Turbomáquina.

Turbomáquina (10), en especial a una turbina de vapor, que comprende una carcasa de máquina (12) y un árbol(14) guiado a través de ésta y guiado al menos por un lado hacia fuera de la misma,

en donde al menos una rendijaanular presente entre el árbol (14) y la carcasa de máquina (12) está obturada a través de una disposición deobturación de árbol (40), en donde la disposición de obturación de árbol (40) comprende al menos una junta dobleradial (44) con dos parejas de superficies de obturación (48, 50) distanciadas fundamentalmente entre síradialmente, entre las cuales está configurada una cámara de fluido de bloqueo (54) anular que puede recibir, através de un conducto de alimentación de fluido de bloqueo (52), un fluido de bloqueo gaseoso sometido a unapresión (pSF1) de tal modo, que la junta doble radial (44) presenta en cada punto de funcionamiento por ambos ladosuna diferencia de presión positiva, en donde cada pareja de superficies de obturación (48, 50) presenta unasuperficie de obturación rotatoria anular (56, 58) y una superficie de obturación no rotatoria anular (60, 62), quefundamentalmente están dispuestas axialmente opuestas y pretensadas mutuamente, caracterizada porqueexteriormente con relación a la junta doble radial (44) está prevista al menos una junta de árbol suplementaria (46)exterior en la carcasa de máquina (12), y un espacio intermedio entre la junta doble radial (44) y la al menos unajunta de árbol suplementaria (46) exterior puede recibir a través de un conducto de alimentación de fluido deseparación (76) un fluido de separación, cuya presión (pSF2) es menor que la presión (pSF1) del fluido de bloqueo ymayor que la presión ambiente (pu).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/057674.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: GRIESHABER,DIRK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D11/04 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 11/00 Prevención o reducción de las pérdidas internas del fluido de trabajo, p. ej. entre etapas (juntas de estanqueidad en general F16J). › utilizando un fluido de obturación, p. ej. vapor.
  • F02C7/28 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › Disposición de las juntas.
  • F16J15/34 F […] › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16J PISTONES; CILINDROS; RECIPIENTES A PRESION EN GENERAL; JUNTAS DE ESTANQUEIDAD.F16J 15/00 Juntas de estanqueidad. › con un anillo deslizante oprimido contra la cara más o menos radial de una de las dos partes.

PDF original: ES-2441344_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Turbomáquina La presente invención se refiere a una turbomáquina, en especial a una turbina de vapor, que comprende una carcasa de máquina y un árbol guiado a través de ésta y guiado al menos por un lado hacia fuera de la misma, en donde al menos una rendija anular presente entre el árbol y la carcasa de máquina está obturada a través de una disposición de obturación de árbol.

Las turbomáquinas de este tipo se conocen en el estado de la técnica en las más diferentes configuraciones. En el interior de la carcasa de máquina impera, en función de la clase de turbomáquina, una presión situada por debajo o por encima de la presión atmosférica del entorno de la turbomáquina. Un problema esencial de las turbomáquinas consiste, con relación a esto, en que la rendija anular presente entre el árbol y la carcasa de máquina, a causa del movimiento relativo entre la superficie de árbol y las superficies adyacentes de la carcasa de máquina, no puede obturarse por completo. Esto conduce a que, por ejemplo en las turbinas de vapor con presiones de vapor de escape por debajo de la presión atmosférica, puede entrar fluido ambiente en el interior de la carcasa de máquina, lo que conduce a una limitación del funcionamiento y del grado de eficacia de la turbina de vapor. En el caso de compresores o turbinas de gas, en los que la presión interior de la carcasa de máquina es mayor que la presión ambiente de la carcasa de máquina, el fluido de proceso puede salir por el contrario desde el interior de la carcasa de máquina al entorno de la carcasa de máquina, lo que tiene un efecto negativo en el grado de eficacia térmico de la turbomáquina.

Haciendo referencia a las figuras 1, 2 y 3, a continuación se describe una turbomáquina en forma de una turbina de vapor con una disposición de obturación de árbol convencional, en donde la figura 1 es una vista esquemática de la turbina de vapor, la figura 2 una vista esquemática de la envoltura de obturación trasera de la carcasa de máquina de la turbina de vapor representada en la figura 1, que presenta una disposición de obturación de árbol convencional, y la figura 3 presenta esquemáticamente las presiones predominantes en la disposición de obturación de árbol representada en la figura 2.

