Anillo de sellado flotante.

Un aparato para sellar una turbina contra fugas de un fluido de trabajo, que comprende:

al menos una ranura

(112) en un elemento estacionario (110) de una turbina,

al menos un anillo de sellado flotante (310) desplazable radialmente dispuesto coaxialmente en dicha al menos una ranura (112) de un elemento estacionario (110) de la turbina y coaxialmente dispuesto alrededor de un elemento giratorio (122), en el que el anillo de sellado (310) está suspendido del elemento estacionario (110) de la turbina mediante un conjunto de dispositivos de suspensión (360),

comprendiendo el anillo de sellado un cuerpo (310b) que tiene elementos de estrangulación (225), una cabeza (310H), y al menos un dispositivo de detección (330) acoplado a al menos un conjunto de dichos dispositivos de suspensión (360) y

cuya ranura (112) tiene un resalte aguas arriba (114) y un resalte aguas abajo (115) opuestos, que son coplanares con un eje longitudinal del elemento giratorio (122), en el que el resalte aguas arriba (114) tiene una superficie lateral aguas arriba (114n) y el resalte aguas abajo (115) opuesto tiene una superficie lateral aguas abajo (115n) respecto al elemento giratorio (122) de la turbina,

en el que los dispositivos de suspensión (360) están dispuestos entre la superficie lateral aguas arriba (114n) de la ranura (112) del elemento estacionario (110) de la turbina y una pared lateral aguas arriba (313) de la cabeza (310H) del anillo de sellado (310), de tal manera que los dispositivos de suspensión (360) aplican fuerzas a la superficie lateral aguas arriba (114n) y a la superficie lateral aguas abajo (115n), que son anti-paralelas al eje longitudinal del elemento giratorio (122);

en el que el anillo de sellado (310) se somete a desplazamientos radiales que se acoplan a desplazamientos radiales del elemento giratorio (122) cada vez que el dispositivo de detección (330) contacta con el elemento giratorio (122), de manera que se mantiene sustancialmente una separación radial de diseño sin dañar el aparato o la turbina, caracterizado porque

el anillo de sellado (310) se inserta en dicha ranura (112) preexistente en los elementos de turbina estacionarios (110) que están adaptados para recibir anillos de sellado convencionales que tienen una forma en sección transversal en forma de una H.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/085684.

Solicitante: JOHNSON, JERRY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 13 Round Table Road Saratoga Springs, NY 12866 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: JOHNSON,JERRY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Prevención o reducción de las pérdidas internas... > F01D11/08 (para obturar el espacio entre los extremos de los álabes del rotor y estator (extremidades de álabes especialmente conformados para este objetivo F01D 5/20))

PDF original: ES-2471095_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Anillo de sellado flotante 1. Antecedentes de la invenciïn 1.1 Campo tïcnico La invenciïn se refiere a dispositivos que sellan contra las fugas de un fluido de trabajo entre un elemento estacionario y un elemento giratorio de una turbina.

2. Tïcnica relacionada 2.1 Eficacia de una turbina Una turbina es una mïquina para la cual la presente invenciïn proporciona un sello. La eficiencia de una turbina depende de su capacidad de maximizar la conversiïn de la energïa tïrmica y cinïtica transportada por un fluido de trabajo, tal como, por ejemplo, vapor de agua, en energïa giratoria de un elemento giratorio que estï alojado en un elemento estacionario. En las turbinas de vapor, una pïrdida importante en la eficiencia de conversiïn de energïa se produce, por ejemplo, donde una fuga de vapor se desvïa (escapa) de las palas del elemento giratorio, y por lo tanto no imparte energïa a los mismos. Las pïrdidas por fugas han sido motivo de preocupaciïn desde hace muchos aïos. Sin embargo, con el aumento de los costes de los combustibles fïsiles y la reducciïn de las reservas de combustibles fïsiles, esta preocupaciïn es cada vez mïs importante.

2.2 Dispositivos de sellado Para abordar esta preocupaciïn, los dispositivos de sellado, que comprenden anillos de sellado sin contacto que se implementan en serie y de forma coaxial a lo largo de la longitud del elemento giratorio de una turbina, proporcionan el sellado contra la fuga excesiva de fluido de trabajo (por ejemplo, vapor) de, o aire dentro de, la turbina, en todas las cargas y bajo todas las condiciones de vapor.

