia turbiny parowej, polega na tym, że pomiędzy tarczą wirnikową, a tarczą kierowniczą elementu nieruchomego turbiny wytwarza się bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe. To uszczelnienie labiryntowe zestawione z obwodowych, sąsiadujących

PL 208 178 B1 ze sobą elementów na wale wirnika i na obwodowej płaszczyźnie cylindrycznej tarczy kierowniczej. W wale wirnika montuje się pierścień uszczelniający, na którym, nacina się obwodowe ząbki odległe od siebie o podziałkę, a następnie na sąsiadującej z tym pierścieniem wału wirnika, obwodowej płaszczyźnie cylindrycznej tarczy kierowniczej nacina się odpowiadające obwodowe ząbki, również odległe od siebie o podziałkę, lecz przesunięte względem ząbków pierścienia segmentowego wirnika o część podziałki, które nie mają przekrycia promieniowego. Na zewnętrznej powierzchni wału wirnika wytwarza się obwodowy rowek o przekroju teowym zawierający w jednym miejscu gniazdo zamkowe i w tym obwodowym rowku umieszcza się kolejne segmenty obwodowego pierścienia uszczelniającego. Po umieszczeniu wszystkich segmentów zabezpiecza się segmentem zamkowym, po czym na tak uzyskanym pierścieniu segmentowym nacina się obwodowe ząbki. W innym przykładzie wykonania, obwodowy pierścień uszczelniający osadza się na powierzchni piast tarcz wirnikowych skurczowo. Pierścień tego rodzaju osadza się na obrobionej pod ten pierścień zewnętrznej powierzchni sąsiadujących piast tarcz wirnikowych. Na wale wirnikowym osadza się piastę jednej tarczy wirnikowej, osadza się ją na wale, następnie ogrzewa się pierścień uszczelniający i osadza się go na piaście tej tarczy wirnikowej. Następnie ogrzewa się ten pierścień uszczelniający do temperatury wyższej a piastę drugiej tarczy wirnikowej do temperatury niższej i tę drugą piastę osadza się na wale wirnika wsuwając jednocześnie jej przygotowaną powierzchnię zewnętrzną do wnętrza pierścienia uszczelniającego.

Pierścień uszczelniający montuje się w wale wirnika w miejscu nierówno odległym od dwóch sąsiadujących tarcz wirnikowych dla zrównoważenia zwiększonego naporu czynnika roboczego na powierzchnię pierścienia uszczelniającego, który umieszczono w wale wirnika turbiny.

P r z y k ł a d II

Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, stopień turbiny parowej, składający się z tarczy kierowniczej 2 w kadłubie 1 oraz tarczy wirnikowej 3 wału 4 wirnika, zawiera uszczelnienie labiryntowe. W przykładowym rozwiązaniu, na wale 4 wirnika zamontowany jest pierścień uszczelniający 5. Na obwodowej powierzchni cylindrycznej tego pierścienia uszczelniającego 5 znajduje się układ równoległych do siebie obwodowych ząbków 6 odległych od siebie o podziałkę d. Podobny układ równoległych do siebie obwodowych ząbków 7 znajduje się na sąsiedniej obwodowej, cylindrycznej powierzchni tarczy kierowniczej 2. Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, układ ząbków 6 pierścienia uszczelniającego 5 wirnika 4 jest przesunięty osiowo w stosunku do układu ząbków 7 tarczy kierowniczej 2 o część podziałki d, a same ząbki nie mają przekrycia promieniowego.

W jednym przykładowym wykonaniu, obwodowy pierścień 5 osadzony jest w obwodowej szczelinie 8 wału 4 wirnika. Obwodowa szczelina 8 wału 4 wirnika, w tym przykładowym wykonaniu ma przekrój teowy. Pokazano to na załączonym rysunku fig. 1. Dla umożliwienia umieszczenia go w szczelinie 8 wału 4 wirnika, obwodowy pierścień 5 ma budowę segmentową i zestawiony jest z segmentów szeregowo ustawionych w tej obwodowej szczelinie 8. Obwodowa szczelina 8 ma w jednym miejscu zamek, umożliwiający wsunięcie do tej szczeliny wszystkich segmentów i na końcu zamontowanie segmentu zamkowego odpowiednio zabezpieczonego przed wypadnięciem. Budowy tego rodzaju szczeliny i poszczególnych segmentów wraz z segmentem zamkowym nie pokazano na załączonym rysunku, jako znanych w technice. Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, segmenty pierścienia 5 mają dwuteowy przekrój poprzeczny.

