RU2196898C2 - Steam turbine cylinder - Google Patents

Abstract

FIELD: turbines. SUBSTANCE: cylinder for steam turbine has housing of exhaust branch pipe with built-in bearing and end seal of turbine rotor. End seal has housing with horizontal split at least upper half of which is detachably connected with support ring of exhaust branch pipe from side of bearing. Vertical ring horizontally split walls connected with housing of end seal carry shell with sealing segments of end seal compartments. Shell consists of at least two separate parts, one of which carrying sealing segments of first compartment of end seal from side of exhaust branch and partially arranged inside exhaust branch pipe is connected with first vertical wall from side of branch pipe. Upper halves of end seal housing and first vertical ring wall of end seal from side of exhaust branch space are arranged behind plane of connection of end seal housing and support ring. At least first vertical ring wall is connected for sliding with end seal housing. To provide base of fastening of end seal housing on support ring for turbines installed on stations, intermediate half-ring can be placed between support ring and at least upper half of end seal housing. Said intermediate half-ring is rigidly connected with support ring, and housing of end seal is detachably connected with intermediate half-ring and support ring by fasteners. Invention makes it possible to replace and re- adjust segments when turbine is shut down without removing cover of cylinder housing at any distance between end seal and bearing, and to replace one compartment of sealing segments without demounting of members of other compartments. EFFECT: facilitated repair of end seal. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области паротурбостроения, в частности к конструкции корпуса части низкого давления, и может быть использовано в узлах соединения выхлопного патрубка с концевым уплотнением ротора при модернизации действующих турбин. The invention relates to the field of steam turbine construction, in particular to the design of the housing of the low pressure part, and can be used in the nodes connecting the exhaust pipe to the end seal of the rotor during the modernization of existing turbines.

Известна конструкция цилиндра низкого давления (ЦНД) паровой турбины, например, К-200-130 производства АО ЛМЗ, в котором корпус подшипника встроены в выхлопной патрубок, а корпус концевого уплотнения (КУ) вертикальным фланцем крепится со стороны внутренней полости выхлопного патрубка на его опорное кольцо. Большая часть корпуса КУ расположена за пределами этого кольца со стороны подшипника. Корпус КУ жестко соединен заодно с вертикальными стенками, каждая из которых несет внутреннюю обечайку с уплотнительными кольцами одного отсека КУ, при этом обечайка, первая со стороны выхлопного патрубка, расположена большей частью внутри полости выхлопного патрубка. Корпус КУ по горизонтальному разъему скреплен фланцами, кроме участка внутри опорного кольца корпуса ЦНД, при этом вертикальные стенки также не имеют скреплений по горизонтальному разъему [1]. A known design of the low pressure cylinder (LPC) of a steam turbine, for example, K-200-130 manufactured by AO LMZ, in which the bearing housing is built into the exhaust pipe and the end seal housing (KU) is mounted with a vertical flange from the side of the internal cavity of the exhaust pipe to its support ring. Most of the housing KU is located outside the ring from the side of the bearing. The KU case is rigidly connected at the same time with vertical walls, each of which carries an inner shell with O-rings of one compartment of the KU, while the shell, the first from the side of the exhaust pipe, is located mostly inside the cavity of the exhaust pipe. The KU case along the horizontal connector is fastened with flanges, except for the area inside the support ring of the low-pressure cylinder housing, while the vertical walls also do not have fastenings along the horizontal connector [1].

Отсутствие скреплений на значительных участках наружных внутренних стенок корпуса КУ может приводить к нарушению его герметичности - присосам воздуха или протечкам пара между отсеками из-за короблений корпуса КУ во время прогрева турбины. The absence of fastenings on significant sections of the external internal walls of the KU case can lead to a violation of its tightness - air suction or leakage of steam between the compartments due to warping of the KU case during turbine warm-up.

