Уплотнительная система паровой турбины, причем используется уплотнительная жидкость и отсос пара, сконденсировавшегося в туман

Изобретение относится к уплотнительной системе паровой турбины для проведения вращающегося вокруг оси вала через неподвижный корпус, причем для уплотнения используется уплотнительная жидкость. Такое выполнение уплотнительной системы позволит повысить коэффициент полезного действия паровой турбины. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к уплотнительной системе для проведения вращающегося вокруг оси вала через неподвижный корпус, который окружает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выходит вал, включающей в себя уплотнение, которое включает в себя отсос пара, сконденсировавшегося в туман.

Кроме того, изобретение относится к способу для уплотнения вала и корпуса паровой турбины.

В энергетическом машиностроении, в частности в производстве паровых турбин, паровые турбины выполняются таким образом, что осуществляется герметизация, так что воздух из окружающего пространства не может проникать в паровую турбину. Для этого используются разнообразные уплотнения. Например, уплотняющий пар используется для того, чтобы предотвращать поступление воздуха в турбину. Однако используемый для этого уплотняющий пар забирается из циркуляции пара и таким образом не содействует преобразованию энергии, что приводит к тому, что уменьшается коэффициент полезного действия всей линии турбины.

Фиг. 1 показывает известный уровень техники.

Предназначенная для низкого давления паровая турбина 4 снабжается через входное отверстие 10 свежим паром. Образование свежего пара не представлено на фиг. 1 более подробно. Часть свежего пара подводится по ответвлению 11 через линию 7а отбора к уплотнению 9. Соответственно линия 7а отбора выполнена в виде линии 12 уплотняющего пара и таким образом проводит уплотняющий пар в область 13 уплотняющего пара. В области 13 уплотняющего пара уплотняющий пар направляется уплотнениями налево и направо, причем поток уплотняющего пара налево проходит в камеру 14 пара, сконденсировавшегося в туман. В этой камере 14 пара, сконденсировавшегося в туман, преобладает незначительно более низкое давление, чем во внешней среде, так что отсос 8 пара, сконденсировавшегося в туман, отсасывает смесь из воздуха, засосанного из внешней среды, и пара, подведенного из области 13 уплотняющего пара. Таким образом, проведенный в паровой турбине 4 пар не может выходить во внешнюю среду.

Пар, чья тепловая энергия преобразовывается в паровой турбине 4 в механическую энергию, поступает через выходное отверстие 15 к конденсатору 5. В конденсаторе 5 пар конденсируется в воду и при помощи насоса 6 снова подается в циркуляцию водяного пара. Давление уплотняющего пара выше давления атмосферы. Для того чтобы сохранять наименьшей потребность в уплотняющем паре и связанные с ней потери, устанавливаются уплотнения, которые являются наиболее эффективными. Это может осуществляться посредством уплотнений с большой конструктивной длиной или посредством высокоэффективных уплотнительных систем, как, например, щеточные уплотнения. В документах US 6918252, DE 4313805, US 4191021 и DE 102007037311 раскрыты различные возможности уплотнений.

Изобретением выбирается теперь новый путь, который должен создавать условия для изобретения необходимого уплотняющего пара. Таким образом, задача изобретения состоит в повышении коэффициента полезного действия паровой турбины.

Эта задача решается с помощью уплотнительной системы для проведения вращающегося вокруг оси вала через неподвижный корпус, который окружает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выходит вал, включающей в себя уплотнение, которое включает в себя отсос пара, сконденсировавшегося в туман, причем имеется ввод, который расположен между внутренним пространством и отсосом пара, сконденсировавшегося в туман, и предназначен для подачи уплотнительной жидкости, причем уплотнительная жидкость претерпевает смену фаз после подачи.

Далее задача решается с помощью паросиловой установки, включающей в себя паровую турбину с соответствующей изобретению уплотнительной системой.

