УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО

Предлагаемая полезная модель относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, конкретно, к устройству, для обеспечения герметичности подвижного соединения статорных элементов цилиндров низкого давления (ЦНД) паровой турбины, имеющих горизонтальный разъем, а в частности, обеспечения герметичности уплотнения соединения между обоймой концевого уплотнения, расположенной на выносном корпусе подшипника ротора, и выхлопным патрубком ЦНД.
Важной проблемой, решаемой при разработке конструкций ЦНД паровых турбин с подвижными узлами соединения статорных элементов, является обеспечение надежного и герметичного их уплотнения в сочетании с простотой монтажа и высокой ремонтопригодностью.
Известно устройство концевого уплотнения ЦНД паровой турбины, в котором обойма с уплотнительными сегментами одним из фланцев крепится к корпусу подшипника, а другим соединяется с выхлопным патрубком ЦНД посредством эластичного элемента, выполненным в виде линзовых компенсаторов не имеющих горизонтального разъема. (ПМ №14 608, опубликована в Бюл. ИЗ и ПМ №23 от 10.08.2000 года).
К основному недостатку известного устройства следует отнести значительную сложность монтажа уплотнения корпуса ЦНД, поскольку вертикальные фланцы линзовых компенсаторов сбалчиваются в труднодоступных местах центральной втулки выхлопного патрубка, а особенно в его нижней части.
Известна конструкция концевого уплотнения ЦНД, содержащая корпус обоймы уплотнений, выполненный с горизонтальным разъемом, в которой размещены элементы сегментного уплотнения с усиками. (А.Д.Трухний Стационарные паровые турбины, М:, «Энергия», 1990 г. с.108-109).
Такое устройство обойменного уплотнения легко монтируется и
демонтируется для ремонта, однако не обеспечивает необходимую герметичность узла уплотнения.
Наиболее близким устройством аналогичного назначения к предлагаемому по совокупности признаков и выбранном в качестве прототипа, является устройство уплотнительного кольца, которое выполнено в виде кольцевой перегородки, образованной сегментами, снабженными замковыми элементами и допускающими взаимное тангенциальное перемещение сегментов. Уплотнительное кольцо размещено в обойме узла концевого уплотнения ЦНД между опорными кольцами диафрагм и периферийной окружностью обойменных элементов. (Патент РФ №2 207 439, опубликован в Бюл. ИЗ и ПМ №18 от 27.06.2003 года).
К причинам, препятствующим достижению желаемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что сегменты из которых набрана кольцевая перегородка, имеют большое количество радиальных стыков, которые не дают возможность обеспечить необходимую герметичность уплотнения и снизить протечки рабочей среды через узел уплотнения. При этом операции монтажа и настройки уплотнения такой конструкции достаточно трудоемки.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка такого устройства уплотнительного кольца, которое в сочетании с простотой монтажа и ремонтопригодностью позволит обеспечить необходимую герметичность подвижного соединения статорного элемента ЦНД.
Для достижения желаемого технического результата уплотнительное кольцо, расположенное в обойме узла концевого уплотнения ЦНД, содержащее сегменты, снабженные замковыми элементами, выполнено в виде двух полуколец, выполненных из упруго-деформируемой стали, которые состыкованы на уровне горизонтального разъема корпуса цилиндра низкого давления замковыми элементами вильчатого типа, при этом один из замковых элементов полуколец
зафиксирован от перемещения съемным штифтом, а другой выполнен с возможностью свободного перемещения и установлен с зазором, обеспечивающим упругое сжатие уплотнительного кольца при перемещении корпуса втулки уплотнения относительно него.
Предлагаемая конструкция уплотнительного кольца позволяет обеспечить желаемый технический результат. Так выполнение уплотнительного кольца из упруго-деформируемой стали, с минимальным количеством стыков, применение замкового соединения вильчатого типа, позволяет обеспечить высокий уровень герметичности подвижного соединения узла концевого уплотнения ЦНД за счет возможности обеспечения упругого прижатия кольца к поверхности двухкамерной втулки узла уплотнения при ее тепловом перемещении. Замковое соединение вильчатого типа, кроме того обеспечивает надежную фиксацию кольца в осевом направлении в проточках обоймы, что повышает надежность его работы. Учитывая, что конструкция двухкамерной втулки узла уплотнения предусматривает выполнение верхней ее части в виде съемной крышки с горизонтальным и вертикальным фланцами разъема, полукольца стыкуются на уровне горизонтального разъема ЦНД, выполнение фиксированным от перемещения съемным штифтом одного из замковых элементов полуколец, а другого с возможностью свободного перемещения, очевидно, что предлагаемое решение заметно упрощает монтаж и демонтаж уплотнительных колец в случае необходимости их замены или ремонта узла уплотнения.
