Уплотнение вала турбомашины

(53) УДК 621.822.5- -762.62:621.165 (088.8) не денем нзвбретеннй н еткрмтийДата опубликования описания 17.02.83 Ъ и4(72) Автор изобретения В. Н, Казанский Д,Уральский филиал Всесоюзного дважды ордена Тр дового Красного Знамени теплотехнического научно-исследовательекаго института им. Ф. Э. Дзержинского(54) УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ТУРБОМАШИНЫ 1Изобретение относится к энергетическо. му машиностроению, конкретно к парогазотурбостроению, и может быть использовано преимущественно для герметизации картеров подшипников и смежных с ними концевых уплотнений цилиндров паровых турбин.Известно уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы уплотнений, уплотняющая камера которых сообщена подводящим трубопроводом с источником инертного газа (азот, двуокись углерода) 1),Недостатком такого устройства является низкая экономичность из-за безвозвратных потерь уплотняющей среды.Известно уплотнение вала трубомашины, содержащее дренажную камеру для сброса рабочей и уплотняющих сред, сообщенной с баком для разделения указанных сред 2.Такое уплотнение работает неэкономичнот поскольку через вентилируемую дренажную камеру в инертную среду (азот) подсасывается внешний воздух, затрудняющий последующее отделение его от азота и, как следствие, удорожающий обслуживание масляной системы на обескислороженном (азотированном) масле . Известно также уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы подшипника и цилиндра турбины с гидрозатворными камерами, подключенными соответственно к линиям запирающего газа и уплотняющего 5 пара и сообщенными с размещенной междуэтими камерами дренажной полостью, а также утилизационный бак, соединенный на входе с охладителем-конденсатором 3.Недостатком такого устройства является 1 ц его низкая экономичность, обусловленнаяследующими факторами: повышенным потоком (прокачкой) маловязкого газа (азота и водяного пара через дроссельные элементы гидрозатворного уплотнения, что связано с затратами энергии; необходимостью 15сушки больших количеств газа (азота), находившегося в контакте с водяным паром, а также регенерации водомасляной эмульсии; частыми продувками системы газоснабжения картера подшипника из-за попадания 20 кислорода, выделившегося из водяного пара при конденсации; наличием самостоятельных уплотнений вала (разделенных воздушным промежутком) в районе картера подшипника и концевых уплотнений цилиндра, 9948 З 9увеличивающих осевые габариты турбомашины и удорожающих ее стоимость.Целью изобретения является повышение экономичности, а также упрощение конструкции путем исключения воздушного промежутка между корпусами подшипника и цилиндра.Указанная цель достигается тем, что уплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы подшипника и цилиндра турбины с гидрозатворными камерами, снабжено барь О ерными камерами, размещенными между дренажной полостью и гидрозатворными камерами, и пеногенератором, подключенным на входе и выходе соответственно к утилизационному баку и барьерным камерам.При этом устройство снабжено компенсатором, установленным между корпусами подшипника и цилиндра турбины и образующим своей полостью одну из барьерных камер.Компенсатор выполнен из материала с 20 низким коэффициентом теплопроводности, преимущественно из термостойкого стеклопластика или селиковоной резины.Дренажная полость снабжена предохранительным и атмосферным клапанами.На фиг. 1 представлена приципиальная схема реализации уплотнения вала турбомашины; на фиг. 2 - вариант схемы уплотнения картера подшипника; на фиг. 3 вариант схемы совмещенного уплотнения картера подшипника и концевого уплотнения паровой турбины.Уплотнительный узел содержит вал 1, проходящий через картер 2 подшипника и выхлопную (вакуумную) камеру 3 части низкого давления (ЧНД) паровой турбины. Уплотнение картера 2 подшипника содержит Э 5 гидрозатворные камеры 4 и 5 подвода запираемого инертного газа (азота) и уплотняющего пара, барьерные камеры 6 и 7 подвода вспененной барьерной массы, камеру 8 отсоса паровоздущной смеси и дренажную полость 9 сбора и дренирования протечек. Концевое уплотнение ЧНД турбины содержит камеры 1 О и 11 подвода уплотняющего пара и отсоса паровоздушной смеси. Между уплотнениями подшипника и ЧНД турбины имеется воздушный промежу ток 12. Картер 2 подшипника безнапорным ели вным маслопроводом 13 подключен к главному масляному баку 14, содержащему отсек 15 для приема газомасляной пены, разрушения ее и отвода по линии 16 продукта, оставшегося после разрушения пены. Вентилятор 17 всасывающей стороной подключен к газовому пространству главного масляного бака 14, а линией 18 запирающего газа - к гидрозатворной камере 4 подвода запираемого газа. Дренажная по-лость 9 трубопроводом 19 подключена к охладителю-конденсатору 20 и далее к утилизационному баку 21. Пеногенератор 