Los dispositivos de sellado utilizados en una turbina estïn diseïados para permanecer estacionarios mientras que operan en estrecha proximidad a un elemento giratorio. Por lo general este tipo de dispositivos de sellado estïn asegurados dentro de las ranuras complementarias para su recepciïn ("ranuras") , fabricadas en el elemento fijo de la turbina, para evitar su desplazamiento con respecto al elemento giratorio: la eficiencia de este tipo de dispositivos de sellado estï directamente relacionada con su capacidad para prevenir o reducir las fugas del fluido de trabajo.

En funciïn de sus caracterïsticas, los dispositivos de sellado utilizados, por ejemplo, en las turbinas, pueden ser conocidos como empaquetaduras de presiïn, empaquetaduras de diafragma, empaquetaduras de vapor, sellos de vapor, juntas de laberinto, anillos obturadores, y prensaestopas.

2.3 Anillos de sellado Como se indica anteriormente, un componente de tales dispositivos de sellado es un anillo de sellado sin contacto. Como su nombre implica, un anillo de sellado es una estructura en forma de anillo que puede estar compuesta por varios segmentos de anillo arqueados enlazados circunferencialmente.

Estos anillos de sellado se extienden radialmente hacia el interior de las ranuras en el elemento estacionario de la turbina (en el cual estïn fijados) en estrecha proximidad a la superficie giratorio mïs externa de elemento giratorio de la turbina, dejando sïlo una pequeïa separaciïn radial entre el aspecto mïs interior de cada anillo de sellado y la superficie mïs externa giratorio del elemento giratorio.

La eficiencia de estos anillos de sellado estï directamente relacionada con su capacidad para sellar diferentes secciones del elemento giratorio mediante la prevenciïn o la reducciïn de las fugas del fluido de trabajo. Por ejemplo, en una turbina, estos anillos de sellado mantienen la eficiencia de la turbina mediante la prevenciïn del escape de vapor de la turbina y tambiïn la prevenciïn de fugas de aire en la turbina.

La tïcnica relacionada de anillos de sellado en el ajuste de las turbinas se entiende mejor por referencia a la figura 1A, que muestra una vista parcial de un corte longitudinal de un anillo de sellado de "laberinto" 210 ejemplar de la tïcnica anterior dispuesto coaxialmente alrededor de un elemento giratorio 122 de una turbina ejemplar; y con referencia a la figura 1B, que muestra una vista en secciïn transversal axial correspondiente del anillo de sellado de "laberinto" 210 de ejemplo de la tïcnica anterior dispuesto coaxialmente alrededor de un elemento giratorio 122 de una turbina ejemplar. Un dispositivo de sellado de la tïcnica anterior puede estar compuesto de una pluralidad de tales anillos de sellado, dispuestos en serie a lo largo del eje longitudinal Z del elemento giratorio 122. El anillo de sellado 210 de ejemplo de la tïcnica anterior puede estar compuesto de dos o mïs segmentos de anillo de sellado, como se muestra en la figura 1B. Cuando se conecta circunferencialmente, como se muestra en la figura 1B, los segmentos del anillo de sellado forman un anillo de sellado completo.

El anillo de sellado 210 ejemplar de la tïcnica anterior circunscribe el elemento giratorio 122, que ocupa un espacio

entre el elemento giratorio 122 y el elemento estacionario 110 de la turbina (figura IA) , para minimizar las fugas de fluido entre diferentes regiones a travïs de las cuales pasa el elemento giratorio 122. Mientras que el alcance total y completo de las caracterïsticas de elemento 122 giratorio no se ilustran, se entenderï que el elemento giratorio 122 es una parte de un elemento giratorio completa incluyendo todos los medios para la extracciïn de energïa giratorio a partir de las energïas tïrmica y cinïtica de un fluido de trabajo, representado por las flechas 101 en la figura IA.

Como se muestra en la figura 1A, el anillo de sellado 210 ejemplar de la tïcnica anterior tiene una forma de secciïn transversal generalmente en forma de una "H", y puede ser convenientemente dividida en una porciïn de anillo radialmente interior ("cuerpo") 210B, una porciïn de anillo radialmente exterior ("cola de milano") 210D, y una porciïn media ("cuello") 210N. El documento US 6145844A de Waggot divulga una disposiciïn de la tïcnica anterior alternativa en la que el anillo de sellado se mantiene en su lugar por un dispositivo precargado/cargado por muelle. Dientes de sellado se extienden radialmente desde la superficie del sello. El sello no estï diseïado para readaptaciïn a las ranuras pre-existentes en los elementos de turbinas estacionarias.

