CZ281131B6 - Suché těsnění pro otáčivý díl a otáčivý stroj obsahující takové těsnění - Google Patents

Abstract

Jeden z dílů, a to fixního tělesa (8) a otáčivého tělesa (4), které vytvářejí těsnění, je opatřen vnitřním klimatizačním okruhem (9, 13). Klimatizační okruh umožňuje, aby toto těleso tvořilo klimatizované a klimatizující těleso (8), které potom klimatizuje jeden z těsnicích prstenců (7, 7A, 7B) a alespoň částečně druhé otáčivé těleso (4) nebo fixní těleso. Řešení se hodí zejména pro vytváření turbinových strojů.ŕ

Description

Vynález se týká ucpávkového těsnění pro otáčivé díly, zejména takového těsněni, označovaného jako suché ucpávkové těsněni. Pro bezpečné fungování řady točivých strojů, používajících taková těsnění, je zapotřebí účinná regulace teploty, a to zejména pro udržení těsnosti a pro zabránění deformacím nebo destrukcím, které mohou být vyvolány ohřevem nebo nadměrným ochlazením těsnění.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa různá řešení pro realizaci ucpávkového těsnění na průchodu pláště otáčivým hřídelem. Pro utěsněni plynu, který není nebezpečný, je možné použit labyrintu se zmenšenou vůlí. V případě nebezpečných plynů je možno použít těsnění s olejovým filmem nebo mechanických těsnění. Cirkulace oleje na fixních a pohyblivých prstencích těsněni přitom zajišťuje tepelnou regulaci buď odváděním tepla, vytvářeného jeho smýkáním, anebo přiváděním potřebného chladu pro udržování teploty na hodnotě slučitelné s funkci těsněni. Takový způsob tepelné regulace však není možný v případě suchého těsnění, které nemá takovou cirkulaci oleje.

V přísných podmínkách použití, jako je tomu například pro suchá ucpávková těsněni, pracující při velkých rychlostech, pod vysokým tlakem, nebo kde je plocha otáčivých dílů, které jsou v kontaktu s horkým plynem, značná, dochází ke značnému vývinu tepla a vnitřní teplota těsněni dosahuje takové hodnoty, že může způsobit destrukci dílů a vyvolat tak vážnou poruchu turbinového stroje.

Toto nebezpečí je obzvláště vážné při pracovních postupech, které z důvodů bezpečnosti vyžaduji přítomnost tři těsnicích rozhraní. Ucpávkové těsněni obsahuje tři vnitřní komory, které po sobě následuji uvnitř pláště, obsahujícího plyn, který má být hrazen, až k okolnímu ovzduší. Dělení mezi vnitřkem pláště a první komorou, mezi dvěma po sobě následujícími komorami a mezi poslední komorou a ovzduším jsou tvořena každé pomocí otáčivého těsnicího prstence, spolupůsobícího s fixním těsnicím prstencem. Do mezilehlé komory se vstřikuje pomocný plyn, který vstupuje v důsledku unikání do první a třetí komory, odkud je odváděn. Odvádění tepla se děje zčásti úniky plynu na těsnicích rozhraních. Je však třeba poznamenat, že plyn, odebíraný z první komory, je znečištěn plynem, který má být hrazen v plášti, a musí být v určitých případech dále zpracováván.

Známé řešení pro odvod tepla z takového těsnění spočívá v tom, že se zvýši únik plynů přes toto těsnění. To se však ukazuje nebezpečné, protože únik plynu hrazeného v plášti, který dovoluje odvádět teplo, může vyvolat problémy bezpečnosti použiti a protože dále příliš velká axiální mezera mezi pevnými a otáčivými těsnicími prstenci zmenšuje axiální tuhost plynného filmu, který cirkuluje radiálně v této mezeře. Působením různých mechanických a aerodynamických namáhání to může mít za následek škodlivé dotyky mezi fixním prstencem a otáčivým prstencem. Takové dotyky totiž nesou sebou nebezpečí vyvolání definitivní ztráty

-1CZ 281131 B6 těsnosti.

Problém chlazeni, i když je značný a vyskytuje se často, není jediný, který je třeba vzít v úvahu. V některých zařízeních je totiž těsněni uloženo do velmi chladného okolí a do těsnicího rozhraní je vstřikován teplý plyn. V tomto případě, není-li vývin tepla dostatečný, může dojít k ochlazení plynu, které vede k tvorbě kapalné fáze (kondenzaci) a v důsledku toho k destrukci v úrovni těsněni. Řešením pro zabránění ochlazení plynu by bylo zvětšit jeho průtokové množství, ale i zde se shledávají nevýhody obdobné, jaké byly vysvětleny výše.

