PL B1. Przedsiębiorstwo Wdrażania Postępu Technicznego POSTEOR Sp. z o.o., Sopot, PL BUP 06/06. Czesław Greń, Elbląg, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F01D 5/06 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Obracarka wirnika turbiny parowej (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 06/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/10 (73) Uprawniony z patentu: Przedsiębiorstwo Wdrażania Postępu Technicznego POSTEOR Sp. z o.o., Sopot, PL (72) Twórca(y) wynalazku: Czesław Greń, Elbląg, PL (74) Pełnomocnik: Czabajski Jacek, Biuro Patentowe TRASET PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest obracarka wirnika turbiny parowej przemysłowej lub energetycznej. Obracarka stanowi osprzęt dodatkowy turbiny parowej. Turbina parowa jest maszyną o dużych gabarytach i warunki jej pracy, a zwłaszcza warunki pracy wirnika turbiny powodują, że poszczególne elementy turbiny, w tym element najważniejszy jakim jest wirnik, pracują w znacznie podwyższonych temperaturach, przekraczających 100 C. Jednocześnie wirnik jest metalowym ustrojem przestrzennym o skomplikowanej geometrii, gdzie na wale zamontowane są koła łopatkowe poszczególnych stopni turbiny. Materiał wirnika, jego masa oraz geometria powodują powstawanie niekorzystnych zjawisk zmiany geometrii wirnika podczas jego stygnięcia. Stygnięcie następuje w okresach zatrzymania wirnika turbiny, gdy jest ona wyłączona z ruchu na skutek braku poboru energii lub z przyczyn remontowych. Proces stygnięcia po zatrzymaniu wirnika przebiega zgodnie z prawami fizyki, gdzie najszybciej stygną części wirnika które po zatrzymaniu znajdą się pod linią wału, najwolniej stygną części wirnika, które po zatrzymaniu znajdą się ponad linią wału. Oznacza to, że te same koła łopatkowe w górnej części aktualnej, przypadkowej pozycji po zatrzymaniu, stygną wolniej, zaś w dolnej części stygną szybciej. Prowadzi to do wypaczenia a nawet pękania elementów kół łopatkowych. Dla przeciwdziałania temu niekorzystnemu zjawisku, wirnik turbiny wyposaża się w zespół obracarki, która ma na celu powolne obracanie wirnika turbiny w okresie wyłączenia go z normalnego ruchu, ze względu na brak poboru energii lub ze względów remontowych. Powolny obrót wirnika pozwala uzyskać równomierne warunki stygnięcia wirnika i wszystkich jego elementów składowych. W znanym rozwiązaniu obracarki, zwykle na sprzęgle wału, osadzone jest skurczowo, duże koło zębate. Moment obrotowy do obracania wału wirnika przenoszony jest na to duże koło zębate z małego koła zębatego osadzonego przesuwnie na wałku o osi równoległej do osi wału wirnika turbiny. Ruch przesuwny tego małego koła zębatego na wałku, dla zasprzęglenia z dużym kołem zębatym osadzonym na wale wirnika turbiny realizowany jest dźwignią napędzaną ślimakiem oraz ślimacznicą. Spiralne występy na wałku oraz odpowiednie spiralne rowki na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej małego koła zębatego pozwalają poosiowo przesuwać to małe koło zębate po powierzchni wałka, wraz z częściowym obrotem, co ułatwia zazębienie z dużym kołem zębatym obracarki. Zasprzęglenie następuje na skutek impulsu zewnętrznego przekazanego do jednostki sterującej ruchem zespołu ślimak-ślimacznica. W innym rozwiązaniu obracarki wału turbiny, znanym z opisu europejskiego EP , napęd obracarki zamocowany jest od czoła wału wirnika, w obrębie obudowy łożysk. Napęd w tym rozwiązaniu realizowany jest przez silnik hydrauliczny przenoszący moment obrotowy na wał wirnika. W kolejnym rozwiązaniu znanym z opisu patentowego europejskiego nr EP napęd obracarki realizowany jest również przez silnik hydrauliczny zamocowany do czoła wału wirnika turbiny. Czoło wału turbiny w tym znanym rozwiązaniu ma zamocowane cylindryczne gniazdo, osiowo w stosunku do osi wału wirnika. Wewnątrz tego gniazda znajduje się element wewnętrzny zawierający wysuwny hydraulicznie element sprzęgający oś napędową silnika hydraulicznego z wymienionym gniazdem wału turbiny. Według wynalazku, obracarka wirnika turbiny parowej, zawiera silnik napędowy sprzężony za pośrednictwem małego koła zębatego, z dużym kołem zębatym obracarki osadzonym na cylindrycznym współosiowym elemencie wału turbiny. Małe koło zębate osadzone