Результат интеллектуальной деятельности: ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПРОТОЧНАЯ МАШИНА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к вращающейся проточной машине, содержащей роторный узел, вращающийся вокруг оси вращения, вокруг которого в по меньшей мере одной части осевой области на радиальном расстоянии предусмотрен неподвижный внутренний корпус, выполненный с возможностью разделения вдоль оси вращения на верхнюю половину корпуса и нижнюю половину корпуса, которые примыкают друг к другу вдоль горизонтальной плоскости разделения, причем указанный внутренний корпус окружен на по меньшей мере одной осевой секции внешним корпусом, выполненный с возможностью разделения вдоль оси вращения на одну верхнюю половину корпуса и одну нижнюю половину корпуса.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Выполнение технического обслуживания вращающейся проточной машины является длительной и дорогостоящей операцией вследствие большого числа компонентов, которые должны быть разобраны, чтобы получить свободный доступ к внутренним частям вращающейся проточной машины. Особенно в случае газовых или паровых турбин, вращающиеся и неподвижные компоненты, расположенные внутри канала газового потока, непосредственно подвержены воздействию горячего газового потока, из-за чего эффекты окисления неизбежны, так что техническое обслуживание должно выполняться через периодические интервалы времени.

В общем, вращающиеся проточные машины уровня техники обычно снабжены внутренним корпусом, который содержит ряды лопаток для направления горячего газового потока мимо лопастей, установленных на роторном узле. Такой традиционный внутренний корпус расположен внутри внешнего корпуса по хорошо известным причинам.

Для выполнения технического обслуживания таких широко известных вращающихся проточных машин внутренний и внешний корпусы разделены на верхнюю и нижнюю половины корпуса, которые соединены с возможностью съема друг с другом. Аналогично, ряды лопаток также разделены на верхнюю и нижнюю полукруглые половины, так что они могут быть удалены вместе с соответствующей половиной внутреннего кожуха как одно целое и затем впоследствии удалены из корпуса для ремонта или замены.

Для способствования техническому обслуживанию таких вращающихся проточных машин широко известна технология снятия сначала верхней половины внешнего и внутреннего кожуха и поворота внутреннего кожуха вместе с рядами лопаток вокруг его оси вращения в наиболее верхнее местоположение, в котором он свободен от ротора, при этом он может быть легко поднят от нижней половины внешнего кожуха для ремонта или замены. Такие технологии технического обслуживания вращающихся проточных машин раскрыты, например, в US 4925363 (МПК F01D 25/26, F01D 25/28, опубл. 15.05.1990), WO 2008/012195 А1 (МПК F01D 25/24, F01D 25/28, опубл. 31.08.2008) или WO 2006/103152 А1 (МПК F01D 25/26, опубл. 05.10.2008).

Во всех известных случаях, необходимо вставить дополнительное средство для поддержки нижней половины внутреннего корпуса относительно нижней половины внешнего корпуса для исключения любого повреждения, вызванного соприкосновением, во время вращения нижней половины внутреннего корпуса вокруг оси вращения в верхнее местоположение. Таким образом, вставка тел скольжения или качения между нижними половинами внутреннего и внешнего кожуха, чтобы обеспечить вращение нижней половины внутреннего корпуса на постоянном расстоянии от нижней половины внешнего корпуса, является широко применяемой технологией. Альтернативной технологией является вставка соединительного средства между нижней половиной внутреннего корпуса и роторным узлом, которое соединяет нижнюю половину внутреннего корпуса с роторным узлом без передачи крутящего момента.

Дополнительным недостатком всех известных соединений между нижней и верхней половинами внутреннего корпуса является то, что все известные средства крепления для поддержки внутреннего корпуса относительно внешнего корпуса не допускают тепловое расширение внутреннего корпуса без эксцентриситета, то есть тепловое расширение по-разному влияет на верхнюю и нижнюю половины внутреннего корпуса вследствие крепежных приспособлений между внутренним и внешним корпусами, которые расположены смежно с плоскостью разделения, которая соответствует плоскости контакта между верхней и нижней половинами внутреннего корпуса.

