ES2284636T3 - Diseños de juntas de escobilla mejoradas para turbinas y aparatos giratorios similares. - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de segmentos (20) de empaquetadura retráctiles para un aparato que extrae trabajo de la expansión de un fluido de trabajo gaseoso, comprendiendo dicho aparato un árbol (111) giratorio dispuesto en una carcasa (101), en uso, estando dispuesto dicho conjunto retráctil de segmentos de empaquetadura en un anillo centrado en un eje definido por dicho árbol para proporcionar junta alrededor del mismo, teniendo cada segmento de empaquetadura retráctil: una cara (205) interior para sellar contra dicho árbol; una cara (206) exterior que soporta una extensión (209, 211) en forma de T; abarcando dichas caras (205, 206) interior y exterior y dicha extensión (209, 211) extremos (203a, 203b) laterales comunes opuestos cortados paralelamente a los radios de dicho eje; y al menos una junta (219) de escobilla dispuesta en la cara interior, teniendo dicha al menos una junta de escobilla extremos opuestos, estando cortado al menos uno de dichos extremos de manera no paralela con los radios de dicho eje; caracterizado porque: cada uno de dichos extremos (203a, 203b) laterales comunes opuestos tiene una perforación (215) para alojar un extremo de un medio (301) de resorte o similar por el que dichos segmentos adyacentes se desvían separándose entre sí en la dirección circunferencial de dicho anillo; y un extremo de dicha junta de escobilla que está cortado de manera no paralela a los radios de dicho eje se extiende pasado uno de dichos extremos (203a, 203b) laterales comunes, por lo que el conjunto puede proporcionar una junta de escobilla alrededor del árbol que no tiene áreas donde no están presentes cerdas de la escobilla.
Description
Diseños de juntas de escobilla mejoradas para
turbinas y aparatos giratorios similares.
La presente invención se refiere generalmente a
diseños de juntas de escobilla mejoradas para uso en turbinas tales
como turbinas de gas y turbinas de vapor y otro aparato que extrae
trabajo de la expansión de un fluido de trabajo, y en particular a
un segmento de empaquetadura retráctil que tiene al menos una junta
de escobilla.
El uso de turbinas elásticas de fluido de flujo
axial, tales como turbinas de vapor de flujo axial, desempeña un
papel muy importante en la producción de energía eléctrica en
nuestra sociedad. Con frecuencia, en una planta de energía típica,
habrá un número de turbinas de vapor cada una accionando uno o más
generadores de energía eléctrica.
En general, cada turbina de vapor comprende un
árbol giratorio soportado por cojinetes que están encajados en un
alojamiento o carcasa. Con el fin de girar el árbol de rotor usando
el momento de vapor sobrecalentado (vapor sobrecalentado para una
turbina de vapor y gases de combustión de hidrocarburos para una
turbina "de gas"), una serie de fases de turbina se disponen
secuencialmente a lo largo del eje del árbol. Una caldera,
normalmente situada externamente a la carcasa de la turbina, está
prevista con el fin de generar vapor para impulsar la turbina.
Externamente a la carcasa de la turbina hay tuberías de vapor que se
usan para conducir el vapor desde la caldera a la turbina. Las
turbinas se clasifican normalmente por la presión o por intervalo
de presión a la que funcionan. Acoplada al extremo de la carcasa de
la turbina hay una carcasa que se estrecha llamada cubierta. Al
final de la cubierta hay una tubería (la tubería de boquilla) que se
une a la tubería desde la caldera; el sellado de la tubería de
boquilla a la tubería de suministro de vapor se efectúa sellando
anillos llamados anillos de boquilla; los anillos de boquilla
comprenden dos juegos de anillos que se entrelazan, un juego
dispuesto en el exterior de la tubería de boquilla y el otro en el
interior de la tubería de vapor al que conduce la tubería de
boquilla. Un ejemplo de este tipo de junta de expansión lo muestra
Miller en el documento US 2.863.632 (cuya descripción se incorpora
a la presente memoria como referencia).