В условиях роботы турбины по графику полупиковых нагрузок при частых пусках и остановах увеличивается вероятность нештатных изменений радиальных зазоров между гребнями уплотнительных колец и ротором, в частности, из-за тепловых или вибрационных расцентровок статора относительно ротора. Under conditions of turbine robots, according to the schedule of half-peak loads during frequent starts and stops, the likelihood of abnormal changes in the radial clearances between the ridges of the sealing rings and the rotor increases, in particular, due to thermal or vibrational alignment of the stator relative to the rotor.

Вследствие этого происходит истирание гребней уплотнительных колец при задевании их о ротор. В этих случаях целесообразно заменять уплотнительные кольца, но при таком исполнении КУ это возможно только при вскрытии корпуса ЦНД во время капитального ремонта турбины. Между тем во время коротких межремонтных остановов турбины корпус ЦНД вскрыть не представляется возможным вследствие дефицита времени и существенной трудоемкости этой операции. As a result of this, abrasion of the ridges of the sealing rings occurs when they are touched on the rotor. In these cases, it is advisable to replace the sealing rings, but with such a design of KU this is possible only when opening the low-pressure cylinder case during the overhaul of the turbine. Meanwhile, during short overhaul stops of the turbine, it is not possible to open the low-pressure cylinder case due to the lack of time and the significant complexity of this operation.

Известно КУ, применяемое, например, в современных турбинах АО ЛМЗ К-300-240-3 [2] . Корпуса подшипников так же, как в вышеуказанном аналоге, встроены в выхлопные патрубки ЦНД. Корпус этого КУ выполнен заодно (сварен) с корпусом выхлопного патрубка так, что весь корпус КУ расположен внутри его. При этом фланец горизонтального разъема корпуса КУ выполнен заодно с фланцем выхлопного патрубка. Обоймы, включающие вертикальные кольцевые стенки, внутренние обечайки с уплотнительными кольцами, установлены в наружной обечайке по кольцевой посадке, так, что их стенки могут быть сболчены по горизонтальному разъему. It is known KU, used, for example, in modern turbines AO LMZ K-300-240-3 [2]. Bearing housings, as in the above analogue, are built into the exhaust pipes of the low-pressure cylinder. The body of this KU is integral (welded) with the body of the exhaust pipe so that the entire KU body is located inside it. In this case, the flange of the horizontal connector of the KU case is made integral with the flange of the exhaust pipe. Holders, including vertical annular walls, inner shells with o-rings, are installed in the outer shell along the annular fit, so that their walls can be pushed together in a horizontal connector.

В отличие от предыдущего аналога в этом устройстве КУ перецентровка уплотнительных колец, которую можно осуществлять во время капитального ремонта, облегчается, поскольку при этом не нужно сдвигать весь корпус КУ. Unlike the previous analogue, in this KU device, the re-centering of the sealing rings, which can be carried out during the overhaul, is facilitated, since it does not need to shift the entire KU body.

Скрепление половин обойм по горизонтальному разъему повышает герметичность уплотнений из-за уменьшения присосов воздуха или протечек пара между отсеками уплотнения. The fastening of the halves of the clips on the horizontal connector increases the tightness of the seals due to the reduction of air suction or leakage of steam between the compartments.

Однако и при таком исполнении КУ для замены уплотнительных колец обязательно вскрытие корпуса ЦНД, что обычно возможно только во время капитального ремонта турбины. However, even with such a design of KU, it is necessary to open the low-pressure cylinder case to replace the sealing rings, which is usually possible only during the overhaul of the turbine.

