Vynález se týká uložení segmentového odtahovacího těsnění ve statoru turbíny, u kterého je těsnění uloženo radiálně a axiálně pohyblivě v drážce vytvořené ve statoru turbíny a je propojeno s prostředkem, který ho v radiálním směru odtahuje od rotoru turbíny.

Dosavadní stav techniky

Pro vzájemné těsnění přetlakových a podtlakových prostor turbíny a pro jejich těsnění vůči atmosférickému tlaku se v současné době používá řada různých typů rotorových těsnění (ucpávek) a způsobů jejich uložení. Aby při překonávání kritických otáček rotoru, např. při rozběhu turbíny, nedošlo, díky zvýšeným vibracím k jejich mechanickému poškození - těsnění jsou vždy navrhována s minimální možnou mezerou mezi rotorem a statorem - používají se především pohyblivá (odtahovací) rotorová těsnění, která jsou při rozběhu turbíny oddálena od rotoru a přiblíží se k němu teprve až po překonání kritických otáček nebo po dosažení provozních otáček turbíny. Jejich pohyb je přitom umožněn jejich rozdělením na několik obvodových segmentů (obvykle 4 až 8), přičemž pohyb každého z těchto segmentů je vyvolán obvykle buď pružinou - viz např. US 7229246, nebo tlakem těsněného média - viz např. US 2003094762. Výhodou druhé z uvedených skupin je, že se zpravidla jedná o jednoduché mechanismy bez potřeby vnějšího řízení nebo speciální údržby. Jejich nevýhodou však je, že tlak těsněného média nemusí vždy vyvinout sílu nutnou pro překonání síly odtlačovacích pružin, vlastní hmotnosti rotorového těsnění a třecí síly ve vedení, a přitlačit tak rotorové těsnění do provozní polohy. To je způsobeno zejména tím, že třecí síly, které je poměrně obtížné předikovat, se navíc mohou časem měnit, například v důsledku usazování nečistot, a případně zcela znemožnit pohyb rotorového těsnění. Při snaze o řešení těchto negativních efektů pak obvykle vychází konstrukce rotorových těsnění poměrně náročná na zástavbu - viz např. EP 2048366, kdy má rotorové těsnění velké rozměry, přičemž např. šířka jeho hlavy přesahuje šířku jeho těsnicího hřebenu, což komplikuje nebo zcela vylučuje použití několika takových rotorových těsnění uložených v sérii vedle sebe.

Cílem vynálezu je navrhnout konstrukci a uložení segmentového odtahovacího rotorového těsnění, které by alespoň částečně odstranilo nevýhody stavu techniky - zajišťovalo by spolehlivé přitlačení rotorového těsnění k rotoru a přitom umožňovalo uložení potřebného počtu rotorových těsnění vedle sebe.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu se dosáhne uložením segmentového odtahovacího rotorového těsnění ve statoru turbíny, u kterého je rotorové těsnění uloženo radiálně a axiálně pohyblivě v drážce vytvořené ve statoru turbíny a je propojeno s prostředkem, který ho v radiálním směru odtahuje od rotoru turbíny, přičemž jeho podstata spočívá v tom, že drážka vytvořená ve statoru turbíny obsahuje vnější dílčí drážku vytvořenou na vnitřním povrchu statoru a s ní propojenou vnitřní dílčí drážku vytvořenou v tělese statoru, jejíž šířka je menší nebo rovná šířce vnější dílčí drážky, přičemž rotorové těsnění obsahuje hlavu těsnění, která je uložená ve vnitřní dílčí drážce, a hřeben těsnění, který je uložený ve vnější dílčí drážce, přičemž hlava těsnění a hřeben těsnění jsou propojeny krčkem těsnění, a nej menší vůle po celé výšce uložení rotorového těsnění je vytvořena mezi ve směru pohybu těsněného média zadním čelem hřebenu rotorového těsnění a kněmu přivrácenou stěnou vnější dílčí drážky, přičemž prostor ve směru pohybu těsněného média před rotorovým těsněním a prostor mezi horní stranou hřebenu těsnění a statorem turbíny na opačné straně rotorového těsnění jsou propojeny alespoň jedním spojovacím otvorem vytvořeným v krčku těsnění a/nebo

-1 CZ 305014 B6 alespoň jedním otvorem/zářezem vytvořeným ve statoru turbíny na každé straně vnitřní dílčí drážky a propojeným s ní.

