УПЛОТНЕНИЕ ТУРБИНЫ

УОЛОИГМЖШМЖ
Полезная модель относится к энергомашиностроению, в частности к турбиностроению.
Как известно, турбины в местах выхода вала из корпуса, между валом, корпусом и диафрагмами имеют уплотнения.
В зависимости от места установки различают три вида уплотнений: концевые (наружные), надбандажные и диафрагменные.
Наружные уплотнения предназначены для уменьшения утечек рабочего тела (пара, газа) при давлении выше атмосферного, или препятствовать проникновению внутрь корпуса наружного воздуха при давлении ниже атмосферного.
Уплотнения диафрагм должны препятствовать протечкам через зазор между диафрагмами и валом.
Концевые уплотнения известны трех типов: угольные, водяные, лабиринтовые.
Угольные уплотнения получили некоторое распространение на турбинах небольшой мощности, в которых утечка пара возникает в узкой ш;ели между угольным кольцом и втулкой, надетой на вал, Каждое кольцо разрезано на три - четыре части и стянуто пружиной. Угольные кольца устанавливаются в корпусе таким образом, чтобы между кольцом и валом оставался зазор. Л.1, с. 165.
11/т
Кольца помещают в корпус (обойму), который, в свою очередь,
устанавливают в общую коробку, жестко соединенную с корпусом турбины Л. 2, с. 83.
Обычно к угольным уплотнениям со 9тороны низкого давления подводят уплотняющий пар, что способствует ржавлению пружин, а, следовательно, изнашиванию колец и поломке заржавленных пружин.
При этом поломки пружин выявляются только при выходе из строя нескольких колец при сильном засасывании воздуха в конденсатор, вскрытие уплотнения обнаруживает изношенную шейку вала, требующую шлифовки и даже проточки.
Угольные уплотнения такого типа потребовали обеспечение посадки на вал съёмных втулок из легированных сталей, которые по причине ослабления посадки характеризуются относительно низкой надёжностью Л.2, с. 84.
Лабиринтно-угольные уплотнения Л. 2, с. 85 позволили первоначальную установку уплотнений производить без зазоров. Гребни втулок, насаженных на вал, протачивали во вкладышах небольшие канавки, в которых и происходит дросселирование пара.
Однако вследствие быстрого изнашивания вкладышей лабиринтно-угольные уплотнения не нашли широкого применения в отечественном турбостроении.
Водяные (гидравлические) уплотнения обеспечивают полную непроницаемость при небольшой длине устройства, однако связаны с затратами мощности турбины, приводящими к снижению кпд, требуют повышенного внимания в эксплуатации, определяемого возможностью работы только при вращении вала, не могут уравновешивать
значительную разность давлений. К нему приходится подводить пар, а также необходимо пополнять конденсатом специальный подпиточный бак Л. 1,с. 165-167.
Гидравлические уплотнения в комбинации с лабиринтовыми в силу описанных выше причин не нашли практического применения, а имеюп ;ие на практике случаи их перевода на лабиринтовые уплотнения простейшего типа не дают ожидаемого результата и порой ведут к авариям в случаях задеваний уплотнений за втулки, насаженные на вал Л.2, с. 85.
Принцип устройства лабиринтового уплотнения заключается в пропуске пара, газа через ряд малых зазоров, за каждым из которых следует относительно большая камера. Зигзагообразно проходя через малые зазоры, пар теряет часть давления, меняет кинетическую энергию струи на тепловую, увеличивая удельные объёмы и уменьшая скорость вихревого движения.
Конструкция лабиринтового уплотнения определяется
радиальными зазорами и усиками, число которых по длине прямо
пропорционально зазору.
Все известные лабиринтовые уплотнения характеризуются сложностью конструкции, определяемой условиями безопасности по причине задевания уплотнением вала ротора. При этом остается нерешенной задача прогиба вала в работе при задеваниях ротором уплотнения.
Усложнение конструкций уплотнений, с одной стороны, использование в них различных материалов, позволяющих уменьшить зазоры, порой сводятся на нет практикой монтажа, наладки и ремонтов уплотнений, когда ввиду недостаточной квалификации специалистов
зазоры вместо минимальных устанавливаются максимальными, резко снижает кпд турбины.
Известно лабиринтовое уплотнение, состоящее из корпуса, имеющего выточки, в которых размещены, как правило, шесть (по три на половину) сегментов елочного типа, где усики вытачиваются для цилиндров высокого и среднего давления заодно с кольцами, а в цилиндрах низкого давления латунные усики выполняются из листовой латуни Л. 3, с. 331.
2-хмиллиметровой толщины, штампованные усики после заводки в пазы колец зачеканиваются и протачиваются Л. 4, с.78-79. Каждое уплотнительное кольцо из плотно пригнанных друг к другу сегментов отжимается к центру на посадочные поверхности пазов пластинчатыми пружинами.
Пружины не должны быть слишком жесткими и должны
допускать прогиб сегмента рукой: и не должны быть слишком эластичными, так как иначе не будет обеспечена правильная установка колец Л, 5, с. 42.