Вариант осуществления газовой турбины, которая допускает относительное тепловое расширение между внутренним кожухом и внешним кожухом, раскрыт в документе US 2008/317591 (МПК F01D 25/26, опубл. 25.12.2008).

Кроме того, в документе US 7686575 (МПК В23Р 11/00, F02C 7/20, опубл. 03.30.2010) раскрыта газовая турбина с внешним кожухом и внутренним кожухом с независимым тепловым расширением компонентов канала течения, которая выбрана в качестве наиболее близкого аналога к заявляемому изобретению. Внутренний кожух содержит первую и вторую половины, внешний кожух содержит первую и вторую половины, причем внутренний кожух установлен внутри внешнего кожуха на четырех радиально подвижных опорах, расположенных между ними с интервалами в 90°, содержащих первую и вторую шпонки, которые прикреплены болтами к соответствующему первому и второму соединениям между первой и второй половинами внутреннего кожуха, первая и вторая шпонки приняты в соответствующие первый и второй пазы в соответствующих первом и втором соединениях между первой и второй половинами внешнего кожуха, причем каждый паз образован в виде замкнутой камеры за исключением его радиально открытого внутреннего конца, который принимает соответствующую шпонку и позволяет только радиальное перемещение шпонки.

Основным недостатком соединения выбранного в качестве прототипа решения является то, что внутренний кожух не может быть перемещен до удаления верхней части внешнего кожуха, а следовательно невозможность технического обслуживания в виду отсутствия свободного доступа радиально снаружи от внешнего корпуса к опорным средствам внутреннего корпуса.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Общей задачей настоящего изобретения является обеспечение облегчения технического обслуживания вращающихся проточных машин посредством обеспечения свободного доступа радиально снаружи от внешнего корпуса к опорным средствам внутреннего корпуса.

Эти задачи решены посредством вращающейся проточной машины, охарактеризованной в пункте 1 формулы изобретения.

Вращающаяся проточная машина в соответствии с изобретением содержит роторный узел, вращающийся вокруг оси вращения, вокруг которого в по меньшей мере одной части осевой области на радиальном расстоянии предусмотрен неподвижный внутренний корпус, выполненный с возможностью разделения вдоль оси вращения на верхнюю и нижнюю половины внутреннего корпуса, которые примыкают друг к другу вдоль горизонтальной плоскости разделения, причем указанный внутренний корпус окружен на по меньшей мере одной осевой секции внешним корпусом, выполненным с возможностью разделения вдоль оси вращения на одну верхнюю и одну нижнюю половины внешнего корпуса, и нижняя половина внутреннего корпуса выполнена с опорным средством, которое поддерживает нижнюю половину внутреннего корпуса на нижней половине внешнего корпуса, при этом указанное опорное средство установлено с возможностью отсоединения на нижней половине внутреннего корпуса в по меньшей мере двух противоположных опорных местоположениях относительно оси вращения вдоль плоскости разделения, причем нижняя и верхняя половины внутреннего корпуса, каждая, выполнены с углублениями в опорных местоположениях, образующих единственное углубление в закрытом состоянии внутреннего корпуса, при этом указанное единственное углубление имеет форму глухого отверстия, открытого в радиально наружном направлении и закрытого к роторному узлу, причем указанное единственное углубление во внутреннем корпусе в каждом опорном местоположении окружает установочную секцию опорного средства,

отличающаяся тем, что опорное средство содержит указанную установочную секцию и несущую секцию, указанная установочная секция находится в контакте с нижней половиной внутреннего корпуса и установлена с возможностью отсоединения на указанную нижнюю половину внутреннего корпуса крепежным средством, причем указанная несущая секция выступает от нижней половины внутреннего корпуса радиально наружу и заканчивается в углублении внешнего корпуса, в котором несущая секция опирается с возможностью скольжения в радиальном направлении, при этом углубление, выполненное как отверстие доступа для обеспечения свободного доступа радиально снаружи внешнего корпуса, ограничено верхним периметром верхней половины внешнего корпуса и нижним периметром нижней половины внешнего корпуса, а указанная несущая секция опорного средства продолжается радиально наружу в углубление внешнего корпуса в каждом опорном местоположении, при этом несущая секция опорного средства охватывает верхний зазор верхним периметром и нижний зазор нижним периметром, при этом регулировочное устройство расположено в нижнем и верхнем зазоре для центрирования указанной несущей секции указанного опорного средства в круговом направлении внешнего корпуса.