Při tomto uložení rotorového těsnění je v každém okamžiku zajištěno vytvoření dostatečně velké přítlačné síly pro jeho požadovaný pohyb, neboť díky vzniku těsnicího bodu mezi zadním čelem hřebenu těsnění a stěnou statoru se o cca 50 % snižují třecí síly mezi rotorovým těsněním a statorem, a současně se 2krát až 4krát zvyšuje přítlačná síla, která přitlačuje rotorové těsnění do provozní polohy. Pohyb rotorového těsnění je tak až 6krát spolehlivější než u dosud používaných uložení.

Ve výhodném provedení uložení, resp. drážky a těsnění mají vnější dílčí drážka, vnitřní dílčí drážka, hlava těsnění a hřeben těsnění obdélníkový příčný průřez.

Pohyb rotorového těsnění směrem k rotoru je vymezen dorazy, přičemž tyto dorazy mohou být v jedné z variant opatřeny vybráním pro spodní plochu výstupku vytvořeného na spodní straně hlavy rotorového těsnění.

V jiné variantě provedení je pohyb rotorového těsnění směrem k rotoru vymezen výstupky na spodní straně hlavy rotorového těsnění a/nebo na boční straně jeho krčku.

Objasnění výkresů

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 schematicky znázorněn průřez drážkou pro uložení segmentového odtahovacího rotorového těsnění podle vynálezu, na obr. 2 průřez uložením segmentového odtahovacího rotorového těsnění podle vynálezu v poloze, kdy je toto těsnění odtaženo od rotoru turbíny, na obr. 3 průřez uložením segmentového odtahovacího rotorového těsnění podle vynálezu v poloze, kdy je toto těsnění přitlačeno k rotoru turbíny, na obr. 4 průřez uložením segmentového odtahovacího rotorového těsnění podle vynálezu v jiné variantě provedení segmentového odtahovacího těsnění, resp. jeho dorazů, a na obr. 5 průřez uložením dvou segmentových odtahovacích rotorových těsnění podle vynálezu v sériovém uspořádání.

Příklady uskutečnění vynálezu

Uložení segmentového odtahovacího rotorového těsnění podle vynálezu, je založeno, stejně jako u stejných typů rotorových těsnění známých ze stavu techniky, na uložení tohoto těsnění v drážce vytvořené ve statoru turbíny, po celém jeho obvodu. Tato drážka i - viz obr. 1, je přitom v provedení podle vynálezu tvořena vnější dílčí drážkou 11 s obdélníkovým příčným průřezem vytvořenou na vnitřním povrchu statoru 2, která je otevřená ve směru od rotoru 3 a ve směru toku těsněného média (šipka A), na níž navazuje vnitřní dílčí drážka 12 s obdélníkovým příčným průřezem, která je vytvořená v tělese statoru 2, a která je ze všech stran, kromě propojení s vnější dílčí drážkou 11, uzavřená. Šířka vnitřní dílčí drážky 12 je přitom s výhodou menší, než šířka vnější dílčí drážky 11, jako je tomu ve znázorněné variantě provedení, což umožňuje použití několika rotorových těsnění 4 uložených způsobem podle vynálezu v sérii vedle sebe - viz obr. 5, případně je šířka obou dílčích drážek 11, 12 stejná.

