УПЛОТНЕНИЕ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
SEALING OF STEAM TURBINE

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). 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 перемещения статора относительно ротора, поэтому применяются прежде всего для концевых уплотнений цилиндров среднего и низкого давления, где эти перемещения максимальны. Конструкция сотовой вставки представляет 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.
- Уменьшение коэффициента расхода уплотнений за счет усложнения траектории движения пара и организации камер расширения с острыми кромками.
- Изменение способа крепления.
Поставленная цель достигается изменением структуры рабочей поверхности трения. Используемые в сотовых уплотнениях шестигранные ячейки не только сложны
в изготовлении, но и малоэффективны, так как пар не имеет движения в них и фактически получаются застойные зоны, а уплотнения работают как прямоточные. Если рабочую поверхность трения выполнить неровной, то есть с небольшими впадинами и острыми выступами, 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 сдвинута на расстояние α и имеет перфорацию в виде ячеек, расположенных в шахматном порядке (фиг. 2) или по треугольнику (фиг. 3). Для получения перфорированной части необходимо по принятой схеме выполнить прорези 7 в виде крестика или другой формы для облегчения процесса выдавливания. Затем пуансоном выполнить пластическую деформацию для получения камер ячеек 8 с гребнями 4. При неравномерности рабочей поверхности 6 более 0,1 мм рекомендуется провести ее обработку по цилиндрической поверхности. Очевидно, что полученные гребни 4 будут иметь острые края, что способствует их легкому стиранию при задевании с гребнями ротора. Сегменты выполняются из легко стирающегося сплава, например XH75 ВТ. Как известно, полученные на рабочей поверхности 6 острые края переменной высоты гребней 4 приводят к увеличению турбулентности потока и соответственно уменьшению коэффициента расхода.
Прорези (фиг. 3), удлиненные в окружном направлении, более эффективны, так как перекрывают друг друга, при этом нет сквозного движения пара вдоль оси турбины. Поперечная малая прорезь может отсутствовать.
Как и для других уплотнений рекомендуется полное уплотнение изготавливать из сегментов по 30-60 градусов.
Очевидно, что перфорированная поверхность аналогична поверхности терки и структуре поперечно-вытяжного листа ГОСТ 8706-78, а также ТУ 5262-001-74378978-2006, поэтому применимы все имеющиеся технологические процессы при их изготовлении, а данный тип уплотнений можно назвать терочными.
Расстояние между ячейками, величина радиальной пластической деформации β 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 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.