В одном из вариантов предложена машина, отличающаяся тем, что опорное средство является элементом в форме стержня.

В одном из вариантов предложена машина, отличающаяся тем, что опорный элемент, поддерживающий по меньшей мере одну прокладку, выполнен с возможностью введения и удаления в радиальном направлении в или из нижнего зазора, а поджимающий вниз элемент, поддерживающий по меньшей мере одну прокладку, выполнен с возможностью введения и удаления в радиальном направлении в или из верхнего зазора, при этом указанный опорный элемент закреплен с возможностью отсоединения на нижней половине внешнего корпуса, а поджимающий вниз элемент закреплен с возможностью отсоединения на верхней половине внешнего корпуса.

В одном из вариантов предложена машина, отличающаяся тем, что нижний периметр нижней половины внешнего корпуса, который соответствует опорной поверхности нижней половины внешнего корпуса, расположен в круговом направлении ниже плоскости разделения.

В одном из вариантов предложена машина, отличающаяся тем, что количество и/или толщина по меньшей мере одной прокладки, поддерживаемой опорным элементом, и количество и/или толщина по меньшей мере одной прокладки, поддерживаемой поджимающим вниз элементом, выбираются так, чтобы указанная несущая секция опорного средства была центрирована вдоль плоскости разделения.

В одном из вариантов предложена машина, отличающаяся тем, что вращающаяся проточная машина является газовой турбиной, или паровой турбиной, или компрессорной установкой.

Преимуществом настоящего изобретения является обеспечение введения регулировочных устройств в зазоры снаружи закрытой машины. Внешний корпус обеспечивает отверстие доступа в каждом опорном местоположении, через которое возможен радиальный доступ к вышеописанным зазорам для введения регулировочных устройств в радиальном направлении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение будет описано более подробно на основе примерного варианта осуществления совместно с чертежами. Чертежи:

фиг. 1а показывает вид в сечении вращающейся проточной машины, имеющей внутренний и внешний корпусы, и

фиг. 1b показывает увеличенный вид опорного местоположения, показанного на фиг. 1а.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1а показан вид в сечении вращающейся проточной машины, содержащей неподвижный внутренний корпус IH, выполненный с возможностью разделения вдоль оси 21 вращения на верхнюю половину 3 внутреннего корпуса и нижнюю половину 4 внутреннего корпуса, которые примыкают друг к другу вдоль горизонтальной плоскости 12 разделения. На радиальном расстоянии внутренний корпус IH окружен внешним корпусом ОН, который может быть также разделен вдоль оси 21 вращения на верхнюю половину 1 внешнего корпуса и нижнюю половину 2 внешнего корпуса.

Вид в сечении, показанный на фиг. 1а, изображает секущую плоскость, которая перпендикулярна соединительному механизму СМ между внутренним корпусом IH и внешним корпусом ОН, который расположен в двух противоположных опорных местоположениях P1, Р2 относительно оси 21 вращения вдоль плоскости 12 разделения. Соединительный механизм СМ имеет ограниченную осевую протяженность. Верхняя половина 3 внутреннего корпуса и нижняя половина 4 внутреннего корпуса соединены друг с другом непосредственно вдоль плоскости 12. То же относится к верхней половине 1 корпуса и нижней половине 2 корпуса.

Фиг. 1b показывает увеличенный вид соединительного механизма СМ. В опорных местоположениях P1, Р2 верхняя и нижняя половины 3, 4 внутреннего корпуса, каждая, выполнены с углублением 13а, 13b в опорном местоположении (Р2, показанное на фиг. 1b). Указанные углубления 13а, 13b образуют единственное углубление 13 в закрытом состоянии внутреннего корпуса IH. Единственное углубление 13 имеет форму глухого отверстия, открытого радиально наружу, которое показано стрелкой 14, и закрытого к роторному узлу, который не изображен на фиг. 1b. Как видно на увеличенном виде фиг. 1b, внутренняя стенка 15 блокирует доступ из углубления 13 внутрь роторного узла.