Cada fase de presión de la turbina tiene un
rotor de turbina. Cada rotor tiene una pluralidad de álabes que se
extienden radialmente una distancia predeterminada desde el árbol,
hacia una banda de cubierta (es decir, recubrimiento) que se
extiende de manera circunferencial que se fija a las partes de
espiga de los álabes. Un diafragma estacionario se instala detrás
de cada rotor en una unión circunferencial formada en la carcasa de
la turbina. La estructura interior del diafragma define un anillo de
toberas de vapor dispuestas de manera circunferencial alrededor del
rotor. Estas toberas se sitúan en la misma posición radial que los
álabes en su rotor asociado. Estas toberas canalizan el vapor (u
otro fluido de trabajo) que entra en esa fase y lo canalizan a los
álabes. Para establecer un "junta de punta" con la banda de
cubierta de cada rotor de turbina, un anillo de segmentos de bandas
de derrame se soportan desde el diafragma estacionario en cada fase
con empaquetadura que se extiende a la banda de cubierta giratoria
(banda que se une a los álabes, que están fijados al rotor, que
está girando). A medida que el vapor se mueve a través de la
turbina, una parte de su momento lineal se transforma en el momento
angular de los álabes de rotor de cada fase de turbina,
transmitiendo de este modo el par de torsión al árbol de la
turbina. En fases aguas abajo es necesario normalmente incrementar
la longitud de los álabes del rotor y el tamaño de los diafragmas
asociados con el fin de extraer energía cinética del fluido de
trabajo a una presión reducida.
Un problema importante en el diseño de turbinas
se refiere a la calidad de las juntas de vapor entre los diversos
componentes estacionarios y giratorios a lo largo del paso de flujo
de vapor en la turbina. En general, hay varias ubicaciones dentro
de la turbina en las que deben establecerse juntas de este tipo para
garantizar una alta eficiencia de la turbina.
Una primera ubicación en la que se requieren
juntas de vapor está entre la parte exterior de cada rotor y su
diafragma asociado se han realizado usando un anillo segmentado de
banda de derrame del tipo descrito en la patente estadounidense
número 5.547.340 incorporada a la presente memoria como referencia.
Durante las operaciones de arranque, cuando el rotor exhibe modos
de funcionamiento a baja frecuencia alrededor de su eje, las puntas
de la estructura rígida a modo de aleta (por ejemplo juntas de
aleta) que se proyectan a lo largo de los segmentos de banda de
derrame tienden a rozar contra y/o cortar la banda de cubierta del
rotor asociado, causando daños al mismo durante el proceso de
arranque. Los únicos protectores que se ofrecen contra dicha acción
de roce ha sido diseñar las bandas de derrame para que exista margen
suficiente entre las partes de punta de las aletas en las bandas de
derrame y la banda de cubierta del rotor. Este enfoque, sin embargo,
tiene como resultado la degradación de la junta de punta,
permitiendo que el vapor pase a través del área de margen y no a
través y sobre los álabes del rotor, reduciendo de este modo el
rendimiento de la turbina.
Una segunda ubicación en la que se requieren las
juntas de vapor está entre el rotor y el árbol de la turbina. Crear
juntas en tales regiones se ha tratado generalmente a lo largo de
los años instalando una empaquetadura segmentada entre el rotor y
el árbol de la turbina en cada fase de turbina. La empaquetadura
consiste normalmente en una primera estructura de anillo con
múltiples filas de aletas (es decir, dientes de junta) en una de las
partes y una segunda estructura con múltiples filas de proyecciones
de superficie que corresponden a las aletas. La primera estructura
de anillo se monta normalmente desde el diafragma asociado y la
segunda estructura de anillo se monta normalmente al árbol de la
turbina. Juntas, las filas de aletas correspondientes y registradas
y las estructuras de proyección crean una junta de tipo laberinto
que presenta un paso de flujo de alta impedancia a vapor
presurizado. Sin embargo, durante la operación de arranque, modos de
operación a baja frecuencia alrededor del eje de la turbina tiende
a causar que las partes de punta de cada fila de aletas se mueva
radialmente hacia fuera y hacia dentro; además, la expansión
térmica diferencial, causada a medida que el fluido de trabajo
caliente se admite a las fases y cada una calienta hasta la
temperatura de funcionamiento puede agravar los daños a la
empaquetadura. Para evitar el roce y el daño de tales estructuras de
anillo de empaquetadura, es necesario diseñar las aletas y las
proyecciones de superficie con suficiente margen para evitar roce de
las puntas durante la operación de arranque. Esto, no obstante,
degrada necesariamente la calidad de la junta de laberinto.
