Уплотнение вала турбомашины

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >994839 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.06.81 (21) 3300305/24-06 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл.з

F 16 J 15/40

F 01 D 9/00 (23) Приоритет—

Опубликовано 07.02.83. Бюллетень № 5

Гееудлрстввннмй квинтет (53) УДК 621.822.5-762.62:621. 165 (088.8) llo делам нзвбретеннй н еткрмтий

Дата опубликования описания 17.02.83

Ъ (72) Автор изобретения

В. Н. Казанский

Д Р (Уральский филиал Всесоюзного дважды ордена Тр дового Красного

Знамени теплотехнического научно-исследовательекого института им. Ф. Э. Дзержинского (71) Заявитель (54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ТУРБОМАШИНЫ

Изобретение относится к энергетическо. му машиностроению, конкретно к парогазотурбостроению, и может быть использовано преимущественно для герметизации картеров подшипников и смежных с ними концевых уплотнений цилиндров паровых турбин.

Известно уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы уплотнений, уплотняющая камера которых сообщена подводящим трубопроводом с источником инертного газа (азот, двуокись углерода) (l) .

Недостатком такого устройства является низкая экономичность из-за безвозвратных потерь уплотняющей среды.

Известно уплотнение вала трубомашины, содержащее дренажную камеру для сброса рабочей и уплотняющих сред, сообщенной с баком для разделения указанных сред (2) .

Такое уплотнение работает неэкономично, поскольку через вентилируемую дренажную камеру в инертную среду (азот) подсасывается внешний воздух, затрудняющий последующее отделение его от азота и, как следствие, удорожающий обслуживание масляной системы на обескислороженном (азотированном) масле .

Известно также уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы подшипника и цилиндра турбины с гидрозатворными камерами, подключенными соответственно к линиям запирающего газа и уплотняющего пара и сообщенными с размещенной между этими камерами дренажной полостью, а также утилизационный бак, соединенный на входе с охладителем-конденсатором (3) .

Недостатком такого устройства является

l0 его низкая экономичность, обусловленная следующими факторами: повышенным потоком (прокачкой) маловязкого газа (азота и водяного пара через дроссельные элементы гидрозатворного уплотнения, что связано с затратами энергии; необходимостью

15 сушки больших количеств газа (азота), находившегося в контакте с водяным паром, а также регенерации водомасляной эмульсии; частыми продувками системы газоснабжения картера подшипника из-за попадания

20 кислорода, выделившегося из водяного пара при конденсации; наличием самостоятельных уплотнений вала (разделенных воздушным промежутком) в районе картера подшипника и концевых уплотнений цилиндра, 9948Ç9 увеличивающих осевые габариты турбомашины и удорожающих ее стоимость.

Целью изобретения является повышение экономичности, а также упрощение конструкции путем исключения воздушного промежутка между корпусами подшипника и цилиндра.

Указанная цель достигается тем, что уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы подшипника и цилиндра турбины с гидрозатворными камерами, снабжено барь- 10 ерными камерами, размещенными между дренажной полостью и гидрозатворными камерами, и пеногенератором, подключенным на входе и выходе соответственно к утилизационному баку и барьерным камерам.

При этом устройство снабжено компенсатором, установленным между корпусами подшипника и цилиндра турбины и образующим своей полостью одну из барьерных камер.

Компенсатор выполнен из материала с щ низким коэффициентом теплопроводности, преимущественно из термостойкого стеклопластика или селиковоной резины.

Дренажная полость снабжена предохранительным и атмосферным клапанами.

На фиг. 1 представлена приципиальная схема реализации уплотнения вала турбомашины; на фиг . 2 — вариант схемы уплотнения картера подшипника; на фиг. 3 вариант схемы совмещенного уплотнения картера подшипника и концевого уплотнения паровой турбины.

Уплотнительный узел содержит вал 1, проходящий через картер 2 подшипника и выхлопную (вакуумную) камеру 3 части низкого давления (ЧНД) паровой турбины.

Уплотнение картера 2 подшипника содержит З5 гидрозатворные камеры 4 и 5 подвода запираемого инертного газа (азота) и уплотняющего пара, барьерные камеры 6 и 7 подвода вспененной барьерной массы, камеру 8 отсоса паровоздушной смеси и дренажную полость 9 сбора и дренирования протечек. Концевое уплотнение ЧНД турбины содержит камеры 10 и 11 подвода уплотняющего пара и отсоса паровоздушной смеси. Между уплотнениями подшипника и

ЧНД турбины имеется воздушный промежу- 45 ток 12. Картер 2 подшипника безнапорным ели вным маслопроводом 13 подключен к главному масляному баку 14, содержащему отсек 15 для приема газомасляной пены, разрушения ее и отвода по линии 16 «продукта», оставшегося после разрушения пены.