Известно устройство КУ, принятое за прототип, которое применяется в турбинах ХТГЗ К-500-240 [3]). Корпуса подшипников встроены в выхлопные патрубки ЦНД, соответственно и корпуса КУ расположены внутри корпуса выхлопного патрубка. Верхняя половина КУ вертикальным кольцевым фланцем скреплена разъемно с опорным кольцом корпуса выхлопного патрубка со стороны подшипника. В этом исполнении КУ вертикальные стенки, разделяющие его корпус на отсеки, соединены с внешней обечайкой корпуса КУ и внутренней обечайкой, несущей уплотнительные сегменты. При этом вертикальная стенка, первая со стороны выхлопного патрубка с частью внешней обечайки, часть внутренней обечайки с несколькими уплотнительными сегментами отсеков КУ расположены внутри выхлопного патрубка. Known device KU, taken as a prototype, which is used in turbines KhTGZ K-500-240 [3]). Bearing housings are built into the exhaust pipes of the low-pressure cylinder, respectively, and KU housings are located inside the exhaust pipe housing. The upper half of the KU with a vertical annular flange is fastened detachably with the support ring of the exhaust pipe housing from the side of the bearing. In this design, the KU vertical walls dividing its body into compartments are connected to the outer shell of the KU body and the inner shell carrying the sealing segments. In this case, the vertical wall, the first from the side of the exhaust pipe with a part of the outer shell, part of the inner shell with several sealing segments of the KU compartments, is located inside the exhaust pipe.

Преимущество этого решения по сравнению с другими аналогами - возможность разборки КУ без вскрытия корпуса ЦНД, если расстояние от корпуса до крышки подшипника достаточно для сдвига КУ в осевом направлении в сторону подшипника за пределы опорного кольца. The advantage of this solution compared to other analogues is the ability to disassemble the KU without opening the low-pressure cylinder housing, if the distance from the housing to the bearing cover is sufficient to shift the KU in the axial direction towards the bearing outside the support ring.

Однако сдвиг корпуса КУ в сторону подшипника, необходимый для замены уплотнительных сегментов, возможен только для КУ "гладкого типа", т.е., когда ротор выполнен без радиальных выступов в зоне уплотнительных сегментов, поскольку посадочный зазор между внешней обечайкой корпуса КУ и опорным кольцом выхлопного патрубка несопоставимо мал по сравнению с минимально необходимой для подъема верхней половины КУ высотой. However, the shift of the KU housing towards the bearing, necessary to replace the sealing segments, is possible only for KU of the "smooth type", that is, when the rotor is made without radial protrusions in the area of the sealing segments, since the landing clearance between the outer shell of the KU housing and the support ring the exhaust pipe is incomparably small compared to the minimum height necessary for lifting the upper half of the KU.

Технический эффект изобретения - обеспечение при модернизации турбин замены сегментов КУ без вскрытия корпуса выхлопного патрубка независимо от расстояния от верхней половины КУ до подшипника, одновременно обеспечение замены, по крайней мере, первого отсека уплотнительных сегментов без демонтажа элементов других отсеков. The technical effect of the invention is to ensure, when upgrading turbines, to replace KU segments without opening the exhaust pipe body, regardless of the distance from the upper half of the KU to the bearing, while simultaneously replacing at least the first compartment of the sealing segments without dismantling elements of other compartments.

Эта задача решена в цилиндре паровой турбины, содержащем корпус выхлопного патрубка, подшипник, встроенный в выхлопной патрубок, концевое уплотнение (КУ) ротора турбины, содержащее корпус с горизонтальным разъемом, по крайней мере, верхняя половина которого разъемно соединена с опорным кольцом выхлопного патрубка в плоскости со стороны подшипника, скрепленные с корпусом КУ вертикальные кольцевые стенки с горизонтальным разъемом, несущие обечайку с уплотнительными сегментами отсеков КУ, которая частично размещена внутри полости выхлопного патрубка, в котором, согласно изобретению, верхние половины корпуса КУ и первой со стороны полости выхлопного патрубка вертикальной кольцевой стенки размещены за плоскостью соединения корпуса КУ и опорного кольца, при этом, по крайней мере, указанная первая вертикальная кольцевая стенка соединена с корпусом КУ по подвижной кольцевой посадке, а обечайка выполнена, по крайней мере, из двух частей, одна из которых с уплотнительными сегментами первого отсека соединена с указанной первой вертикальной стенкой. This problem is solved in the cylinder of a steam turbine containing an exhaust pipe housing, a bearing integrated in the exhaust pipe, an end seal (KU) of the turbine rotor containing a housing with a horizontal connector, at least the upper half of which is detachably connected to the support ring of the exhaust pipe in the plane from the bearing side, vertical annular walls fastened to the KU housing with a horizontal connector, bearing a shell with sealing segments of KU compartments, which is partially located inside the exhaust cavity a nozzle, in which, according to the invention, the upper halves of the KU body and the first from the cavity side of the exhaust pipe of the vertical annular wall are placed behind the plane of connection of the KU body and the support ring, while at least the first vertical annular wall is connected to the KU body by movable annular landing, and the shell is made of at least two parts, one of which with the sealing segments of the first compartment is connected to the specified first vertical wall.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена часть цилиндра паровой турбины в зоне его выхлопного патрубка. The invention is illustrated by the drawing, which shows a part of the cylinder of a steam turbine in the area of its exhaust pipe.