W innym przykładzie wykonania pokazanym na załączonym rysunku fig. 2a i fig. 2b, obwodowy pierścień 5 może być wykonany jako całość i osadzony na powierzchni piast tarcz wirnikowych nasadzanych skurczowo, co pokazano na rysunku fig. 2a, lub mocowany do bocznej powierzchni tarczy wirnikowej, co pokazano na rysunku fig. 2b. Dotyczy to tych wykonań turbiny, gdzie tarcze wirnikowe 3 osadzone są na wale 4 metodą skurczową.

Claims (14)

1. Sposób wytwarzania uszczelnienia stopnia turbiny parowej, polegający na tym, że pomiędzy tarczą wirnikową, a tarczą kierowniczą elementu nieruchomego turbiny wytwarza się bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe, zestawione z obwodowych, sąsiadujących ze sobą elementów na wale wirnika i na obwodowej płaszczyźnie cylindrycznej tarczy kierowniczej, znamienny tym, że w wale wirnika montuje się pierścień uszczelniający o średnicy większej od istniejącej o 20 - 30%, na którym, nacina się obwodowe ząbki odległe siebie o podziałkę, a następnie na sąsiadującej z tym pierścieniem wału wirnika, obwodowej płaszczyźnie cylindrycznej tarczy kierowniczej nacina się obwodowe

PL 208 178 B1 ząbki, również odległe od siebie o podziałkę, lecz przesunięte względem ząbków pierścienia segmentowego wirnika o część podziałki i nie mające przekrycia promieniowego.

2. Sposób wytwarzania uszczelnienia, wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e na zewnę trznej powierzchni wału wirnika wytwarza się obwodowy rowek o przekroju teowym zawierający w jednym miejscu gniazdo zamkowe i w tym obwodowym rowku umieszcza się kolejne segmenty obwodowego pierścienia uszczelniającego i po umieszczeniu wszystkich segmentów zabezpiecza się je segmentem zamkowym, po czym na tak uzyskanym pierścieniu segmentowym nacina się obwodowe ząbki.

3. Sposób wytwarzania uszczelnienia, wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e obwodowy pierścień uszczelniający montuje się na piastach tarcz wirnikowych skurczowo.

4. Sposób wytwarzania uszczelnienia, wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e obwodowy pierścień uszczelniający mocuje się do bocznej powierzchni tarczy nasadzanej skurczowo na wał wirnika.

5. Sposób wed ł ug zastrz. 3, albo 4, znamienny tym, ż e pierś cień uszczelniają cy montuje się na wale wirnika w miejscu nierówno odległym od dwóch sąsiadujących tarcz wirnikowych.

6. Uszczelnienie stopnia turbiny parowej, zawierają cego tarczę kierowniczą w kadłubie oraz tarczę wirnikową na wale wirnika, przy czym na tarczy kierowniczej oraz na wale wirnika znajduje się bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe, znamienne tym, że na wale (4) wirnika osadzony jest pierścień uszczelniający (5) i na obwodowej powierzchni cylindrycznej tego pierścienia uszczelniającego (5) znajduje się układ równoległych do siebie obwodowych ząbków (6) odległych od siebie o podziałkę (d) i podobny układ równoległych do siebie obwodowych ząbków (7) znajduje się na sąsiedniej cylindrycznej powierzchni tarczy kierowniczej (2).

7. Uszczelnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że układy ząbków (6, 7) nie mają przekrycia promieniowego.

8. Uszczelnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że układ ząbków (6) pierścienia uszczelniającego (5) wału (4) wirnika jest przesunięty osiowo w stosunku do układu ząbków (7) tarczy kierowniczej (2) o część podziałki (d) i bez przekrycia promieniowego.

9.. Uszczelnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że obwodowy pierścień (5) osadzony jest w obwodowej szczelinie (8) wału (4) wirnika.

10. Uszczelnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że obwodowa szczelina (8) wału (4) wirnika ma przekrój teowy.

11. Uszczelnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że obwodowy pierścień (5) wirnika zestawiony jest z segmentów szeregowo ustawionych w obwodowej szczelinie (8).

12. Uszczelnienie według zastrz. 10, znamienne tym, że pierścień (5) ma dwuteowy przekrój poprzeczny.

13. Uszczelnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że obwodowy pierścień (5) osadzony jest skurczowo na powierzchni piast tarcz (3) wirnikowych.

14. Uszczelnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że obwodowy pierścień (5) montowany jest do bocznej powierzchni tarczy (3) wirnikowej osadzonej skurczowo na wale (4) wirnika.