система и способ для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины

Формула изобретения

1. Система (10) для выравнивания и уплотнения узла (12) корпуса турбины, содержащая:

узел (12) первого корпуса, включающий в себя, по меньшей мере, один сегмент (14а-b) первого корпуса;

узел (20) второго корпуса, включающий в себя выступ (18), проходящий от него;

паз (16), образованный узлом (12) первого корпуса и выполненный соответствующим выступу (18), проходящему от узла (20) второго корпуса;

по меньшей мере, одно заклинивающее устройство (28), размещенное в пазу (16) и соединенное с, по меньшей мере, одной поверхностью (21), по меньшей мере, одного сегмента (14а-b) первого корпуса и, по меньшей мере, частично уплотненной поверхностью (21) уплотнения выступа (18); и коническую поверхность (26) паза (16), соединяемую с, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28).

2. Система (10) по п.1, в которой паз (16) проходит на 360° вокруг узла (12) первого корпуса, а выступ (18) выполнен с возможностью плотного вхождения в паз (16) под 360° вокруг паза (16).

3. Система (10) по п.2, в которой каждое из, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28) включает в себя сегмент (32) уплотнения, который является уплотняемым поверхностью (21) уплотнения выступа (18) на 360° вокруг паза (16), и сегмент (30) выравнивания, расположенный в прорези (22) выравнивания, расположенной в пазу (16) и образованной каждым из, по меньшей мере, одного сегмента (14а-b) первого корпуса.

4. Система (10) по п.3, в которой сегмент (32) уплотнения включает в себя уплотняющее приспособление (34), обеспечивающее уплотнение сегмента (32) уплотнения и поверхности (21) уплотнения выступа (18).

5. Система (10) по п.3, в которой сегмент (32) уплотнения образует, по меньшей мере, одну осевую прорезь (38), а сегменты (14а-b) первого корпуса образуют, по меньшей мере, один резьбовой канал (40), причем заклинивающее устройство (28) и сегменты (14а-b) первого корпуса соединены посредством, по меньшей мере, одного резьбового приспособления (42), ввинченного через, по меньшей мере, одну осевую прорезь (38) и, по меньшей мере, один резьбовой канал (40), при этом, по меньшей мере, одна осевая прорезь (38) выполнена с возможностью обеспечения осевого перемещения заклинивающего устройства (28).

6. Система (10) по п.3, в которой сегмент (32) уплотнения включает в себя гибкую полость (62).

7. Система (10) по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один исполнительный механизм (46), расположенный в пазу (16), для приведения в движение, по меньшей мере, части заклинивающего устройства (28) к конической поверхности (26).

8. Система (10) по п.1, в которой коническая поверхность (26) паза (16) выполнена с возможностью обеспечения уплотнения к конической части (33), по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28).

9. Способ (100) выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины, при котором:

располагают, по меньшей мере, одно заклинивающее устройство (28) в пазу (16) узла (12) первого корпуса;

располагают выступ (18) узла (20) второго корпуса в пазу (16);

скрепляют узел (12) первого корпуса с узлом (20) второго корпуса посредством расположения выступа (18) в пазу (16);

перемещают, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28) к конической поверхности (26) паза (16);

направляют, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28) в контакт с выступом (18) посредством контакта между, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28) и конической поверхностью (26) паза (16); и

создают внешнее прижимное уплотнение (56) между, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства (28) и выступом (18) посредством перемещения и направления.

10. Способ (100) по п.9, при котором при перемещении дополнительно приводят в движение, по меньшей мере, одно заклинивающее устройство (28) в положение, которое образует внутреннее прижимное уплотнение (54) и внешнее прижимное уплотнение (56) посредством, по меньшей мере, одного из исполнительных механизмов (46) и разностью давлений между областью (50) выхлопа высокого давления и областью (52) нагрева до высокой температуры паза (16).

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится в основном к системе и способу для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины и, в частности, к системе и способу для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины, включая охватывающий-охватываемый разъем.

В конструкции турбины двухкорпусного типа осевое выравнивание внешнего корпуса относительно внутреннего корпуса в общем достигнуто охватывающими-охватываемыми элементами на внутреннем и внешнем корпусах турбины. Охватывающие-охватываемые элементы разъема содержат, по меньшей мере, один паз (охватывающий элемент), образованный внутренним корпусом или внешним корпусом, и, по меньшей мере, один выступ (охватываемый элемент), проходящий от внутреннего или внешнего корпуса. Условия давления и температуры в турбине иногда заставляют выступы увеличиваться или деформироваться. Поскольку охватывающие-охватываемые элементы выравнивают и уплотняют посредством контакта металлических поверхностей, деформация и увеличение выступа должны быть исправлены для обеспечения соответствующего уплотнения с помощью перемены места паза корпуса. В частности, будут обработаны поверхность уплотнения или поверхность выступа, чтобы восстановить перпендикулярную поверхность относительно средней линии турбины, позволяющую осуществить уплотнение между элементами. Такая обработка элементов выступа может быть осуществлена при отключении турбины и требует значительного времени простоя и затрат на инструменты и рабочую силу.

