RU2117769C1 - Уплотнительное устройство преимущественно паровой турбины для проводки имеющего ось вала через неподвижный корпус и способ его эксплуатации - Google Patents

Abstract

Уплотнительное устройство предназначено для уплотнения валов. Уплотнительное устройство для проводки (1) имеет ось (2) вала (3) через неподвижный корпус (4), который заключает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство (5), из которого выступает вал (3), а также к способу для его эксплуатации. Уплотнительное устройство содержит окружающую вал (3), смежную вдоль оси (2) по обе стороны с уплотнением (6) и нагружаемую текучей средой через по меньшей мере одно из уплотнений (6) спускной камерой (7), открытой в сторону окружающего пространства. Эта спускная камера (7) дополнительно соединена с отсасывающим устройством (8). Согласно изобретению текучую среду, которая попадает в спускную камеру (7), отсасывают вплоть до остатка, который отводят в окружающее пространство. За счет этого можно существенно уменьшить нагрузку на окружающее пространство и достигнуть эффективного функционального контроля путем контролирования отведенного в окружающее пространство остатка. Уплотнительное устройство особенно пригодно для применения на проводке (1) вала (3) паровой турбины (16). 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к уплотнительному устройству для проводки имеющего ось вала через неподвижный корпус, который заключает нагружаемое текучей средой пространство, из которого выступает вал, с окружающей вал, смежной вдоль оси по обе стороны с уплотнениями и нагружаемой текучей средой через по меньшей мере одно из уплотнений спускной камерой, которая открыта в сторону окружающего пространства. Изобретение относится также к способу эксплуатации такого уплотнительного устройства.

Такое уплотнительное устройство со способом его эксплуатации следует из DE-PS 576969.

Изобретение относится, в частности, к уплотнительному устройству для применения в паровой турбине, чтобы уплотнить проводку вращающегося вала из корпуса паровой турбины. При этом пар, который выступает из корпуса через уплотнение вдоль вала, собирается в спускной камере и выпускается в окружающее пространство. Путем конденсации это пар превращается в туман и является таким образом видимым на уплотнительном устройстве как "паровой след". Он позволяет таким образом производить простой функциональный контроль уплотнительного устройства. Такой простой функциональный контроль является особенно интересным и часто желательным в паровой турбине для промышленных целей, отдаваемая мощность которой лежит обычно между порядка 1 и 50 МВт; в паровой турбине такого вида, в частности, нагрузка на окружающее пространство за счет парового следа держится, как правило, в приемлемых границах.

Уплотнительные устройства для проводок валов известны в уровне техники в самых различных формах, в частности имеется большое множество возможностей выполнения для отдельных компонентов уплотнительных устройств, в частности, сами уплотнения. Уплотнительные устройства для применения в паровых турбинах следуют из DE 2643484 A1 и DE 33333530 A1; в этих документах также описаны различные возможности выполнения для отдельных компонентов уплотнительных устройств. EP 0463532 A1 относится к устранению пара, который выступает из уплотнительного устройства, причем этот пар конденсируют в так называемом "устройстве конденсатора спускного пара". Главное внимание в этом документе уделяется выполнению самого конденсатора спускного пара. Он выполнен, в частности, в виде теплообменника без давления, что означает, что конденсация спускного пара в нем происходит примерно при нормальном атмосферном давлении. Выпуска спускного пара в окружающую среду не происходит, а спускной пар полностью конденсируется. GB-PS 1267548 также относится к уплотнительному устройству в паровой турбине такого вида, которое описано в EP 0463532 A1. Уплотнительное устройство должно быть применимым не только для проводки вращающегося вала, в частности выходного вала паровой турбины, но и также для проводки подвижного вдоль своей оси и не обязательно вращающегося клапанного шпинделя. В этом смысле понятие "вал" должно трактоваться таким образом, чтобы оно в равной степени охватывало вращающиеся валы и имеющие возможность перемещения шпиндели.

Уплотнения для уплотнительных устройств описанного вида в функции и конструкции описаны в книге W. Traupel "Термические турбомашины", издательство Шпрингера, Берлин 1977, том 1, глава 10. В частности подробно описаны уплотнения типа лабиринтных уплотнений; другие уплотнения, а именно сальниковые уплотнения, в частности сальниковые уплотнения с угольными кольцами, упомянуты лишь вскользь и охарактеризованы как не выгодные для паровых турбин на электростанциях. Это замечание, однако, по-видимому не относится к применению сальниковых уплотнений и/или угольных колец в уплотнениях для паровых турбин, предназначенных для промышленных целей; как следует из DE 2643484 A1 и DE 3333530 A1, уплотнения с угольными кольцами в таких паровых турбинах являются вполне обычными.