Принцип работы уплотнения любой конструкции как угольного, так и лабиринтового, заключается в обеспечении минимального пропуска пара через ряд малых зазоров, следовательно, требования к надежности уплотнения довольно высоки, а основной задачей разработчика таких уплотнений является обеспечить уплотнение, имеющее радиальные зазоры, характеризующееся удобством сборки, простотой ремонта и удобством разборки при минимальных трудозатратах как на изготовление уплотнения, так и на его ремонт.
изготовления, а также сложностью эксплуатации при относительно низкой эксплуатационной надежности.
Полезной моделью решается задача создания уплотнения турбины, характеризующегося высокой эксплуатационной надёжностью при простоте его изготовления и эксплуатации.
Для решения поставленной задачи в уплотнении турбины, содержанием корпус, в котором выполнена, по крайней мере, одна кольцевая канавка, в которой размещено и жестко закреплено кольцо, имеющее на наружной поверхности выступ, а на внутренней поверхности усики, при этом выступ и усики выполнены из того же материала, что и кольцо, предложено, согласно настоящей полезной модели, кольцо выполнить из материала на основе фторполимера, с одним радиальным разрезом.
Полезная модель поясняется на примере выполнения.
На фиг. 1 изображено радиальное сечение заявляемого
уплотнения; на фиг. 2 - нижняя часть уплотнения; на фиг. 3 - разрез по
А - А на фиг. 2; на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 3; на фиг. 5 - вид на фиг. 1
Уплотнение содержит корпус, выполненный из двух частей: верхней 1 и нижней 2. Внутри корпуса установлены кольца 3, число которых может быть любым. В частности, в рассматриваемом на фиг. 1 и 2 примере число колец 3 равно щести. Кольца 3 изготовлены из материала на основе фторполимера, например, фторопласта -4, и т.п. и размещены в кольцевых канавках 4, выполненных во внутренней поверхности корпуса (его как верхней части 1, так и нижней части 2). На внутренней поверхности каждого из колец 3 имеются усики 5, выполненные, как и сами кольца 3, из материала на основе
фторполимера. Конфигурация вала, выполненного гладким, с гребнями, с насадными втулками определяет ответную форму уплотнения. Каждое из колец 3 имеет прямой радиальный разрез 6, либо этот разрез может быть выполнен различной формы, например, типа ласточкин хвост , концы кольца могут жёстко соединяться между собой, например при помощи сварки. Кольцо в корпусе для исключения проворачивания фиксируется посредством замка в виде планки 7, выполненной из того же материала, что и само кольцо, расположенной в углублении нижней части корпуса и разреза кольца.
Материал для кольца выбирают из числа фторсодержащих полимеров. Таким материалом, в частности, может быть: политетрафторэтилен, фторопласт-4, композиции на основе фторопласта-4 с коксом, типов Ф4К 20 и Ф4К15М5, композиция Ф4ГР25, включающая графит с волокнистой структурой. Различие технологий, термообработок до  обеспечивает монолитность материалов, высокие конструктивные физико-механические свойства колец.
Сборку уплотнения проводят в следующей последовательности:
1/ кольцо разводят за концы в аксиальном направлении до величины, превыщающей диаметр вала, одним из разнесенных концов обвивают вал кольцом;
2/ кольцо устанавливают в нижнюю часть 2, которую закрепляют; 3/ устанавливают планку 7;
4/ закрывают разъёмом кольца планку 7 и углубляют разрез кольца в нижнюю часть корпуса;
6/ скрепляют корпус.
При разборке уплотнения снимают верхнюю часть корпуса, освобождают нижнюю часть, после чего снимают кольцо с вала
Уплотнение устанавливают на валу с зазором, определяемым конструктивными особенностями места размещения.
В процессе работы усики кольца, находящиеся на внутренней поверхности, подтачиваясь, не изнашивают гладкую поверхность вала и другие его конструктивные гребни.
В соответствии с заявляемым решением изготовлено уплотнение, которое прошло испытание на одной из ТЭЦ Свердловской области. Результаты испытаний уплотнения положительные.
Простота заявляемого конструктивного решения, его изготовления, высокая эксплуатационная применимость и надежность, абсолютная плотность в аксиальном направлении, исключающая износ валов аварийные ситуации, при простоте сборки и разборки, без ремонта и замены обеспечат ему широкое практическое применение в паровых и газовых турбинах, а также в компрессорах и других вращающихся машинах. При этом заявляемое уплотнение может быть применено как на вновь создаваемых турбинах, так и на турбинах, находящихся в настоящее время в эксплуатации при ремонтах последних.
Литература:
L А.В. Щегляев. Паровые турбины, М., Энергия, 1967 г.
2. С.М.Лосев. Паровые турбины, М-Л, Госэнергоиздат, 1959 г.
З.Н.Я.Бауман, М.И.Яковлев, И.Н.Свечков Технология производства паровых и газовых турбин, М., Машиностроение, 1973г.
4. Паровая турбина К-500/240 ХТГЗ, под редакцией В.Н. Саввина, М., Энергоатомиздат, 1984 г.
5.Л.И. Тубянский и Л.Д. Френкель Паровые турбины высокого давления ЛМЗ, М-Л, Госэнергоиздат, 1956 г.