V drážce i je pak uloženo rotorové těsnění 4. Ve znázorněném příkladu provedení (obr. 2 až obr. 4) se jedná o segmentové odtahovací rotorové těsnění 4, které je v průřezu vytvořeno osově symetricky - v jiné neznázoměné variantě provedení však může být vytvořeno i osově nesymetricky - přičemž obsahuje hlavu 41 a hřeben 42 propojené krčkem 43. Hlava 41 těsnění 4, která má obdélníkový příčný průřez je přitom uložena ve vnitřní dílčí drážce 12, a jeho hřeben 42 opatřený alespoň na části svého povrchu přivráceného k rotoru 3 alespoň jedním těsnicím břitem 420 a/nebo alespoň jedním neznázoměným těsnicím kovovým kartáčem je uložen ve vnější dílčí drážce ϋ. V neznázoměné variantě provedení jsou všechny těsnicí břity provedeny na povrchu

-2CZ 305014 B6 rotoru 3 a povrch hřebenu 42 přivrácený k němu je rovný. Nej širším místem rotorového těsnění 4 je přitom ve všech variantách právě jeho hřeben 42, přičemž mezi zadním (ve směru pohybu těsněné tekutiny) čelem 421 hřebene 42 a k němu přivrácenou stěnou vnější dílčí drážky Π. je současně vytvořena nej menší vůle V po celé výšce uložení rotorového těsnění 4 v drážce i.

Rotorové těsnění 4 je po své délce, resp. po obvodu statoru 2 rozděleno alespoň na dva segmenty, obvykle však na 4 až 8 segmentů, případně i více, z nichž každý je propojen a/nebo opatřen vinutou pružinou 51 a/nebo dvojicí listových pružin 52, případně jiným známým prostředkem, který odtahuje těsnění 4 v radiálním směru od rotoru 3 turbíny. Mezi povrchem rotoru 3 a vrcholy břitů 420 je tak mimo provoz turbíny nebo při jejím spouštění vytvořena mezera M - viz obr. 2, který znázorňuje klidovou polohu rotorového těsnění 4 uloženého způsobem podle vynálezu.

V krčku 43 rotorového těsnění 2 je vytvořen alespoň jeden spojovací otvor 430, s výhodou však několik spojovacích otvorů 430 uspořádaných po celé jeho délce, který/které spojuje/spojují prostor před rotorovým těsněním 4 a prostor 400 uzavřený mezi horní stranou hřebenu 42 rotorového těsnění 4 a statorem 2 turbíny na opačné straně těsnění 2, a umožňuj e/umožňují tak v obou těchto prostorech dosažení stejného tlaku. Díky tomu dochází po přívodu těsněného média a dosažení provozního tlaku k působení tohoto tlaku na vnější plochy rotorového těsnění 2 a v důsledku toho k přetlačení vinuté pružiny 51 a/nebo dvojice listových pružin 52, případně jiného prostředku, a k přesunutí rotorového těsnění 4 až do těsné blízkosti rotoru 3 - viz obr. 3, který znázorňuje pracovní polohu rotorového těsnění 4 uloženého způsobem podle vynálezu. Po tomto přesunutí začíná rotorové těsnění 4 standardním způsobem těsnit. Jeho přesná, resp. požadovaná vzdálenost od rotoru 3 je přitom zajištěna polohou dorazů 410, na které doléhá jeho hlava 41. Ve variantě provedení znázorněné na obr. 4 jsou dorazy 410 opatřeny vybráním 4100, na které doléhá spodní plocha výstupku 4101 na spodní straně hlavy 41 rotorového těsnění 4, takže po přesunu rotorového těsnění 4 se v prostoru mezi spodní plochou jeho hlavy 41 a dorazy 410 zachová dostatečný prostor pro listové pružiny 52 a současně se zabrání vzájemnému kontaktu, resp. slisování vedle sebe uložených listových pružin 52. V jiné neznázoměné variantě rotorového těsnění 4 je k tomu účelu těsnění 4, resp. jeho segmenty opatřeno výstupky vytvořenými na spodní straně jeho hlavy 41 a/nebo na boční straně krčku 43.