Цилиндр турбины содержит выхлопной патрубок 1, КУ, состоящее из корпуса 2 с фланцем 3, с горизонтальным разъемом, с вертикальными кольцевыми стенками 4, установленными в кольцевых пазах 5 или на выступах 6 корпуса 2 по кольцевой посадке по боковым стенкам пазов 5 и выступов 6. Стенки 4 несут части 7, 8, 9 обечайки с уплотнительными сегментами 10 каждого отсека КУ, снабженные уплотнительными гребнями 11. На роторе 12 выполнены выступы 13 в зоне отсеков КУ. The turbine cylinder contains an exhaust pipe 1, KU, consisting of a housing 2 with a flange 3, with a horizontal connector, with vertical annular walls 4 installed in the annular grooves 5 or on the protrusions 6 of the housing 2 along an annular fit along the side walls of the grooves 5 and the protrusions 6. The walls 4 carry parts 7, 8, 9 of the shell with sealing segments 10 of each compartment KU, equipped with sealing ridges 11. On the rotor 12 there are protrusions 13 in the area of the compartments KU.

Для обеспечения радиальных термических расширений при сохранении центровки сегментов относительно ротора, стенки 4 установлены в пазах 5 или на выступах 6 корпуса 2 на радиальных центровочных шпонках (последние не показаны). Цилиндр также содержит встроенный в выхлопной патрубок 1 подшипник 14. Выхлопной патрубок 1 цилиндра снабжен опорным кольцом 15, с которым жестко соединено со стороны подшипника 14 промежуточное кольцо 16. Плоскость 17 торца кольца 16 служит базовой плоскостью для крепления корпуса 2 КУ фланцем 3 на кольце 16 и тем самым на опорном кольце 15 патрубка 1 в случае использования изобретения на действующих турбинах. Для новых турбин корпус 2 КУ соединяют разъемно с торцевой плоскостью 18 опорного кольца 15, размещенной со стороны подшипника 14. В условиях станции элементы КУ и его крепление на опорном кольце могут быть выполнены согласно изобретению, в частности, только в верхней половине КУ, и в этом случае между верхней половиной корпуса 2 КУ и опорным кольцом 15 размещают промежуточное полукольцо-половину кольца 16. To ensure radial thermal expansions while maintaining the alignment of the segments relative to the rotor, the walls 4 are installed in the grooves 5 or on the protrusions 6 of the housing 2 on the radial centering dowels (the latter are not shown). The cylinder also includes a bearing 14 integrated in the exhaust pipe 1. The cylinder exhaust pipe 1 is provided with a support ring 15, to which an intermediate ring 16 is rigidly connected from the side of the bearing 14. The plane 17 of the end face of the ring 16 serves as the base plane for mounting the housing 2 of the KU with the flange 3 on the ring 16 and thus on the support ring 15 of the pipe 1 in the case of using the invention on existing turbines. For new turbines, the KU case 2 is detachably connected to the end plane 18 of the support ring 15 located on the side of the bearing 14. In the conditions of the station, the elements of the KU and its fastening on the support ring can be made according to the invention, in particular, only in the upper half of the KU, and in this case, between the upper half of the housing 2 KU and the support ring 15 place an intermediate half-ring-half of the ring 16.