Согласно настоящему изобретению создана система для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины, содержащая узел первого корпуса, включающий в себя, по меньшей мере, один сегмент первого корпуса; узел второго корпуса, включающий в себя выступ, проходящий от него; паз, образованный узлом первого корпуса и выполненный соответствующим выступу, проходящему от узла второго корпуса; по меньшей мере, одно заклинивающее устройство, размещенное в пазу и соединенное с, по меньшей мере, одной поверхностью, по меньшей мере, одного сегмента первого корпуса, и, по меньшей мере, частично уплотненной поверхностью уплотнения выступа; коническую поверхность паза, соединяемую с, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства.

Также согласно настоящему изобретению создан способ выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины, при котором располагают, по меньшей мере, одно заклинивающее устройство в пазу узла первого корпуса; располагают выступ узла второго корпуса в пазу; скрепляют узел первого корпуса с узлом второго корпуса посредством расположения выступа в пазу; перемещают, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства к конической поверхности паза; направляют, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства в контакт с выступом посредством контакта между, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства и конической поверхностью паза; создают внешнее прижимное уплотнение между, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства и выступом посредством перемещения и направления.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены идентичные элементы.

На чертежах:

фиг.1 - схематичный вид в поперечном сечении системы для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины;

фиг.1A - увеличенный вид области 1 с фиг.1;

фиг.2 - схематичный вид осевого выступа и паза, используемых в системе для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины;

фиг.3 - частичный схематичный вид в поперечном сечении осевого выступа и паза, используемых в системе для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины;

фиг.4 - схематичный вид в поперечном сечении осевого выступа и паза, используемых в системе для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины, включая гибкий клин 62;

фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая способ выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины.

На фиг.1-3 показана система 10 для выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины. Система 10 позволяет новому или сменному узлу корпуса быть выровненным и уплотненным с имеющимся узлом корпуса (при этом обе части могут быть новыми, например ленточной или подвесной конструкцией), без необходимости обработки охватываемого элемента части внешнего узла корпуса. Таким образом при модернизации или ремонте внешнего корпуса (для соединения с новым внутренним корпусом турбины) можно избежать затрат на время простоя турбины и рабочую силу/инструменты, связанных с обработкой увеличенного и деформированного охватываемого элемента имеющегося узла корпуса. Система 10 содержит проходящий под 360 градусами первый узел 12 корпуса (часть которого показана), включающий в себя, по меньшей мере, один сегмент 14a-b первого корпуса и образующий паз 16. Сегменты 14а-b первого корпуса соединены для образования кольцевого узла с образованием паза 16 (образован частично каждым сегментом), проходящим на 360 градусов вокруг первого узла 12 корпуса. Паз 16 образован соответствующим выступу 18, который проходит на 360 градусов вокруг второго узла 20 корпуса, который включает в себя, по меньшей мере, два сегмента второго корпуса (не показаны), соединенных вместе для образования узла 20. Выступ 18 содержит поверхность 21 уплотнения. Паз 16 также имеет взаимодействующую поверхность 24, коническую поверхность 26 и, по меньшей мере, одну прорезь 22 выравнивания. В примере варианта осуществления коническая поверхность 26 находится под углом от поверхности 24 взаимодействия к поверхности 21 уплотнения выступа 18, как показано на фиг.1. Соответствующие функциональные возможности прорези 22 выравнивания, поверхности 24 взаимодействия и конической поверхности 26 будут более подробно описаны далее. Узел 12 первого корпуса и узел 20 второго корпуса и их соответствующие отличия и компоненты используются в конструкции турбины двухкорпусного типа (которая полностью не показана). Очевидно, что узел 12 первого корпуса может быть узлом внутреннего корпуса, включающим в себя внутренние сегменты корпуса (совпадающими с сегментами 14a-b корпуса), а узел 20 второго корпуса может быть узлом внешнего корпуса. Также следует отметить, что узел 12 первого корпуса может быть узлом внешнего корпуса, включающим в себя внешние сегменты корпуса (совпадающие с сегментами 14a-b корпуса), а узел 20 второго корпуса может быть узлом внутреннего корпуса. Однако, поскольку на чертежах узел 12 первого корпуса показан как внутренний корпус, а узел 20 второго корпуса - как узел внешнего корпуса, узел внутреннего корпуса и сегменты внутреннего корпуса будут упоминаться далее как узел 12 внутреннего корпуса и сегменты 14a-b внутреннего корпуса, и узел внешнего корпуса будет упоминаться как узел 20 внешнего корпуса.