Уплотнительное устройство вышеназванного вида вместе со способом для его эксплуатации следует из DE-PS 567969. В описанном там устройстве дополнительно предусмотрено нагружать множество спускных камер в различных уплотнительных устройствах текучей средой из одного единственного источника, а именно паром. Таким образом должна достигаться разгрузка окружающего пространства спускного пара, так как для обеспечения достаточного повышенного давления в каждой спускной камере требуется еще только, чтобы текучая среда утекала из одного единственного уплотнительного устройства, а именно из того уплотнительного устройства, в котором текучая среда между спускной камерой и дымовой трубой, через которую выпускается текучая среда, встречает наименьшее сопротивление.

DE-PS 451680 относится к иначе выполненному уплотнительному устройству. Это уплотнительное устройство отличается тем, что в окружающей вал камере, которая лежит вдоль оси снаружи дальше всего, поддерживают пониженное давление, которое обуславливает, что вдоль оси в камеру всасывается воздух. Это должно обеспечивать, чтобы в окружающее пространство не попадало никакого пара. Пониженное давление создается соответственно предусмотренным отсасывающим устройством, которое отводит образованную в камере смесь из воздуха и пара в дымовую трубу или в регенерационную установку.

В уплотнительном устройстве описанного во вводной части вида, как уже пояснялось, всегда имеет место известная нагрузка на окружающее пространство спускным паром, которая при известных обстоятельствах может делать необходимым принятие специальных мер предосторожности для поддержания чистоты воздуха. Кроме того, надежность функционального контроля с помощью парового следа является только ограниченной, так как небольшие изменения являются лишь трудно различимыми. Функциональный контроль поэтому должен ограничиваться в основном установлением того, наступило ли уже повреждение в уплотнительном устройстве или нет. Настоящая же диагностика уплотнительного устройства вала с целью получения количественного высказывания о работоспособности уплотнительного устройства и о повреждении уже на стадии его возникновения не является возможным.

Поэтому в основе изобретения лежит задача создания уплотнительного устройства названного во вводной части вида, которое позволяет как ограничение нагрузки на окружающее пространство, так и надежную диагностику, то есть, в частности, надежное установление того, что начинает повреждение. Должен быть также указан способ для эксплуатации такого уплотнительного устройства.

Для решения этой задачи предложено уплотнительное устройство для проводки имеющего ось вала через неподвижный корпус, который заключает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выступает вал, с окружающей вал, смежной вдоль оси по обе стороны с уплотнениями и нагружаемой текучей средой через по меньшей мере одно из уплотнений спускной камерой, которая открыта в сторону окружающего пространства, в котором спускная камера дополнительно соединена с отсасывающим устройством.

Отсасывающим устройством является возможным частично отсасывать текучую среду из спускной камеры и таким образом достигать снижение нагрузки на окружающее пространство; кроме того, путем подходящего проектирования и регулирования отсасывающего устройства может достигаться, что от текучей среды, подаваемой в целом к спускной камере, отсасывается хорошо определенная, в значительной степени постоянная часть, так что колебания в подаче текучей среды через уплотнение воздействуют только на выпускаемый в окружающую среду остаток. Таким образом небольшие колебания в подводе текучей среды к спускной камере могут обуславливать большие колебания в вытекании текучей среды в окружающее пространство, которые могут обнаруживаться без проблем и простыми средствами, в частности простым рассмотрением. Таким образом является возможным чувствительный контроль притока текучей среды к спускной камере и тем самым чувствительный контроль уплотнительного действия уплотнительного устройства. Особенно предпочтительным является то, что спускная камера через спускную трубу соединена с окружающим пространством и отсасывающее устройство подключено к спускной трубе. Так обратная реакция отсасывающего устройства на поток текучей среды в уплотнениях и в спускной камере поддерживается малой и принцип действия уплотнительного устройства улучшается.

