CHƯƠNG 3 KẾT CẤU TUA BIN HƠI TÀU THỦY
3.3 Kết cấu bộ làm kín
Trong tua bin hơi các vị trí trục rôto đi qua bánh tĩnh, đầu trục lối ra khỏi thân tua bin đều có bố trí các bộ làm kín ở khu vực piston giảm lực chiều trục.
Bộ là kín ở các đầu trục tua bin gọi là các bộ làm kín phía ngoài, còn làm kín ở các vị trí trục đi qua bánh tĩnh, ở piston cân bằng gọi là bộ phận làm kín phía trong.
Bộ làm kín phía ngoài có nhiệm vụ ngăn sự rò rỉ hơi ra khỏi thân tua bin ở khu vực áp suất hơi cao hơn áp suất khí quyển và ngăn không cho xâm nhập khí trời vào bên trong thân tua bin ở khu vực áp suất nhỏ hơn áp suất khí trời (tại khu vực tầng cuối của tua bin thấp áp).
Các bộ phận làm kín phía trong ngăn không cho rò rỉ hơi từ khu vực áp suất cao sang khu vực áp suất thấp.
Theo đặc điểm kết cấu các bộ làm kín ngoài được chia làm hai nhóm.
- Làm kín kiểu khuất khúc;
- Làm kín dùng than chì (graphit).
Trong các tua bin chính ứng dụng rộng rãi các bộ làm kín khuất khúc, các bộ làm kín dùng than chì ít dùng và chỉ ứng dụng trong tua bin công suất nhỏ khi tốc độ vòng của trục dưới 30 m/s.
Nguyên tắc làm kín của bộ phận làm kín kiểu khuất khúc xem hình 3.17.
Ở trên trục nơi đi qua phần tua bin người ta bố trí các gờ tròn quanh trục, các gờ này được chế tạo rời và ép chặt lên trục, đồng thời ở phần thân tua bin người ta cũng bố trí các gờ như hình 3.16. Do kết cấu của các vòng gờ trên trục và trên thân như vậy tạo nên đường
đi khuất khúc cho dòng hơi những khe hẹp và những buồng liên tiếp nhau.
Hơi tới bộ làm kín khi qua khe hẹp đầu tiên hơi sụt áp suất do tiết diện qua khe, giảm sụt entanpi do đó có được tốc độ nào đó. Sau khi ra khỏi khe hở đi vào buồng tốc độ ấy mất đi, chuyển hóa thành năng lượng nhiệt, dòng hơi lại được phục hồi entanpi. Tới khe hẹp tiếp sau cũng như các buồng, quá trình diễn ra giống như trên, càng về phía các khe thì áp suất hơi và năng lượng dòng hơi giảm đi, thể tích riêng hơi tăng lên do sự dãn nở ở các khe và chuyển hóa động năng thành nhiệt năng ở các buồng. Như vậy do kết cấu của các vòng gờ gây khuất khúc, dòng hơi đã phải thực hiện quá trình chảy phức tạp như trên, kết quả là bản thân dòng hơi tạo được khả năng tự làm kín cho vị trí cần làm kín.
Để cho các bộ phận làm kín hoạt động tin cậy và hoàn hảo, đối với các bộ phận làm kín phía ngoài người ta đưa vào một dòng hơi có thông số thấp vào để làm hơi bao kín đầu trục (sẽ xét kỹ ở chương 18 hệ thống bao nút hơi).
Các dạng kết cấu làm kín ở hình 3.17 là các dạng rất đơn giản, các kết cấu vòng gờ ở phần tĩnh đều ghép chặt với thân tua bin. Đây là bộ làm kín kiểu cứng không tin cậy trong khai thác mặc dù gọn và đơn giản chế tạo.Với kết cấu trên các vòng gờ ghép chặt với thân tua bin hay thân bánh tĩnh 3, ở đây các vòng 2 được ép theo phương hướng kính bởi các lò xo 4.
Hình 3.15. Bộ làm kín kiểu khuất khúc 1-Thân tua bin; 2-Trục tua bin;
3- Gờ làm kín trên thân; 4- Gờ làm kín trên trục
Hình 3.16. Bộ làm kín kiểu mềm
1-Gờ làm kín; 2- Vành làm kín; 3- Thân bánh tĩnh; 4- Lò xo lá
Hình 3.17 là các bộ phận làm kín kiểu đuôi én.
Trên trục tua bin có ghép sơ mi này được chế tạo các gờ có độ cao khác nhau chiều dày gờ chỉ bằng 1 mm, các vòng làm kín được đặt thành 6 cụm, mỗi cụm lại được bố trí trong rãnh khoan ở trong vòng đỡ 4, các cụm đó chịu lực ép hướng tâm của các lò xo lá 3. Vòng 4 được chế tạo hai nửa và đặt trong rãnh phần tĩnh 5. Toàn bộ nửa vòng 4 lại được ép bởi lò xo là 6, lò xo này không cho phép vòng 4 xoay được, tuy nhiên vòng 4 vẫn có thể tự do dãn nở nhiệt khi tua bin bị sấy nóng.
Hộp thiết bị làm kín có 2 buồng. Buồng hơi 7 và buồng thông với khí quyển có vách 9 (hình 3.17).
Phần hơi dư thừa rò rỉ ra buồng hơi 7 và được chuyển tới hệ thống bao và hút hơi, một lượng hơi không lớn lắm qua bộ làm kín 10 đi vào buồng 8 khi áp suất trong thân tua bin thấp hơn áp suất khí quyển, hơi sẽ từ hệ thống bao và hút hơi được cấp tới buồng hơi 7.
Hiện nay người ta sử dụng các kết cấu làm kín phía ngoài như hình 3.18.
Các vòng tạo khuất khúc chế tạo ngay trên các cụm vòng 1 các cụm này lại được ghép vào rãnh của vòng 2 và 5. Các cụm vòng kín 1 được ghép bởi lò xo lá 6. Buồng nối thông với bộ góp cân bằng của hệ làm kín. Trong bộ góp này áp suất được duy trì từ 1,04 ÷ 1,3 kG/cm2. Buồng 3 nối thông với bộ ngưng của hệ thống bao và hút hơi (hệ thống làm kín) trong bộ ngưng này độ chân không luôn được duy trì từ
Hình 3.17. Bộ làm kín kiểu “đuôi én”
1- Sơ mi ép lên trục; 2-Vòng làm kín; 3-6-Lò xo lá; 4- Vành ép hai nửa; 5- Phần tĩnh;
7-Buồng hơi; 8-Buồng thông khí quyển; 9-Vách ngăn; 10-Bộ làm kín.
20 ÷ 30 mmHg... Độ chân không trong buồng 3 tồn tại làm cho hơi không thể rò rỉ ra khỏi bộ làm kín để thoát ra ngoài. Bộ làm kín này đơn giản, tin cậy trong khai thác.
Vật liệu chế tạo vòng gờ làm kín dùng đồng thanh có Niken hoặc đồng thau. Các dạng làm kín kiểu cánh én thường chế tạo từ thép không rỉ có Niken hoặc Crôm. Sơ mi có tạo gờ ghép trên trục rôto để tạo kết cấu khuất khúc chế tạo từ thép Niken Crôm hoặc Crôm Molipđen. Lò xo giảm chấn trong các bộ làm kín "mềm"
chế tạo từ thép Crôm không rỉ 3X13 và 4X13 còn các lò xo công tác ở nhiệt độ cao hơn 4000C chế tạo từ thép Crôm-Molipđen có hàm lượng Crôm 15% ÷ 17% và 1,6 ÷ 25% Molipđen.