Вентилятор 17 всасывающей стороной подключен к газовому пространству главного масляного бака 14, а линией 18 запирающего газа — к гидрозатворной камере 4 подвода запираемого газа. Дренажная по- >5 лость 9 трубопроводом 19 подключена к охладителю-конденсатору 20 и далее к утилизационному баку 21. Пеногенератор 22, в качестве которого могут быть использованы статические вихревые или инжекционные смесители, барботеры, пропеллерные мешалки и др., гидравлически связан с вентилятором 23 и эмульсионным насосом 24, а линией 25, — с барьерными камерами 6 и 7.

Перемычка 26 связывает вентиляторы 17 и 23 через осушитель 27 избытка инертного газа из утилизационного бака 21. Коллектор

28 подключен к источнику уплотняющего пара (не показан) и гидрозатворным камерам 5 и 10 подвода уплотняющего пара.

Маслопроводом 29 масляный бак 14 подсоединен к утилизационному баку 21 с дренажной линией 30 и с линией 31 ввода карбоксиметилцеллюлозы (стабилизатора пены).

Зжектор 32 подключен к камерам 8 и 11 отсоса паровоздушной смеси. Между корпусами картера 2 подшипника и ЧНД (фиг. 3) установлен компенсатор 33 (термокомпенсатор линзового или сильфонного типа), выполненный из материала с низким коэффициентом теплопроводности, преимущественно из термостойкого стеклопластика или селиконовой резины. Дренажная полость 9 снабжена предохранительным и атмосферным клапанами 34 и 35. Уплотнение вала в этом варианте содержит совмещенную гидрозатворную камеру 36 уплотняющего пара. Компенсатор 33, атмосферный и предохранительный клапаны 35 и 34 могут быть установлены на любой из камер, образующих уплотнение вала турбомашины.

Уплотнение вала турбомашины работает следующим образом.

В гидрозатворную камеру 4 подвода запираемого инертного газа по линии 18 подводится запираемый инертный газ (азот), в барьерные камеры 6 и ? по линии 25 подводится вспененная барьерная масса, в камеры 5 и 10 подвода уплотняющего пара из коллектора 28 подводится пар, из камер

8 и 11 отсоса паровоздушной смеси эжектором 32 отсасывается паровоздушная смесь.

Запираемый инертный газ может содержать масляные пары и капли масла.

Давление инертного газа в кольцевой гидрозатворной камере 4 подвода запираемого инертного газа поддерживается выше, чем давление в картере 2 подшипника и в барьерной камере 6. Инертный газ, вытекая по валу 1 в картер 2, предотвращает утечку отработанного в подшипнике масла. Повышенным протечкам этого газа в сторону барьерной камеры 6 препятствует находящаяся там вспененная барьерная масса.

Давление в дренажной полости 9 поддерживается ниже, чем в соседних барьерных камерах 6 и 7, поэтому барьерная масса из барьерной камеры 6 (вместе с небольшими протечками инертного газа, проникшего из гидрозатворной камеры 4) поступает в дренажную полость 9.

Давление водяного пара в камере 5 подвода уплотняющего пара поддерживается выше, чем в барьерной камере 7 и камере 8

994839 отсоса паровоздушной смеси. Повышенным протечкам пара в сторону барьерной камеры 7 препятствует находящаяся там вспененная барьерная- масса. Эта масса вместе с небольшими протечками пара, проникшего из камеры 5 подвода уплотняющего пара, также поступает в дренажную полость 9.

Образовавшаяся в дренажной полости 9 смесь по трубопроводу 19 отводится к охладителю-конденсатору 20, где пар конденсируют, а конденсат и оставшуюся смесь направляют в утилизационный бак 21. Сюда же направляются вещества, стабилизирующие вспененную барьерную массу: турбинное масло — по маслопроводу 29 непосредственно из главного маслобака 14; «продукт», оставшийся после разрушения в отсеке 15 для приема газомасляной пены,— по линии 16, карбоксиметилцеллюлоза по линии 31 ввода.

Собственно барьерйая масса (газоводомасляная пена) приготовляется в пеногенераторе 22 путем смешения потока инертного газа, подаваемого вентилятором 23, и потока водомасляной эмульсии, подаваемой эмульсионным насосом 24. Для придания вспененной барьерной массе повышенной структурно-механической прочности в исходную водомасляную эмульсию периодически вводят стабилизаторы пены, в качестве которых можно использовать собственно турбинное масло из системы смазывания подшипников, нефтяное масло, или синтетическое огнестойкое масло, которые в смеси с водой (в процессе барботирования газом) способствуют образованию механически прочной, устойчивой пены. Объемное соотношение долей масла и конденсата (1+.

+0,5): (4+.0,5). «Продукт», оставшийся после разрушения газомасляной пены в системе смазывания подшипников, получаемый путем отвода вспененной шапки масла, плавающей на поверхности масла в главном масляном баке 14 в отсек 15 для приема газомасляной пены, где ее разрушают, содержит большое количество пеногенных веществ и коллоидных частиц, добавление которых в барьерную массу повышает ее стабильность, карбоксиметилцеллюлозу в количестве 0,2—

0,6% (от массы конденсата), придающую агрегатной пене высокую структурно-механическую прочность. Объемное соотношение долей «продукта» и конденсата находится в пределах (1 - 0,5): 7 0,5) .