22, в качестве которого могут быть использованы статические вихревые или инжекционные смесители, барботеры, пропеллерные мешалки и др гидравлически связан с вентилятором 23 и эмульсионным насосом 24, а линией 25, - с барьерными камерами 6 и 7. Перемычка 26 связывает вентиляторы7 и 23 через осушитель 27 избытка инертного газа из утилизационного бака 21. Коллектор 28 подключен к источнику уплотняющего пара (не показан) и гидрозатворным камерам 5 и 10 подвода уплотняющего пара. Маслопроводом 29 масляный бак 14 подсоединен к утилизационному баку 21 с дренажной линией 30 и с линией 31 ввода карбоксиметилцеллюлозы (стабилизатора пены). Зжектор 32 подключен к камерам 8 и 11 отсоса паровоздушной смеси, Между корпусами картера 2 подшипника и ЧНД (фиг. 3) установлен компенсатор 33 (термокомпенсатор линзового или сильфонного типа), выполненный из материала с низким коэффициентом теплопроводности, преимущественно из термостойкого стеклопластика или сели коновой резины. Дренажная полость 9 снабжена предохранительным и атмосферным клапанами 34 и 35. Уплотнение вала в этом варианте содержит совмещенную гидрозатворную камеру 36 уплотняющего пара. Компенсатор 33, атмосферный и предохранительный клапаны 35 и 34 могут быть установлены на любой из камер, образующих уплотнение вала турбомашины.Уплотнение вала турбомашины работает следующим образом.В гидрозатворную камеру 4 подвода запираемого инертного газа по линии 18 подводится запираемый инертный газ (азот), в барьерные камеры 6 ипо линии 25 подводится вспененная барьерная масса, в камеры 5 и 1 О подвода уплотняющего пара из коллектора 28 подводится пар, из камер 8 и 11 отсоса паровоздушной смеси эжектором 32 отсасывается паровоздушная смесь. Запираемый инертный газ может содержать масляные пары и капли масла.Давление инертного газа в кольцевой гидрозатворной камере 4 подвода запираемого инертного газа поддерживается выше, чем давление в картере 2 подшипника и в барьерной камере 6. Инертный газ, вытекая по валу 1 в картер 2, предотвращает утечку отработанного в подшипнике масла. Повышенным протечкам этого газа в сторону барьерной камеры 6 препятствует находящаяся там вспененная барьерная масса.Давление в дренажной полости 9 поддерживается ниже, чем в соседних барьерных камерах 6 и 7, поэтому барьерная масса из барьерной камеры 6 (вместе с небольшими протечками инертного газа, проникшего из гидрозатворной камеры 4) поступает в дренажную полость 9.Давление водяного пара в камере 5 подвода уплотняющего пара поддерживается выше, чем в барьерной камере 7 и камере 8отсоса паровоздушной смеси. Повышенным протечкам пара в сторону барьерной камеры 7 препятствует находящаяся там вспененная барьерная масса, Эта масса вместе с небольшими протечками пара, проникшего из камеры 5 подвода уплотняющего пара, также поступает в дренажную полость 9.Образовавшаяся в дренажной полости 9 смесь по трубопроводу 19 отводится к охладителю-конденсатору 20, где пар конденсируют, а конденсат и оставшуюся смесь направляют в утилизационный бак 21. Сюда же направляются вещества, стабилизирующие вспененную барьерную массу: турбинное масло - по маслопроводу 29 непосредственно из главного маслобака 14; продукт, оставшийся после разрушения в отсеке 15 для приема газомасляной пены, - по линии 16, карбоксиметилцеллюлоза по линии 31 ввода.Собственно барьерйая масса (газоводомасляная пена) приготовляется в пеногенераторе 22 путем смешения потока инертного газа, подаваемого вентилятором 23, и потока водомасляной эмульсии, подаваемой эмульсионным насосом 24. Для придания вспененной барьерной массе повышенной структурно-механической прочности в исходную водомасляную эмульсию периодически вводят стабилизаторы пены, в качестве которых можно использовать собственно турбинное масло из системы смазывания подшипников, нефтяное масло, или синтетическое огнестойкое масло, которые в смеси с водой (в процессе барботирования газом) способствуют образованию механически прочной, устойчивой пены. Объемное соотношение долей масла и конденсата (1+ +0,5): (4+ 0,5). Продукт, оставшийся после разрушения газомасляной пены в системе смазывания подшипников, получаемый путем отвода вспененной шапки масла, плавающей на поверхности масла в главном масляном баке 14 в отсек 15 для приема газо- масляной пены, где ее разрушают, содержит большое количество пеногенных веществ и коллоидных частиц, добавление которых в барьерную массу повышает ее стабильность, карбоксиметилцеллюлозу в количестве 0,2 - 0,6% (от массы конденсата), придающую агрегатной пене высокую структурно-механическую прочность. Объемное соотношение долей продукта и конденсата находится в пределах (1 + 0,5):7 + 0,5). Избыток инертного газа, постепенно накапливающийся в контуре: пеногенератор 22- барьерные камеры 6 и 7 - дренажная полость 9 - утилизационный бак 21, пройдя осушитель 27 избытка инертного газа, по перемычке 26 направляется в основной контур циркуляции инертного газа: картер 2 подшипника - сливной маслопровод 13 - главный масляный бак 14 - вентилятор 1- камера 4 подвода запираемого инертного газа. Избыток сконденсировавшегося пара(вода) и масло по дренажной линии 30 отводится из утилизационного бака 21 на регенерацию с последующим возвратом компонентов в масляный и водяной циклы турбинной установки.