Для осуществления технического обслуживания вращающейся проточной машины сначала верхняя половина 1 внешнего кожуха и затем верхняя половина 3 внутреннего кожуха должны быть удалены посредством подъема каждой половины корпуса отдельно. Для предотвращения падения нижней половины 4 внутреннего корпуса и причинения повреждения нижней половине 2 внешнего корпуса имеется оригинальное предложение обеспечить опорное средство 5 для поддержки нижней половины 4 внутреннего корпуса на нижней половине 2 внешнего корпуса. Опорное средство 5 установлено с возможностью отсоединения, например болтовым соединением 6, в углублении нижней половины 4 внутреннего корпуса.

Опорное средство 5 предпочтительно является элементом в форме стержня, имеющим предпочтительно прямоугольное сечение в радиальном направлении 14, которое может быть разделено на установочную секцию 5а, которая находится в непосредственном контакте с углублением 13b нижней половины 4 внутреннего корпуса, и несущую секцию 5b, которая продолжается от нижней половины 4 внутреннего корпуса радиально наружу и заканчивается в углублении 9 внутри верхней и нижней половин 1, 2 внешнего корпуса. Углубление 9 выполнено в виде отверстия доступа в закрытом состоянии внешнего корпуса ОН, которое также позволяет свободный доступ радиально снаружи внешнего корпуса ОН к опорному средству 5, а также другим компонентам внутри углубления 9.

Углубление 9 окружено верхним периметром 17 верхней половины 1 внешнего корпуса и нижним периметром 18 нижней половины 2 внешнего корпуса. Несущая секция 5b опорного средства 5 продолжается радиально наружу в область отверстия 9 доступа, так что несущая секция 5b оставляет открытым верхний зазор 19 периметром 17 верхней половины 1 внешнего корпуса и нижний зазор 20 периметром 18 нижней половины 2 внешнего корпуса. Для центрирования предусмотрены регулировочные устройства 7, 8, которые могут быть введены снаружи в каждый из зазоров 19, 20. Нижнее регулировочное устройство 8 содержит опорный элемент 8′, который поддерживает по меньшей мере одну прокладку 11, которая выполнена с возможностью введения и удаления в радиальном направлении в или из нижнего зазора 20. Опорный элемент 8′ с возможностью отсоединения закреплен, например болтовым соединением, на нижней половине 2 внешнего корпуса внутри углубления 9.

Аналогично, верхнее регулировочное устройство 7 состоит из поджимающего вниз элемента 7′. Комплект из поджимающего вниз элемента 7′ и по меньшей мере одной прокладки 11 также выполнен с возможностью введения и удаления в радиальном направлении (стрелка 14) в или из верхнего зазора 19. Также поджимающий вниз элемент 7′ закреплен с возможностью отсоединения на верхней половине 1 внешнего корпуса внутри углубления 9.

Количество и/или толщина по меньшей мере одной прокладки 11, содержащейся в опорном элементе 8′, а также в поджимающем вниз элементе 7′ выбираются так, чтобы несущая секция 5b опорного средства 5 была центрирована вдоль плоскости 12 разделения.

Дополнительно, элемент 5 в форме стержня установлен с возможностью скольжения между двумя регулировочными устройствами 7, 8. В случае работы, вследствие теплового расширения, верхняя и нижняя половины 3, 4 внутреннего корпуса будут увеличиваться в радиальном направлении. Поскольку опорное средство 5 в форме стержня в обоих опорных местоположениях P1, Р2 выполнено с возможностью скольжения радиально наружу, термическое напряжение не может возникнуть внутри внутреннего корпуса IH. Вследствие центрированного выравнивания опорного средства 5 относительно плоскости 12 разделения эксцентриситет внутреннего корпуса IH во время теплового расширения может быть значительно уменьшен.

