Повышение надёжности и ремонтопригодности лабиринтов концевых уплотнений турбин

В ЦНД мощных одновальных турбин ТЭС и АЭС ввиду больших осевых относительных расширений ротора используются преимущественно прямоточные уплотнения. На момент проектирования одновальных турбин ЛМЗ мощностью 500-800 МВт наилучшие расходные характеристики имели прямоточные уплотнения с двусторонним расположением усиков с наклоном навстречу потоку (рис.1). Из технологических соображений усики роторных втулок и статорных колец выточены не кольцевыми, а по винтовой линии — в виде однозаходной резьбы.

Рис. 1. Конструкция концевого прямоточного уплотнения ЦНД турбины К-800-240. 1 – обойма уплотнения; 2 – сегмент уплотнения; 3 – винтовые наклонные усики ротора и статора; 4 – втулка

Рис. 2. Конструкция концевого прямоточного уплотнения ЦНД турбины К-1200-240. 1 – обойма уплотнения; 2 – сегмент уплотнения; 3 – прямые кольцевые усики статора; 4 – ротор.

Недостатком наклонных усиков, особенно в винтовом и двустороннем вариантах, является их быстрый износ и "полегание" при задеваниях, от чего не спасает даже эластичное исполнение — с подпружиненными сегментами уплотнительных колец статора.

Другим недостатком штатной конструкции является ее низкая ремонтопригодность, т.е. практическая невозможность восстановления усиков ротора и статора. Реальна лишь замена сегментов статора и, что достаточно дорого, втулок ротора.

Для уменьшения вероятности задеваний практикуется увеличение установочных значений радиальных зазоров при монтаже и ремонтах. Однако, при этом возрастают величины протечек уже с самого начала эксплуатации.

Увеличение протечек сверх расчётных значений влечёт за собой появление окружной неравномерности давлений в камерах подвода и отсоса. Это затрудняет настройку уплотнений на работу без пропариваний и присосов воздуха.

Ввиду изложенного, в новейших турбинах ЛМЗ для ТЭС и АЭС мощностью 1000-1200 МВт концевые уплотнения ЦНД выполняются с гладким валом и прямыми кольцевыми усиками сегментов статора (рис.2). Согласно теоретическим и экспериментальным данным (рис.3), при отсутствии износа такие уплотнения несколько уступают уплотнениям с наклонными усиками по начальной величине протечек. Но после задеваний преимущество наклонных усиков исчезает ввиду их полегания.

Главными же достоинствами уплотнений с прямыми кольцевыми усиками только на статоре являются их эксплуатационные преимущества:

  • существенно меньшая скорость износа усиков при задеваниях (проверено экспериментально)
  • практическое отсутствие износа элементов ротора (незначительные риски)
  • высокая ремонтопригодность, допускающая восстановление усиков за счет снятия заусенцев, а также установку заданного радиального зазора путем проточки заплечиков сегментов

Более поздние исследования показали (см. рис.3 и журнал «Электрические станции», 2007, №10, с.15-25), что при оптимальном соотношении между высотой и шагом прямых кольцевых усиков протечки в таком уплотнении оказываются ниже, чем в уплотнении с наклонными винтовыми усиками во всем диапазоне зазоров; дальнейшее уменьшение протечек было достигнуто в прямоточном уплотнении с разновысокими гребнями без снижения надежности и ремонтопригодности.

Последняя конструкция согласована с ЛМЗ и ХТГЗ; в 2006 г. успешно внедрена в турбинах Ленинградской Атомной станции.

Электростанциям с одновальными турбинами ЛМЗ мощностью 500 и 800 МВт предлагается заключить договор на изготовление новых уплотнительных колец и осуществление надзора за выполнением реконструкции.