В качестве отсасывающего устройства может использоваться струйный насос, типа пароструйного насоса, в котором текучая среда, которой нагружен корпус, служит в качестве рабочей среды и предпочтительно подается из внутреннего пространства корпуса. Оборудованное таким образом уплотнительное устройство работает в значительной мере независимо рядом с корпусом и размещенным в корпусе устройством, что значительно способствует надежности его работы.

Для тонкой регулировки образованного в отсасывающем устройстве текучего равновесия перед отсасывающим устройством предпочтительно включен установочный вентиль, которым возможно регулирование всасывающего действия.

Далее является предпочтительным, что в уплотнительном устройстве между спускной камерой и внутренним пространством расположена окружающая вал, соседняя вдоль оси по обе стороны с уплотнениями запирающая камера, к которой через соответствующую подводящую линию может подаваться текучая среда. В настоящем случая такая запирающая камера может выполнять множество функций: она может служить для того, чтобы создавать перед спускной камерой независимо от условий во внутреннем пространстве определенные термодинамические условия, в частности определенное давление, чтобы обеспечивать в значительной мере не зависящую от работы нагрузку ведущего к спускной камере уплотнения. Кроме того и при необходимости, дополнительно за счет соответствующей установки давления в запирающей камере можно обеспечивать то, что предотвращается проникновение воздуха во внутреннее пространство, для этого в запирающей камере нужно устанавливать соответствующее повышенное давление. Принадлежащий к запирающей камере подводящий трубопровод предпочтительным образом подключен к внутреннему пространству, в частности к области внутреннего пространства, в которой имеет место подходящее для запирающей камеры давления. Следует отметить, что во внутреннем пространстве корпуса работающей паровой турбины всегда имеет место перепад давлений, обусловленный расширением пара вдоль турбины. В соответствии с заданием подключение подводящего трубопровода возможно на впуске, выпуске или ответвлении паровой турбины.

Особенно предпочтительным, в частности в связи с только что описанной запирающей камерой, является предусматривать между спускной камерой и внутренним пространством окружающую вал, соседнюю вдоль оси по обе стороны с уплотнениями камеру утечек, от которой через соответствующий отводящий трубопровод может отводиться текучая среда. Этот отводящий трубопровод может подключаться, в частности к конденсатору утечек, в котором конденсируется отведенная текучая среда. Этот конденсатор утечек предпочтительно рассчитан для конденсации текучей среды при давлении, которое примерно соответствует нормальному атмосферному давлению. Камера утечек является применимой для создания определенного перепада вдоль уплотнительного устройства таким образом, что в камере утечек поддерживают давление, соответствующее требованиям. Кроме того, путем установки давления в камере утечек можно оказывать влияние на поток текучей среды, который попадает к спускной камере. Это, в частности, имеет значение, когда уплотнительное устройство нагружают из внутреннего пространства корпуса очень высоким давлением, что может, например, иметь место во впускной области паровой турбины.

С особенным преимуществом уплотнительное устройство является выполненным для одновременного уплотнения двух проводок, причем каждая проводка имеет соединенную с отсасывающим устройством спускную камеру. Таким образом простыми средствами может обеспечиваться особенно хорошее уплотнительное действие в каждой проводке. Предпочтительно между каждой спускной камерой и отсасывающим устройством каждый раз включен установочный вентиль, чтобы сделать возможным для каждой спускной камеры индивидуальное регулирование всасывающего действия; за счет этого можно, в частности, выравнивать из внутреннего пространства различия в нагрузке проводок. Также выравниваемыми являются и обусловленные технологией изготовления функциональные различия. Большие функциональные различия предпочтительно выравнивают посредством соответствующих запирающих камер и/или камер утечки.

Эксплуатация уплотнительного устройства любого выполнения, причем корпус нагружают текучей средой и к спускной камере через по меньшей мере одно из уплотнений притекает текучая среда, происходит согласно изобретению таким образом, что текучую среду из спускной камеры вплоть до остатка, который отводят в окружающее пространство, отсасывают. Для этого от всей втекающей в спускную камеру текучей среды целесообразно отсасывают заранее заданную постоянную часть так, что колебания в нагружающем спускную камеру потоке текучей среды сообщаются главным образом выходящему в окружающее пространство остатку и, таким образом, спускному следу. Этот остаток, который может сильно колебаться при изменениях в уплотнительном устройстве, является доступным для простых проверочных мероприятий и дает великолепную возможность для функционального контроля. Он также ограничен в своем количестве, так что он в любом случае нагружает окружающее пространство в незначительной степени.