Концевое уплотнение работает по известной схеме: уплотняющий пар из камеры 10 подвода уплотняющего пара вытекает в выхлопную камеру 3 ЧНД турбины (или в вакуумный отбор), а также в камеру 11 от соса паровоздушной смеси, отделенную отсоответствующей камеры 8 отсоса паровоздушной смеси уплотнением картера подшип 15 20 25 30 35 Ю 45 50 55 ника и воздушным промежутком 12. Тем самым исключается подсос воздуха в выхлопную камеру 3 ЧНД паровой турбины.Совмещенное уплотнение вала турбомашины (фиг. 3) работает аналогично описанному выше уплотнению (фиг. 1 и 2) за исключением того, что уплотняющий пар, подведенный из коллектора 28 в совмещенную гидрозатворную камеру 36, вытекает непосредственно в барьерную камеру 7 навстречу барьерной массе и в выхлопную камеру 3 ЧНД турбины, т, е. минуя (ставшие не нужными) камеры 8 и 10 отсоса паровоздушной смеси.Компенсатор 33 обеспечивает независимость осевых перемещений картера 2 подшипника и цилиндра турбины при всех возможных эксплуатационных режимах работы турбоагрегата (прогрев, нагружение, аварийные ситуации и др.) и сохраняет центровку деталей турбины.При аварийной обстановке, когда исчезает давление уплотняющего пара в совмещенной гидрозатворной камере 36 уплотняющего пара, для предотвращения подсоса масла из картера 2 подшипника в выхлопную камеру 3 ЧНД открывается атмосферный клапан 35, впуская в дренажную полость 9 воздух из машзала.При аварийных же ситуациях, когда чрезмерно повышается давление пара в совмещенной гидрозатворной камере 36 уплотняющего пара, например, из-за внезапного прекращения отсоса в выхлопную камеру 3 ЧНД и одновременной неисправности автоматики поддержания постоянства давления пара в коллекторе 28, для избежания прорыва большого количества пара в картер 2 подшипника открывается предохранительный клапан 34, выпуская избытки смеси из дренажной полости 9 в атмосферу.Таким образом, снабжение уплотнения вала турбомашины барьерными камерами, пеногенератором для приготовления барьерной массы из соответствующих компонентов и компенсатором позволяют повысить экономичность уплотнения и его пожарную безопасность за счет использования в уплотнении инертного газа и пара вместо огне- опасного масла. Повышение экономичности достигается снижением безвозвратных потерь инертного газа (азОта) расхода увлажненного газа на осушку и расхода за 9948397масленного конденсата на регенерацию. Упрощение конструкции уплотнения достигается установкой компенсатора, что сокращает длину уплотнения и соответственно вала, количество камер и трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой.Кроме этого, использование изобретения обеспечит также снижение загрязнения водоемов маслом и загазованности машзалов электростанций.Формула изобретенияУплотнение вала турбомашины, содержащее корпусы подшипника и цилиндра турбины с гидрозатворными камерами, подключенными соответственно к линиям запирающего газа и уплотняющего пара и сообщенными с размещенной между камерами дренажной полостью, а также утилизационный бак, соединенный на входе с охладителем-конденсатором, отличающееся тем, что с целью повышения экономичности оно снабжено барьерными камерами, размещенными между дренажной полостью и гидрозатворными камерами, и пеногенератором, подключенным на входе и выходе соответствен8 но к утилизационному баку и барьерным камерам.2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции путем исключения воздушного промежутка между корпусами подшипника и цилиндра, оно снабжено компенсатором, установленным между корпусами подшипника и цилиндра турбины и образующим своей полостью одну из барьерных камер.3. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что компенсатор выполнен из материала с низким коэффициентом теплопроводности, преимущественно из термостойкого стеклопластика или селиконовой резины. 15 4. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что дренажная полость снабжена предохранительным и атмосферным клапанами.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР659770, кл. Г 01 Р 25/18, 1978.2. Авторское свидетельство СССР225631, кл. Г 16 1 15/44, 1965.3, Авторское свидетельство СССР 25241169, кл. Г 16 1 15/40, 1966,К1 Ю Я ,7едактор Т, Кугрышевааказ 587/21 Составитель В, Техред И. Верес Тираж 923 ИГосударделам изоосква, Ж -Патент,ственного ком ретений и 35, Раушска г. Ужгород,торов Корректор Е. Рошко Подписное итета СССРоткрытийя наб., д. 4/ул Проектна