La turbina de vapor 100 comprende una carcasa de máquina 102, a través de la cual se extiende un árbol 104 que es guiado por ambos lados hacia fuera de la carcasa de máquina 102. La carcasa de máquina 102 está dotada de una envoltura de obturación delantera 106 y de una envoltura de obturación trasera 108, en donde la envoltura de obturación trasera 108 asume de forma presente la tarea de obturar la cámara de presión 110, definida dentro de la carcasa de máquina 102, con relación al entorno de la carcasa de máquina. A la cámara de presión 110 de la turbina de vapor 100 se alimenta vapor fresco, a través de un conducto de alimentación 112 que está dotado consecutivamente, en la dirección de flujo, de una válvula de cierre rápido 114 y de una válvula de regulación 116. Después de la expansión del vapor en la turbina de vapor 100 el vapor de escape se alimenta, a través de un conducto de evacuación 118, a una instalación de condensación 124 dotada de un dispositivo de refrigeración 120 y unida de forma efectiva a un dispositivo de evacuación 122, y allí se condensa.

El agua condensada que se produce se conduce, a través de un conducto 126, hacia fuera de la instalación de condensación 124.

Para obturar la rendija anular 125 presente entre el árbol 104 y la envoltura de obturación trasera 108 la envoltura de obturación trasera 108, que está instalada en la carcasa de máquina 102 de forma fija y obturadora o forma con la carcasa de máquina 102 una unidad constructiva, está dotada de una disposición de obturación de árbol 128, como se ha representado en la figura 2. La disposición de obturación de árbol 128 comprende, partiendo de la cámara de presión 110, al menos tres módulos de obturación consecutivos, y precisamente una junta laberíntica interior 130, una junta laberíntica central 132 y una junta laberíntica exterior 134, que obturan la rendija anular 125.

Durante el funcionamiento de la turbina de vapor 100 se encuentra vapor de escape sometido a una presión de vapor de escape pAD, en la región de vapor de escape trasera 138 de la carcasa de máquina 102. Por fuera de la carcasa de máquina 102 se encuentra aire sometido a una presión ambiente pu, que está situada por encima de la presión de vapor de escape pAD. Partiendo de la región de vapor de escape 138 se introduce en la rendija anular 125 a través de un conducto de alimentación de vapor de bloqueo 140, entre la junta laberíntica interior 130 y la junta laberíntica central 132, un vapor de bloqueo sometido a la presión de vapor de bloqueo pSD, en donde la presión de vapor de bloqueo pSD está situada escasamente por encima de la presión ambiente pu. Con ello es necesario regular o ajustar exactamente la presión de vapor de bloqueo pSD y la temperatura del vapor de bloqueo, para evitar fugas o daños a causa de sobrecalentamiento o agua condensada sobre la envoltura trasera 108 y sobre el árbol 104. La caída de presión del vapor de bloqueo se reduce en dirección a la región de vapor de escape 138, a través de la junta laberíntica interior 130, hasta el nivel de presión de la presión de vapor de escape pAD y en dirección al entorno, a través de la junta laberíntica central 132, hasta la presión de vapor de vaho pWD imperante entre la junta laberíntica central 132 y la junta laberíntica exterior 134, en donde la presión de vapor de vaho pWD está situada ligeramente por debajo de la presión ambiente de la carcasa de máquina pu, a causa del tiro de chimenea en el conducto de vapor de vaho 142. En función del nivel de la presión de vapor de bloqueo pSD, alimentada a través del conducto de alimentación de vapor de bloqueo 140, también es concebible que la presión de vapor de bloqueo pSD, por causas constructivas, no se reduzca por completo a través de la junta laberíntica central 132 hasta el nivel de la presión ambiente pu y salga hacia fuera vapor a través de la junta laberíntica exterior 134. Para evitar esto pueden postconectarse opcionalmente otras juntas laberínticas con conductos de evacuación de vapor de vaho intercalados, lo que sin embargo no se ha representado en la figura 2. Alternativamente puede post-conectarse al conducto de evacuación de vapor de vaho 142, para apoyar la acción aspiradora, una instalación de condensación (tampoco representada) . En función de la cantidad de agua condensada que se produce pueden preverse drenajes de agua condensada 144, entre las diferentes juntas laberínticas 130, 132, 134, en donde en la figura 2 sólo se ha representado un drenaje de agua condensada 144 entre la junta laberíntica central 132 y la junta laberíntica exterior

134.

Un problema de la disposición representada en la figura 2 consiste en que la utilización del vapor de bloqueo como fluido de obturación tiene como consecuencia una estructura muy complicada y costosa, lo que debe atribuirse en especial a la complicada regulación de vapor de bloqueo y a la previsión de la desviación de vapor de vaho.