Корпус 2 КУ и первая со стороны выхлопного патрубка кольцевая стенка 4 размещены за плоскостью соединения корпуса 2 КУ с опорным кольцом 15, т.е. за торцевой плоскостью 18 опорного кольца 15, размещенной со стороны подшипника 14, или при использовании промежуточного кольца 16 за плоскостью 17. The housing 2 KU and the first from the side of the exhaust pipe annular wall 4 are placed beyond the plane of connection of the housing 2 KU with the support ring 15, i.e. behind the end plane 18 of the support ring 15 located on the side of the bearing 14, or when using the intermediate ring 16 behind the plane 17.

Корпус КУ 2 разъемно соединен с опорным кольцом 15 и промежуточным кольцом 16 в плоскости 17, например, болтами 19. The housing KU 2 is detachably connected to the support ring 15 and the intermediate ring 16 in the plane 17, for example, by bolts 19.

Часть 7 обечайки, которую несет первая со стороны выхлопного патрубка стенка 4, размещена частично внутри полости 20 выхлопного патрубка с зазором "В" относительно промежуточного кольца 16. Величина зазора 'В" превышает минимальную расчетную величину, необходимую для подъема гребней 11 над выступами 13, что обеспечивает свободную выемку части 7 обечайки для варианта КУ "ступенчатого типа". Указанная минимальная величина определяется по формуле: h= Rsin arc cos R -m/R, где h - минимальная величина для подъема гребней 11 над выступами 13 ротора 12, R - радиус цилиндрической поверхности выступов 13, m - высота выступов 13. Ротор может быть выполнен без выступов 13 для КУ "гладкого типа". Part 7 of the shell, which is carried by the first wall 4 on the side of the exhaust pipe, is partially located inside the cavity 20 of the exhaust pipe with a clearance "B" relative to the intermediate ring 16. The size of the clearance 'B "exceeds the minimum design value required to raise the ridges 11 above the protrusions 13, which provides a free recess of the shell part 7 for the KU variant of the “step type.” The specified minimum value is determined by the formula: h = Rsin arc cos R -m / R, where h is the minimum value for lifting the ridges 11 over the protrusions 13 of the rotor 12, R - radius of cyl ndricheskoy surface protrusions 13, m - height of the projections 13. The rotor may be formed without protrusions 13 KU "smooth type".

Ремонт КУ производят без вскрытия крышки цилиндра. Демонтируют крепежные соединения (болты) 19 корпуса 2 КУ с опорным кольцом 15 выхлопного патрубка 1 и промежуточным кольцом 16 и крепежные соединения (не показаны) корпуса 2 КУ по горизонтальному разъему, поднимают верхнюю половину корпуса КУ 2, при этом вертикальные стенки 4 остаются на месте. Затем демонтируют крепежные соединения фланцев (не показаны) по горизонтальному разъему стенки 4, несущей часть обечайки с сегментами 10, выбранного для ремонта отсека КУ. KU repair is performed without opening the cylinder cover. Dismantle the fasteners (bolts) 19 of the housing 2 KU with the support ring 15 of the exhaust pipe 1 and the intermediate ring 16 and the fasteners (not shown) of the housing 2 KU on the horizontal connector, raise the upper half of the housing KU 2, while the vertical walls 4 remain in place . Then dismantle the fastening connections of the flanges (not shown) along the horizontal connector of the wall 4, which carries part of the shell with segments 10, selected for repair of the KU compartment.

Производят подъем верхней половины стенки 4 с выбранной для ремонта частью обечайки на высоту, величина которой больше минимальной величины "h", например, для части 7 обечайки первого со стороны полости 20 отсека КУ на высоту, равную зазору "В". Затем производят замену сегментов 10 в верхней половине части 7 обечайки. В случае демонтажа первого отсека КУ, после подъема верхней половины стенки 4 ее сдвигают вместе с верхней половиной части 7 обечайки в сторону подшипника 14 для вывода последней из полости 20 выхлопного патрубка 1. The upper half of the wall 4 is lifted with the shell part selected for repair to a height that is larger than the minimum value "h", for example, for the shell part 7 of the first from the cavity 20 of the KU compartment, to a height equal to the clearance "B". Then, segments 10 are replaced in the upper half of the shell portion 7. In the case of dismantling the first compartment KU, after lifting the upper half of the wall 4, it is moved together with the upper half of the shell portion 7 towards the bearing 14 to withdraw the latter from the cavity 20 of the exhaust pipe 1.

