ES2349314T3 - Diseños de juntas estanco de escobilla mejorados para turbinas y aparatos rotatorios similares. - Google Patents

Abstract

Un conjunto de segmentos (20) de empaquetado retráctiles para un aparato que extrae trabajo de la expansión de un fluido de trabajo gaseoso, comprendiendo dicho aparato un árbol (111) rotatorio dispuesto en una carcasa (101) estando dispuesto, en uso, dicho conjunto retráctil de segmentos de empaquetado en un anillo centrado en un eje definido por dicho árbol para constituir una junta estanco alrededor del mismo, teniendo cada segmento de empaquetado 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 al radio de dicho eje; y al menos una junta estanco (219) de escobilla dispuesta en la cara interior, teniendo dicha al menos una junta estanco de escobilla extremos opuestos, estando cortado al menos uno de dichos extremos de manera no paralela al radio de dicho eje; caracterizado porque: cada uno de dichos segmentos de empaquetado tiene un muelle o medio (301) similar asociado por el cual dichos segmentos contiguos están predispuestos para alejarse entre sí en la dirección circunferencial de dicho anillo; y un extremo de dicha junta estanco de escobilla de un respectivo segmento de empaquetado que está cortado de manera no paralela al radio de dicho eje se extiende hasta pasado uno de dichos extremos (203a, 203b) laterales comunes y se engancha con un extremo de una junta estanco de escobilla de un segmento de empaquetado contiguo.

Description

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la Invención 5

La presente invención se refiere en general a diseños de juntas estanco de escobilla mejoradas para uso en turbinas, tales como turbinas de vapor y turbinas de gas y otros aparatos que extraen trabajo de la dilatación de un fluido de trabajo y, concretamente, a un conjunto de segmentos de empaquetado replegable que tiene al menos una junta estanco de escobilla. 10

2. Breve descripción de la técnica anterior

El uso de turbinas de fluido elástico de flujo axial, tales como turbinas de vapor de flujo axial, desempeña un papel muy importante en la producción de energía eléctrica en nuestra 15 sociedad. Con frecuencia, en una central eléctrica típica, habrá un número de turbinas de vapor que cada una acciona uno o más generadores de energía eléctrica.

En general, cada turbina de vapor comprende un árbol rotable soportado por cojinetes que están encajados en un alojamiento o carcasa. Con el fin de rotar el árbol usando el momento de vapor recalentado (vapor recalentado para turbina de vapor y gases de combustión de 20 hidrocarburo para una turbina “de gas”), una serie de fases de turbina se disponen sucesivamente a lo largo del eje del árbol. Una caldera, típicamente situada fuera a la carcasa de la turbina, está provista con el fin de generar vapor para impulsión de la turbina. Fuera de la carcasa de la turbina hay tubos de vapor que se usan para conducir el vapor desde la caldera a la turbina. Típicamente, las turbinas se clasifican por la presión o rango de presión a la que 25 opera. Unido al extremo de la carcasa de la turbina hay una carcasa que se estrecha llamada cubierta. Al final de la cubierta hay un tubo (el tubo de boquilla) que se une al tubo de la caldera; el sellado del tubo de boquilla al tubo 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 del tubo de boquilla y el otro en el interior 30 del tubo de vapor al que conduce el tubo de boquilla. Un ejemplo de este tipo de junta estanco de expansión lo muestra Miller en el documento US 2.863.632 (cuya revelación se incorpora a la presente por 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 35 banda de cubierta (es decir, recubrimiento) que se extiende circunferencialmente que está asegurada a las partes de espiga de los álabes. Un diafragma fijo está instalado detrás de cada rotor en una junta estanco circunferencial formada en la carcasa de la turbina. La estructura interior del diafragma define un anillo de toberas de vapor dispuestas circunferencialmente alrededor del rotor. Estas toberas están situadas en la misma posición radial que los álabes en 5 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 “sello de punta” con la banda de cubierta de cada rotor de turbina, un anillo de segmentos de bandas de derrame que están soportados desde el diafragma fijo de cada fase con empaquetado que se extiende hasta la banda de cubierta giratoria (banda que está unida a los álabes, que están fijas al rotor, que está rotando). 10 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, con lo que se transmite par de torsión al árbol de la turbina. En fases corriente 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. 15

Un problema importante en el diseño de turbinas se refiere a la calidad de las junta estancos de vapor entre los diferentes componentes fijos y rotatorios a lo largo del paso de flujo de vapor de la turbina. En general, hay varias ubicaciones dentro de la turbina donde dichas junta estancos deben establecerse para garantizar una alta eficacia de la turbina.