En el documento DE-A-36 12 327 se hace patente otra turbomáquina.

Partiendo de este estado de la técnica, una tarea de la presente invención consiste de este modo en crear una turbomáquina, en especial una turbina de vapor de la clase citada al comienzo, en la que pueda prescindirse por completo de la utilización de vapor de bloqueo como fluido de obturación, sin que se llegue a pérdidas con relación a la estanqueidad de la disposición de obturación de árbol y a la seguridad de funcionamiento.

Para solucionar esta tarea, la presente invención crea una turbomáquina, en especial una turbina de vapor, que comprende una carcasa de máquina y un árbol guiado a través de la misma y guiado hacia fuera de la misma al menos por un lado, en donde al menos una rendija anular presente entre el árbol y la carcasa de máquina está obturada a través de la disposición de obturación de árbol, en donde la disposición de obturación de árbol comprende al menos una junta doble radial con dos parejas de superficies de obturación distanciadas fundamentalmente entre sí radialmente, entre las cuales está configurada una cámara de fluido de bloqueo anular que puede recibir, a través de un conducto de alimentación de fluido de bloqueo, un fluido de bloqueo gaseoso sometido a presión de tal modo, que la junta doble radial presenta en cada punto de funcionamiento por ambos lados una diferencia de presión positiva, en donde cada pareja de superficies de obturación presenta una superficie de obturación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Turbomáquina (10) , en especial a una turbina de vapor, que comprende una carcasa de máquina (12) y un árbol

(14) guiado a través de ésta y guiado al menos por un lado hacia fuera de la misma, en donde al menos una rendija anular presente entre el árbol (14) y la carcasa de máquina (12) está obturada a través de una disposición de obturación de árbol (40) , en donde la disposición de obturación de árbol (40) comprende al menos una junta doble radial (44) con dos parejas de superficies de obturación (48, 50) distanciadas fundamentalmente entre sí radialmente, entre las cuales está configurada una cámara de fluido de bloqueo (54) anular que puede recibir, a través de un conducto de alimentación de fluido de bloqueo (52) , un fluido de bloqueo gaseoso sometido a una presión (pSF1) de tal modo, que la junta doble radial (44) presenta en cada punto de funcionamiento por ambos lados una diferencia de presión positiva, en donde cada pareja de superficies de obturación (48, 50) presenta una superficie de obturación rotatoria anular (56, 58) y una superficie de obturación no rotatoria anular (60, 62) , que fundamentalmente están dispuestas axialmente opuestas y pretensadas mutuamente, caracterizada porque exteriormente con relación a la junta doble radial (44) está prevista al menos una junta de árbol suplementaria (46) exterior en la carcasa de máquina (12) , y un espacio intermedio entre la junta doble radial (44) y la al menos una junta de árbol suplementaria (46) exterior puede recibir a través de un conducto de alimentación de fluido de separación (76) un fluido de separación, cuya presión (pSF2) es menor que la presión (pSF1) del fluido de bloqueo y mayor que la presión ambiente (pu) .

2. Turbomáquina (10) según la reivindicación 1, caracterizada porque las superficies de obturación no rotatorias (60, 62) están previstas sobre un soporte de superficie de obturación no rotatorio común (70) y/o las superficies de obturación rotatorias (56, 58) sobre un soporte de superficie de obturación rotatorio común (66) .

3. Turbomáquina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las superficies de obturación no rotatorias (60, 62) están pretensadas a través de una fuerza elástica, en la dirección de las superficies de obturación rotatorias (56, 58) .

4. Turbomáquina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las parejas de superficies de obturación (48, 50) están dispuestas coaxialmente respecto al árbol (14) .

5. Turbomáquina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque hacia dentro con relación a la junta doble radial (44) está prevista al menos una junta de árbol suplementaria (42) .

6. Turbomáquina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está previsto al menos un conducto de evacuación de fluido (74) , de forma preferida entre la al menos una junta de árbol suplementaria (42) interior y la junta doble radial (44) .

7. Turbomáquina (10) según una de las reivindicaciones anteriores en forma de una turbina de vapor, en donde la disposición de obturación de árbol (40) está prevista sobre una envoltura de obturación trasera (18) de la carcasa de máquina (12) .

8. Turbomáquina (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en forma de una turbina de vapor, en donde la disposición de obturación de árbol (40) está prevista sobre una envoltura de obturación delantera (16) de la carcasa de máquina (12) .

Estado de la técnica


 

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