渦輪葉片環用的熱變形隔離系統的製作方法

2023-10-05 09:39:49 3

專利名稱：渦輪葉片環用的熱變形隔離系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及核或礦物燃料蒸汽渦輪，具體地說，本發明涉及一種減小低壓蒸汽渦輪靜子葉片環的熱變形的系統。
作為一種原動機，蒸汽渦輪具有廣泛的用途，目前生產的有各種不同的形式和結構。使用中的大多數渦輪由多級組成，通常為4-12級。渦輪級由一組靜子葉片(常稱為噴管)和一組與其靠近的運動部件(稱為葉片)即轉子葉片組成。這些靜止的和旋轉的葉片(通常每個環上有60-140個)互相作用，使蒸汽流在轉子上做功，這個功可通過安裝轉子組件的軸傳送到負載上。
蒸汽渦輪雖然有許多優點，但也存在許多導致效率不高的因素，包括靜子葉片的摩擦損耗、轉子葉片的摩擦損耗、轉子的旋轉損耗、靜子葉片的內緣和轉子之間以及轉子葉片尖和外殼體之間的滲漏損耗及溼氣和趨飽和損耗(如果蒸汽是潮溼的)。這類渦輪遇到的另一個問題是熱變形。大多數蒸汽渦輪的結構具有至少一個上殼體和一個下殼體，每個殼體有徑向向內伸出的肋板和半個靜子葉片環，以及一組靜子葉片(其它類型則有雙殼體系統)。當殼體的兩半將帶有旋轉葉片的中央轉子包含在內進行裝配時，一般採用水平連接凸緣將其連接在一起。但是，靜子環通常不用螺栓相互連接，而是固定在殼體上，並用金屬(如鋼)蒸汽密封鍵條來封閉葉片環兩半之間的空隙。
用於連接殼體兩部分的水平連接凸緣是在渦輪正常運轉時造成非軸對稱熱變形的主要來源。在正常的熱運轉狀態下，渦輪的熱進氣區在所有方向上對著殼體向外膨脹，殼體則對著水平連接凸緣膨脹。作為沿著殼體表面主要的不連續點的水平連接凸緣與殼體本身的變形不同，它與殼體的上下兩部分連接，在殼體的端部向外拉，在中心區域則向內壓。
除變形造成的低效率外，還有許多熱損壞因素會引起疲勞裂紋和螺栓斷裂問題。由於這些問題，需要儘可能把靜子葉片環與內殼體隔離。當只有一個內殼體時尤其是這樣，因為在這種情況下，與兩個內殼體相比，葉片環更少隔離於有害的熱梯度。
因此，本發明的主要目的是提供一種結構裝置，它能把蒸汽渦輪中使用的靜子葉片環與不應有的熱變形隔離開來。
為了這一目的，本發明採用這樣一種蒸汽渦輪，它包括至少一個內殼體，內殼體有幾個級，每級有從一個轉子伸出的交替旋轉葉片和在上述渦輪內殼體內從一個葉片環徑向向內伸出的靜子葉片，其特徵在於有一個上遊靜子葉片環，它單獨支承在上述的內殼體上，還有一個下遊靜子葉片環，後者與上述的上遊靜子葉片環配接並用螺栓連接於上述的上遊靜子葉片環，以保持上述的上遊和下遊葉片環的相對位置。
通過下面對推薦實施例和附圖的說明(通過例子)，將會對本發明有更好的了解，其中