Система 10 также содержит, по меньшей мере, одно заклинивающее устройство 28. Как будет описано далее, заклинивающее устройство 28 и способ его функционирования при взаимодействии с поверхностями (в частности, с конической поверхностью 26) паза 16 являются определяющим элементом образования уплотнения между узлом 12 внутреннего корпуса и узлом 20 внешнего корпуса. Заклинивающее устройство 28 находится в пазу 16 между поверхностью 21 уплотнения выступа 18 и, по меньшей мере, одним из (в зависимости от того, какая часть заклинивающего устройства 28 упоминается) прорезей 22 выравнивания, поверхностью 24 взаимодействия и конической поверхностью 26. В примере варианта осуществления изобретения паз 16, образованный каждым сегментом 14a-b внутреннего корпуса, будет включать в себя заклинивающее устройство 28.

Заклинивающее устройство 28 содержит сегмент 30 выравнивания и сегмент 32 уплотнения. Сегмент 30 выравнивания расположен в прорезях 22 выравнивания паза 16 и способствует выравниванию заклинивающего устройства 28, как будет более подробно описано далее. В примерном варианте осуществления сегмент 32 уплотнения содержит клиновидную часть 33, которая соединяется и сопрягается с конической поверхностью 26 паза 16. Сегмент 32 уплотнения может быть рассмотрен как две части: часть 32a уплотнения и часть 32b соединения. Часть 32a уплотнения может проходить на 360 градусов вокруг сплошного паза 16 и может включать в себя уплотняющую конструкцию 34, например, эластичный трос 35, расположенный в пазу 36 для троса (паз 36 для троса образован сегментом 32 уплотнения), С-уплотнение, М-уплотнение или в виде радиальных зубьев. Часть 32b соединения (которая может проходить на 360 градусов вокруг паза 16, хотя это и не обязательно) соединяет заклинивающее устройство 28 внутренними сегментами 14a-b корпуса с поверхностью 24 взаимодействия паза 16. В примере варианта осуществления часть 32b соединения образует, по меньшей мере, одну осевую прорезь 38, а поверхность 24 взаимодействия образует, по меньшей мере, один резьбовой канал 40, в который через осевую прорезь 38 и резьбовой канал 40 ввинчено, по меньшей мере, одно резьбовое приспособление 42 для соединения заклинивающего устройства 28 с внутренним сегментом 14a или 14b корпуса. Очевидно, что осевая (осевые) прорезь (прорези) 38 образованы для обеспечения осевого перемещения заклинивающего устройства 28 относительно резьбового приспособления 42, которое будет находиться в фиксированном соединении с поверхностью соединения 40. Допуск этого перемещения обеспечивается зазорами 44a-b между резьбовым приспособлением и осевой прорезью 38, как показано на фиг.2.

В примере варианта осуществления система 10 может также содержать, по меньшей мере, один исполнительный механизм 46. Исполнительный механизм 46 расположен в пазу 16 и может быть любым устройством, приводящим в движение часть 32 уплотнения заклинивающего устройства 28 к конической поверхности 26. Например, исполнительный механизм 46 может быть пружиной сжатия, расположенной между частью 32 уплотнения и стенкой 48 паза 16.

С помощью элементов системы 10, описанных выше, теперь будет описан способ, посредством которого система 10 обеспечивает выравнивание и уплотнение. Что касается выравнивания, узел 12 внутреннего корпуса выровнен по оси относительно узла 20 внешнего корпуса посредством плотной посадки выступа 18 в паз 16 по окружности на 360 градусов. Эта плотная посадка обеспечивает контакт металлических поверхностей между сегментами 14a-b внутреннего корпуса и сегментами внешнего корпуса (которые содержат узел 20 внешнего корпуса турбины) и поддерживает правильное осевое положение узла 12 внутреннего корпуса. В примере варианта осуществления паз 16 имеет ширину 70, которая является достаточно большой для размещения увеличения боковых стенок 72a-b выступа 18. Заклинивающее устройство 28 также выровнено с помощью сегментов 14a-b внутреннего корпуса (одно заклинивающее устройство 28 для каждого сегмента внутреннего корпуса в примере варианта осуществления) посредством размещения сегмента 30 выравнивания в прорези 22 выравнивания, находящегося в пазу 16. В примере варианта осуществления прорези 22 выравнивания расположены в соответствующем центре каждого сегмента 14a или 14b внутреннего корпуса с помощью резьбовых приспособлений 42, соединенных с сегментом 32 уплотнения (в частности, с частью 32b соединения) с поверхностью 24 взаимодействия в каждой соответствующей стороне прорези 22 выравнивания каждого конкретного сегмента 14a или 14b внутреннего корпуса.

