PL B1. Uszczelnienie nadbandażowe stopnia przepływowej maszyny wirnikowej, zwłaszcza z bandażem płaskim. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B23Q 17/12 ( ) F04D 29/66 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Uszczelnienie nadbandażowe stopnia przepływowej maszyny wirnikowej, zwłaszcza z bandażem płaskim (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 16/08 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/12 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (72) Twórca(y) wynalazku: KRZYSZTOF KOSOWSKI, Gdańsk, PL ROBERT STĘPIEŃ, Gdynia, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Czesław Popławski PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie nadbandażowe stopnia przepływowej maszyny wirnikowej zwłaszcza z bandażem płaskim, przeznaczone do zmniejszania drgań samowzbudnych, w szczególności typu aerodynamicznego spowodowanych niewspółosiowością wirnika. W maszynach wirnikowych przy przekroczeniu wartości mocy progowej, przy określonej częstości kątowej, mogą wystąpić drgania samowzbudne typu aerodynamicznego układów wirnikowych, spowodowane niewspółosiowym położeniem wirnika względem korpusu maszyny. Drgania te mogą uniemożliwiać uzyskanie mocy znamionowej maszyny nowej lub remontowanej. Wzajemna niewspółosiowość układu wirnik - stojan zmienia rozkład luzów w uszczelnieniu pomiędzy wirnikiem a korpusem, co wpływa na parametry czynnika roboczego w kanałach przepływowych całego stopnia, a w efekcie na straty od przecieków i sprawność energetyczną. Równocześnie, niesymetryczny rozkład tych luzów powodując zmianę rozkładu pola ciśnienia w uszczelnieniu, odgrywa kluczową rolę w generowaniu sił i momentów aerodynamicznych oddziaływujących na wirnik i prowadzących do jego drgań. Siły te, zwane siłami ciśnieniowymi zależą od typu konstrukcji i wymiarów uszczelnienia znajdującego się nad bandażem wirnika, luzów promieniowych i osiowych, typu stopnia, parametrów czynnika roboczego, występujących niesymetryczności, które mogą być spowodowane, np. błędami montażu i niedokładnością wykonania elementów maszyny oraz ekscentrycznym i skośnym położeniem osi wirnika względem korpusu. Największe siły ciśnieniowe występują dla dużych różnic w rozkładzie szczeliny obwodowej w uszczelnieniu nadbandażowym, które umieszczone jest pomiędzy wirnikiem a korpusem i zależą od stosunku przemieszczenia promieniowego wirnika do luzu nominalnego szczeliny oraz od skośnego przemieszczenia wirnika względem korpusu. W skrajnym przypadku następuje przytarcie bandaża korpusu. Znane są sposoby zmniejszania drgań samowzbudnych typu aerodynamicznego w przepływowych maszynach wirnikowych polegający na redukowaniu różnic ciśnienia powietrza w szczelinie przepływowej pomiędzy wirnikiem a korpusem poprzez powiększenie luzu nominalnego w uszczelnieniu nadbandażowym, na przykład poprzez zmniejszenie wymiarów zewnętrznych bandaża. Powoduje to zmniejszenie stosunku największego przemieszczenia promieniowego wirnika do luzu nominalnego szczeliny i w efekcie zmniejszenie sił ciśnieniowych, ale też powoduje zwiększenie strumienia przecieków i zmniejszenie sprawności stopnia turbiny czy sprężarki. Uszczelnienie nadbandażowe stopnia przepływowej maszyny wirnikowej zwłaszcza z bandażem gładkim charakteryzuje się według wynalazku tym, że składa się z pierścienia zewnętrznego oraz przesłony pierścieniowej, przy czym pierścień zewnętrzny przymocowany jest na stałe do korpusu i posiada obwodową komorę akumulacyjną, która otwarta jest od strony wirnika. W przesłonie pierścieniowej wykonane są otwory przelotowe, usytuowane pomiędzy wirnikiem a pierścieniem zewnętrznym. Przesłona pierścieniowa osadzona jest suwliwie pomiędzy pierścieniem zewnętrznym a wirnikiem. W wariancie wynalazku przesłona pierścieniowa połączona jest z elementem roboczym przesuwającym przesłonę pierścieniową za pomocą urządzenia elektrycznego, hydraulicznego lub pneumatycznego. W innym wariancie wynalazku do komory akumulacyjnej doprowadzony jest co najmniej jeden kanał pomiarowy. W rezultacie wykorzystywania uszczelnienia według wynalazku następuje korzystniejsze wyrównanie ciśnień w szczelinie nadbandażowej i zmniejszenie sił ciśnieniowych działających na wirnik, co w znacznym stopniu wpływa na zmniejszenie drgań układu wirującego, szczególnie drgań samowzbudnych typu aerodynamicznego. Jednocześnie w stosunku do znanych rozwiązań zastosowanie uszczelnienia według wynalazku nie powoduje zwiększenia strumienia przecieków ani zmniejszenia sprawności stopnia przepływowego maszyny wirnikowej. Przedmiot wynalazku objaśniony jest bliżej na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w ujęciu schematycznym przekrój fragmentu wirnika i korpusu z uszczelnieniem nadbandażowym z bandażem płaskim jednego stopnia maszyny wirnikowej, fig. 2 przedstawia w rzucie aksonometrycznym przesłonę pierścieniową, fig. 3 przedstawia schematycznie regulację drgań samowzbudnych poprzez pomiar ciśnienia w komorze akumulacyjnej uszczelnia nadbandażowego z bandażem płaskim, fig. 4 przedstawia schematycznie regulację drgań samowzbudnych poprzez pomiar amplitudy drgań wirnika.