Vynález si zejména klade za úkol vytvořit jednoduché provedení suchého ucpávkového těsněni pro otáčivý díl, dovolující spolehlivější funkci točivého stroje bez vytváření nebo zvyšování úniku tekutiny přes těsnění a bez nebezpečí znečišťováni pomocně tekutiny tekutinou, která se má hradit.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo suchým ucpávkovým těsněním pro otáčivý díl, obsahujícím fixní těleso, nesoucí fixní těsnicí prstenec, a otáčivé těleso, nesoucí otáčivý těsnicí prstenec, tvořící s fixním těsnicím prstencem těsnicí dvojici mezi fixním tělesem a otáčivým tělesem. Jedno z těles sestavy, tvořené fixním tělesem a otáčivým tělesem, je opatřeno uvnitř tepelně regulačním obvodem a na povrchu žebry proti uvedené těsnicí dvojici, přičemž toto těleso tvoří regulační těleso. Toto těsnění se vyznačuje podle vynálezu tím, že každé z těles sestavy, tvořené fixním tělesem a otáčivým tělesem, nese nejméně dva těsnicí prstence, uspořádané do nejméně dvou těsnicích dvojic, přičemž žebra regulačního tělesa vybíhají do mezilehlé komory, vytvořené mezi uvedenými dvěma těsnicími dvojicemi.

Podle dalšího znaku vynálezu jsou v podélném směru, odpovídajícím směru osy otáčení otáčivého tělesa a podélnému směru těsnění, jsou za sebou umístěny první, druhá a třetí těsnicí dvojice, vymezující dvě mezilehlé, za sebou podélně následující komory, přičemž regulační těleso má tepelně regulační okruh, obsahující přívodní kanály a vratné kanály, uspořádané po větší části délky těsnění, přívodní přípojky a vratné přípojky pro připojení kanálů ke vnějšímu obvodu tekutiny, které jsou uloženy v přípojné ploše, která je podélně krajní plochou regulačního tělesa, a vnitřní spojovací kanály pro spojení přívodních kanálů s vratnými kanály v blízkosti podélně krajní plochy, opačné od přípojné plochy. Otáčivé těleso je s výhodou neseno otáčivým hřídelem a fixní těleso, obklopující toto otáčivé těleso, tvoří uvedené regulační těleso.

Těsněni podle vynálezu umožňuje zajistit těsnost mezi otáčivým a pevným dílem v daných podmínkách relativně jednoduše a umožňuje zajistit spolehlivou funkci suchou cestou bez vytváření nebo zvyšování úniku tekutiny přes těsnění a bez nebezpečí znečišťování pomocné tekutiny tekutinou, která se má v plášti hradit.

-2CZ 231131 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popise na příkladech provedení, neomezujících jeho rozsah, s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 axiální řez ucpávkovým těsněním podle vynálezu, obr. 2 totéž ucpávkové těsnění v příčném řezu, vedeném rovinou II-II z obr. 1, obr. 3 axiální řez prvním točivým strojem, obsahujícím taková ucpávková těsnění a obr. 4 axiální řez druhým točivým strojem, obsahujícím taková ucpávková těsnění.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 obsahuje těsnění podle vynálezu fixní (pevně uloženou - dále fixní) podsestavu s fixním tělesem 8 a fixními těsnicími prstenci 7, 7A, 7B, nesenou dílem 3., pevně uloženým vzhledem k otáčivému dílu 1, otáčejío-ímu se okolo osy A. Dále obsahuje otáčivou podsestavu s otáčivým dílem 4 a s ním otáčivými těsnicími prstenci 5, 5A, a 5B, nesenou uvedeným otáčivým dílem a spolupůsobící s pevnou podsestavou pro zabránění tomu, aby se tekutina, která se má hradit, vytékala mezi těmito pevnými a otáčivými částmi. Každý z fixních prstenců 7, 7A a 7B fixní podsestavy spolupůsobí s otáčivým přidruženým prstencem 5, 5A, 5B otáčivé podsestavy, a tvoři tak dohromady první , druhou a třetí těsnicí dvojici 5-7, 5A-7A, 5B-7B. Takové prstence jsou uspořádány tak, aby alespoň omezovaly průtok kapaliny, která se má zadržovat, a tvořily mezilehlé těsnicí komory 14, 15.