В системах, которые не содержат компоненты системы 10, плотная посадка выступа 18 и паза 16 также прежде всего обеспечивали бы создание прижимного уплотнения, которое отделяет область 50 выхлопа высокого давления от области 52 нагрева до высокой температуры. В то время как эта плотная посадка частично обеспечивает прижимное уплотнение, созданное системой 10, заклинивающее устройство 28 увеличивает эффективность уплотнения, помогая устранять необходимость обработки поверхности боковых стенок 72a-b выступа 18 при подгонке.

Что касается создания уплотнений в системе 10, заклинивающее устройство 28 создает прижимное уплотнение в отношении сегментов как узла 12 внутреннего корпуса, так и узла 20 внешнего корпуса. Что касается узла 12 внутреннего корпуса, внутреннее прижимное уплотнение 54 может образовать контакт между конической поверхностью 26 паза 16 и конической частью 33 сегмента 32 уплотнения. Коническая часть 33 выполнена с возможностью обеспечения выравнивания с помощью конической поверхности 26 посредством продвижения по существу под тем же самым углом, что и коническая поверхность 26. Благодаря текучей среде под давлением, текущей внутри и создающей область 50 выхлопа высокого давления, и/или приложенной исполнительным механизмом 46 силы, коническая часть 33 вступает в контакт с конической поверхностью 26. В примере варианта осуществления этот контакт создает внутреннее прижимное уплотнение 54. Кроме того, понижение давления и/или усилие от исполнительного механизма 46 приводит к перемещению/скольжению сегмента 32 уплотнения (наряду с остальной частью заклинивающего устройства 28) по конической поверхности 26 в контакт с поверхностью 21 уплотнения выступа 18. Направление посредством наклона как конической поверхности 26, так и конической части 33 в контакте, наряду с приложенной силой (силами) создает результирующее движение к поверхности 21 уплотнения.

Хотя пример варианта осуществления имеет коническую часть 33 заклинивающего устройства 28, необходимо понять, что может быть использована любая часть заклинивающего устройства 28, входящая в контакт, выравнивающая и/или уплотняющая с помощью конической поверхности 26. Эта дополнительная часть заклинивающего устройства 28 может быть не конической, то есть не подобной конической части 33, для выравнивания/сопряжения с помощью конической поверхности 26 посредством любых других средств соединения, например, плотной посадки паз-выступ, причем заклинивающее устройство могло бы содержать выступ, а коническая поверхность 26 содержала бы паз. Кроме того, в то время как пример варианта осуществления также включает заклинивающее устройство 28, которое образует внутреннее прижимное уплотнение 54, заклинивающее устройство 28 (коническая часть 33 или что-либо другое) может также быть просто соединено с конической поверхностью 26, действуя как направляющая, а не образуя внутреннее прижимное уплотнение 54.

Обращаясь теперь к образованию уплотнения с узлом 20 внешнего корпуса, заклинивающее устройство 28 перемещается к поверхности 21 уплотнения выступа 18 до тех пор, пока уплотняющая конструкция 34 уплотняющего сегмента 32 не войдет в контакт с поверхностью 21 уплотнения и не образует внешнее прижимное уплотнение 56. Оно представляет собой прижимное уплотнение, противоположное узлу 20 внешнего корпуса. Если используется внешнее прижимное уплотнение 56, установленное с помощью начального снижения давления (между областью 52 нагрева до высокой температуры и областью 50 выхлопа высокого давления), и/или исполнительный механизм 46, то дифференциал давления между областью 50 выхлопа высокого давления и областью 52 нагрева до высокой температуры приводит к дальнейшему упрочению уплотнения 56. Внешнее прижимное уплотнение 56, созданное системой 10, устраняет необходимость обработки увеличенной и деформированной (по причине высокой температуры и высокого давления через какое-то время эксплуатации) поверхности 21 уплотнения выступа 18 при модернизации с помощью паза 16 нового сегмента внутреннего корпуса. Это внешнее прижимное уплотнение 56 может быть достигнуто без обработки поверхности боковых стенок 72a-b, чтобы включить (или восстановить) поверхность, которая перпендикулярна средней линии турбины. Это происходит благодаря тому, что уплотняющая конструкция 34 (например, гибкий трос 35, расположенный в пазу 36 троса, или в конструкция с радиальными зубьями) будет введена в контакт и уплотнена с поверхностью 21 уплотнения, причем этот контакт образует уплотнение. Таким образом, устранены обработка выступа 18 для подгонки и затраты, связанные с этой обработкой.

