具有用於分離塵埃的開孔的轉子腔室罩蓋部件及相關渦輪的製作方法

2023-08-13 14:14:11 1

專利名稱：具有用於分離塵埃的開孔的轉子腔室罩蓋部件及相關渦輪的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及渦輪技術。更具體而言，本發明涉及一種在渦輪中限定轉子腔室 的罩蓋部件。
背景技術：
在渦輪中，氣體或蒸汽衝擊聯接到旋轉軸上的旋轉葉片，以便引起旋轉軸轉動。冷 卻氣流經引導而穿過旋轉葉片中的孔，以防止旋轉葉片過熱。理想的是，孔儘可能小，以提 高冷卻效率。這些較小的孔更易於由顆粒阻塞。

發明內容
本公開內容的第一方面提供了一種設備，其包括限定轉子腔室的罩蓋部件，該轉 子腔室鄰近支承渦輪中的旋轉葉片的轉子輪，該罩蓋部件包括用於將冷卻氣流引入轉子 腔室中的第一開孔，以及定位在罩蓋部件的徑向外部部分中用於容許部分冷卻氣流離開轉 子腔室的第二開孔。本公開內容的第二方面提供了一種渦輪，其包括多個旋轉葉片，各旋轉葉片均通 過轉子輪聯接到旋轉軸上；以及限定鄰近各轉子輪的轉子腔室的罩蓋部件，該罩蓋部件包 括用於將冷卻氣流引入轉子腔室中的第一開孔，以及定位在罩蓋部件的徑向外部部分中 用於容許部分冷卻氣流離開轉子腔室的第二開孔。本公開內容的第三方面提供了一種方法，其包括將冷卻氣流引入轉子腔室中，該轉子腔室由鄰近支承渦輪中的旋轉葉片的轉子輪的罩蓋部件所限定；容許部分冷卻氣流經 由罩蓋部件的徑向外部部分中的開孔離開轉子腔室；以及引導冷卻氣流的剩餘部分用以冷 卻旋轉葉片。


圖1示出了燃氣渦輪或蒸汽渦輪的透視局部剖面圖。圖2示出了包括根據本發明的一個實施例的罩蓋部件的渦輪級的截面視圖。圖3示出了圖1中的罩蓋部件的分解截面視圖。圖4示出了圖1中的罩蓋部件的徑向外部部分的分解截面視圖。零件清單10蒸汽渦輪12 轉子14旋轉軸18間隔開的轉子輪20旋轉葉片22靜止輪葉24 蒸汽26 入口
40 通路100罩蓋部件102轉子腔室110冷卻氣流120 通路122支承環
128密封件130 開孔132轉子臂124 基部140外部部分144 部分112氣體或蒸汽通路150 塵埃收集器(dirt trap)152 凹腔
具體實施例方式參看附圖，圖1示出了燃氣渦輪或蒸汽渦輪10的透視局部剖面圖。渦輪10包括轉 子12，轉子12包括旋轉軸14和多個軸向間隔開的轉子輪18。多個旋轉葉片20機械地聯 接到各轉子輪18上。更具體而言，葉片20成排地布置，圍繞各轉子輪18周向地延伸。多 個靜止輪葉22圍繞軸14周向地延伸，且輪葉軸向地定位在相鄰排的葉片20之間。靜止輪 葉22與葉片20相協作，用以形成級和限定經過渦輪10的蒸汽流動通路的一部分。在工作中，氣體或蒸汽24進入渦輪10的入口 26，且經引導而經過靜止輪葉22。輪 葉22抵靠葉片20將氣體或蒸汽24引向下遊。氣體或蒸汽24穿過剩下的級，將力給予葉 片20，導致軸14旋轉。渦輪10的至少一端可遠離旋轉軸14軸向地延伸，且可附接到負載 或機器(未示出)上，例如但不限於發電機和/或其它渦輪。在一個實施例中，渦輪10可包括五級。這五級稱為1^0丄1丄2丄3和1^4。級L4為 第一級，且為五級中(在徑向上)最小的。級L3為第二級，且為軸向上的下一級。級L2為 第三級，且示為在五級的中間。級Ll為第四級且靠近末級。級LO為末級，且為(在徑向上) 最大的。應當理解的是，所示的五級僅為一個實例，且各渦輪均可具有多於或少於五級。另 夕卜，如本文將描述的那樣，本發明的教導內容並非必需為多級式渦輪。圖2示出了渦輪10的一個級的截面視圖。如上文所述，各級均包括經由轉子輪18 聯接到旋轉軸14上的多個旋轉葉片20 (示出了一個)。經由通路40流動的氣體或蒸汽24 衝擊旋轉葉片20，以使旋轉軸14轉動。也就是說，旋轉軸14包括聯接到旋轉葉片20上且 支承該旋轉葉片的轉子輪18。罩蓋部件100與旋轉軸14 一起旋轉，且限定鄰近轉子輪18 的轉子腔室102 (或輪空間)，該轉子輪18支承渦輪10中的旋轉葉片20。轉子腔室102因 而限定在轉子輪18與罩蓋部件100之間。罩蓋部件100在其徑向外部部分(圖3至圖4 中的140)處抵靠轉子輪18和/或旋轉葉片20進行密封。冷卻氣流110經引導穿過支承環122中的另一通路120，支承環122可為罩蓋部件100所屬的級的噴嘴或殼體的一部分。