En las patentes estadounidenses números
4.436.311 y 5.395.124 de Brandon (cuyas descripciones se incorporan
a la presente memoria como referencia), el problema de roce de las
puntas de aletas en el diseño de anillo de empaquetadura se ha
tratado proporcionando una estructura de anillo de empaquetadura
segmentado retráctil entre cada rotor y el árbol de la turbina. La
manera en la que la calidad de la junta de laberinto se mejora con
este diseño se describe como sigue. Durante la operación de
arranque, cuando predomina la vibración de rotor a baja frecuencia,
los segmentos de anillo de empaquetadura montados en el diafragma se
desvían por resorte en dirección radial separándose del árbol de la
turbina, reduciendo el riesgo de roce de la parte de punta de
aletas y el daño del anillo de empaquetadura. A medida que el rotor
incrementa su velocidad angular, la vibración a baja frecuencia se
reduce de manera natural. Los segmentos de anillo de la
empaquetadura se fuerzan para acercarse (radialmente hacia adentro)
al árbol de la turbina por presión de vapor, mejorando la calidad
de la junta de laberinto entre las aletas y las proyecciones de
superficie correspondientes opuestas, mejorando de este modo la
eficacia de la turbina.
Una solución alternativa al problema del roce de
las puntas de aleta en la empaquetadura se describe en la
publicación de solicitud de patente británica número GB 2 301 635 A.
En esta publicación de patente británica, un elemento de tipo
escobilla se instala entre un par de aletas que se extienden desde
los segmentos de anillo de empaquetadura montados en el diafragma.
La función de la junta de escobilla es mejorar la calidad de la
junta de laberinto durante todas las fases de funcionamiento. Una
desventaja principal de este diseño, no obstante, es que durante
las operaciones de arranque no proporciona un modo de proteger las
partes de punta de las juntas de aleta sin incorporar un alto grado
de margen en el diseño. En consecuencia, en virtud de tales
requisitos de margen incrementados, la calidad de la junta de
laberinto proporcionada por este diseño de junta de empaquetadura
de la técnica anterior se ve comprometida necesariamente.
Otras diversas patentes describen el uso de
juntas de escobilla en turbinas, tales como Ferguson en el documento
US 4.971.336, Sanders et al en el documento US 5.599.026,
Bagepalli et al en el documento US 5.474.306, y Skinner
et al en el documento US 5.749.584 (cuyas descripciones se
incorporan a la presente memoria como referencia). En estos
diseños, las juntas de escobilla se diseñan fijas e inamovibles.
Muchos de los diseños más recientes de juntas de escobilla
proporcionan las escobillas inclinadas en un ángulo desde el radio
de la turbina (estando el centro definido por el árbol giratorio de
la turbina). Como enseñan Skinner et al, las máquinas
existentes con juntas retráctiles (por ejemplo, tal como Brandon
describe) pueden retroequiparse con una junta de escobilla
sustituyendo a uno de los dientes de laberinto, pero cuando se usa
con empaquetadura retráctil Skinner et al enseñan que los
extremos de cada junta de escobilla dispuesta en un segmento de
empaquetadura retráctil debe cortarse a lo largo del radio, dotar
cada uno de los segmentos con una superficie a nivel para el
acoplamiento adecuado cuando las juntas se enganchan entre sí para
formar la estructura de anillo. Debido a la inclinación de las
escobillas respecto al extremo plano de la junta de escobilla
dispuesto a lo largo del radio, el diseño de Skinner et al
incluye un pequeño espacio intermedio en la junta de escobilla.
El documento
EP-A-0 911 554 describe segmentos de
anillo de junta de laberinto retráctiles dotados con una junta de
escobilla formada por cerdas inclinadas un ángulo de 45º. Como
consecuencia, aparece un área triangular hueca en el extremo de
cada segmento, creando un espacio intermedio tal como en el diseño
de Skinner et al.