Při přivedení těsněného média se rotorové těsnění 4 jeho působením současně posune v axiálním směru, přičemž zadní čelo 421 jeho hřebene 42 se přitlačí na stěnu statoru 2, takže vůle V je v tomto okamžiku rovna 0, a v místě jejich kontaktu se vytvoří těsnicí bod T - ve znázorněné variantě provedení je to v místě kontaktu horní hrany (tj. hrany vzdálenější od rotoru 3) hřebene 42 těsnění 4 se stěnou statoru 2. V tomto místě je přitom materiál hřebene 42 těsnění 4 a/nebo statoru 2 s výhodou opracován s vyšší přesností a/nebo opatřen antikorozní povrchovou úpravou a/nebo opatřen alespoň jedním neznázoměným výstupkem a/nebo drážkou. Výhodou této konstrukce a uložení rotorového těsnění 4 je, že v každém okamžiku zajišťuje vytvoření dostatečně velké přítlačné síly pro překonání třecích sil a odtlačování síly vinuté pružiny 51 a/nebo dvojice listových pružin 52, případně jiného známého prostředku, neboť díky umístění těsnicího bodu T, který je u těsnění dle stavu techniky umístěn na krčku 43 těsnění 4, se ve srovnání s těmito těsněními o cca 50 % snižují třecí síly mezi rotorovým těsněním 4 a statorem 2 a současně se zvyšuje přítlačná síla, která přitlačuje rotorové těsnění 4 do provozní polohy, a to v závislosti na konkrétní geometrii rotorového těsnění 2, 2krát až 4krát. Díky tomu je pohyb rotorového těsnění 2 podstatně spolehlivější (až 6krát) než u rotorových těsnění známých ze stavu techniky. Uložení segmentového odtahovacího rotorového těsnění 4 podle vynálezu přitom navíc brání jeho nežádoucí rotaci a snížení jeho těsnicích vlastností.

V jiné variantě provedení je prostor 400 uzavřený mezi horní stranou hřebenu 42 rotorového těsnění 4 a statorem 2 turbíny propojen s prostorem před rotorovým těsněním 4 alespoň jedním otvorem/zářezem 44 vytvořeným ve statoru 2 na každé straně vnitřní dílčí drážky 12 a propojeným s ní, který je na obr. 1 až obr. 5 na přiložených výkresech naznačen přerušovanými čarami, s výhodou však několika takovými otvory/zářezy 44 vytvořenými po celém obvodu statoru 2,

-3 CZ 305014 B6 případně kombinací tohoto/těchto otvorů/zářezů 44 se spojovacím otvorem 430/otvory v krčku 43 rotorového těsnění 4.

V různých variantách mohou být jednotlivé části drážky I a/nebo rotorového těsnění 4 vytvořeny libovolně jinak, např. co se týká tvarů jejich příčných průřezů, počtu a/nebo umístění a/nebo velikosti těsnicích břitů 420 a/nebo těsnicího kovového kartáče/kartáčů a/nebo jeho/jejich sklonu, atd. Pro zachování požadované funkčnosti a zvýšené spolehlivosti je klíčové zejména propojení prostoru 400 uzavřeného mezi horní stranou hřebenu 42 rotorového těsnění 4 a statorem 2 turbíny s prostorem před rotorovým těsněním 4 a vytvoření těsnicího bodu T v místě kontaktu zadního čela 421 hřebenu 42 rotorového těsnění 4 a stěnou statoru 2.

V neznázoměných variantách provedení může být rotorové těsnění 4 opatřeno odlehčením, tvořeným např. radiální obvodovou drážkou/drážkami vytvořenou/vytvořenými v hlavě 41 těsnění 4, a případně zasahující i do jeho krčku 43, apod.

PATENTOVÉ NÁROKY