Особенно пригодным для применения уплотнительное устройство любого выполнения является в случае, когда текучая среда является паром, предпочтительно водяным паром. Прежде всего в случае, когда текучая среда является водяным паром, выступающий из уплотнительного устройства остаток делается заметным в виде туманного облака, обозначаемого как "спускной след". Он является доступным непосредственно визуальному наблюдению; изменение величины туманного облака является непосредственным знаком для возможно неблагоприятного изменения внутри уплотнительного устройства.

Особенно важным является применение уплотнительного устройства любого выполнения в паровой турбине, которая окружена корпусом и приводит во вращение вал. Специально в паровой турбине для промышленной цели, в которой вал часто достигает очень высокой частоты вращения, контроль высокого нагруженного уплотнительного устройства имеет большое значение. В этой связи также имеет большое значение, что уплотнительное устройство, согласно изобретению, обходится с очень малыми конструктивными затратами и не требует, в частности, никакой сложной аппаратуры для диагностических целей; таким образом изобретение очень отвечает обычным в связи с паровыми турбинами для промышленных целей ценовым представлениям.

Пример выполнения изобретения следует из чертежа.

Единственная фигура чертежа показывает в схематическом представлении паровую турбину 16, которая находится во внутреннем пространстве 5 корпуса 4. Через подводящий паропровод 21 к паровой турбине 16 подводят пар, а расширенный в паровой турбине 16 пар отводят через отводящий паропровод 22. За счет расширения пара паровая турбина 16 приводит во вращение вал 3 вокруг его оси 2. На двух проводках 1 вал 3 выведен из корпуса 4. Для пояснения определенных признаков делается ссылка сразу на обе проводки 1. В каждую проводку 1 включена спускная камера 7, которая окружает вал 3 им вдоль оси 2 соседствует с двумя уплотнениями 6. К этой спускной камере 7 вдоль вала 3 притекает пар и отводится через спускную трубу 9. Из спускной трубы 9 пар подается в окружающее пространство, где он конденсируется и является видимым в качестве тумана, как так называемого "спускного следа". К каждой спускной трубе 9 подключен всасывающий трубопровод 17, который ведет к всасывающему устройству 8, а именно к струйному насосу. Этим струйным насосом из спускной трубы 9 отсасывают часть пара. Наряду с уменьшением нагрузки на окружающее пространство таким образом создается очень чувствительный индикатор для состояния проводки 1, так как даже очень малое колебание в притоке пара к спускной камере 7 становится непосредственно видным как заметное изменение величины спускного следа. Тем самым можно заранее распознавать функциональное нарушение уплотнений 6, по возможности еще до того, как оно развивается в действительное повреждение. В каждый всасывающий трубопровод 17 введен установочный вентиль 10, чтобы можно было производить тонкую регулировку части отсасываемого из спускной трубы 9 пара. В качестве упрощения, в частности при не слишком высоких требованиях к уплотнительному устройству и его контролируемости, возможна замена установочного вентиля 10 жестко установленным дросселем, например, диафрагмой.

Между каждой спускной камерой 7 и внутренним пространством 5 в проводку 1 введена камера утечек 13, которая точно также окружает вал 3 и вдоль него соседствует с уплотнениями 6. Пар, который попадает вдоль вала 3 через эти уплотнения 6 в камеру утечек 13, частично отводится через соответствующий отводящий трубопровод 14 и подводится к конденсатору утечек 15. Путем выбора давления пара в конденсаторе утечек 15 можно устанавливать давление пара в камере утечек 13; за счет этого является возможной регулировка притока к спускной камере 7. Необходимость иметь камеры утечек 13 и конденсатор утечек 15 имеет место не всегда. В частности, если давление пара в корпусе 4 остается относительно большим, можно отказаться от конденсатора утечек 15; при необходимости тогда пар из имеющейся по выбору камеры утечек 13 должен отводиться через отводящий паропровод 22. Левая проводка 1 подключена вблизи подводящего паропровода 21 к корпусу 4, так что эта проводка 1 нагружается из внутреннего пространства 5 паром, который находится под высоким давлением. Чтобы по меньшей мере частично компенсировать это давление, исходя из внутреннего пространства 5, после уплотнения 6 предусмотрена окружающая вал 3 запирающая камера 11, которая через подводящий трубопровод 12 соединена с отводящим паропроводом 22 и тем самым с областью во внутреннем пространстве 5, которая находится при относительно малом давлении. За счет этого нагрузка других компонентов левой проводки 1, а именно камеры утечек 13 и спускной камеры 7, уменьшается и по меньшей мере частично приравнивается к нагрузке компонентов правой проводки 1, которая подключена к корпусу 4 вблизи отводящего паропровода 22 и соответственно нагружается существенно меньше. По этой причине в правой проводке 1 не предусмотрена никакая запирающая камера.