Mezilehlá těsnicí komora 14 mezi těsnicími dvojicemi 5-7, 5A-7A obsahuje odpovídající první hlavní stěnu 16, tvořenou otáčivým tělesem £ a druhou hlavní stěnu 17, tvořenou fixním tělesem 8, a dvě krajní stěny, z nichž jedna je tvořena alespoň jedním z uvedených prvních prstenců první těsnicí dvojice, v daném případě prvním fixním prstencem 7, a druhá jedním z druhých prstenců druhé těsnicí dvojice, v daném případě druhým fixním prstencem 7A.

Obdobné uspořádání platí i pro mezilehlou těsnicí komoru XX mezi těsnicími dvojicemi 5A-7A, 5B-7B, jak je zřejmé z obr.l.

Součásti těsnění je otáčivý hřídel χ točivého stroje. Je orientován ve směru podélné osy A otáčeni otáčivého tělesa 4,. Fixní díl je skříň X, která tvoří část pláště tohoto stroje a tvoří uloženi 2 pro osazení těsněni. Otáčivé těleso 4 sestává z prstence s osazením na jednom z jeho konců. Jeho axiálním vybráním prochází hřídel χ stroje, který zajišťuje sestavě dokonalé vyřízení polohy podél osy. Vnější povrch tohoto prstence je opatřen třemi otáčivými těsnicími prstenci 5, 5A, 5B, které se otáčejí otáčivým tělesem 4, na němž jsou fixovány například radiálními čepy nebo jinými vhodnými prostředky, a jsou udržovány v odstupu jeden od druhého pomoci distančních vložek 6, 6A a 6B.

Podle vynálezu obsahuje alespoň jeden z uvedených členů, tvořených fixním tělesem 8 a otáčivým tělesem 4, tvořící regulační těleso, regulační okruh, obsahující přívodní kanály 9., vratné kanály 9A a vnitřní spojovací kanály 13 , které procházejí uvnitř tohoto tělesa a které dovoluji cirkulaci regulační tekutiny. V daném provedení je regulační těleso tvořeno fixním tělesem 8.

-3CZ 281131 B6

To potom tepelně reguluje alespoň jeden z fixních těsnicích prstenců 7, 7A, 7B.

Fixní těleso 8, tvořící regulační těleso, je opatřeno povrchově žebry li, vybíhajícími do uvedených mezilehlých komor 14 a 15 z uvedené hlavni stěny 16., tvořené tímto tělesem, čímž je regulována teplota vnitřní tekutiny, obsažené v komorách, takže tato tekutina potom tepelně reguluje alespoň jeden z uvedených těsnicích prstenců 5A, 5B a/nebo druhé těleso z dvojice, tvořené fixním tělesem 8 a otáčivým tělesem 4.

Přívodní kanály 9 a vratné kanály 9A tepelně regulačního obvodu jsou orientovány po větší části délky uvedeného ucpávkového těsnění. Dále tepelně regulační okruh obsahuje přívodní přípojku 10 a vratnou přípojku 10A, dovolující připojovat kanály k vnějšímu okruhu tepelně regulační tekutiny. Tyto přípojky jsou uloženy na jedné přípojné plose 8A, která je podélně krajní plochou uvedeného tepelně regulovaného fixního tělesa 8. Dále obsahuje kanály vnitřního připojení pro připojování uvedených přívodních kanálů v vratným kanálům v blízkosti krajní podélně krajní plochy 8B, opačné od přípojné plochy 8A.

Přípojná plocha 8A fixního tělesa 8 zde tvoří přípojnou plochu 80A regulačního tělesa ve smyslu definice předmětu vynálezu a opačná podélné krajní plocha 8B obdobně tvoři podélné krajní plochu regulačního tělesa 80B podle definice vynálezu.

I když na obr. 2 a 3 byly znázorněny tři těsnicí sestavy, je zřejmé, že mohou být různá uspořádání ucpávkových těsnění, přičemž ucpávkové těsnění může obecně obsahovat i jiný počet těsnicích dvojic.