jest na wałku napędowym. Obracarka charakteryzuje się tym, że średnica wewnętrzna dużego koła zębatego obracarki jest większa niż średnica cylindrycznego elementu wirnika, na którym to duże koło zębate obracarki jest osadzone. Na cylindrycznej powierzchni wewnętrznej tego dużego koła zębatego obracarki znajduje się element sprzęgający to duże koło zębate obracarki z tym cylindrycznym współosiowym elementem wału wirnika turbiny. W korzystnym rozwiązaniu, współosiowy element wału wirnika turbiny, na którym osadzone jest duże koło zębate, stanowi kołnierz sprzęgła wału turbiny. Duże koło zębate obracarki ma zamocowany po każdej stronie współosiowy pierścień ślizgowy. Te dwa współosiowe pierścienie ślizgowe ułożone są w dwóch ślizgowych gniazdach w kształcie wycinka pierścienia zamocowanych w dolnej połowie stojaka łożyskowego turbiny. Duże koło zębate obracarki może zawierać więcej niż jeden element sprzęgający i w korzystnym wykonaniu zawiera co najmniej trzy elementy sprzęgające. Wymieniony element sprzęgający, w korzystnym wykonaniu, stanowi wałeczek którego oś symetrii przebiega równolegle do osi symetrii wału wirnika turbiny. Ten element sprzęgający ułożony jest

3 PL B1 3 luźno w kieszeni wykonanej na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej dużego koła zębatego obracarki. W tej kieszeni dużego koła zębatego w innym korzystnym wykonaniu rozwiązania według wynalazku, ułożone mogą być co najmniej dwa elementy sprzęgające w postaci opisanego wałeczka. Jeśli w jednej kieszeni dużego koła zębatego znajduje się więcej niż jeden element sprzęgający w postaci wałeczka, to te wałeczki ułożone w jednej kieszeni mają różne średnice. Wymieniona kieszeń usytuowana jest na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej dużego koła zębatego obracarki i ma nierównomierny przekrój podłużny, zwiększając swoją wysokość w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu obrotowego tego dużego koła zębatego obracarki i zmniejszając swoją wysokość w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu tego dużego koła obracarki. Kieszeń ma szerokość mniejszą niż szerokość dużego koła zębatego i ta szerokość kieszeni ograniczona jest bocznymi pokrywami utrzymującymi wewnątrz kieszeni wałeczki i pozwalającymi jednocześnie na konserwację wałeczków podczas remontów. Każda z kieszeni uformowana jest tak, że minimalna odległość ściany kieszeni od cylindrycznej powierzchni elementu wirnika jest mniejsza niż średnica najmniejszego wałeczka, natomiast maksymalna odległość ściany kieszeni od cylindrycznej powierzchni elementu wirnika jest większa niż średnica największego wałeczka. Kieszeń w swojej najszerszej części zawiera dolne, grzebieniowe występy sąsiadujące z cylindryczną powierzchnią elementu wału wirnika turbiny. Odległość tych grzebieniowych występów od ściany kieszeni jest większa niż średnica wałeczka. Grzebieniowe elementy w postaci grzebienia zamocowane są w gnieździe wykonanym w dużym kole zębatym w najwyższym miejscu kieszeni tworząc spoczynkową komorę dla wałeczka. W obrębie listwy zamykającej kieszeń, w najszerszym miejscu kieszeni, tylna ścianka tej komory zawiera obwodowe rowki. Podstawowym elementem rozwiązania według wynalazku jest luz promieniowy między dużym kołem zębatym, a elementem wału wirnika turbiny, którym jest kołnierz sprzęgła wału turbiny i uformowanie w uzyskanej przestrzeni kieszeni zawierającej sprzęgające wałeczki. Dzięki temu rozwiązaniu unieruchomiono duże koło zębate, gdy obracarka nie pracuje a turbina jest w fazie roboczej. Pozwoliło to również zachować stałe zazębienie dużego koła zębatego z małym kołem zębatym napędowym. Włączenie silnika obracarki na unieruchomionym wale wirnika turbiny powoduje zsunięcie się wałeczków w kieszeniach do momentu ich zaklinowania między ścianą kieszeni a powierzchnią sprzęgła wirnika turbiny, co rozpoczyna proces zesprzęglania dużego koła zębatego z kołnierzem tarczy sprzęgła, co w rezultacie prowadzi do płynnego obracania wirnika turbiny. Gdy obroty wirnika turbiny przekroczą obroty obracarki, to znaczy po podaniu pary na turbinę, wałeczki zostaną wypchnięte ze strefy swojej pracy w kieszeniach, a siły odśrodkowe, opór czołowy i siły nośne spowodują przyparcie wałeczków