La invención proporciona un conjunto de
segmentos de empaquetadura retráctiles para un aparato que extrae
trabajo de la expansión de un fluido de trabajo gaseoso,
comprendiendo dicho aparato un árbol giratorio dispuesto en una
carcasa, en uso, estando dispuesto dicho conjunto retráctil de
segmentos de empaquetadura en un anillo centrado en un eje definido
por dicho árbol para proporcionar una junta alrededor del mismo,
teniendo cada segmento de empaquetadura retráctil: una cara
interior para sellar contra dicho árbol; una cara exterior que
soporta una extensión en forma de T; abarcando dichas caras interior
y exterior y dicha extensión extremos laterales comunes opuestos
cortados paralelamente a los radios de dicho eje; y al menos una
junta de escobilla dispuesta en la cara interior, teniendo dicha al
menos una junta de escobilla extremos opuestos, estando cortado al
menos uno de dichos extremos de manera no paralela con los radios de
dicho eje;
caracterizado porque:
cada uno de dichos extremos laterales comunes
opuestos tiene una perforación para alojar un extremo de un medio
de desviación por el que de manera adyacente dichos segmentos se
desvían separándose entre sí en la dirección circunferencial de
dicho anillo; y
un extremo de dicha junta de escobilla que está
cortado de manera no paralela a los radios de dicho eje se extiende
pasado uno de dichos extremos laterales comunes, por lo que el
conjunto puede proporcionar una junta de escobilla alrededor del
árbol que no tiene áreas donde no estén presentes cerdas de la
escobilla.
El documento EP-A- 0 989 342
describe un segmento de empaquetadura híbrido para un aparato que
extrae trabajo de la expansión de un gas de trabajo. El segmento
incluye una pluralidad de aletas y una junta de escobilla para
sellar contra un árbol giratorio del aparato. En uso, una pluralidad
de dichos segmentos está fijada en una relación de extremo a
extremo para proporcionar una junta de anillo no retráctil fija
centrada en un eje definido por el árbol. La junta de escobilla
tiene ambos extremos cortados de manera no paralela con radios de
dicho eje. La cara exterior de cada elemento de empaquetadura
soporta una extensión en forma de T por la que el segmento de
empaquetadura no está fijado de manera no retráctil al aparato.
Con el fin de que la invención se entienda bien,
algunas realizaciones de la misma, que se dan sólo a modo de
ejemplo, se describirán ahora en referencia a los dibujos en los
que:
La figura 1 es una vista en sección transversal
de una fase de turbina convencional que incluye una realización de
un conjunto retráctil de segmentos de empaquetadura según la
invención;
las figuras 2A y 2B son vistas en perspectiva de
extremos opuestos de un segmento de empaquetadura.
la figura 3 es una vista lateral que muestra
segmentos adyacentes de empaquetadura separados entre sí.
la figura 4 es una vista en perspectiva de una
muesca en el lado de un segmento de empaquetadura para permitir que
el vapor entre detrás de la empaquetadura durante el arranque y el
apagado.
Se remite al lector primeramente a las patentes
antes mencionadas en la sección de los antecedentes para aspectos
específicos y detalles concernientes a las juntas de laberinto y los
segmentos de empaquetadura retráctiles. Tal como se ha observado en
la sección de los antecedentes, el vapor (ejemplificado en esta
sección como el fluido de trabajo) se canaliza en cada fase por una
tobera en el diafragma hasta los álabes, estando el diafragma unido
a la carcasa inmóvil y estando los álabes unidos al árbol giratorio
de la turbina.
Tal como se muestra en la figura 1, una sección
transversal a través de la turbina revela la carcasa 101 en la que
está montado un diafragma 103 que separa fases adyacentes. El flujo
de vapor desde la fase previa se canaliza a través de la tobera
(una abertura conformada) 105 en el diafragma para chocar con los
álabes 107 de la turbina. Cada álabe se une mediante una raíz 109
al árbol 111 de la turbina. La circunferencia en el extremo de los
álabes se remata con una cubierta 113 circunferencial. Se evita que
el vapor se salte el álabe y vaya por encima de la cubierta
mediante una junta 115 de punta; el vapor no fluye hacia atrás entre
la junta de punta y la cubierta ya que no puede fluir desde un área
de presión más baja a un área de presión más alta (áreas a la
izquierda de la figura 1 son de presión más baja que las de la
derecha). Una junta 115 de punta correspondiente está presente en
la siguiente fase aguas abajo de los álabes. Aunque el vapor no
puede evitar la tobera escapando por detrás a través de la junta
115 (es decir, a la derecha de la figura), puede fugarse entre el
diafragma y el árbol. En consecuencia, esta es otra ubicación en la
que se usa la empaquetadura. En resumen, el vapor desde una fase
previa choca con el álabe y se dirige a la siguiente fase, una
tobera en el diafragma dirigida al siguiente conjunto de álabes.