Obr. 3 znázorňuje točivý stroj podle vynálezu, obsahující pracovní ústrojí 22 , otáčející se v plášti 30 pro pohánění nebo proto, aby bylo poháněno tekutinou, hrazenou v uvedeném plášti. Dále obsahuje otáčivý hřídel 1, procházející tímto pláštěm, pro nesení těchto pracovních ústrojí, a a vystupující z tohoto pláště, dále dvě ložiska 24 a 26 pro nesení tohoto hřídele a mazací okruh, obsahující přívodní trubice 28 a vratné trubice 29 pro mazáni těchto ložisek pomocí mazací tekutiny. Dále stroj obsahuje dvě suchá ucpávková těsnění 20 a 21, obklopující uvedený hřídel 1 při jeho průchodech uvedeným pláštěm pro hrazení uvedené tekutiny. V tomto stroji jsou suchá těsněni 20 a 21 těsnění výše popsaného typu, přičemž tepelně regulační tekutina je tvořena uvedenou mazací tekutinou.

Alternativně je možné použít tepelně regulační tekutinu, která je zcela nezávislá a pochází z vnějšího zdroje. Obr. 4 znázorňuje druhý otáčivý stroj, obsahující pracovní ústrojí 72., otáčející se v plášti 80 pro poháněni nebo proto, aby bylo poháněno tekutinou, která se má hradit v uvedeném plášti, přičemž tlak této tekutiny vymezuje oblasti 90 relativné vysokého tlaku a oblasti 92 relativně nízkého tlaku. Dále stroj obsahuje otáčivý hřídel 51, procházející pláštěm, pro neseni uvedených pracovních ústrojí a vystupující na koncích z tohoto pláště. Dále obsahuje dvě ložiska 74 a 76 pro neseni tohoto hřídele. Stroj konečné obsahuje dvě suchá ucpávková těsnění 70 a 71, obklopující uvedený hřídel v jeho průchodech uvedeným pláštěm pro hrazeni uvedené tekutiny.

-4CZ 281131 B6

V tomto stroji jsou suchá ucpávková těsnění 70 a 71 těsnění výše popsaného typu, přičemž uvedená tepelně regulační tekutina je tvořena uvedenou tekutinou, která má být hrazena. Uvedený vnitřní regulační okruh uvnitř regulačního fixního tělesa je tvořen pro tento účel vnějším napájecím regulačním okruhem, obsahujícím trubice 91 pro odebírání uvedené tekutiny, která má být odebírána v uvedeném relativně vysokotlakém pásmu 90, a trubice 93 pro její vracení do uvedeného relativně nízkotlakého pásma 92.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (3)

1. Suché ucpávkové těsnění pro otáčivý díl, obsahující fixní těleso (8), nesoucí fixní těsnicí prstenec (7), a otáčivé těleso (4), nesoucí otáčivý těsnicí prstenec (5), tvořící s fixním těsnicím prstencem (7) těsnicí dvojici mezi fixním tělesem (8) a otáčivým tělesem (4), přičemž jedno z těles sestavy, tvořené fixním tělesem (8) a otáčivým tělesem (4), je opatřeno uvnitř tepelně regulačním obvodem a na povrchu žebry (11) proti uvedené těsnicí dvojici, přičemž toto těleso tvoří regulační těleso, přičemž toto těsnění je vyznačené tím, že každé z obou těles sestavy, tvořené fixním tělesem (8) a otáčivým tělesem (4), nese nejméně dva těsnicí prstence, uspořádané do nejméně dvou těsnicích dvojic (5A-7A, 5B-7B), přičemž žebra (11) regulačního tělesa vybíhají do mezilehlé komory (15), vytvořené mezi uvedenými dvěma těsnicími dvojicemi.

2. Suché ucpávkové těsněni podle nároku 1, vyznačené tím, že v podélném směru, odpovídajícím směru osy (A) otáčení otáčivého tělesa (4) a podélnému směru těsněni, jsou za sebou umístěny první, druhá a třetí těsnicí dvojice (7-5, 7A-5A, 7B-5B), vymezující dvě mezilehlé, za sebou podélně následující komory (14, 15), přičemž regulační těleso má tepelně regulační okruh, obsahující přívodní kanály (9) a vratné kanály (9A), uspořádané po větší části délky těsnění, přívodní přípojky (10) a vratné přípojky (10A) pro připojeni kanálů (9, 9A) k vnějšímu obvodu tekutiny, které jsou uloženy v přípojné ploše (80A), která je podélně krajní plochou regulačního tělesa, a vnitřní spojovací kanály (13) pro spojeni přívodních kanálů s vratnými kanály v blízkosti podélné krajní plochy (80B) regulačního tělesa, opačné od přípojné plochy (80A).

3. Suché ucpávkové těsněni podle nároku 2, vyznačené tím, že otáčivé těleso (4) je neseno otáčivým hřídelem (1) a fixní těleso (8), obklopující toto otáčivé těleso, tvoří uvedené regulační těleso.