При исследовании вышеприведенных отличительных признаков предлагаемого устройства уплотнительного кольца, заявитель не выявил аналогичных технических решений, позволяющих решить поставленную им техническую задачу. Анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, не выявил технических решений, характеризующихся признаками, тождественными или эквивалентными вышеуказанным признакам заявленной полезной модели. Это позволило выявить
совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков и сформулированную в представленной ниже формуле патента на полезную модель.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна" полезной модели.
Предлагаемое устройство уплотнительного кольца иллюстрируется на представленных ниже фигурах 1-6.
В частности, на фигуре 1 показан разрез выхлопной части 1 корпуса ЦНД, снабженного двухкамерной втулкой 2, верхняя часть которой выполнена в виде съемной крышки с горизонтальным и вертикальным фланцами разъема. Втулка 2 жестко фиксируется к корпусу ЦНД. Внутри втулки 2 расположена обойма концевого уплотнения 3, которая в нижней части жестко соединяется с выносным корпусом подшипника 4 ротора паровой турбины. В концентричных зазорах между втулкой 2 выхлопной части 1 и обоймой уплотнений 3 установлены уплотнительные кольца 5, которые зафиксированы в осевом направлении в проточках обоймы 3. При тепловых расширениях втулка 2 и обойма концевого уплотнения 3 перемещаются относительно друг друга.
На фигуре 2 представлены вид разреза А-А на фигуре 1. На фигурах 3-6 виды Б - Д уплотнительного кольца 5.
Уплотнительное кольцо выполнено в виде двух полуколец, изготовленных из упруго-деформируемой стали, которые снабжены по концам замковыми элементами вильчатого типа и состыкованы на уровне оси горизонтального разъема корпуса ЦНД. Один из стыков полуколец жестко зафиксирован съемным штифтом 6, а также поверхностями 7 замка вильчатого типа 8, выполненными с наклоном (см. виды Б и Г на фигурах 3, 4). Другой стык с замковым элементом вильчатого типа 9 выполнен подвижным и установлен с зазорами 10, обеспечивающими упругое сжатие уплотнительного кольца при их тепловом расширении, а также перемещение корпуса двухкамерной втулки 2 относительно уплотнительного кольца 5,
расположенного в обойме 3. (см. виды В и Д на фигурах 4 и 6).
Предлагаемое устройство уплотнительного кольца работает следующим образом:
Обойма концевого уплотнения 3, неподвижно закрепленная относительно корпуса подшипника 4 ротора паровой турбины, содержит три уплотнительных кольца 5, по наружным поверхностям которых при тепловом расширении перемещается двухкамерная втулка 2. За счет того, что уплотнительные кольца 5 выполнены из упруго-деформируемой стали, а один из стыков полуколец выполнен подвижным, при их тепловом расширении обеспечивается их упругий прижим к цилиндрической поверхности двухкамерной втулки 2. Это позволяет повысить герметичность уплотнения и исключить паровые утечки между камерами двухкамерной втулки 2.
Предлагаемая конструкция уплотнительные кольца позволяет снизить величину протечек пара между камерами втулки узла уплотнения ЦНД.
Учитывая, что конструкция двухкамерной втулки узла уплотнения предусматривает выполнение верхней части в виде съемной крышки с горизонтальным и вертикальным фланцами разъема, полукольца стыкуются на уровне горизонтального разъема ЦНД, выполнение фиксированным от перемещения одного из замковых элементов полуколец, а другого с возможностью свободного перемещения позволяет без особых трудозатрат осуществлять монтаж и демонтаж уплотнительных колец в случае необходимости их ремонта или замены.
Вышеизложенные сведения при реализации предлагаемого устройства свидетельствуют о выполнении следующей совокупности условий:
- предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в турбостроении;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждается возможность его осуществления с помощью приведенных в описании заявки средств и методов;
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, способно обеспечить достижение желаемого заявителем технического результата, а именно позволяет обеспечить герметичность подвижного соединения статорных элементов ЦНД, при упрощении сборки, ремонта узла уплотнения и монтажа корпуса ЦНД в целом.
Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию патентоспособности полезной модели "промышленная применимость".