Струйный насос 8, который по всасывающим трубопроводам 17 отсасывает пар из спускных труб 9, эксплуатируется паром, который отбирается из внутреннего пространства 5 через часть отводящего паропровода 22 и подводящий трубопровод 12. Это предусмотрено в представленном примере при предположении, что паровая турбина 16 является так называемой турбиной с противодавлением, из которой пар выпускается при относительно высоком давлении. Такие паровые турбины с противодавлением часто используются в промышленности. Если в другом случае давление в отводящем паропроводе 22 не является достаточно высоким, то пар для струйного насоса 8, в зависимости от выполнения паровой турбины 16, отбирают в другом месте, в частности от впуска или от ответвления паровой турбины 16. Через трубопровод рабочего средства 18 и установочный вентиль 19 пар, служащий в качестве рабочего средства, попадает к струйному насосу 8, где он воспринимает отсосанный из спускных труб 9 пар и откуда он отводится по отводящему трубопроводу 20; этот отводящий трубопровод в представленном случае ведет к конденсатору утечек 15.

Описанное уплотнительное устройство делает возможным производить простой функциональный контроль проводки вала и, кроме того, позволяет значительное уменьшение нагрузки окружающего пространства. Оно является особенно пригодным для применения в паровой турбине, в частности в паровой турбине для промышленной цели с отдачей мощности между порядка 1 и 40 МВт.

Claims (12)

1. Уплотнительное устройство преимущественно паровой турбины для проводки имеющего ось вала через неподвижный корпус, заключающий нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выступает вал, с окружающей вал, смежной вдоль оси по обе стороны с уплотнениями и нагружаемой текучей средой через по меньшей мере одно из уплотнений спускной камерой, отличающееся тем, что спускная камера дополнительно соединена с отсасывающим устройством, причем спускная камера через спускную трубу соединена с окружающим пространством, а отсасывающее устройство подключено к спускной трубе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отсасывающее устройство является струйным насосом, который соединен с внутренним пространством для подачи текучей среды, служащей в качестве рабочего средства.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что между отсасывающим устройством и спусковой камерой расположен установочный вентиль.

4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что между спускной камерой и внутренним пространством расположена окружающая вал смежная вдоль оси по обе стороны с уплотнениями запирающая камера, к которой через соответствующий подводящий трубопровод может подаваться текучая среда.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что подводящий трубопровод подключен к внутреннему пространству.

6. Устройство по одному из пп.1 - 5, отличающееся тем, что между спускной камерой и внутренним пространством расположены окружающая вал смежная вдоль оси по обе стороны с уплотнениями камера утечек, от которой через соответствующий отводящий трубопровод может отводиться текучая среда.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что отводящий трубопровод подключен к конденсатору утечек.

8. Устройство по одному из пп.1 - 7, отличающееся тем, что вал вместе с первой проводкой имеет вторую проводку через корпус, каждая из которых имеет соединенную с отсасывающим устройством спускную камеру.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что к отсасывающему устройству перед каждой спускной камерой подключен соответствующий установочный вентиль.

10. Способ эксплуатации уплотнительного устройства для проводки имеющего ось вала через неподвижный корпус, который заключает нагружаемого текучей средой внутреннее пространство, из которого выступает вал, с окружающей вал, смежной вдоль оси по обе стороны с уплотнениями и нагружаемой текучей средой через по меньшей мере одно из уплотнений спускной камерой, открытой в сторону окружающего пространства и дополнительно соединенной с отсасывающим устройством, отличающийся тем, что текучую среду из спускной камеры вплоть до остатка, который отводят в окружающую среду, отсасывают посредством отсасывающего устройства.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве текучей среды используют пар, предпочтительно водяной.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что вал вращается.