Сальниковое уплотнение клапана

Заявляемая полезная модель относится к конструкциям герметичных уплотнений движущихся деталей.
В частности известны конструкции сальниковых уплотнений штоков, которые предназначены для их использования в устройствах с высокими параметрами среды, например, в уплотнениях клапанов паровых турбин.
Например, известно сальниковое уплотнение в соответствии с патентом РФ на изобретение № 2239112, МПК F16J 15/18, опубл. 27.10.2004, которое содержит установленную в расточке корпуса опорную втулку, образующую кольцевые полости между ней, стенкой расточки корпуса и штоком с установленными в них кольцевыми уплотнительными элементами, поджатыми нажимными кольцами с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды, и в котором прижимное устройство выполнено в виде двух частей – фланцевой крышки со шпилечным соединением, оказывающей воздействие на нажимное кольцо уплотнительных элементов вокруг штока, и расположенного в расточке корпуса кольцевого диска со шпилечным соединением, оказывающим воздействие на нажимное кольцо уплотнительных элементов у стенки расточки корпуса, при этом шпильки первого из указанных соединений свободно проходят через кольцевой диск, а шпильки второго так же свободно проходят через фланцевую крышку.
В известном сальниковом уплотнении обеспечивается сжатие уплотнительных элементов с помощью шпилек, четырех гаек и двух фланцев с заданным расчетным усилием.
При этом известное сальниковое уплотнение имеет следующие конструктивные недостатки:
применение в качестве уплотнительного материала сальниковой набивки. При формировании колец набивки образуется место среза, которое создает несплошность, и, как следствие, появляется высокая вероятность пропаривания уплотнения даже в обжатом состоянии;
сальниковая набивка быстро релаксирует и при длительном останове турбины теряет свои герметизирующие свойства. Поэтому перед каждым пуском турбины требуется выполнение проверки усилия обтяжки, что, как следствие, приводит к дополнительным затратам на периодическую сборку и разборку оборудования;
фланцевая конструкция требует частого выполнения контроля обтяжки, при этом, во время каждой проверки происходит вытягивание крепёжных элементов и, как следствие их обрыв, что неизбежно приводит к выходу из строя уплотнения и аварийному останову всей турбины.
Также известно сальниковое уплотнение штока, описанное в патенте РФ на полезную модель № 65157, МПК F16J15/18, опубл. 27.07.2007, которое включает в себя корпус, установленную в камере корпуса опорную втулку, расположенную между корпусом и штоком с образованием наружной и внутренней кольцевых полостей с установленными в них между наружной и внутренней опорными поверхностями втулки и нажимными деталями уплотнительными элементами, поджатыми с помощью прижимного устройства в сторону уплотняемой среды, при этом прижимное устройство выполнено в виде двух нажимных гаек, причем в верхней части камеры размещен участок с резьбой, в котором расположена наружная гайка с наружной и внутренней резьбой, внутри наружной гайки расположена внутренняя гайка с наружной резьбой, кроме того, нажимные детали выполнены в виде втулки и кольца. При этом уплотнительные элементы вокруг штока содержат жидкометаллический уплотнительный материал.
Данное техническое решение существенно упрощает конструкцию уплотнения и повышает надёжность его работы, а использование в уплотнительных элементах жидкометаллического уплотнителя повышает герметичность уплотнения.
При этом данная конструкция сальникового уплотнения штока во многом повторяет техническое решение, описанное в патенте РФ на изобретение № 2239112, однако в обеих конструкциях практически отсутствует возможность регулировки усилий подтяжки, поскольку нельзя подтянуть только наружный сальник без корректировки обжатия внутреннего, что существенно усложняет процесс обтяжки во время монтажа или ремонта.
Таким образом, к общим недостаткам обоих указанных технических решений относятся: высокая хрупкость элементов сальника (зачастую элементы сальников разрушались в процессе монтажа), а также явление налипания и выноса материала внутреннего сальника на поверхность штока, что также существенно влияет на надежность работы уплотнения. При этом, как показывает практика, внедрение жидкометаллического уплотнения несущественно улучшает герметичность уплотнения.
Известно, что большинство современных электростанций участвует в процессе поддержания частоты переменного тока в энергосистеме в допустимых пределах нормированного первичного регулирования частоты (НПРЧ). То есть частота является одним из важнейших показателей качества электрической энергии и важнейшим параметром режима энергосистемы. При этом при нарушении баланса мощности в энергосистеме соответственно изменяется и частота.
