СИСТЕМА ЩЕТОЧНЫХ УПЛОТНЕНИЙ
SYSTEM OF BRUSH SEALS

Изобретение относится к системе щеточных уплотнений для уплотнения зазора между ротором и статором согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к вращающейся машине, в частности паровой турбине по п. 3 формулы изобретения.
Уплотнения из щеток имеют задачу уплотнения зазора между ротором и статором и таким образом удержания по возможности на низком уровне утечки технологической текучей среды через зазор между ротором и статором. При этом щеточное уплотнение имеет корпус щетки и множество закрепленных в корпусе щетки щетинок. Щетинки выступают из корпуса щетки и своими свободными концами опираются по отношению к уплотнительной поверхности на роторе. В зависимости от формы осуществления щеточного уплотнения щетинки щеточного уплотнения опираются постоянно по отношению к уплотнительной поверхности на роторе или только при радиальном перемещении ротора при работе происходит локальный контакт свободных концов щеточного уплотнения с уплотнительной поверхностью ротора. Щеточные уплотнения находят применение, в частности, в уравновешивающих поршнях и в лопаточном аппарате паровых турбин.
При расчете параметров щеточных уплотнений нужно обращать внимание на то, чтобы при контакте ротор-статор исключалась опасность колебаний по спиральной траектории и таким образом могла обеспечиваться устойчивая работа при всех режимах. Образование представляющих угрозу колебаний по спиральной траектории происходит, если по причине задевания ротором статора (или корпуса щетки) происходит искривление ротора.
Задачей изобретения является создание щеточного уплотнения, которое исключает или, по меньшей мере, значительно уменьшает опасность колебаний по спиральной траектории. Дальше задачей изобретения является представление паровой турбины с таким щеточным уплотнением.
В части системы щеточных уплотнений изобретение решается с помощью признаков п. 1 формулы изобретения и в части вращающейся машины с помощью признаков п. 3 формулы изобретения.
Примеры осуществления изобретения, которые могут применяться отдельно или в комбинации друг с другом, являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Предложенная в соответствии с изобретением система щеточных уплотнений для уплотнения зазора между ротором и статором, включающая, по меньшей мере, одно щеточное уплотнение, которое имеет корпус щетки и множество закрепленных в корпусе щетки щетинок, причем свободные концы щетинок могут опираться по отношению к уплотнительной поверхности на роторе, отличается тем, что на роторе в осевом направлении перед и позади уплотнительной поверхности предусмотрены радиально идущие по кругу разгрузочные канавки, так что в области уплотнительной поверхности образована перемычка, которая может локально деформироваться, в частности, при задевании корпусом щетки уплотнительной поверхности. Благодаря локальной деформации перемычки в значительной мере предотвращается искривление ротора, в результате чего в значительной мере предотвращаются представляющие угрозу колебания по спиральной траектории. Таким образом, существенно повышается надежность работы блока ротор-статор. Другим положительным эффектом разгрузочных канавок является охлаждающее действие пара внутри разгрузочной канавки. Вследствие касания щеточного уплотнения уплотнительных поверхностей, именно локально, в области перемычки возникают очень высокие температуры.
Для преодоления высоких разностей давления предпочтительно по оси друг за другом расположено несколько щеточных уплотнений.
Предложенная в соответствии с изобретением вращающаяся машина, в частности паровая турбина, характеризуется тем, что вращающаяся машина содержит систему щеточных уплотнений по одному из предыдущих пунктов формулы изобретения. Благодаря применению предложенной в соответствии с изобретением системы щеточных уплотнений предотвращается или, по меньшей мере, сильно уменьшается опасность искривления ротора и таким образом возникновение представляющих угрозу колебаний по спиральной траектории. Таким образом, при применении щеточных уплотнений во вращающейся машине, как, например, в паровых турбинах, газовых турбинах и компрессорах, существенно повышается надежность.
Пример осуществления изобретения поясняется фиг. 1.
Фиг. 1 показывает предложенную в соответствии с изобретением систему щеточных уплотнений. Система щеточных уплотнений из щеток включает три расположенных радиально друг за другом щеточных уплотнения 9, которые расположены в статоре 3. В случае статора 3 речь ведется, например, о корпусе паровой турбины. Каждое щеточное уплотнение 9 включает корпус 4 щетки, в котором располагается множество закрепленных в корпусе 4 щетки щетинок 5. Свободные концы щетинок 5, которые выдаются из корпуса 4 щетки, опираются по отношению к уплотнительной поверхности 6 на роторе 2. Таким образом уплотняется зазор 1 между ротором 2 и корпусом 3 паровой турбины. Щеточное уплотнение 9 из щетки при этом может быть образовано так, что щетинки 5 постоянно опираются по отношению к уплотнительной поверхности 6 на роторе 2 или только при радиальном отклонении ротора 2 происходит касание щетинок 5 к уплотнительной поверхности 6. Ротор 2 согласно изобретению образован так, что перед и позади каждой уплотнительной поверхности 6 предусмотрена радиально идущая по кругу разгрузочная канавка 7, так что в области уплотнительной поверхности 6 образуется перемычка 8, которая может деформироваться при нагрузке на перемычку 8. Локальная деформация перемычек 8 изображена на фиг. 1. Вследствие сильного радиального отклонения ротора 2 происходит задевание щеточного уплотнения 9 уплотнительных поверхностей 6, из-за чего локально возникают очень высокие температуры. Вследствие этого перемычки 8 локально и в основном упруго деформируются. В результате упругой деформации в области перемычек 8 эффективно предотвращается искривление ротора 2. Искривление ротора 2 способствовало бы возникновению колебаний по спиральной траектории.
Предложенная в соответствии с изобретением система щеточных уплотнений создает предпосылки, таким образом, для существенно более надежной работы паровой турбины. Щеточное уплотнение может применяться, в частности, для области вала в паровой турбине. В зависимости от ширины и глубины канавки в роторе может оказываться воздействие на возможность перемычки локально деформироваться.
С помощью предложенной в соответствии с изобретением системы щеточных уплотнений минимизируется опасность колебаний по спиральной траектории у подверженных опасности искривления роторов во вращающейся машине, как например, паровых турбинах, газовых турбинах или компрессорах. Исполнение предложенной в соответствии с изобретением системы щеточных уплотнений при этом является конструктивно очень простым и благоприятным в экономическом отношении.