После этого производят замену сегментов 10 в нижней половине части обечайки путем их выкатывания из под ротора 12. After that, replace the segments 10 in the lower half of the shell by rolling them out from under the rotor 12.

После этого ставят верхние половины стенки 4 и части 7 обечайки на их нижние половины, скрепляют половины стенки 4 по ее фланцам горизонтального разъема, например, установочными болтами (не показаны). After that, put the upper halves of the wall 4 and the shell parts 7 on their lower halves, fasten the halves of the wall 4 along its horizontal connector flanges, for example, with installation bolts (not shown).

Аналогично можно производить замену уплотнительных сегментов других отсеков КУ. Similarly, it is possible to replace the sealing segments of other KU compartments.

Таким образом, исключается необходимость вскрытия корпуса цилиндра турбины при ревизии КУ, при этом такая возможность обеспечена независимо от расстояния между элементами подшипника и КУ на действующих турбинах. Thus, it eliminates the need to open the cylinder body of the turbine during the inspection of the KU, while this possibility is provided regardless of the distance between the bearing elements and the KU on the existing turbines.

Источники информации
1. Щегляев А.А., Паровые турбины, -М.: Энергия, 1976, стр. 9-10.Sources of information
1. Scheglyaev A.A., Steam turbines, -M.: Energy, 1976, pp. 9-10.

2. Щегляев А.А., Паровые турбины, -М.: Энергия, 1976, стр. 284, рис 9-15. 2. Scheglyaev A.A., Steam turbines, -M.: Energy, 1976, p. 284, Fig. 9-15.

3. Щегляев А.А., Паровые турбины, -М.: Энергия, 1976, стр. 9-22. 3. Scheglyaev A.A., Steam turbines, -M.: Energy, 1976, p. 9-22.

Claims (1)

Цилиндр паровой турбины, содержащий корпус выхлопного патрубка, подшипник, встроенный в выхлопной патрубок, концевое уплотнение ротора турбины, содержащее корпус с горизонтальным разъемом, по крайней мере, верхняя половина которого разъемно соединена с опорным кольцом выхлопного патрубка в плоскости со стороны подшипника, скрепленные с корпусом концевого уплотнения вертикальные кольцевые стенки с горизонтальным разъемом, несущие обечайку с уплотнительными сегментами отсеков концевого уплотнения, которая частично размещена внутри полости выхлопного патрубка, отличающийся тем, что верхние половины корпуса концевого уплотнения и первой со стороны полости выхлопного патрубка вертикальной кольцевой стенки размещены за плоскостью соединения корпуса концевого уплотнения и опорного кольца, при этом, по крайней мере, указанная первая вертикальная кольцевая стенка соединена с корпусом концевого уплотнения по подвижной кольцевой посадке, а обечайка выполнена, по крайней мере, из двух частей, одна из которых с уплотнительными сегментами первого отсека соединена с указанной первой вертикальной стенкой. A steam turbine cylinder comprising an exhaust pipe housing, a bearing integrated in the exhaust pipe, an end seal of a turbine rotor comprising a housing with a horizontal connector, at least an upper half of which is detachably connected to a support ring of the exhaust pipe in a plane from the side of the bearing, fastened to the housing end seal vertical annular walls with a horizontal connector, bearing a shell with the sealing segments of the end seal compartments, which is partially located inside hollows of the exhaust pipe, characterized in that the upper halves of the end seal housing and the first from the cavity side of the exhaust pipe of the vertical annular wall are arranged beyond the plane of connection of the end seal housing and the support ring, while at least said first vertical annular wall is connected to the end housing seals on a movable annular landing, and the shell is made of at least two parts, one of which is connected to the indicated segments with the sealing segments of the first compartment oh first vertical wall.