圖1是採用本發明裝置的典型的低壓蒸汽渦輪的一個端部的左上象限軸向剖面圖。
圖2為圖1的一部分的放大圖，主要用於展示本發明的各個部件。
下面詳細介紹附圖，其中相同的標號表示相同的部件，圖1和圖2表示的是一個典型的低壓蒸汽渦輪10的左上象限軸向剖面圖。這個典型的渦輪10含有由一個上半部分和一個下半部分組成的一個內殼體30，這個內殼體30圍繞著由一個轉子28及一組用葉根64固定在上面的轉子葉片20、22、24和26所組成的渦輪中心部分。一組靜子葉片12、14、16和18固定在靜子葉片環32、34、36和38上，也安裝在內殼體30中。它們直接或間接地通過徑向壁70、72和74固定在內殼體30上。為了減少通過葉尖的蒸汽滲漏，葉片環32、34、36和38及轉子28皆配置有與葉片接合的密封件。這類密封件可以是本專業人員所熟悉的任何類型的密封件，如迷宮式密封件66和68或回彈式葉片密封件78。
徑向壁70、72和74起著蒸汽抽取通道壁的作用，上遊靜子葉片12一般用葉根60固定於一個單獨的靜子葉片環32上，葉片環32則通過槽榫接合、支承鍵和定位銷(圖中未示)通過徑向壁70單獨支承在內殼體30上。一對比普通的碳鋼更耐用的蒙乃爾合金密封片58(一個裝在榫舌上，另一個裝在榫槽內)，用於防止磨損。這種配合方式使上遊靜子葉片12不受由內殼體的非軸對稱熱變形引起的熱變形問題的影響。
在渦輪10的下遊端，靜子葉片(如18)太大而不能固定在單獨的葉片環上，因此連接到一個固定的靜子葉片環38(通常裝有嵌條54)上，通過徑向壁74和與徑向壁74成一整體的環40直接固定在內殼體上。由於是直接連接，這種葉片環38會出現上面談到的熱變形問題。最好是減少靜子葉片環數，從而減少產生變形的靜子葉片數。但是，如上所述，空間問題限制了裝設單獨的靜子葉片的可能。本發明裝置實現了靜子葉片環36對系統熱變形的隔離，而不需要佔用一個單獨的葉片環所需的空間。
一種通常用嵌條鎖定在內圓柱形殼體18內的一個槽內的下遊靜子葉片環36連接在下一個相鄰的單獨的上遊靜子葉片環34上，葉片環34上有一個用嵌條56固定的葉根62和一個靜子葉片14(與葉片環32相同，葉片環34通過榫槽接合與蒙乃爾密封條52單獨支承在一個殼體肋板72上)。葉片環36和葉片環34之間的接合可以是插口接合42，或一般水平的本專業人員所熟悉的任何其它形式的接合，只要能保證葉片環36和34的相對位置即可。下遊靜子葉片環36用連接螺栓44連接到相鄰的單獨的葉片環34上。這種連接螺栓一般有較大的鎖固焊點，能容易地取下進行維修。除連接螺栓44(它一般和螺栓孔之間有一個間隙)外，在葉片環36和34之間還採用定位銷或銷釘和支承鍵(圖中未示)，以承受由於通過靜子葉片16加至下遊靜子葉片環36上的扭力所引起的剪切載荷。
採用這種系統，下遊靜子葉片環36被有效地與內殼體30的任何熱變形隔離開來。另一可供採用的特性包括一個安全擋塊48，它與連接嵌入式葉片環40和單獨的葉片環34的一組肋板76一起，在連接螺栓44損壞或鬆動時保持下遊靜子葉片環36的軸向位置。另一可選用特徵是在下遊的靜子葉片環36的水平連接間隙處採用蒸汽密封鍵50。由於本發明的新結構，蒸汽密封鍵50的取向與典型的現有技術的蒸汽密封鍵正常的徑向偏離90°。由於各種靜子葉片環的上下兩半不用螺栓連接在一起，這種蒸汽密封鍵50通常是必要的。只有內殼體30的上下兩部分是用螺栓連接的。因此，在靜子葉片環的上下部分之間經常存在一個間隙，它可用蒸汽密封鍵50封閉。蒸汽密封鍵通常是徑向配置的，以阻止在水平面上的軸向滲漏，如圖2的密封鍵51所示。但是，在本發明裝置中，單獨的靜子葉片環34將起著阻止軸向蒸汽滲漏的作用。(通過減小靜子葉片環的上下兩部分間的間隙也可取消蒸汽密封鍵)。當採用時，蒸汽密封鍵通常是用鋼條製成的。
採用本發明裝置的主要作用是使靜子葉片環36與內殼體30的熱變形應力隔離開來。但是，除這個主要優點外，本發明還減少密封滲漏(如上所述)，從而提高效率並可簡化葉片的維護工作。它不必取出通常用於這種葉片環的嵌條，所需的僅是卸下連接螺栓44。
以上是本發明裝置以一個具有單個內殼體的燒煤(或油)的渦輪為例的說明和圖示。但是，本發明還適用於帶有單個或兩個內殼體和單氣流或多氣流的核裝置和低壓渦輪裝置。應該指出，不是所有的低壓渦輪都可從本發明受益，因為其使用取決於葉片軌跡的配置。在不同的渦輪之間，葉片軌跡的配置是很不同的，因此，採用本發明將取決於具體採用的設計。
權利要求
1.一種蒸汽渦輪，它包括至少一個內殼體(30)，內殼體(30)含有多級從一個轉子(28)伸出的交替旋轉葉片(20、22和24)和從一個在內殼體(30)內的葉片環(32)徑向向內伸出的靜子葉片(12、14和16)，其特徵在於具有一個上遊靜子葉片環(34)，它單獨支承在上述的內殼體(30)上；還具有一個下遊靜子葉片環(36)，它與上述的上遊靜子葉片環(34)配接在一起，以便保持上述的上遊和下遊葉片環的相對位置，它用螺栓連接到上述的上遊靜子葉片環(34)上。
2.按照權利要求1所述的一種蒸汽渦輪，其特徵在於在上述的葉片環(34、36)之間設有多個銷，它們能承受由於加在上述的下遊靜子葉片環(36)上的扭力所引起的剪切載荷。
3.按照權利要求1或2所述的一種蒸汽渦輪，其特徵在於兩個葉片環之間的接合是插合接合。
4.按照權利要求1所述的一種蒸汽渦輪，其特徵在於所述的下遊靜子葉片環(36)由分開的上下兩部分組成，連接處有水平間隙，在所述的下遊靜子葉片環的水平連接間隙處配有多個蒸汽密封鍵，其方向與渦輪軸線平行。
5.按照權利要求1至4中任一條所述的一種蒸汽渦輪，其特徵在於有一個保險擋塊(48)固定在內殼體肋板結構(76)上，以在連接螺栓損壞時保持下遊靜子葉片環(36)的軸向位置。
6.按照權利要求1所述的一種蒸汽渦輪，其特徵在於進汽靜子葉片環(34)通過榫槽接合、定位銷和支承鍵支承在一個內殼體上。
全文摘要
在蒸汽渦輪中，一個通常支承在一個渦輪內殼體(30)的徑向壁上的靜子葉片環(36)被支承在一個單獨的進汽葉片環(34)上，使靜子葉片環(36)與在渦輪內殼體結構中自然發生的有害的熱變隔離。下遊靜子葉片環(36)則配接在上遊靜子葉片環(34)上，用連接螺栓(44)和定位銷或銷釘固定。這種結構緊湊，成本低，並減少葉片軌跡上的密封滲漏。
文檔編號F01D25/24GK1031877SQ8810618
公開日1989年3月22日 申請日期1988年8月23日 優先權日1987年8月24日
發明者約翰·C·格羅伊特 申請人:西屋電氣公司