La cola de milano 210D es recibida por la ranura 112 en el elemento estacionario 110. Uno o mïs muelles orientados radialmente 113, alojados dentro del aspecto exterior de la ranura 112 por encima de la cola de milano 210D empuja anillo de sellado ejemplar 210 de la tïcnica anterior radialmente hacia dentro, hacia el elemento giratorio 122, y tambiïn permite una cierta expansiïn radial o desplazamiento del anillo de sellado 210 de ejemplo de la tïcnica anterior lejos del elemento giratorio 122.

Por convenciïn en la tïcnica, el tïrmino "aguas arriba" se refiere a una regiïn de presiïn relativamente mïs alta del fluido de trabajo; y, el tïrmino "aguas abajo" se refiere a una regiïn de presiïn relativamente mïs baja de flujo de fluido de trabajo. En la figura 1A y otras figuras que muestran secciones longitudinales, aguas arriba es en general a la izquierda, y aguas abajo es generalmente a la derecha.

Un resalte aguas arriba 114 y un resalte aguas abajo 115 de la ranura 112 limitan el recorrido radial hacia el interior de la cola de milano 210D a una separaciïn radial fija RC. El resalte aguas arriba 114 tiene una superficie lateral aguas arriba 114n y el resalte aguas abajo 115 tiene una opuestas superficie lateral aguas abajo 115n. La superficie lateral aguas arriba 114n y la superficie lateral aguas abajo 115n limitan el desplazamiento axial del cuello 210N.

Operacionalmente, el anillo de sellado 210 ejemplar de la tïcnica anterior sirve para contener la mayor parte del fluido de trabajo que de otra manera escaparïa a travïs de los espacios entre el elemento giratorio... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato para sellar una turbina contra fugas de un fluido de trabajo, que comprende:

al menos una ranura (112) en un elemento estacionario (110) de una turbina,

al menos un anillo de sellado flotante (310) desplazable radialmente dispuesto coaxialmente en dicha al menos una ranura (112) de un elemento estacionario (110) de la turbina y coaxialmente dispuesto alrededor de un elemento giratorio (122) , en el que el anillo de sellado (310) estï suspendido del elemento estacionario (110) de la turbina mediante un conjunto de dispositivos de suspensiïn (360) ,

comprendiendo el anillo de sellado un cuerpo (310b) que tiene elementos de estrangulaciïn (225) , una cabeza (310H) , y al menos un dispositivo de detecciïn (330) acoplado a al menos un conjunto de dichos dispositivos de suspensiïn (360) y

cuya ranura (112) tiene un resalte aguas arriba (114) y un resalte aguas abajo (115) opuestos, que son coplanares con un eje longitudinal del elemento giratorio (122) , en el que el resalte aguas arriba (114) tiene una superficie lateral aguas arriba (114n) y el resalte aguas abajo (115) opuesto tiene una superficie lateral aguas abajo (115n) respecto al elemento giratorio (122) de la turbina,

en el que los dispositivos de suspensiïn (360) estïn dispuestos entre la superficie lateral aguas arriba (114n) de la ranura (112) del elemento estacionario (110) de la turbina y una pared lateral aguas arriba (313) de la cabeza (310H) del anillo de sellado (310) , de tal manera que los dispositivos de suspensiïn (360) aplican fuerzas a la superficie lateral aguas arriba (114n) y a la superficie lateral aguas abajo (115n) , que son anti-paralelas al eje longitudinal del elemento giratorio (122) ;

en el que el anillo de sellado (310) se somete a desplazamientos radiales que se acoplan a desplazamientos radiales del elemento giratorio (122) cada vez que el dispositivo de detecciïn (330) contacta con el elemento giratorio (122) , de manera que se mantiene sustancialmente una separaciïn radial de diseïo sin daïar el aparato o la turbina, caracterizado porque el anillo de sellado (310) se inserta en dicha ranura (112) preexistente en los elementos de turbina estacionarios (110) que estïn adaptados para recibir anillos de sellado convencionales que tienen una forma en secciïn transversal en forma de una H.