Debe evitarse que el vapor que entra en la fase escape alrededor
del diafragma con la tobera; se evita que retroceda aguas arriba
debido a las presiones más altas, que vaya alrededor del árbol
mediante la empaquetadura 117 adyacente al árbol, y que se salte el
álabe mediante la junta 115 de punta.
La empaquetadura entre el diafragma y el árbol
es retráctil y es preferiblemente de tipo de laberinto. La
empaquetadura 117 está dispuesta en el diafragma e incluye una serie
de aletas 119 cuyos extremos están situados de manera adyacente a
superficies 121 planas correspondientes del árbol, algunas de las
cuales están levantadas, proporcionando todas el margen adecuado y
una trayectoria sinuosa (laberíntica) de alta resistencia y por lo
tanto una junta hermética. La empaquetadura puede desviarse hacia el
árbol con un resorte. La empaquetadura tiene la geometría de un
anillo y se proporciona como una pluralidad de segmentos,
normalmente seis que se usan en una aplicación a alta presión. En
virtud de esta empaquetadura, el vapor que sale de los álabes de la
fase previa se canaliza a través de la tobera y no se escapa
alrededor del diafragma. Debe apreciarse que una junta de laberinto
no necesita tener aletas sólidas con el fin de proporcionar un
laberinto. Por ejemplo, una o más de las aletas puede sustituirse
por una junta de escobilla, o la totalidad de la superficie interior
en la que están dispuestas las aletas puede ser una escobilla. En
ambos casos, se establece una trayectoria de flujo sinuosa, por lo
tanto se forma una junta de laberinto.
Los segmentos de empaquetadura retráctiles son
curvilíneos. Las vistas en perspectiva de extremos opuestos de un
segmento se muestran en las figuras 2A y 2B. Cada segmento 201 tiene
un cuerpo 202 principal con extremos 203a y 203b que son
preferiblemente paralelos al radio de eje de la turbina (es decir,
el radio de la turbina en una sección transversal cuando se ve
axialmente a lo largo del árbol), aunque pueden no serlo. La
superficie 205 radialmente interior del segmento (es decir, el lado
enfrentado al árbol) se dota de una pluralidad de aletas 207 que
pueden ser de alturas iguales o diferentes desde la superficie
interior. La superficie 206 radialmente exterior tiene una
extensión en forma de T que define rebordes 209a/209b opuestos que
enganchan una ranura formada de manera correspondiente en el
diafragma tal como se muestra en la figura 1. La parte de cuello
211 que conecta la superficie radialmente exterior del segmento de
empaquetadura a los rebordes recibe una proyección correspondiente
desde el diafragma. El cuello en cada extremo del segmento está
dotado preferiblemente de una perforación 215. Un resorte (o medio
similar) está alojado en cada una de las perforaciones en segmentos
adyacentes/de tope; los resortes desvían los segmentos separándolos
entre sí. Como se ha observado anteriormente, se prefiere que estos
segmentos incluyan medios para permitir que el vapor vaya por detrás
de la junta hermética, como se explicará más adelante; a medida que
la turbina alcanza la presión de funcionamiento, la presión fuerza
a los cuellos de los segmentos para hacer tope con la proyección
correspondiente en el diafragma y formar una junta de manera que el
vapor debe pasar a través de la tobera o intentar atravesar la junta
de laberinto.