Una primera ubicación donde son necesarias junta estancos de vapor es entre la parte exterior 20 de cada rotor y su diafragma asociado ha sido efectuada usando un anillo segmentado de banda de derrame del tipo revelado en la patente de EE. UU. Número 5.547.340 incorporada a la presente por referencia. Durante las operaciones de arranque, cuando el rotor presenta modos de operación a baja frecuencia alrededor de su eje, las puntas de la estructura rígida a modo de aleta (por ejemplo, junta estancos de aleta) que se proyectan a lo largo de los 25 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 procedimiento de arranque. Los solamente protectores ofrecidos contra dicha acción de rozamiento han 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 30 resultado la degradación de la junta estanco 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 donde son necesarias junta estancos de vapor está entre el rotor y el árbol de la turbina. Crear junta estancos sobre dichas ha sido tratado generalmente a lo largo 35 de los años instalando un empaquetado segmentado entre el rotor y el árbol de la turbina en cada fase de turbina. El empaquetado consta normalmente de una primera estructura de anillo con múltiples filas de aletas (es decir, dientes de junta estanco) en una de las partes y una segunda estructura con múltiples filas de proyecciones superficiales que se corresponden con las aletas. La primera estructura de anillo se monta típicamente desde el diafragma asociado y 5 la segunda estructura de anillo se monta típicamente en el árbol de la turbina. Consecuentemente, las filas de aletas concordantes y alineadas y las estructuras de proyección crean una junta estanco de tipo laberinto que presenta un paso de flujo de alta impedancia al vapor presurizado. Sin embargo, durante la operación de arranque, los modos de operación a baja frecuencia alrededor del eje de la turbina tiende a causar que las partes de 10 punta de cada fila de aletas se desplace radialmente por fuera y por 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 al empaquetado. Para evitar el roce y el daño de tales estructuras de anillo de empaquetado, es necesario diseñar las aletas y las proyecciones de superficie con suficiente margen para 15 evitar roce de las puntas durante la operación de arranque. Esto, no obstante, degrada necesariamente la calidad de la junta estanco de laberinto.

En las patentes de EE. UU. Números 4.436.311 y 5.395.124 de Brandon (cuyas revelaciones se incorporan a la presente por referencia), el problema del roce de las puntas de aletas en el diseño del anillo de empaquetado ha sido afrontado proporcionando una estructura de anillo de 20 empaquetado segmentado replegable entre cada rotor y el árbol de la turbina. La manera en la que la calidad de la junta estanco 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 empaquetado montados en el diafragma se predisponen por resorte en dirección radial alejándose del árbol de la turbina, reduciendo el riesgo de roce 25 de la parte de punta de aletas y el daño del anillo de empaquetado. A medida que el rotor incrementa su velocidad angular, la vibración a baja frecuencia se reduce de manera natural. Los segmentos de anillo del empaquetado son forzados a acercarse (radialmente hacia adentro) al árbol de la turbina por presión de vapor, mejorando la calidad de la junta estanco de laberinto entre las aletas y las proyecciones de superficie correspondientes opuestas, 30 mejorando de este modo la eficacia de la turbina.

Una solución alternativa al problema del roce de las puntas de aleta en el empaquetado se revela 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 empaquetado montados en el diafragma. 35 La función de la junta estanco de escobilla es mejorar la calidad de la junta estanco de laberinto durante todas las fases de operación. 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 junta estancos de aleta sin diseñar un alto grado de margen en el diseño. En consecuencia, en virtud de dichos requisitos de margen incrementados, la calidad 5 de la junta estanco de laberinto proporcionada por este diseño de junta estanco de empaquetado de la técnica anterior se ve comprometida necesariamente.

