RU2086777C1

RU2086777C1 - Turbomachine end seal

Info

Publication number: RU2086777C1
Application number: RU94019572A
Authority: RU
Inventors: Ф.А. Лиснянский; А.О. Лопатицкий; Л.А. Озернов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод"
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1994-05-19
Publication date: 1997-08-10

Abstract

FIELD: manufacture of turbomachines. SUBSTANCE: end seal includes fixed grate 4 and rotary grate 5 and labyrinth sections 6, 7 located in series in way of leakage of working medium. Vane cascade is made in the form of turbine stage with nozzle grate 4 and working grate 5. EFFECT: reduced leakage and reduced sizes of seal. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а более точно к концевому уплотнению турбомашины, в частности паровой турбины. The invention relates to the field of turbomachinery, and more specifically to the end seal of a turbomachine, in particular a steam turbine.

Известно, что значительную долю потерь энергии турбомашины составляют потери, связанные с протечками рабочего тела как внутри проточной части, так и через концевые уплотнения. В качестве концевых уплотнений наибольшее распространение получили лабиринтные уплотнения. При этом, учитывая большой перепад давления на концевом уплотнении турбомашины, для уменьшения протечек используют большое число дросселирующих элементов, что приводит к увеличению длины ротора. В некоторых паровых турбинах концевые уплотнения занимают до 30 40% от длины ротора. It is known that a significant proportion of the energy losses of a turbomachine are losses associated with leaks of the working fluid both inside the flow part and through the end seals. As end seals, labyrinth seals are most widely used. At the same time, given the large pressure drop across the end seal of the turbomachine, a large number of throttling elements are used to reduce leaks, which leads to an increase in the length of the rotor. In some steam turbines, end seals occupy up to 30-40% of the rotor length.

Известны бесконтактные уплотнения турбомашин, которые содержат лопаточную решетку, создающую турбулизирующий эффект, эффект противодавления или выравнивающую поле скоростей рабочего тела. Эти уплотнения более компактны, чем лабиринтные. Однако первые из двух указанных требуют дополнительных затрат энергии, а последнее имеет низкую уплотняющую способность. Non-contact seals of turbomachines are known, which contain a scapular lattice creating a turbulizing effect, a counter-pressure effect or leveling the velocity field of the working fluid. These seals are more compact than labyrinth seals. However, the first of the two indicated require additional energy, and the latter has a low sealing ability.

Наиболее близким к изобретению по совокупности конструкционных признаков является концевое уплотнение турбомашины, содержащее последовательно расположенные по потоку совокупность неподвижной и вращающейся лопаточных решеток и лабиринтную секцию. В известном уплотнении такого типа с помощью лопаточных решеток в виде компрессорной ступени решается задача повышения вибрационной устойчивости ротора турбомашины. Однако такое уплотнение не уменьшает величину протечек и вместе с тем требует затрат энергии. Closest to the invention in terms of the combination of structural features is the end seal of the turbomachine, which contains a series of fixed and rotating blade grids and a labyrinth section successively located in the flow. In a known seal of this type, with the help of spatula grids in the form of a compressor stage, the problem of increasing the vibration stability of a turbomachine rotor is solved. However, such a seal does not reduce the amount of leakage and at the same time requires energy.

В основу изобретения поставлена задача создания концевого уплотнения турбомашины с использованием лопаточных решеток, которые, обеспечивая снижение давления в большей степени, чем лабиринтная секция, и тем самым снижая протечки или размеры уплотнения, вместе с тем не требовали бы затрат энергии. The basis of the invention is the task of creating an end seal of a turbomachine using spatula grids, which, providing a decrease in pressure to a greater extent than the labyrinth section, and thereby reducing leakage or size of the seal, would not require energy.

Эта задача решена в концевом уплотнении турбомашины, содержащем последовательно расположенные по потоку по меньшей мере одну совокупность неподвижной и вращающейся лопаточных решеток и лабиринтную секцию, в котором в соответствии с сущностью изобретения совокупность лопаточных решеток выполнена в виде турбинной ступени. This problem is solved in the end seal of a turbomachine, containing at least one set of fixed and rotating blade grids and a labyrinth section in series, in which, in accordance with the essence of the invention, the set of blade grids is made in the form of a turbine stage.

В таком уплотнении в соответствии с известным рабочим процессом в сопловой и рабочей решетках турбинного типа происходит уменьшение энтальпии рабочего тела, сопровождающееся снижением его давления. При протекании этого процесса снижение давления происходит в большей степени, чем в лабиринтной секции того же размера, а следовательно, и уменьшается перепад давления на последующей лабиринтной секции, что позволяет уменьшить протечки через кольцевое уплотнение. Вместе с тем использование турбинной ступени позволяет не только предотвратить потери энергии на концевом уплотнении, но и выработать дополнительную мощность. In such a seal, in accordance with the known working process in the nozzle and working grates of the turbine type, the enthalpy of the working fluid decreases, accompanied by a decrease in its pressure. During this process, the decrease in pressure occurs to a greater extent than in the labyrinth section of the same size, and consequently, the pressure drop across the subsequent labyrinth section is reduced, which allows to reduce leakage through the O-ring. At the same time, the use of a turbine stage allows not only to prevent energy losses at the end seal, but also to generate additional power.