do tylnej ściany kieszeni, na grzebieniowych występach. Duże koło zębate rozsprzęgla się z kołnierzem sprzęgła wirnika turbiny, zatrzymuje się w półgniazdach ślizgowych i pozostaje nieruchome w fazie pracy wirnika turbiny. P r z y k ł a d w y k o n a n i a Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają: fig. 1 - przekrój wirnika turbiny w obrębie kołnierza sprzęgła, fig. 2 - widok kieszeni na wewnętrznej powierzchni koła zębatego w pozycji zasprzęglonej, fig. 3 - przekrój kieszeni, fig. 4 - widok kieszeni wraz z wałeczkiem. Obracarka wirnika 1 turbiny parowej, zawiera nie pokazany na rysunku silnik napędowy, sprzężony za pośrednictwem małego koła zębatego 3, z dużym kołem zębatym 2 obracarki osadzonym i współdziałającym z cylindrycznym współosiowym elementem wału 4 wirnika 1 turbiny. Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 1, małe koło zębate 3 osadzone jest nieprzesuwnie na wałku napędowym 5. Średnica wewnętrzna dużego koła zębatego 2 obracarki jest większa niż średnica cylindrycznego elementu 6 wirnika 1, na którym to duże koło zębate 2 obracarki jest osadzone. Na cylindrycznej powierzchni wewnętrznej 7 tego dużego koła zębatego 2 obracarki znajduje się element sprzęgający to duże koło zębate 2 obracarki z wymienionym cylindrycznym współosiowym elementem 6 wału 4 wirnika 1 turbiny. W przykładowym rozwiązaniu pokazanym na załączonym rysunku fig. 1, cylindryczny, współosiowy element 6 wirnika 1 turbiny, na którym osadzone jest duże koło zębate 2, stanowi kołnierz sprzęgła wału turbiny. Duże koło zębate 2 obracarki ma zamocowany

4 4 PL B1 po każdej stronie współosiowy pierścień ślizgowy 8. Te dwa współosiowe pierścienie ślizgowe 8 ułożone są w dwóch ślizgowych półgniazdach 9 korpusu wału 4 wirnika 1 turbiny. Duże koło zębate 2 obracarki może zawierać więcej niż jeden element sprzęgający i w przykładowym wykonaniu zawiera cztery elementy sprzęgające 10. Pokazano to na załączonym rysunku fig. 2. Wymieniony element sprzęgający 10, w przykładowym wykonaniu, zawiera element wykonawczy w postaci wałeczka 11, którego oś symetrii przebiega równolegle do osi symetrii wału 4 wirnika 1 turbiny. Ten wałeczek 11 ułożony jest luźno w kieszeni 12 wykonanej na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej 7 dużego koła zębatego 2 obracarki. W tej kieszeni 12 dużego koła zębatego 2 w innym, nie pokazanym na załączonym rysunku przykładzie wykonania, ułożone są co najmniej dwa elementy sprzęgające w postaci opisanego wałeczka 11. Jeśli w jednej kieszeni 12 dużego koła zębatego 2 znajduje się więcej niż jeden element sprzęgający w postaci wałeczka 11, to te wałeczki 11 ułożone w jednej kieszeni 12 mają różne średnice. Wymieniona kieszeń 12 usytuowana jest na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej 7 dużego koła zębatego 2 obracarki i ma nierównomierny przekrój podłużny, zwiększając swoją wysokość w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu obrotowego tego dużego koła zębatego 2 obracarki i zmniejszając swoją wysokość w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu tego dużego koła obracarki. Kierunek obrotów dużego koła zębatego 2 oraz kierunek obrotów wirnika 1 turbiny pokazano na załączonym rysunku fig. 2 oraz fig. 3, gdzie n o oznacza kierunek obrotu obracarki, zaś n t oznacza kierunek obrotu wirnika turbiny. Kieszeń 12 ma szerokość mniejszą niż szerokość dużego koła zębatego 2 i ta szerokość kieszeni 12 ograniczona jest nie pokazanymi na rysunku bocznymi płytkami utrzymującymi wewnątrz kieszeni 12 wałeczki 11 i pozwalającymi jednocześnie na kontrolę pracy i konserwację wałeczków 11. Każda z kieszeni 12 uformowana jest tak, że minimalna odległość ściany 13 kieszeni 12 od cylindrycznej powierzchni 14 elementu 6 wirnika 1 jest mniejsza niż średnica najmniejszego wałeczka 11. Maksymalna odległość ściany 13 kieszeni 12 od cylindrycznej powierzchni 14 elementu 6 wirnika 1 jest większa niż średnica największego wałeczka 11. Jak to pokazano na załączonym rysunku fig. 3 i fig. 4, kieszeń 10 w swojej najszerszej części zawiera dolne, grzebieniowe występy 15 sąsiadujące z cylindryczną powierzchnią 14 elementu 6 wału 4 wirnika 1 turbiny. Odległość tych grzebieniowych występów 15 od ściany 13 kieszeni 12 jest