Otras patentes describen el uso de junta estancos de escobilla en turbinas, tales como las US 4.971.336 de Ferguson, US 5.599.026 de Sanders y otros, US 5.474.306 de Bagepalli y otros, y US 5.749.584 concedida a Skinner y otros (cuyas revelaciones se incorporan a la presente por 10 referencia). En estos diseños, las junta estancos de escobilla están diseñadas para ser fijas e inmóviles. Muchos de los diseños más recientes de junta estancos de escobilla proporcionan las escobillas inclinadas un ángulo del radio de la turbina (estando el centro definido por el árbol rotatorio de la turbina). Como enseñan Skinner y otros, las máquinas existentes con junta estancos replegables (por ejemplo, tal como describió Brandon) pueden adaptarse con una 15 junta estanco de escobilla sustituida por uno de los dientes de laberinto, pero cuando se usa con empaquetado replegable, Skinner y otros enseñan que los extremos de cada junta estanco de escobilla dispuestos en un segmento de empaquetado replegable debe cortarse a lo largo del radio, dotar cada uno de los segmentos con una superficie a nivel para el acoplamiento adecuado cuando las junta estancos se enganchan entre sí para formar la estructura de anillo. 20 Debido a la inclinación de las escobillas con respecto al extremo plano de las junta estancos de escobilla dispuesto a lo largo del radio, el diseño de Skinner y otros incluye un pequeño espacio en la junta estanco de escobilla.

El documento EP-A-0 911 554 describe segmentos de anillo de junta estanco de laberinto replegables dotados con una junta estanco de escobilla formada por cerdas inclinadas un 25 ángulo de 45º. Como consecuencia, aparece un área triangular hueca en el extremo de cada segmento, creando un espacio tal como en el diseño de Skinner y otros.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

30

La invención provee un conjunto de segmentos de empaquetado replegables para un aparato que extrae trabajo de la dilatación de un fluido de trabajo gaseoso, comprendiendo dicho aparato un árbol rotable dispuesto en una carcasa, en uso, estando dispuesto dicho conjunto replegable de segmentos de empaquetado en un anillo centrado en un eje definido por dicho árbol para proveer una junta estanco alrededor del mismo, teniendo cada segmento de 35 empaquetado replegable: 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 estanco de escobilla dispuesta en la cara interior, teniendo dicha al menos una junta estanco de escobilla extremos opuestos, estando cortado al menos uno de 5 dichos extremos de manera no paralela a los radios de dicho eje;

caracterizado porque:

cada uno de dichos segmentos de empaquetado tiene un muelle o medio similar asociado mediante el cual dichos segmentos contiguos están predispuestos para alejarse entre síu en la dirección circunferencial de dicho anillo; y 10

un extremo de dicha junta estanco de escobilla de un respectivo segmento de empaquetado está cortado no paralelo al radio de dicho eje se extiende hasta más allá de uno de dichos extremos laterales comunes y se engancha con un extremo de una junta estanco de un segmento de empaquetado contiguo.

El documento EP-A- 0 989 342 revela un segmento de empaquetado híbrido para un aparato 15 que extrae trabajo de la dilatación de un gas de trabajo. El segmento incluye una pluralidad de aletas y una junta estanco de escobilla para sellar contra un árbol rotable del aparato. En uso, una pluralidad de dichos segmentos están fijos en una relación de extremo a extremo para proveer una junta estanco de anillo no replegable fija centrada en un eje definido por el árbol. La junta estanco de escobilla tiene ambos extremos cortados de no paralelos al radio de dicho 20 eje. La cara exterior de cada elemento de empaquetado soporta una extensión en forma de T por la que el segmento de empaquetado está fijo no replegablemente al aparato.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

25

Con el fin de que la invención pueda ser bien entendida, algunas realizaciones de la misma, que se presentan a modo de ejemplo solamente, se describirán ahora con referencia a los dibujos, en los que:

La figura 1 es una vista en sección transversal de una fase de turbina convencional que incluye 30 una realización de un conjunto replegable de segmentos de empaquetado de acuerdo con la invención;

Las figuras 2A y 2B son vistas en perspectiva de extremos opuestos de un segmento de empaquetado.

la figura 3 es una vista lateral que muestra segmentos de empaquetado contiguos separados entre sí.

la figura 4 es una vista en perspectiva de una muesca en el lado de un segmento de empaquetado para permitir que el vapor entre detrás del empaquetado durante el arranque y el paro. 5

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERENTES

El lector se remite primero a las patentes antes mencionadas en la sección de los antecedentes de aspectos específicos y detalles concernientes a junta estancos de laberinto y segmentos de 10 empaquetado replegables. Como se indicó en la sección de los antecedentes, el vapor (ejemplificado en esta sección como el fluido de trabajo) se canaliza en cada fase mediante una tobera del diafragma hacia los álabes, estando el diafragma unido a la carcasa inmóvil y estando los álabes unidos al árbol rotatorio de la turbina.

Como se muestra en la figura 1, una sección transversal a través de una turbina revela la 15 carcasa 101 en la que está montado un diafragma 103 que separa fases contiguas. El flujo de vapor de la fase anterior se canaliza a través de la tobera (una abertura conformada) 105 en el diafragma para impactar sobre los álabes 107 de la turbina. Cada álabe está unido mediante una raíz 109 al árbol 111 de la turbina. La circunferencia del extremo de los álabes está tapada con una cubierta 113 circunferencial. Se previene que el vapor se desvíe del álabe y pase 20 sobre la cubierta por una junta estanco 115 de punta; el vapor no retrocede entre la junta estanco de punta y la cubierta porque no puede fluir desde un área de presión menor a un área de presión mayor (áreas a la izquierda de la figura 1 son de presión menor que las de la derecha). Una junta estanco 115 de punta concordante está presente en la siguiente fase corriente abajo de los álabes. Aunque el vapor no puede evitar la tobera retrocediendo a través 25 de la junta estanco 115 (es decir, a la derecha de la figura), puede fugarse entre el diafragma y el árbol. En consecuencia, esta es otra ubicación donde se usa el empaquetado. En resumen, el vapor de una fase anterior impacta sobre el álabe dirigido hacia el siguiente conjunto de álabes. Debe prevenirse que el vapor que entra en la fase escape alrededor del diafragma con la tobera; se previene que retroceda corriente arriba debido a las mayores presiones, yendo 30 alrededor del árbol por el empaquetado 117 contiguo al árbol, y que se desvíe del álabe por la junta estanco 115 de punta.

El empaquetado entre el diafragma y el árbol es replegable y es, preferiblemente, de tipo de laberinto. El empaquetado 117 está dispuesto en el diafragma e incluye una serie de aletas 119 cuyos extremos están situados contiguos a las correspondientes superficies 121 del árbol, 35 algunas de las cuales están elevadas, proporcionando todas el margen adecuado y una trayectoria sinuosa (laberíntica) de alta resistencia y por lo tanto una junta estanco. El empaquetado puede estar predispuesto hacia el árbol con un resorte. El empaquetado tiene la geometría de un anillo y proporciona como una pluralidad de segmentos, típicamente seis que se usan en una aplicación a alta presión. En virtud de este empaquetado, el vapor que sale de 5 los álabes de la fase anterior se canaliza a través de la tobera y no escapa alrededor del diafragma. Debe apreciarse que una junta estanco de laberinto no necesita tener aletas robustas con el fin de constituir un laberinto. Por ejemplo, una o más de las aletas puede sustituirse por una junta estanco 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 10 trayectoria de flujo sinuosa, por lo tanto se forma una junta estanco de laberinto.