罩蓋部件100的外部末端(extremity)可抵靠支承 環122由密封件128 (例如，迷宮式密封件)密封。冷卻氣流110例如可產生自壓縮機(未 示出)，且例如可包括空氣或其它氣體和塵屑。參看圖3，冷卻氣流110穿過罩蓋部件100(或支承罩蓋部件100的轉子臂132)中 的開孔130，以引入罩蓋部件100與轉子輪18之間的轉子腔室102中。例如，通過具有螺旋 形通路，開孔130可在冷卻氣流110進入轉子腔室102中時迫使其旋轉。通常，所有冷卻氣 流110均沿著罩蓋部件100的通路，且進入旋轉葉片20基部124中的孔122中。冷卻氣流 110冷卻旋轉葉片20，且防止旋轉葉片過熱。孔122在旋轉葉片20聯接到轉子輪18上的 位置處呈現為周向地(進出頁面)圍繞該轉子輪18。如本領域中所理解到的那樣，一旦冷 卻氣流110進入孔122中，則其經由該孔中的通道(未示出)沿徑向向外地引向旋轉葉片 20的端部。如上文所述，理想的是，孔122儘可能小，以提高冷卻效率。冷卻氣流110當其 在轉子腔室102內旋轉時也沿徑向向外地受到引導，這導致其中的塵埃顆粒通過旋轉軸14 的轉子輪18上的離心力收集，而並不進入孔122中。
圖4示出了罩蓋部件100的徑向外部部分140的分解截面視圖。徑向外部部分 140有時稱為蓋板。如圖4中最佳示出的那樣，為了解決上述塵埃狀況，根據本發明的一個 實施例，多個開孔142定位在罩蓋部件100的徑向外部部分140中。儘管僅示出了一個開 孔142，但應當容易理解，可沿罩蓋部件100的圓周提供更多開孔142。開孔142容許冷卻 氣流110的一部分144離開轉子腔室102，且因此淨化了轉子腔室。冷卻氣流110的部分 144(其可包括空氣和塵埃顆粒)用於淨化轉子腔室，以防止熱氣攝入到轉子腔室中。具體 而言，開孔142的尺寸形成為以便容許塵埃顆粒由部分144攜帶和淨化轉子腔室，但該開孔 142將大部分冷卻氣流110沿其正常通路引導，S卩引入孔122中。以這種方式，冷卻氣流110 正常地冷卻旋轉葉片20，同時空氣和塵埃顆粒的部分144淨化轉子腔室。部分144還防止 可從氣體或蒸汽通路112 (圖2)中漏出的熱氣體或蒸汽24(圖1和圖2)進入轉子腔室102 中。未離開轉子腔室102的冷卻氣流110的剩餘部分148則進入孔122中，以執行上述旋 轉葉片20的冷卻。在圖4中所示的備選實施例中，開孔142可提供在塵埃收集器150內，且穿過該 塵埃收集器150。塵埃收集器150可包括位於罩蓋部件100的徑向外部部分142中的凹腔 152。也就是說，凹腔152存在於罩蓋部件100的另外的連續內表面內。儘管示為杯形凹腔， 但應強調的是，凹腔152可採用能夠在塵埃顆粒經引導而穿過開孔142之前將其收集在該 凹腔152中的任何形式，例如，方形的溝槽、較小的半圓形凹腔等。儘管罩蓋部件100示為是與轉子輪18和旋轉葉片20分離的結構，但應當理解，罩 蓋部件100或其包括用於分離塵埃的開口 142的部分可形成為旋轉葉片20、轉子輪18和/ 或其它結構的一部分。例如，罩蓋部件100的徑向外部部分140可形成為轉子輪18的整體 部分，而非由臂132所支承的分離區段100的一部分。所提供的密封件將根據需要利用罩 蓋部件100和/或支承環122的剩餘結構來密封轉子輪18。因此，用語「罩蓋部件」在本發 明的範圍內的廣義解釋應當給定為限定鄰近轉子輪18的轉子腔室102的任何器件。用語「第一」、「第二」等在此並不表示任何順序、數量或重要性，而是用於將一個元 件與另一個區分開，而用語「一」和「一個」在此並不表示數量的限制，而是表示存在至少一 個所言及的物件。結合數量使用的修飾語「大約」包括了聲稱值，且具有上下文所指出的含義，(例如，包括與具體數量的測定結果相關的誤差程度)。如本文所使用的複數形式(多 個)旨在包括用語所修飾的單數和複數，從而包括該用語的一個或多個(例如，(多個)金 屬包括一種或多種金屬)。本文所公開的範圍是包含性的，且可獨立地結合(例如，「高達 大約25wt% (重量百分比)或更具體而言，大約5wt%至大約20wt% 」的範圍包括「大約 5wt%至大約25wt%」的範圍內的端點和所有中間值，等)。 儘管本文描述了多種實施例，但根據說明書將會認識到，這裡的元件、變型或改進 方案的各種組合可由本領域的技術人員製作出，且在本發明的範圍內。此外，在不脫離本發 明基本範圍的情況下，可做出許多修改以使特定的情勢或材料適應本發明所教導的內容。 因此，本發明並非旨在限於作為為執行本發明而構思出的最佳模式所公開的具體實施例， 而是本發明將包括落入所 附權利要求範圍內的所有實施例。