Избыток инертного газа, постепенно накапливающийся в контуре: пеногенератор 22- барьерные камеры 6 и 7 — дренажная полость 9 — утилизационный бак 21, пройдя осушитель 27 избытка инертного газа, по перемычке 26 направляется в основной контур циркуляции инертного газа: картер 2 подшипника — сливной маслопровод 13— главный масляный бак 14 — вентилятор 1?камера 4 подвода запираемого инертного газа. Избыток сконденсировавшегося пара (вода) и масло по дренажной линии 30 отводится из утилизационного бака 21 на регенерацию с последующим возвратом компонентов в масляный и водяной циклы турбинной установки.

Концевое уплотнение работает по известной схеме: уплотняющий пар из камеры 10 подвода уплотняющего пара вытекает в выхлопную камеру 3 ЧНД турбины (или в вакуумный отбор), а также в камеру ll от0 соса паровоздушной смеси, отделенную от соответствующей камеры 8 отсоса паровоздушной смеси уплотнением картера подшип I5

35 ю

55 ника и воздушным промежутком 12. Тем самым исключается подсос воздуха в выхлопную камеру 3 ЧНД паровой турбины.

Совмещенное уплотнение вала турбомашины (фиг. 3) работает аналогично описанному выше уплотнению (фиг. 1 и 2) за исключением того, что уплотняющий пар, подведенный из коллектора 28 в совмещенную гидрозатворную камеру 36, вытекает непосредственно в барьерную камеру 7 навстречу барьерной массе и в выхлопную камеру

3 ЧНД турбины, т. е. минуя (ставшие не нужными) камеры 8 и 10 отсоса паровоздушной смеси.

Компенсатор 33 обеспечивает независимость осевых перемещений картера 2 подшипника и цилиндра турбины при всех возможных эксплуатационных режимах работы турбоагрегата (прогрев, нагружен не, аварийные ситуации и др.) и сохраняет центровку деталей турбины.

При аварийной обстановке, когда исчезает давление уплотняющего пара в совмещенной гидрозатворной камере 36 уплотняющего пара, для предотвращения подсоса масла из картера 2 подшипника в выхлопную камеру 3 ЧНД открывается атмосферный клапан 35, впуская в дренажную полость 9 воздух из машзала.

При аварийных же ситуациях, когда черезмерно повышается давление пара в совмещенной гидрозатворной камере 36 уплотняющего пара, например, из-за внезапного прекращения отсоса в выхлопную камеру 3

ЧНД и одновременной неисправности автоматики поддержания постоянства давления пара в коллекторе 28, для избежания прорыва большого количества пара в картер 2 подшипника открывается предохранительный клапан 34, выпуская избытки смеси из дренажной полости 9 в атмосферу.

Таким образом, снабжение уплотнения вала турбомашины барьерными камерами, пеногенератором для приготовления барьерной массы из соответствующих компонентов и компенсатором позволяют повысить экономичность уплотнения и его пожарную безопасность за счет использования в уплотнении инертного газа и пара вместо огнеопасного масла. Повышение экономичности достигается снижением безвозвратных потерь инертного газа (азОта) расхода увлажненного газа на осушку и расхода за994839

7 масленного конденсата на регенерацию. Упрощение конструкции уплотнения достигается установкой компенсатора, что сокращает длину уплотнения и соответственно вала, количество камер и трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой.

Кроме этого, использование изобретения обеспечит также снижение загрязнения водоемов маслом и загазованности машзалов электростанций.

Формула изобретения

Уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы подшипника и цилиндра турбины с гидрозатворными камерами, подключенными соответственно к линиям запирающего газа и уплотняющего пара и сообщенными с размещенной между камерами дренажной полостью, а также утилизационный бак, соединенный на входе с охладителем-конденсатором, отличающееся тем, что с целью повышения экономичности оно снабжено барьерными камерами, размещенными между дренажной полостью и гидрозатворными камерами, и пеногенератором, подключенным на входе и выходе соответствен8 но к утилизационному баку и барьерным камерам.

2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции путем исключения воздушного промежутка между корпусами подшипника и цилиндра, оно снабжено компенсатором, установленным между корпусами подшипника и цилиндра турбины и образующим своей полостью одну из барьерных камер.

3. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что компенсатор выполнен из материала с низким коэффициентом теплопроводности, преимущественно из термостойкого стеклопластика или селиконовой резины.

1$4. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что дренажная полость снабжена предохранительным и атмосферным клапанами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 659770, кл. F 01 D 25/18, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 225631, кл. F 16 J 15/44, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР

25 № 241169, кл. F 16 J 15/40, 1966.

Р /Г // 9 я,7

994839

Редактор Т. Кугрышева

Заказ 587/21

Составитель В. Гуторов

Техред И. Верес Корректор E. Рошко

Тираж 923 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4