Los segmentos de empaquetado replegables están arqueados. 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 axial de la turbina (es decir, el radio de la turbina en una sección transversal cuando se ve 15 axialmente a lo largo del árbol), aunque no necesitan serlo. La superficie 205 radialmente interior del segmento (es decir, el lado orientado hacia el árbol) está dotada 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 un surco formado de manera correspondiente en el 20 diafragma tal como se muestra en la figura 1. La parte de cuello 211 que conecta la superficie radialmente exterior del segmento de empaquetado a los rebordes recibe una proyección correspondiente del diafragma. El cuello en cada extremo del segmento está dotado preferiblemente de una perforación 215. Un resorte (o medio similar) es recibido en cada una de las perforaciones de segmentos contiguos/colindantes; los resortes predisponen los 25 segmentos para alejarse entre sí. Como se indicó anteriormente, es preferente que estos segmentos incluyan medios para permitir que el vapor vaya por detrás de la junta estanco, como se explicará más adelante; cuando la turbina alcanza la presión de operación, la presión fuerza los cuellos de los segmentos a lindar con la proyección correspondiente del diafragma y formar una junta estanco de manera que el vapor tenga que pasar a través de la tobera o 30 intentar atravesar la junta estanco de laberinto.

En la realización mostrada en las figuras 2A y 2B, una sección central del segmento donde una aleta podría estar dispuesta se ha sustituido por una junta estanco de escobilla. La junta estanco comprende generalmente un soporte 217 en el que están dispuestas una multiplicidad de cerdas 219. Como se muestra, y como se describe en la técnica, las cerdas preferiblemente 35 están inclinadas (anguladas) con respecto al radio (axial) de la turbina. Se ha descubierto que el problema alegado identificado por Skinner y otros, según el cual los extremos de las junta estancos de escobilla, como los extremos de segmentos de empaquetado, deben disponerse a lo largo del radio de la turbina, no es una limitación. Como se muestra en las figuras 2A y 2B, en un extremo del segmento la junta estanco de escobilla se corta en un ángulo que se 5 extiende hasta pasado el extremo del segmento (por ejemplo, la figura 2A) y el otro extremo de la junta estanco de escobilla en el extremo opuesto de ese segmento se corta en un ángulo que se extiende sobre el segmento (por ejemplo, figura 2B). Por lo tanto, los extremos de la junta estanco de escobilla no están dispuestos a lo largo del radio de la turbina. Es preferente que el extremo de la junta estanco de escobilla esté cortado de manera que la cara 221 inferior 10 (o exterior) del soporte coincida sustancialmente con la unión entre la cara 205 interior y el extremo 203a/b de segmento.

La presente invención provee una ventaja significativa sobre el sistema descrito por Skinner y otros porque la junta estanco de escobilla actual no tiene áreas donde las que las cerdas no están presentes. En esta industria, la junta estanco formada por una junta estanco de escobilla 15 está determinada típicamente con respecto a una aleta teórica de una junta estanco de laberinto. Debido a que una junta estanco de escobilla no es consistente, se produce algún flujo a su través, aún cuando la escobilla esté en contacto alineado con el árbol. Se hace una prueba de presión para determinar la pérdida de una junta estanco de escobilla en contacto alineado. Este valor de pérdida se usa seguidamente para calcular de nuevo el margen entre 20 una aleta teórica en una junta estanco de laberinto; es decir, dada la caída de presión en la prueba, el área entre el extremo de la aleta y el árbol se calcula de nuevo (la aleta es consistente por lo que ningún fluido de trabajo fluye a su través) para proveer un área de fuga efectiva para la junta estanco de escobilla. Si se asumiera la misma área de fuga efectiva para la junta estanco de escobilla per se descrita por Skinner y otros y la de la presente invención, la 25 adición de los espacios formados por las cerdas ausentes en Skinner y otros se obtiene una junta estanco en un área de fuga en la junta estanco de Skinner y otros significativamente mayor que la de la junta estanco actual. El área de fuga se refiere al diámetro de la junta estanco. Usando una junta estanco de escobilla con un diámetro de aproximadamente 915 mm, la junta estanco de escobilla de Skinner y otros tiene 47% mayor fuga que la junta estanco 30 de escobilla actual, y con una junta estanco de escobilla con diámetro de aproximadamente 254 mm, la junta estanco de escobilla actual tiene 264% menor fuga.

