СОТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПАРОВОЙ ТУРБОМАШИНЫ ДЛЯ ГЛАДКОЙ ПОВЕРХНОСТИ РОТОРА

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в паровых турбомашинах.
В паровых турбомашинах в последнее время получили распространение бесконтактные сотовые уплотнения с разрезными подпружиненными сегментами [Патент на полезную модель RU №90845 Кл. F01D 11/02]. В указанном уплотнении на сегментах закрепляются при помощи пайки сотоблоки. Сотоблоки из конструктивно-технологических соображений имеют диаметр вписанной окружности ячейки 0,9÷2,5 мм и высоту сотоблока 3÷6 мм. Указанные диапазоны геометрических характеристик сотоблоков нашли применение в реальных паровых и газовых турбинах и имеют примерно одинаковые газодинамические характеристики уплотнения потока пара. [В.Т.Буглаев и др., «Сотовые уплотнения в турбомашинах», Монография, Брянск, Издательство БГТУ, 2006, с.15, 53, 66÷69]. На роторе выполнены гребешки с узкими (0,3÷1,5 мм) уплотнительными кромками гребешков. Эффективность такого сотового уплотнения обеспечивается малым радиальным зазором (0,15÷0,20 мм) и повышенным гидравлическим сопротивлением потоку пара при истечении струи в полость между гребешками, т.е. из-за так называемого эффекта внезапного расширения потока пара. При возможных касаниях гребешков ротора о сотовую поверхность, кромки гребешков прорезают узкие канавки в сотах. Из-за того, что соты выполнены из тонкой (0,05 мм) фольги, а также небольшой площади касания узких кромок гребешков, выделение тепла незначительно. В этом случае нагревается только сам гребешок и, как правило, прогрева основного тела ротора не происходит.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) предложенной полезной модели является уплотнение, изображенное на с.387 в книге «Уплотнения и уплотнительная техника». Справочник, под общей редакцией А.И.Голубева и Л.А.Кондакова, М., "Машиностроение", 1986. В этом уплотнении на роторе отсутствуют гребешки. Такое сотовое уплотнение паровой турбомашины применяется в том месте ротора, где гребешки приводят к недопустимому снижению усталостной прочности, т.к. они являются концентраторами напряжений. В уплотнении отсутствует эффект внезапного расширения потока пара, что снижает его эффективность. При возможных касаниях сотовой поверхности о гладкую поверхность ротора площадь касания в несколько раз превышает площадь касания об узкие кромки гребешков. Причем нагревается собственно основное тело ротора, что может привести к его тепловому прогибу. С целью исключения последнего, в сотовом уплотнении с гладким ротором радиальный зазор назначается в размере 0,5- 0,7 мм, что дополнительно снижает его эффективность по сравнению гребешковым уплотнением.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности и эффективности сотового уплотнения паровой турбомашины с гладкой поверхностью ротора.
Для решения указанной задачи, предлагается сотовое уплотнение паровой турбомашины с гладкой поверхностью ротора и содержащее разрезные подпружиненные сегменты с сотовой уплотняющей поверхностью, образованной сотоблоками. Сотоблоки имеют диаметр вписанной окружности ячейки 0,9÷2,5 мм и высоту сотоблока 3÷6 мм. Ротор с гладкой поверхностью расположен напротив сотовой поверхности. Для повышения надежности и эффективности сотового уплотнения паровой турбомашины с гладкой поверхностью ротора, на сотовой поверхности сегментов выполнены кольцевые канавки шириной 0,9÷2,5 мм, глубиной 2,5÷5,5 мм и с расстоянием между канавками 2,7÷7,5 мм.
На фиг.1 изображены (в разрезе) сегмент и ротор с гладкой поверхностью сотового уплотнения паровой турбомашины.
Сотовое уплотнение паровой турбомашины с гладкой поверхностью ротора состоит из статора 1, в котором установлены разрезные подпружиненные сегменты 2, прижатые винтовыми пружинами 3 к заплечикам 4 Т-образного паза 5 статора 1. К сегментам 2 припаяны сотоблоки 6. Сотоблоки имеют диаметр вписанной окружности ячейки 0,9÷2,5 мм и высоту 3÷6 мм. В сотоблоках выполнены кольцевые канавки 7 шириной 0,9÷2,5 мм, глубиной 2,5÷5,5 мм и с расстоянием между канавками 2,7÷7,5 мм. Указанные диапазоны геометрических характеристик канавок обеспечивают снижение площади контакта сотовой поверхности о гладкую поверхность ротора и обеспечивают эффект повышения гидравлического сопротивления за счет внезапного расширения потока пара. Напротив сотовой поверхности 8 сотоблоков 6 расположен ротор 9 с гладкой поверхностью 10.
При работе уплотнения пар протекает между сотовой поверхностью 8 гладкой поверхностью 10. За счет малого радиального зазора обеспечивается эффективность уплотнения.
Так как в сотоблоках 6 выполнены канавки 7, то в них происходит внезапное расширение потока пара, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления уплотнения, что эквивалентно повышению его эффективности. В то же время, при возможных касаниях сотовой поверхности 8 об гладкую поверхность 10 ротора 9, площадь касания из-за канавок 7 имеет меньшую величину, чем у сотовой поверхности без канавок. Поэтому выделение тепла при касаниях уменьшается, и, как следствие, уменьшает вероятность теплового прогиба вала, что повышает надежность уплотнения.