На фиг. 1 изображено концевое уплотнение паровой турбины в продольном разрезе; на фиг. 2 турбинная ступень уплотнения на фиг. 1 с разрезом по А-А в развертке в увеличенном масштабе. In FIG. 1 shows an end seal of a steam turbine in longitudinal section; in FIG. 2, the turbine stage of the seal in FIG. 1 with a section along aa in a scan in an enlarged scale.

Изображенное на фиг. 1 концевое уплотнение предназначено для паровой турбины, содержащей статор 1 и ротор 2. В кольцевой щели между валом 3 ротора 2 и статором 1 последовательно по ходу паропротечки расположены две различные части концевого уплотнения. Depicted in FIG. 1 end seal is designed for a steam turbine containing a stator 1 and a rotor 2. In the annular gap between the shaft 3 of the rotor 2 and the stator 1, two different parts of the end seal are arranged in series along the steam leak.

Первая из этих частей выполнена в виде совокупности неподвижной лопаточной сопловой решетки 4 и вращающейся лопаточной решетки турбинного типа 5, образующих турбинную ступень (фиг. 2). The first of these parts is made in the form of a combination of a fixed blade nozzle lattice 4 and a rotating blade turbine type lattice 5, forming a turbine stage (Fig. 2).

Геометрические размеры и газодинамические параметры сопловой 4 и вращающейся решеток 5 рассчитываются по общеизвестным зависимостям с учетом условий наиболее экономичного использования в этих решетках располагаемого теплоперепада при номинальной частоте вращения ротора турбомашины. The geometric dimensions and gas-dynamic parameters of the nozzle 4 and rotating gratings 5 are calculated according to well-known dependencies, taking into account the conditions of the most economical use of the available heat transfer in these gratings at the nominal rotational speed of the turbomachine rotor.

Вторая часть концевого уплотнения (фиг. 1) выполнена в виде секции обычного лабиринтного уплотнения с гребешками 6 и расширительными камерами 7. The second part of the end seal (Fig. 1) is made in the form of a section of a conventional labyrinth seal with scallops 6 and expansion chambers 7.

Работа уплотнения происходит в соответствии с известными физическими явлениями преобразования энергии пара в турбинной ступени и дросселирования в лабиринтной секции. При этом в отличие от других известных концевых уплотнений в описанном уплотнении при прохождении протечек через турбинную ступень происходит выработка дополнительной энергии. The compaction works in accordance with the known physical phenomena of the conversion of steam energy in the turbine stage and throttling in the labyrinth section. In this case, unlike other known end seals in the described seal, when leaks pass through the turbine stage, additional energy is generated.

В соответствии с изобретением была произведена конструкторская проработка переднего концевого уплотнения цилиндра среднего давления турбины ЛМЗ типа К-300-240. При этом исследовались возможности турбинной ступени с высотой лопаток 4,5 мм в качестве уплотняющего элемента первой ступени концевого уплотнения. Расчеты показали следующее. In accordance with the invention, a design study of the front end seal of the medium pressure cylinder of the LMZ turbine type K-300-240 was carried out. The possibilities of a turbine stage with a blade height of 4.5 mm as a sealing element of the first stage of the end seal were investigated. Calculations showed the following.

При обычных протечках пара через концевое уплотнение G_пр 12,06 т/ч одна турбинная ступень снижает давление парапротечек в той же мере, что и секция лабиринтного уплотнения, имеющая длину, на 30% больше, чем соответствующий размер турбинной ступени. При одинаковых габаритных размерах турбинная ступень, заменяющая в концевом уплотнении ротора лабиринтную секцию, позволяет снизить протечки на 16% Вместе с тем изобретение позволяет при оптимальных режимах работы генерировать дополнительно около 100 кВт•ч электроэнергии.With normal steam leaks through the end seal G _pr 12.06 t / h, one turbine stage reduces the para-leakage pressure to the same extent as the labyrinth seal section, which is 30% longer than the corresponding size of the turbine stage. With the same overall dimensions, the turbine stage, which replaces the labyrinth section in the end seal of the rotor, allows to reduce leakage by 16%. At the same time, the invention allows for optimal operating conditions to generate an additional about 100 kWh of electricity.

Claims

The end seal of the turbomachine, containing at least one set of fixed and rotating blade grids and a labyrinth section in series, characterized in that the set of blade grids is made in the form of a turbine stage.