En operación transitoria durante el arranque, los segmentos se repliegan y se predisponen radialmente hacia fuera; esto permite al árbol rote lentamente con cierta oscilación o vibración sin las proyecciones 121 sobre el árbol impactando y dañando las aletas en el empaquetado. 35 Cuando la presión del vapor se incrementa y la turbina se acerca a la velocidad y temperatura de operación, el empaquetado se contrae alrededor del árbol. Como se muestra en la figura 3, los segmentos de empaquetado contiguos se separan y son impulsados a separarse mediante un resorte 301 (un resorte espiral que se muestra en la figura). En el extremo de una junta estanco de escobilla, la junta estanco está cortada con un ángulo que se extiende hasta 5 pasado el extremo del segmento para proveer una especie de lengüeta 303. El extremo correspondiente del segmento contiguo está dotado con la junta estanco de escobilla cortada con un ángulo que se extiende sobre la superficie del segmento para constituir un surco 305. Cuando los segmentos se unen para formar un anillo los extremos opuestos de los segmentos contiguos se encuentran y se ponen a paño, y la parte de lengüeta del segmento de junta 10 estanco de escobilla de un segmento de empaquetado se engancha con el surco en el segmento colindante contiguo. En consecuencia, la invención evita el problema inherente del dispositivo de Skinner y otros en el que existe un pequeño orificio o espacio en la junta estanco de escobilla en cada unión entre segmentos de empaquetado. Adicionalmente, la junta estanco de escobilla (o una de las varias junta estancos de escobilla) puede estar constituida como una 15 junta estanco de escobilla flotante.

Con respecto además a la operación transitoria, como se indicó anteriormente, durante el arranque hay normalmente problemas con gradientes térmicos y expansión y alineación desajustadas así como problemas de vibración. Para evitar daños al empaquetado, es deseable efectivamente desenganchar el empaquetado del árbol. En consecuencia, es 20 preferente el empaquetado replegable – contraíble tal como el descrito Brandon en el documento US 4.436.311 (cuya revelación se incorpora a la presente por referencia); en esencia, este empaquetado es radialmente móvil y autoajustable. Este empaquetado comprende un anillo de segmentos de empaquetado separado de los contiguos mediante un resorte, que impulsa el anillo a agrandar la circunferencia y por lo tanto a alejarse del árbol de 25 la turbina; los segmentos inferiores del anillo se alejan 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) puede acceder a la superficie radialmente exterior corriente arriba del segmento; dicho acceso puede lograrse como un orificio 307 en la pared del diafragma, como se muestra en la figura 1, de manera que el vapor es admitido libremente detrás del 30 empaquetado. Alternativamente, o además, como se muestra en la figura 4, un surco 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 35 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 operación, 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 agrandar el diámetro y por lo tanto a alejarse del árbol. Predispuestos 5 de esta manera, habrá espacios entre los segmentos, y los 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 menor a sellar alrededor el árbol.

Se apreciará que las realizaciones de un conjunto replegable de segmentos de empaquetado 10 proveen un diseño de junta estanco de escobilla mejorada para uso en la creación de junta estancos superiores en turbinas evitando al mismo tiempo las deficiencias e inconvenientes de los diseños de junta estancos de escobilla de la técnica anterior.

Se apreciará que las realizaciones de un segmento de empaquetado retráctil proporcionan un diseño de junta estanco de escobilla tal que reduce de manera efectiva el desgaste de partes 15 de la turbina a la vez que proporciona una junta estanco 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 empaquetado retráctil proporcionan un anillo de empaquetado segmentado mejorado para uso en una turbina elástica, en el que una 20 junta estanco mejorada está prevista entre el soporte del anillo de empaquetado y el rotor de la misma.

Se apreciará que las realizaciones de un segmento de empaquetado retráctil proporcionan un empaquetado retráctil mejorada para uso en una turbina elástica, en el que una junta estanco mejorada se forma entre el empaquetado retráctil y el rotor de la turbina mediante aletas y al 25 menos una fila de elementos de cerda (es decir, una junta estanco de escobilla) dispuesto entre ellos.