То есть, если частота в энергосистеме уменьшается, то необходимо увеличить вырабатываемую на электростанциях активную мощность для восстановления нормального значения частоты. Для обеспечения этого, в соответствии с ГОСТ 32144-2013, частота должна находиться в пределах 50,0±0,2 Гц не менее 95% времени суток, не выходя за предельно допустимые 50,0±0,4 Гц.
Эти факторы влияют на узлы регулирования, существенно растет цикл перемещения штоков клапанов, а высокое усилие обтяжки уплотнения в сочетании с явлением налипания материала на поверхность штока приводит к существенной нечувствительности системы регулирования. В результате происходит быстрый вынос материала сальника, приводящий к тому, что не выдерживается межгарантийный период эксплуатации 5–7 лет.
Техническое проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является возможность протечек пара вдоль штоков регулирующих клапанов паровых турбин до истечения межгарантийного периода их эксплуатации, которые не исключаются с помощью известных конструкций сальниковых уплотнений клапанов.
Техническим результатом является повышение герметичности сальникового уплотнения клапана, которое, в свою очередь, приводит к повышению экономичности паровой турбины.
Указанный технический результат достигается за счёт применения сальникового уплотнения клапана, включающего в себя крышку, внутри которой выполнена полость ступенчатой формы, в которой установлена втулка несущая, разделяющая эту полость на две камеры, в которых установлены герметизирующие элементы, состоящие из колец пирографита и плетёной набивки.
Сальниковое уплотнение клапана также включает комплект крепёжных элементов, закрепляемых в крышке, которые обеспечивают обжатие герметизирующих элементов.
Кроме того, с целью исключения налипания материала на поверхность штока клапана на него может быть нанесено специальное антифрикционное покрытие – нитрид бора.
Заявляемая конструкция сальникового уплотнения клапана поясняется изображением (фиг. 1).
Крышка (1), внутри которой выполнена полость ступенчатой формы, разделяемая при монтаже уплотнения с помощью втулки несущей (7) на две камеры – наружную (2) и внутреннюю (3).
Внутри наружной камеры (2) установлен герметизирующий элемент (5), предназначенный для исключения протечек между втулкой несущей (7) и крышкой (1), а внутри внутренней камеры (3) установлен герметизирующий элемент (4), который предназначен для исключения протечек между подвижным штоком клапана (6) и втулкой несущей (7).
Герметизирующие элементы (4) и (5) представляют собой комбинацию колец пирографита и плетеной набивки.
Таким образом, при обжатии герметизирующих элементов (4) и (5) обеспечивается герметизация, и полностью исключаются протечки среды.
Обжатие сальникового уплотнения клапана обеспечивается за счёт комплекта крепёжных элементов (8), при этом, фланцы, входящие в состав комплекта крепёжных элементов, имеют гладкие сквозные отверстия, благодаря этому обеспечивается удобный доступ к шпилькам и винтам, которые могут регулироваться независимо друг от друга и без необходимости демонтажа герметизирующих элементов (4) и (5).
Пирографитовые кольца, входящие в состав герметизирующих элементов (4) и (5) обладают следующими свойствами:
низкий коэффициент трения, за счёт чего уплотнение в обтянутом виде не влияет на чувствительность системы регулирования, при этом обеспечиваются современные требования предъявляемы к паровым турбинам, в том числе требования для участия в регулировании НПРЧ;
прочность пирографита превышает прочность других известных материалов, применяемых для уплотнений;
пирографит устойчив к высоким температурам, что очень важно, так как температура верхнего фланца крышки при работе турбины составляет более 400°C;
пирографит практически беспористый, что положительно влияет на его прочность и устойчивость к нагрузкам при перемещении штока клапана.
За счёт применения герметизирующих элементов из колец пирографита и плетеной набивки вместо жидкометаллического элемента уплотнения существенно повышается надёжность конструкции сальникового уплотнения, поскольку использование в конструкции уплотнения жидкометаллического элемента уплотнения приводит к образованию пор и микротрещин в структуре внутреннего сальника.
Кроме того, для исключения налипания материала на поверхность штока клапана на него может быть нанесено специальное антифрикционное покрытие – нитрид бора.
За счёт такой конструкции повышается герметичность сальникового уплотнения клапана, что, в свою очередь, приводит к повышению экономичности паровой турбины.