2. El aparato de la reivindicaciïn 1, en el que la separaciïn radial de diseïo se mantiene sustancialmente sin daïar el aparato o la turbina de manera coextendida con la vida operativa de la turbina.

3. El aparato de cualquier reivindicaciïn anterior, en el que una secciïn transversal del al menos un anillo de sellado

(310) generalmente tiene la forma de una T invertida, cuando el anillo de sellado (310) estï orientado radialmente respecto a un eje longitudinal central (Z) del elemento giratorio (122) de la turbina.

4. El aparato de cualquier reivindicaciïn anterior, en el que el al menos un anillo de sellado radialmente desplazable (310) estï desprovisto de una cola de milano.

5. El aparato de cualquier reivindicaciïn anterior, en el que el conjunto de dispositivos de suspensiïn (360) comprende un conjunto de resortes.

6. El aparato de cualquier reivindicaciïn anterior, en el que el conjunto de dispositivos de suspensiïn (360) comprende cualquier dispositivo que genere fuerzas opuestas anti-paralelas (363) sustancialmente paralelas a un eje longitudinal (Z) del elemento giratorio (122) .

7. El aparato de la reivindicaciïn 6, en el que las fuerzas opuestas anti-paralelas (363) se transmiten, respectivamente, a travïs de una primera superficie de transmisiïn de fuerzas (362A) y una segunda superficie de transmisiïn de fuerzas (362B) .

8. El aparato de la reivindicaciïn 7, en el que las fuerzas anti-paralelas (363) directa o indirectamente mantienen una pared lateral aguas abajo (314) de la cabeza (310H) en contacto deslizable con la superficie lateral aguas abajo (115n) del resalte aguas abajo (115) .

9. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que las fuerzas opuestas anti-paralelas (363) son fuerzas fïsicas, mecïnicas, elïctricas, magnïticas, gravitatorias, hidrïulicas, o de fluidos.

10. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que las fuerzas anti-paralelas opuestas (363) suspenden el al menos un anillo de sellado radialmente desplazable (310) o el anillo de sellado flotante (310) en la separaciïn radial de diseïo.

11. El aparato de la reivindicaciïn 10, en el que, al contactar el elemento giratorio (122) , el dispositivo de detecciïn

(330) transmite una componente radial de la fuerza del contacto a travïs del anillo de sellado flotante (310) , superando momentïneamente las fuerzas anti-paralelas (363) ejercidas por el conjunto de dispositivos de suspensiïn (360) y moviendo de manera deslizable el anillo de sellado flotante (310) a una nueva posiciïn, de tal manera que la separaciïn radial entre la superficie exterior del elemento giratorio (122) y la punta de cada uno de los elementos de estrangulaciïn (225) se mantiene sustancialmente en la separaciïn radial de diseïo, sin ningïn daïo a los elementos de estrangulaciïn (225) .

12. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de detecciïn (330) comprende una tira de proximidad en la forma general de una "T" vertical cuando estï dispuesta radialmente respecto al elemento giratorio (122) .

13. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de detecciïn (330) 10 comprende un reemplazo amovible de un elemento de estrangulaciïn (225) .

14. El aparato de cualquier reivindicaciïn anterior, en el que el al menos un anillo de sellado (310) comprende al menos dos segmentos de anillo flotantes, estando los segmentos de anillo flotantes fijamente sujetos entre sï, de manera que forman un anillo de sellado flotante (310) mecïnicamente unitario y continuo, comprendiendo cada segmento de anillo flotante un segmento del cuerpo (310B) que tiene medios (340) para unirse de forma fija a otro 15 segmento de anillo flotante, y los elementos de estrangulaciïn (225) , un segmento de la cabeza (310H) , y al menos un dispositivo de detecciïn (330) acoplado a al menos un conjunto de dispositivos de suspensiïn (360) , en el que el conjunto de dispositivos de suspensiïn (360) suspende cada segmento de anillo de sellado flotante coaxialmente sobre el elemento giratorio (122) de la turbina a una separaciïn radial de diseïo y sustancialmente mantiene cada elemento de estrangulaciïn (225) de cada segmento de sellado flotante en la separaciïn radial de diseïo sin daïo a

los elementos de estrangulaciïn (225) , cada vez que el dispositivo de detecciïn (330) contacta con el elemento giratorio (122) .