權利要求
一種設備，包括罩蓋部件(100)，其限定鄰近轉子(12)輪的轉子(12)腔室，所述轉子輪支承渦輪中的旋轉葉片，所述罩蓋部件(100)包括用於將冷卻氣流(110)引入所述轉子(12)腔室中的第一開孔(130)，以及定位在所述罩蓋部件(100)的徑向外部部分(140)中用於容許所述冷卻氣流(110)的一部分離開所述轉子(12)腔室的第二開孔(142)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，離開所述轉子(12)腔室的所述冷卻氣流 (110)的部分在其中攜帶塵埃顆粒。
3.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括密封件(128)，所述密封 件(128)從所述轉子(12)腔室到所述渦輪的殼體的支承環(122)密封所述罩蓋部件(100) 的外部末端。
4.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括位於所述罩蓋部件(100) 的徑向外部部分(140)中的塵埃收集器(150)。
5.根據權利要求4所述的設備，其特徵在於，所述塵埃收集器(150)包括凹腔(152)。
6.根據權利要求4所述的設備，其特徵在於，所述第二開孔(142)穿過所述塵埃收集器 (150)。
7.一種渦輪，包括多個旋轉葉片(20)，各旋轉葉片均由轉子(12)輪聯接到旋轉軸(14)上；以及罩蓋部件(100)，其限定鄰近各轉子(12)輪的轉子(12)腔室，所述罩蓋部件(100)包括用於將冷卻氣流(110)引入所述轉子(12)腔室中的第一開孔(130)，以及定位在所述罩蓋部件(100)的徑向外部部分(140)中用於容許所述冷卻氣流(110)的 一部分離開所述轉子(12)腔室的第二開孔(142)。
8.根據權利要求7所述的渦輪，其特徵在於，離開所述轉子(12)腔室的所述冷卻氣流 (110)的部分在其中攜帶塵埃顆粒。
9.根據權利要求7所述的渦輪，其特徵在於，所述渦輪還包括密封件(128)，所述密封 件(128)從所述轉子(12)腔室到所述渦輪的殼體的支承環(122)密封所述罩蓋部件(100) 的外部末端。
10.根據權利要求7所述的渦輪，其特徵在於，所述渦輪還包括位於所述罩蓋部件 (100)的徑向外部部分(140)中的塵埃收集器(150)。
11.根據權利要求10所述的渦輪，其特徵在於，所述塵埃收集器(150)包括凹腔 (152)。
12.根據權利要求10所述的渦輪，其特徵在於，所述第二開孔(142)穿過所述塵埃收集 器(150)。
13.一種方法，包括將冷卻氣流(110)引入由罩蓋部件(100)所限定的鄰近轉子(12)輪的轉子(12)腔室 中，所述轉子輪支承渦輪中的旋轉葉片；容許所述冷卻氣流(110)的一部分經由所述罩蓋部件(100)的徑向外部部分(140)中 的開孔(142)離開所述轉子(12)腔室；以及引導所述冷卻氣流(110)的剩餘部分用以冷卻所述旋轉葉片。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，離開所述轉子(12)腔室的所述冷卻氣 流(110)的部分在其中攜帶塵埃顆粒。
15.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括從所述轉子(12)腔室 到所述渦輪的殼體的支承環(122)密封所述罩蓋部件(100)的外部末端。
全文摘要
本發明涉及具有用於分離塵埃的開孔的轉子腔室罩蓋部件及相關渦輪。具體而言，一種罩蓋部件(100)，其限定鄰近支承渦輪中的旋轉葉片的轉子(12)輪的轉子(12)腔室，該罩蓋部件包括用於將冷卻氣流(110)引入轉子(12)腔室中的第一開孔(130)，以及定位在罩蓋部件(100)的徑向外部部分(140)中用於容許部分冷卻氣流(110)離開轉子(12)腔室的第二開孔(142)。離開轉子(12)腔室的該部分冷卻氣流(110)攜帶塵埃顆粒，以淨化轉子(12)腔室。
文檔編號F01D25/24GK101818664SQ20101011486
公開日2010年9月1日 申請日期2010年1月29日 優先權日2009年1月30日
發明者L·J·阿曼 申請人:通用電氣公司