Кроме того, задача решается с помощью способа для уплотнения вала и корпуса паровой турбины, причем предусматривается отсос пара, сконденсировавшегося в туман, и используется уплотнительная жидкость.

Таким образом, изобретение предлагает минимизировать потери, полностью отказываясь от использования уплотняющего пара. Более того изобретение предлагает использовать вместо уплотняющего пара уплотнительную жидкость. В качестве уплотнительной жидкости может использоваться, например, вода. Таким образом, преимущество заключается в том, что необходимая раньше система уплотняющего пара линии паровой турбины может полностью исключаться. Это приводит к сокращению расходов, которые неизбежно возникают за счет прокладки трубопровода системы уплотняющего пара. Таким образом, уплотняющий пар, который раньше не участвовал в преобразовании энергии, теперь может участвовать в преобразовании энергии, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия.

В зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные усовершенствованные варианты.

Так в первом предпочтительном усовершенствованном варианте используется лабиринтное уплотнение, для того чтобы минимизировать потерю уплотнительной жидкости.

В дальнейшем предпочтительном усовершенствованном варианте паровая турбина соединяется с конденсатором, причем необходимая в качестве уплотнительной жидкости вода отбирается из конденсатора. Таким образом, вода может непосредственно отбираться из циркуляции водяного пара. Предпочтительно ввод соединяется с конденсатосборником конденсатора.

В наиболее предпочтительном усовершенствованном варианте паросиловая установка усовершенствуется таким образом, что вода и вал имеют такие температуры, что вода испаряется при попадании на вал или при прохождении через уплотнение. Вследствие этого предоставлена очень хорошая возможность для охлаждения и герметизации.

Далее пример осуществления изобретения разъясняется при помощи фиг. 2 и 3, где: фиг. 2 показывает изображение в разрезе через изображенную схематично паровую турбину; фиг. 3 показывает схематичное изображение соответствующего изобретению уплотнения.

Фиг. 2 схематично показывает вал 16 паровой турбины 4. На валу 16 расположены несколько рабочих лопаток 17, между которыми на корпусе 19 неподвижно расположены несколько направляющих лопаток 18. Чтобы находящийся в проточном канале 20 технологический пар не выходил во внешнюю среду 21, расположено первое уплотнение 3. По направлению далее во внешнюю среду 21, находясь на расстоянии, расположены второе уплотнение 2 и третье уплотнение 1.

Технологический пар может выходить между первым уплотнением 3 и валом 16. Поэтому между вторым уплотнением 2 и первым уплотнением 3 подается уплотнительная жидкость из линии 7 отбора. Эта уплотнительная жидкость может распространяться до внешней среды 21 и до проточного канала 20. Между третьим уплотнением 1 и вторым уплотнением 2 располагается отсос 8 пара, сконденсировавшегося в туман. Таким образом, технологический пар не может выходить из проточного канала 20 во внешнюю среду 21.

Теперь в соответствии с изобретением согласно фиг. 3 линия 7 отбора соединяется с выходом насоса 6, так что на вал вместо уплотняющего пара поступает уплотнительная жидкость.

Таким образом, первое уплотнение 3, второе уплотнение 2 и третье уплотнение 1 образуют уплотнительную систему 22. При помощи этой уплотнительной системы 22 осуществляется проведение 23 вращающегося вокруг оси вала 16 через неподвижный корпус (не изображен более подробно). В этом неподвижном корпусе заключено нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выступает вал 16. В качестве уплотнений могут использоваться обычные лабиринтные уплотнения, щеточные уплотнения с металлическими щетинками, щеточные уплотнения со щетинками из натуральных волокон и/или щеточные уплотнения со щетинками из искусственных волокон (из арамида). Сверх этого в качестве уплотнений возможны простые кольцевые зазоры или конические кольцевые зазоры.

Уплотнение между вводом и отсосом пара, сконденсировавшегося в туман, может быть выполнено в виде сальника.