Вся работа, связанная с регулировкой опорного средства 5 относительно плоскости 12 разделения, может быть осуществлена снаружи при закрытой машине через углубление 9 посредством радиального введения регулировочных устройств 7, 8, каждое из которых обеспечивает подходящую высоту расположенных друг над другом прокладок 11, чтобы достичь заданного местоположения опорного средства 5 относительно плоскости 12 разделения.

Непосредственный доступ снаружи организован так, что ничего не может упасть внутрь машины, поскольку углубление 13 внутреннего корпуса IH не допускает какого-либо непосредственного доступа к внутреннему пространству вращающейся машины.

В конечном счете, открытое углубление 9 может быть закрыто накладными пластинами 10, которые также с возможностью отсоединения установлены на внешний корпус ОН.

Оригинальная вращающаяся турбомашина обеспечивает легкую и быструю разборку важных компонентов роторного газотурбинного двигателя без необходимости снятия роторного узла. На первом этапе верхнюю половину 1 внешнего корпуса удаляют после высвобождения всех соединительных средств между верхней и нижней половинами 1, 2 внешнего корпуса посредством подъема в вертикальном направления верхней половины 1 внешнего корпуса с нижней половины 2 внешнего корпуса. После этого верхняя половина 3 внутреннего корпуса удаляется посредством высвобождения всех соединительных средств между верхней и нижней половинами 3, 4 внутреннего корпуса посредством подъема в вертикальном направлении верхней половины 3 внутреннего корпуса с нижней половины 4 внутреннего корпуса, при этом нижняя половина 4 внутреннего корпуса остается на месте, поскольку нижнюю половину 4 внутреннего корпуса поддерживают исключительно нижней половиной 2 внешнего корпуса, как описано ранее.

Даже в случае дальнейшей разборки, опорные элементы (не показаны) должны быть введены между нижней половиной 2 внешнего корпуса и нижней половиной 4 внутреннего корпуса, и/или несущий элемент должен быть введен между нижней половиной 4 внутреннего корпуса и роторным узлом. На дальнейшем этапе, опорное средство 5 в опорных местоположениях P1, Р2 между нижней половиной 4 внутреннего корпуса и нижней половиной 2 внешнего корпуса должно быть высвобождено, так чтобы нижняя половина 4 внутреннего корпуса могла быть повернута вокруг оси 13 вращения до обеспечения подъема нижней половины 4 внутреннего корпуса вертикально.

Для высвобождения опорного средства 5 крепежное средство 6 для закрепления опорного средства 5 должно быть высвобождено, так чтобы опорное средство 5 могло быть удалено из углубления 13 нижней половины 4 внутреннего корпуса.

Для сборки, этапы, описанные выше, могут быть выполнены в обратном порядке. После закрытия внешнего корпуса, регулировочные элементы 7, 8 должны быть радиально введены в зазоры 19, 20, как описано выше, чтобы обеспечить точное вертикальное местоположение опорного средства 5 относительно плоскости 12 разделения, чтобы обеспечить уменьшение эксцентриситета внутреннего корпуса вследствие теплового расширения при работе вращающейся проточной машины.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Верхняя половина внешнего корпуса

2 - Нижняя половина внешнего корпуса

3 - Верхняя половина внутреннего корпуса

4 - Нижняя половина внутреннего корпуса

5 - Опорное средство

5а - Установочная секция

5b - Несущая секция

6 - Крепежное средство, болтовое соединение

7 - Регулировочное устройство

7′ - Поджимающий вниз элемент

8 - Регулировочное устройство

8′ - Опорный элемент

9 - Углубление, отверстие доступа во внешнем корпусе

10 - Накладная пластина

11 - Прокладка

12 - Плоскость разделения

13, 13а, 13b - Углубление во внутреннем корпусе

14 - Радиальное направление

15 - Граничная стенка

16 - Круговое направление

17 - Верхний периметр

18 - Нижний периметр

19 - Верхний зазор

20 - Нижний зазор

21 - Ось вращения

СМ - Соединительный механизм

P1, Р2 - Опорное местоположение

IH - Внутренний корпус

ОН - Внешний корпус