Как, в частности, показано на фиг.2, сегменты 14a и 14b выровнены в стыковом соединении 90 посредством объединяющего выступа 91 и объединяющего паза 92. Очевидно, что заклинивающее устройство 28, особенно конусная часть 33 части 32a уплотнения проходит стыковое соединение 90, обеспечивая образование уплотнения в этом сегменте, выравнивающем область стыкового соединения.

На фиг.4 показан вариант осуществления системы 10, содержащий гибкую полость 62 и фланец 64 сжатия. Гибкая полость 62 и фланец 64 сжатия образованы сегментом 32 уплотнения заклинивающего устройства 28. Сегмент 32 уплотнения, который содержит гибкую полость 62, имеет уменьшенную жесткость из-за способности фланца 64 сжатия быть вжатым в гибкую полость 62, когда образовано внутреннее прижимное уплотнение 54. Этот "более мягкий" сегмент 32 уплотнения уменьшает потенциальное повреждение из-за нагрузки на сегменты корпуса узла 12 внутреннего корпуса и узла 20 внешнего корпуса.

На фиг.5 проиллюстрирован способ 100 выравнивания и уплотнения узла корпуса турбины, при котором располагают заклинивающее устройство 28 в пазу 16 узла 12 первого корпуса и располагают выступ 18 узла 20 второго корпуса в пазу 16, как показано в функциональном блоке 102. Паз 16 может проходить на 360 градусов вокруг узла 12 первого корпуса (который содержит, по меньшей мере, один сегмент 14a-b первого корпуса), а выступ 18 может быть расположен в пазу 16 на 360 градусов вокруг паза 16. Способ 100 также включает выполнение плотной посадки узла 12 первого корпуса в узле 20 второго корпуса посредством размещения выступа 18 в пазу 16, как показано в функциональном блоке 104. Заклинивающее устройство 28 может также взаимодействовать и быть плотно посажено в узел 12 первого корпуса посредством плотной посадки выравнивающего сегмента 30 каждого заклинивающего устройства 28 в прорези 22 выравнивания паза 16 и привинчивания, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства 28 к узлу 12 первого корпуса, по меньшей мере, посредством одного резьбового приспособления 42, которое ввинчивается, по меньшей мере, через одну осевую прорезь 38 в, по меньшей мере, один резьбовой канал 40, образованный узлом 12 первого корпуса.

Способ 100 дополнительно включает перемещение, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства 28 к конической поверхности 26 паза 16 и направление, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства 28 в контакт с выступом 18 посредством контакта между, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства 28 и конической поверхностью 26 паза 16, как показано в функциональном блоке 106. В примере варианта осуществления частью заклинивающего устройства 28, которая должна контактировать с конической поверхностью 26, будет коническая часть 33, и этот контакт обеспечивает создание внутреннего прижимного уплотнения 54 между конической частью 33 и конической поверхностью 26. Способ 100 может дополнительно включать создание внешнего прижимного уплотнения 56 между, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного заклинивающего устройства 28 и выступа 18 посредством перемещения и направления, как показано в функциональном блоке 108. Как внутреннее, так и внешнее прижимное уплотнение 54 и 56 могут осуществить уплотнение с помощью узла 12 первого корпуса и выступа 18 соответственно на 360 градусов вокруг паза 16. Также, внутреннее и внешнее прижимное уплотнение 54 и 56 могут быть приведены в движение заклинивающим устройством 28 в положение, которое образует внутреннее и внешнее прижимное уплотнение 54 и 56 посредством, по меньшей мере, одного из исполнительных механизмов 46 и дифференциала давления между областью 50 выхлопа высокого давления и областью 52 нагрева до высокой температуры паза 16.

В то время как изобретение было описано со ссылкой на пример варианта его осуществления, специалистам в данной области будет очевидно, что в настоящем изобретении могут быть выполнены различные модификации и эквивалентные изменения, не выходя из объема настоящего изобретения. При этом изобретение не ограничено конкретным вариантом его осуществления, раскрытым в данном описании, а ограничено только лишь прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, термины «первый», «второй» и т.д. не обозначают никакого порядка или важности, а используются только лишь для обозначения отличия одного элемента от другого.