En la realización mostrada en las figuras 2A y
2B, una sección central del segmento en la que una aleta podría
proporcionarse se ha sustituido por una junta de escobilla. La junta
comprende generalmente un soporte 217 en el que se dispone una
multiplicidad de cerdas 219. Tal como se muestra, y tal como se
describe en la técnica, las cerdas preferiblemente están inclinadas
(en ángulo) con respecto al radio (axial) de la turbina. Se ha
descubierto que el supuesto problema identificado por Skinner et
al, consistente en que los extremos de las juntas de escobilla,
tal como los extremos de segmentos de empaquetadura, deben
disponerse a lo largo del radio de la turbina, no es una
limitación. Tal como se muestra en las figuras 2A y 2B, en un
extremo del segmento la junta de escobilla se corta en un ángulo
que se extiende pasado el extremo del segmento (es decir, la figura
2A) y el otro extremo de la junta de escobilla en el extremo opuesto
de ese segmento se corta en un ángulo que se extiende sobre el
segmento (es decir, figura 2B). Por lo tanto, los extremos de la
junta de escobilla no están dispuestos a lo largo del radio de la
turbina. Se prefiere que el extremo de la junta de escobilla se
corte de manera que la cara 221 inferior (o exterior) del soporte
coincida sustancialmente con la unión entre la cara 205 interior y
el extremo 203a/b de segmento.
Esta invención proporciona una ventaja
significativa respecto al sistema descrito por Skinner et al
ya que la junta de escobilla actual no tiene áreas en las que las
cerdas no están presentes. En esta industria, la junta formada por
una junta de escobilla se determina normalmente respecto a una aleta
teórica en una junta de laberinto. Como una junta de escobilla no
es sólida, se produce algo de flujo a través de ella, incluso
cuando la escobilla está en contacto alineado con el árbol. Se
realiza una prueba de presión para determinar la fuga de una junta
de escobilla en contacto alineado. Este valor de fuga se usa
entonces para calcular hacia atrás el margen entre una aleta
teórica y una junta de laberinto; es decir, dado el descenso de
presión en la prueba, el área entre el extremo de la aleta y el
árbol se calcula hacia atrás (la aleta es sólida por lo que ningún
fluido de trabajo fluye a través de ella) para proporcionar un área
de fuga efectiva para la junta de escobilla. Si se asumiera la
misma área de fuga efectiva para la junta de escobilla per se
descrita por Skinner et al y aquella de la presente
invención, añadiendo los espacios formados por las cerdas no
existentes en Skinner et al se obtiene como resultado una
junta en un área de fuga en la junta de Skinner et al
significativamente mayor que la de la junta actual. El área de fuga
se refiere al diámetro de la junta hermética. Usando una junta de
escobilla de un diámetro de aproximadamente 915 mm la junta de
escobilla de Skinner et al tiene un 47% más de fuga que la
junta de escobilla actual, y con una junta de escobilla de diámetro
de aproximadamente 254 mm, la junta de escobilla actual tiene un
264% menos de fuga.
En funcionamiento transitorio durante el
arranque, los segmentos se retraen y se desvían radialmente hacia
fuera; esto permite al árbol girar lentamente con cierta oscilación
o vibración sin las proyecciones 121 sobre el árbol impactando y
dañando las aletas en la empaquetadura. A medida que la presión del
vapor se incrementa y la turbina se acerca a la velocidad y
temperatura de funcionamiento, la empaquetadura se contrae alrededor
del árbol. Tal como se muestra en la figura 3, los segmentos de
empaquetadura adyacentes se separan y se fuerzan a separarse
mediante un resorte 301 (un resorte espiral que se muestra en la
figura). En el extremo de una junta de escobilla, la junta se corta
con un ángulo que se extiende pasado el extremo del segmento para
proporcionar una especie de lengüeta 303. El extremo
correspondiente del segmento adyacente está dotado con la junta de
escobilla cortada con un ángulo que se extiende sobre la superficie
del segmento para proporcionar una ranura 305. A medida que los
segmentos se juntan para formar el anillo los extremos opuestos de
los segmentos adyacentes se encuentran y se alinean, y la parte de
lengüeta del segmento de junta de escobilla desde un segmento de
empaquetadura se engancha con la ranura en el siguiente segmento de
tope. En consecuencia, la invención evita el problema inherente en
el dispositivo de Skinner et al en el que un pequeño orificio
o espacio existe en la junta de escobilla en cada unión entre
segmentos de empaquetadura. Adicionalmente, la junta de escobilla
(o una de las varias juntas de escobilla) pueden proporcionarse como
una junta de escobilla flotante.