3 PL B1 3 P r z y k ł a d I Jak pokazano na fig. 1 do korpusu 2 przymocowany jest pierścień zewnętrzny 1. Wewnątrz pierścienia zewnętrznego 1 osadzona jest suwliwie przesłona pierścieniowa 3 na obwodzie której wykonano otwory przelotowe 7 usytuowane pomiędzy wirnikiem 6 a pierścieniem zewnętrznym 1. W pierścieniu zewnętrznym 1, nad przesłoną pierścieniową 3 utworzona jest obwodowa komora akumulacyjna 4. Z komory akumulacyjnej 4 wyprowadzone są trzy kanały pomiarowe 5. Przesłona pierścieniowa 3 przesuwana jest tłoczyskiem 8 siłownika hydraulicznego. Jak pokazano na fig. 3, w komorach akumulacyjnych 4 wszystkich stopni maszyny wirnikowej dokonywany jest pomiar ciśnienia p. Sygnałami wejściowymi regulatora REG są wartości i rozkład ciśnienia p w komorach akumulacyjnych 4, zaś sygnały wyjściowe regulatora REG powodują zadziałanie siłowników, których tłoczyska 8 przesuwają przesłony pierścieniowe 3, powodując w ten sposób przemieszczanie otworu przelotowego 7. W rezultacie następuje zmiana sił działających na wirnik 6, zgodnie z realizowanym przez regulator REG, kryterium regulacji drgań wirnika 6. P r z y k ł a d II Budowa uszczelnienia nadbandażowego stopnia przepływowej maszyny wirnikowej z bandażem płaskim przedstawiona jest w przykładzie I. Jak pokazano na fig. 4 mierzone są amplitudy drgań osi 9 wirnika 6. Sygnałami wejściowymi regulatora REG są wartości amplitudy drgań x, y wirnika 6, zaś sygnały wyjściowe regulatora REG powodują zadziałanie siłowników, których tłoczyska 8 przesuwają przesłonę pierścieniową 3, powodując w ten sposób zmianę położenia otworu przelotowego 7. W rezultacie następuje zmiana sił działających na wirnik 6, zgodnie z realizowanym przez regulator REG, kryterium regulacji drgań wirnika 6. Zastrzeżenia patentowe 1. Uszczelnienie nadbandażowe stopnia przepływowej maszyny wirnikowej zwłaszcza z bandażem gładkim, znamienne tym, że składa się z pierścienia zewnętrznego (1) oraz przesłony pierścieniowej (3), przy czym pierścień zewnętrzny (1) przymocowany jest na stałe do korpusu (2) i posiada obwodową komorę akumulacyjną (4), która otwarta jest od strony wirnika (6), a w przesłonie pierścieniowej (3) wykonane są otwory przelotowe (7), usytuowane pomiędzy wirnikiem (6) a pierścieniem zewnętrznym (1), zaś przesłona pierścieniowa (3) osadzona jest suwliwie pomiędzy pierścieniem zewnętrznym (1) a wirnikiem (6). 2. Uszczelnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że przesłona pierścieniowa (3) połączona jest z elementem roboczym (8) urządzenia wykonawczego korzystnie elektrycznego, hydraulicznego lub pneumatycznego. 3. Uszczelnienie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że do komory akumulacyjnej (4) doprowadzony jest co najmniej jeden kanał pomiarowy (5).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)