większa niż średnica wałeczka 11. Grzebieniowe występy 15 zamocowane są do listwy 16 zamykającej kieszeń 12 w jej najszerszym końcu. W obrębie listwy 16 zamykającej kieszeń 12, w najszerszym miejscu tej kieszeni 12, na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni 7 dużego koła zębatego 2 znajdują się obwodowe rowki 17. Te obwodowe rowki 17 pozwalają uzyskać dodatkowy przepływ powietrza, dociskający wałeczki 11 do krańcowej ściany 18 kieszeni 12. Układ grzebieniowych występów 15 zamocowanych do listwy 16 oraz rowków 17 pozwala samorzutnie wprowadzić i utrzymać wałeczki 14 w położeniu spoczynkowym, gdy wirnik 1 turbiny ponownie podejmie tryb roboczy. Zastrzeżenia patentowe 1. Obracarka wirnika turbiny parowej, zawierająca silnik napędowy sprzężony za pośrednictwem małego koła zębatego, z dużym kołem zębatym obracarki osadzonym na cylindrycznym współosiowym elemencie wału turbiny, gdzie małe koło zębate osadzone jest na wałku napędowym, znamienna tym, że średnica wewnętrzna dużego koła zębatego (2) obracarki jest większa niż średnica cylindrycznego współosiowego elementu (6) wirnika (1), na którym to duże koło zębate (2) obracarki jest osadzone i na cylindrycznej powierzchni wewnętrznej (7) tego dużego koła zębatego (2) obracarki znajduje się element sprzęgający (10) to duże koło zębate (2) obracarki z tym cylindrycznym współosiowym elementem (6) wału (1) wirnika turbiny. 2. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że współosiowy element (6) wału (4) wirnika (1) turbiny stanowi kołnierz sprzęgła. 3. Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że duże koło zębate (2) obracarki ma zamocowany po każdej stronie współosiowy pierścień ślizgowy (8). 4. Obracarka według zastrz. 3, znamienna tym, że oba współosiowe pierścienie ślizgowe (8) ułożone są w dwóch ślizgowych półgniazdach ślizgowych (9) korpusu wału (4) wirnika (1) turbiny.

5 PL B Obracarka według zastrz. 1, znamienna tym, że duże koło zębate (2) zawiera co najmniej trzy elementy sprzęgające (10). 6. Obracarka według zastrz. 1 albo 5, znamienna tym, że element sprzęgający (10) stanowi wałeczek (11), którego oś symetrii przebiega równolegle do osi symetrii wału wirnika (1) turbiny. 7. Obracarka według zastrz. 1 albo 6, znamienna tym, że wałeczek (11) ułożony jest luźno w kieszeni (12) dużego koła zębatego (2) obracarki. 8. Obracarka według zastrz. 7, znamienna tym, że w kieszeni (12) dużego koła zębatego (2) ułożone są co najmniej dwa wałeczki (11). 9. Obracarka według zastrz. 8, znamienna tym, że wałeczki (11) ułożone w jednej kieszeni (12) mają różne średnice. 10. Obracarka według zastrz. 7, znamienna tym, że kieszeń (12) usytuowana jest na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej (7) dużego koła zębatego (2) obracarki i ma nierównomierny przekrój podłużny, zwiększając swoją wysokość w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu obrotowego tego dużego koła zębatego (2) obracarki. 11. Obracarka według zastrz. 10, znamienna tym, że kieszeń (12) ma szerokość mniejszą niż wynosi szerokość dużego koła zębatego (2). 12. Obracarka według zastrz. 7 albo 9, znamienna tym, że minimalna odległość ściany (13) kieszeni (12) od cylindrycznej powierzchni (14) elementu (6) wirnika (1) jest mniejsza niż średnica najmniejszego wałeczka (11), natomiast maksymalna odległość ściany (13) kieszeni (12) od cylindrycznej powierzchni elementu (6) wirnika (1) jest większa niż średnica największego wałeczka (11). 13. Obracarka według zastrz. 7, znamienna tym, że kieszeń (12) w swojej najszerszej części zawiera grzebieniowe występy (15) sąsiadujące z cylindryczną powierzchnią (14) elementu (6) wału (4) wirnika (1) turbiny i odległość tych grzebieniowych występów (15) od ściany (13) kieszeni (12) jest większa niż średnica wałeczka (11). 14. Obracarka według zastrz. 13, znamienna tym, że grzebieniowe elementy (15) zamocowane są do listwy (16) zamykającej kieszeń (12) w jej najszerszym końcu. 15. Obracarka według zastrz. 12, znamienna tym, że w obrębie listwy (16) zamykającej kieszeń (12) w najszerszym miejscu, na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni dużego koła zębatego (2) znajdują się obwodowe rowki (17).

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.