Adicionalmente con respecto al funcionamiento
transitorio, como se ha observado anteriormente durante el arranque
hay normalmente problemas con gradientes térmicos y expansión y
alineación desajustadas así como problemas de vibración. Para
evitar daños a la empaquetadura, es deseable efectivamente
desenganchar la empaquetadura del árbol. En consecuencia, se
prefiere la empaquetadura retráctil - contráctil tal como describe
Brandon en el documento US 4.436.311 (cuya descripción se incorpora
a la presente memoria como referencia); esencialmente, esta
empaquetadura puede moverse radialmente y autoajustarse. Esta
empaquetadura comprende un anillo de segmentos de empaquetadura
separado cada uno de los adyacentes mediante un resorte, que fuerza
el anillo a aumentar la circunferencia y por lo tanto separarse del
árbol de la turbina; los segmentos inferiores en el anillo se
separan naturalmente del árbol debido a la gravedad. Con el fin de
forzar los segmentos hacia el árbol, se proporciona acceso al
fluido de trabajo (vapor) a la superficie radialmente exterior aguas
arriba del segmento; tal acceso puede proporcionarse como un
orificio 307 en la pared del diafragma tal como se muestra en la
figura 1, de manera que el vapor se admite libremente detrás de la
empaquetadura. De manera alternativa, o adicionalmente, tal como se
muestra en la figura 4, una ranura o canal 401 u otro medio de
conducción puede estar previsto en la superficie 206 radialmente
exterior, el cuello 211, y uno de los rebordes 209 del segmento
efectivo para permitir al fluido de trabajo entrar detrás de la
superficie exterior y forzar que el segmento se desplace hacia el
árbol. La parte de reborde de la extensión en forma de T sobre la
superficie exterior del segmento mostrado en la figura 4 puede
dotarse también con una ranura o hendidura 403 perpendicular al arco
de circunferencia del segmento para alojar un resorte (de lámina
flexible) o registro para adicionalmente desviar y/o alinear el
segmento. En funcionamiento, cuando la turbina está baja y se admite
el vapor para acelerar la turbina los resortes en los extremos de
los segmentos fuerzan el anillo de segmentos a tener un diámetro
mayor y por lo tanto a separarse del árbol. Desviados de esta
manera, habrá espacios entre los segmentos, y aquellos espacios y/o
el canal anteriormente mencionado permiten que el vapor entre detrás
del segmento asociado con un determinado diafragma, a medida que la
presión de vapor se incrementa, forzando que el diámetro del anillo
se haga más pequeño para sellar alrededor el árbol.
Se apreciará que las realizaciones de un
segmento de empaquetadura retráctil proporcionan un diseño de junta
de escobilla mejorada para uso en la creación de juntas altas en
turbinas mientras se evitan las deficiencias e inconvenientes de
los diseños de juntas de escobilla de la técnica anterior.
Se apreciará que las realizaciones de un
segmento de empaquetadura retráctil proporcionan un diseño de junta
de escobilla tal que reduce de manera efectiva el desgaste de partes
de la turbina a la vez que proporciona una junta mejorada entre
cada fase de la turbina adaptándose a las deflexiones radiales
transitorias del rotor y el árbol de la turbina durante la
operación de arranque.
Se apreciará que las realizaciones de un
segmento de empaquetadura retráctil proporcionan un anillo de
empaquetadura segmentado mejorado para uso en una turbina elástica,
en el que una junta mejorada está prevista entre el soporte del
anillo de empaquetadura y el rotor de la misma.
Se apreciará que las realizaciones de un
segmento de empaquetadura retráctil proporcionan una empaquetadura
retráctil mejorada para uso en una turbina elástica, en el que una
junta mejorada se forma entre la empaquetadura retráctil y el rotor
de la turbina mediante aletas y al menos una fila de elementos de
cerda (es decir, una junta de escobilla) dispuesto entre ellos.
Se apreciará que las realizaciones de un
segmento de empaquetadura retráctil proporcionan una empaquetadura
de junta de escobilla retráctil que proporciona una junta de
escobilla continua sin espacios intermedios tal como se muestra en
la técnica anterior con juntas de escobilla en la empaquetadura
retráctil.