Se apreciará que las realizaciones de un segmento de empaquetado retráctil proporcionan un empaquetado de junta estanco de escobilla retráctil que proporciona una junta estanco de escobilla continua sin espacios intermedios tal como se muestra en la técnica anterior con junta 30 estancos de escobilla en el empaquetado retráctil.

La anterior descripción pretende ser ilustrativa y no limitativa. Al experto en la técnica podrán resultarle evidentes diversos cambios, modificaciones y añadidos tras un examen de la presente especificación, estando la invención limitada solamente por las reivindicaciones.

35

Claims (9)

1. Reivindicaciones

   1. Un conjunto de segmentos (20) de empaquetado retráctiles para un aparato que extrae trabajo de la expansión de un fluido de trabajo gaseoso, comprendiendo dicho aparato un árbol (111) rotatorio dispuesto en una carcasa (101) estando dispuesto, en uso, dicho conjunto 5 retráctil de segmentos de empaquetado en un anillo centrado en un eje definido por dicho árbol para constituir una junta estanco alrededor del mismo, teniendo cada segmento de empaquetado 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 10 opuestos cortados paralelamente al radio de dicho eje; y al menos una junta estanco (219) de escobilla dispuesta en la cara interior, teniendo dicha al menos una junta estanco de escobilla extremos opuestos, estando cortado al menos uno de dichos extremos de manera no paralela al radio de dicho eje;

   caracterizado porque: 15

   cada uno de dichos segmentos de empaquetado tiene un muelle o medio (301) similar asociado por el cual dichos segmentos contiguos están predispuestos para alejarse entre sí en la dirección circunferencial de dicho anillo; y

   un extremo de dicha junta estanco de escobilla de un respectivo segmento de empaquetado 20 que está cortado de manera no paralela al radio de dicho eje se extiende hasta pasado uno de dichos extremos (203a, 203b) laterales comunes y se engancha con un extremo de una junta estanco de escobilla de un segmento de empaquetado contiguo.
2. 2. Un conjunto según la reivindicación 1, en el que ambos extremos de dicha al menos una 25 junta estanco de escobilla están cortados de manera no paralela al radio de dicho eje.
3. 3. Un conjunto según de la reivindicación 2, estando cortado uno de dichos extremos (303) en ángulo para formar una lengüeta que se extiende hasta pasado el extremo de segmento y estando cortado el otro de dichos extremos (305) con el mismo ángulo con respecto a dicho 30 segmento para constituir un surco para aceptar una lengüeta formada por una junta estanco de escobilla en otro dicho segmento de empaquetado.
4. 4. Un conjunto según de la reivindicación 2 ó 3, en el que dicha al menos una junta estanco de escobilla comprende cerdas (219) dispuestas en un soporte (217), estando 35 dispuestos los dichos extremos de la junta estanco de escobilla de manera tal que los respectivos extremos de una cara (221) inferior del soporte que, en uso, es la cara del mismo radialmente exterior, coinciden sustancialmente con la unión entre dicha cara (205) interior y extremos (203a, 203b) de segmento.

   5
5. 5. Un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende una pluralidad de dichas juntas estanco.
6. 6. Un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha cara interior incluye una pluralidad de aletas (119). 10
7. 7. Un conjunto según la reivindicación 6, en el que dichas aletas se extienden a diferentes distancias de dicha cara interior.
8. 8. Un aparato que extrae trabajo de la expansión de un fluido de trabajo gaseoso, 15 comprendiendo dicho aparato un árbol (111) rotable y una junta estanco soportada por una carcasa (101), comprendiendo dicha junta estanco un conjunto de segmentos (201) de empaquetado retráctiles, como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, dispuesto en un anillo centrado en un eje definido por dicho árbol.

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9. 9. Un aparato según la reivindicación 8, en el que dichas extensiones en forma de T son recibidas en un surco conformado concordantemente en un diafragma (103) soportado por dicha carcasa (101) y dicho diafragma está dotado con un orificio (307) y/o dichos segmentos están dotados con medios (401) de conducción dispuestos para permitir que el fluido de trabajo entre en dicho surco para forzar los segmentos hacia el árbol. 25