ЛУНОЧНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
STEAM TURBINE INDENTED SEALS

Изобретение относится к теплоэнергетике, к устройствам уплотнения паровых турбин. В паровых турбинах для концевых, надбандажных и диафрагменных уплотнений используются прямоточные, лабиринтные, осерадиальные уплотнения (РТМ 108.020.33-86). Конструктивно уплотнения выполняются в виде усиков, вставок, ячеистых (сотовых) структур. В последнее время получен опыт применения сотовых уплотнений, в частности в ЗАО "УТЗ" (Баринберг Г.Д. и др. Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода. Екатеринбург: «Априори». 2007 г., рис 4.52). Сотовые уплотнения при зазорах 0,4-0,6 мм имеют коэффициент расхода примерно, равный единице, то есть они незначительно превосходят лабиринтные и радиальные уплотнения, так как движение пара происходит вдоль сотовой вставки, то есть практически работают как прямоточные, но за счет малого зазора повышают экономичность проточной части турбины. Основное же преимущество их состоит в отсутствии ограничений на осевые перемещения статора относительно ротора, поэтому применяются прежде всего для концевых уплотнений цилиндров среднего и низкого давления, где эти перемещения максимальны. Конструкция сотовой вставки имеет ячеистую структуру и представляет собой набор шестиугольных пирамидок с малой гранью (1-3 мм), расположенных в одной плоскости, имеющих тонкие стенки (0,1-0,05 мм), что определяет трудности изготовления и высокую стоимость. Определенные трудности вызывает обеспечение надежности крепления сотовых вставок припайкой или зачеканкой.
За прототип принимаем сотовые уплотнения. Целью данного изобретения является создание улучшенного аналога сотовых уплотнений, прежде всего более простого в изготовлении:
- упрощение конструкции и соответственно уменьшение стоимости изготовления.
- упрощение способа крепления.
Поставленная цель достигается изменением структуры ячеек. Если рабочую поверхность трения выполнить с более острыми кромками, то уплотняющая способность только увеличивается из-за турбулизации потока.
На фиг. 1 показан поперечный разрез предлагаемого уплотнения. Уплотнение 1 представляет собой сегмент, вставляемый в боковые окружные пазы статора 2, и прижимается плоской пружиной 3, что обеспечивает минимальный гарантированный установленный зазор γ с усиками ротора 5. Рабочая часть уплотнения 1 имеет перфорацию в виде лунок, расположенных в шахматном порядке или по треугольнику (фиг. 2), которая предпочтительней, так как имеет наименьший процент стираемой поверхности. Для получения перфорированной части необходимо по принятой схеме выполнить профильные по глубине лунки 7 определенной глубины β с заостренными краями и минимальными перемычками между ними с целью обеспечения повышенной стираемости уплотнения при задеваниях усиков 5. Лунки могут быть выполнены профильной фрезой, лазерной резкой и др. (фиг. 1, два ряда слева). Наиболее простым вариантом являются круглые лунки, полученные сверлением с последующим снятием фаски для получения острых краев лунок (фиг. 1, два ряда справа). В зависимости от радиуса уплотнения и пластических свойств материала лунки выполняются в согнутом сегменте или в плоском с последующим его изгибом. Сегменты выполняются из легко стирающегося сплава, например ХН75 ВТ.
Как известно, полученные на рабочей поверхности 6 острые края гребней 4 приводят к увеличению турбулентности потока и соответственно уменьшению коэффициента расхода. Необходимая жесткость сегмента обеспечивается выбором толщины основания и диаметра лунок. Отметим, что в сотовых уплотнениях соты выполняются сквозными и получаются более жесткие ограничения на размер ячеек и толщину стенок при обеспечении жесткости всего сегмента. В луночных уплотнениях кромка может быть абсолютно острой.
Лунка может быть выполнена сквозной, но в этом случае уменьшается жесткость сегмента. Возможны лунки с овальным контуром на рабочей поверхности и различным шагом в осевом и окружном направлениях, что приведет к различной жесткости уплотнения в окружном и осевом направлениях.
Луночные уплотнения имеют повышенную ремонтопригодность. При достаточно большой глубине β лунок, возможно повторное использование сегментов после обработки рабочей поверхности 6 снятием фасок и соответствующего уменьшения толщины крепления 8 сегмента.
Как и для других уплотнений, рекомендуется полное уплотнение изготавливать из сегментов по 30-60 градусов.
Расстояние между ячейками, глубина лунок β, толщина основания а выбираются из условия обеспечения острых кромок и жесткости сегмента. Если рабочая поверхность имеет большую осевую длину, например, для концевых уплотнений, то устанавливается несколько уплотнений. Для экономии рабочей поверхности надбандажные уплотнения могут устанавливаться на каждый гребень отдельно. При минимальных зазорах в окружных пазах (около 0,05 мм) прижимные пружины 3 могут отсутствовать. Вместо прижимных пружин может использоваться пластина-подложка для повышения жесткости рабочей поверхности. Возможны и другие способы крепления уплотнений, например припайка и зачеканка, которые применяются для сотовых уплотнений.
Предложенные сегментные уплотнения с перфорированной поверхностью в виде профильных лунок имеют следующий технический результат по сравнению с сотовыми уплотнениями:
- простоту изготовления и соответственно меньшую стоимость.
- удобное простое крепление в окружных пазах статора.
- уплотняющая способность не уступает сотовым уплотнениям