La anterior descripción pretende ser ilustrativa
y no limitativa. Al experto en la técnica podrán resultarle
evidentes diversos cambios, modificaciones y añadidos después de
examinar esta memoria descriptiva, estando la invención solamente
limitada por las reivindicaciones.
Claims (9)
1. Un conjunto de segmentos (20) de
empaquetadura retráctiles para un aparato que extrae trabajo de la
expansión de un fluido de trabajo gaseoso, comprendiendo dicho
aparato un árbol (111) giratorio dispuesto en una carcasa (101), en
uso, estando dispuesto dicho conjunto retráctil de segmentos de
empaquetadura en un anillo centrado en un eje definido por dicho
árbol para proporcionar junta alrededor del mismo, teniendo cada
segmento de empaquetadura retráctil: una cara (205) interior para
sellar contra dicho árbol; una cara (206) exterior que soporta una
extensión (209, 211) en forma de T; abarcando dichas caras (205,
206) interior y exterior y dicha extensión (209, 211) extremos
(203a, 203b) laterales comunes opuestos cortados paralelamente a los
radios de dicho eje; y al menos una junta (219) de escobilla
dispuesta en la cara interior, teniendo dicha al menos una junta de
escobilla extremos opuestos, estando cortado al menos uno de dichos
extremos de manera no paralela con los radios de dicho eje;
caracterizado porque:
cada uno de dichos extremos (203a, 203b)
laterales comunes opuestos tiene una perforación (215) para alojar
un extremo de un medio (301) de resorte o similar por el que dichos
segmentos adyacentes se desvían separándose entre sí en la
dirección circunferencial de dicho anillo; y
un extremo de dicha junta de escobilla que está
cortado de manera no paralela a los radios de dicho eje se extiende
pasado uno de dichos extremos (203a, 203b) laterales comunes, por lo
que el conjunto puede proporcionar una junta de escobilla alrededor
del árbol que no tiene áreas donde no están presentes cerdas de la
escobilla.
2. El conjunto según la reivindicación 1, en el
que ambos extremos de dicha al menos una junta de escobilla están
cortados de manera no paralela a los radios de dicho eje.
3. El conjunto según la reivindicación 2,
estando cortado uno de dichos extremos (303) en ángulo para formar
una lengüeta que se extiende pasado el extremo de segmento y el otro
de dichos extremos (305) estando cortado en el mismo ángulo
relativo a dicho segmento para proporcionar una ranura para aceptar
una lengüeta formada por una junta de escobilla en otro dicho
segmento de empaquetadura.
4. El conjunto según las reivindicaciones 2 ó 3,
en el que dicha al menos una junta de escobilla comprende cerdas
(219) dispuestas en un soporte (217), estando dispuestos los dichos
extremos de la junta de escobilla de manera que extremos
respectivos de una cara (221) inferior del soporte, que en uso es la
cara del mismo radialmente más exterior, coinciden sustancialmente
con la unión entre dicha cara (205) interior y extremos (203a,
203b) de segmento.
5. El conjunto según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de dichas
juntas de escobilla.
6. El conjunto según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha cara interior incluye
una pluralidad de aletas (119).
7. El conjunto según la reivindicación 6, en el
que dichas aletas se extienden a diferentes distancias desde dicha
cara interior.
8. Un aparato que extrae trabajo de la expansión
de un fluido de trabajo gaseoso, comprendiendo dicho aparato un
árbol (111) giratorio y una junta llevada por una carcasa (101),
comprendiendo dicha junta un conjunto de segmentos (201) de
empaquetadura retráctiles según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores dispuestos en un anillo centrado en un
eje definido por el árbol.
9. El aparato según la reivindicación 8, en el
que dichas extensiones en forma de T se alojan en una ranura
conformada de manera correspondiente en un diafragma (103) llevado
por dicha carcasa (101) y dicho diafragma está dotado de un
orificio (307) y /o dichos segmentos están dotados con medios (401)
de conducción dispuestos para permitir que el fluido de trabajo
entre en dicha ranura para forzar los segmentos hacia el árbol.
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