В качестве уплотнительной жидкости используется деионат (вода, обессоленная ионированием) или питательная вода. Эта уплотнительная жидкость и без того имеется в паросиловой установке, так что дополнительные источники уплотнительной жидкости не должны предусматриваться.

Использование питательной воды более предпочтительно, так как она находится в распоряжении в непосредственной близости от паровой турбины 4, например в конденсатосборнике конденсатора 5. Повышение уровня давления для снабжения уплотнительной области может осуществляться либо вспомогательным агрегатом, либо имеющимися насосами для подачи питательной воды в конденсаторе 5. Простые механизмы регулировки обеспечивают то, что перепад давления между атмосферой и уплотнительной жидкостью оказывается лишь незначительным. Таким образом, может сохраняться незначительным количество используемой для уплотнения жидкости. Наибольшее преимущество может реализовываться при использовании искусственных волокон, как, например, в сальниках в области герметизации паровых турбин 4. При этом подведенная вода с определенной температурой поблизости от точки кипения испаряется благодаря перепаду давления на прогретом валу при давлении между давлением уплотнительной жидкости и давлением герметизируемого парового пространства, которое находится в вакууме. Сопутствующее, непрерывное благодаря пакету волокон увеличение объема, которое происходит при коэффициенте, равном 1000, приводит при сильно уменьшенной потребности в уплотнительной жидкости к оптимальному уплотняющему эффекту сальника.

При этом, в частности, свойства пакета искусственных волокон могут производить положительный эффект по сравнению с другими возможными решениями, так как искусственные волокна благодаря незначительному диаметру волокна имеют очень большую поверхность испарения, а также за счет капиллярного эффекта располагают хорошими транспортными свойствами. Незначительная по сравнению с другими волокнами склонность к адгезии (прилипанию) может улучшаться далее за счет подходящих многослойных покрытий волокна.

1. Уплотнительная система (22) для проведения вращающегося вокруг оси вала (16) через неподвижный корпус, который окружает нагружаемое текучей средой внутреннее пространство, из которого выходит вал (16), включающая в себя уплотнение (9), которое включает в себя отсос (8) пара, сконденсировавшегося в туман, отличающаяся тем, что имеется ввод, который расположен между внутренним пространством и отсосом (8) пара, сконденсировавшегося в туман, и предназначен для подачи уплотнительной жидкости, причем для герметизации внутреннего пространства и отсоса (8) пара, сконденсировавшегося в туман, расположено лабиринтное уплотнение, щеточное уплотнение с металлическими щетинками, щеточное уплотнение со щетинками из натуральных волокон и/или щеточное уплотнение из искусственных волокон, в частности из арамида.

2. Уплотнительная система (22) по п. 1, отличающаяся тем, что ввод выполнен для подачи воды в качестве уплотнительной жидкости.

3. Уплотнительная система (22) по пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что уплотнение (9) выполнено в виде сальника.

4. Уплотнительная система (22) по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве сальника используются волокна, в частности искусственные волокна.

5. Паросиловая установка, включающая в себя паровую турбину (4) с уплотнительной системой (22) по любому из пп. 1-4 и конденсатор (5), причем ввод соединен с конденсатором (5).

6. Паросиловая установка по п. 5, отличающаяся тем, что ввод соединен с конденсатосборником конденсатора (5).

7. Паросиловая установка по пп. 5 или 6, отличающаяся тем, что вода и вал (16) имеют такие температуры, что вода испаряется при попадании на вал (16).

8. Паросиловая установка по п. 5, включающая в себя выполненное в виде сальника уплотнение (9) между вводом и отсосом (8) пара, сконденсировавшегося в туман.

9. Паросиловая установка по п. 8, отличающаяся тем, что сальник включает в себя искусственные волокна.

10. Способ уплотнения вала (16) и корпуса паровой турбины (4), отличающийся тем, что предусматривают отсос (8) пара, сконденсировавшегося в туман, и используют уплотнительную жидкость.