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CN1963155B - 堆叠的反作用式蒸汽涡轮机转子组件 - Google Patents

堆叠的反作用式蒸汽涡轮机转子组件 Download PDF

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CN1963155B
CN1963155B CN200610146431.4A CN200610146431A CN1963155B CN 1963155 B CN1963155 B CN 1963155B CN 200610146431 A CN200610146431 A CN 200610146431A CN 1963155 B CN1963155 B CN 1963155B
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stator
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S·斯万
J·R·辛金斯
C·加齐洛
R·W·科尔尊
D·O·费茨
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Abstract

此处披露了用于蒸汽涡轮机的转子组件(50)。蒸汽涡轮机包括具有堆叠的转子区(62)的保持部分(54)。蒸汽涡轮机进一步包括布置在保持部分(54)的第一端处的第一轴端(52)。蒸汽涡轮机又进一步包括布置在与保持部分(54)的第一端相对的保持部分(54)的第二端处的第二轴端(52)。

Description

堆叠的反作用式蒸汽涡轮机转子组件
技术领域
本发明涉及用于反作用式蒸汽涡轮机的转子组件，且更特定地涉及反作用式蒸汽涡轮机的转子组件的堆叠的转子盘。
背景技术
反作用式蒸汽涡轮机典型地包括多重的定子级和相应的转子级。定子级的每个布置为靠近相应的转子级以向转子级引导蒸汽流。定子级包括引导蒸汽流的喷嘴级。转子级包括接收来自喷嘴级的蒸汽流的叶片。蒸汽流在转子级的叶片上施加力且导致转子组件的旋转，此旋转例如转化为有用功或电能。
目前的整合罩反作用式喷嘴级包括大量单独的反作用式喷嘴，这些反作用式喷嘴使用单独的径向加载销组装到机加工的定子内壳体内。这样的构建方法增加了铸造定子组件的时间和成本。类似地，目前的整合罩反作用式叶片级包括大量的单独反作用式叶片，这些反作用式叶片使用单独的径向加载销组装到机加工的转子组件内。这样的构建方法增加了铸造机加工的转子组件的时间和成本。
发明内容
此处了披露了用于蒸汽涡轮机的转子组件。蒸汽涡轮机包括具有堆叠的转子区的保持部分。蒸汽涡轮机进一步包括布置在保持部分的第一端处的第一轴端。蒸汽涡轮机也进一步包括布置在与保持部分的第一端相对的保持部分的第二端处的第二轴端。
此处进一步披露了蒸汽涡轮机。蒸汽涡轮机包括具有引导蒸汽流的喷嘴的定子组件，蒸汽涡轮机也包括具有接收蒸汽流的叶片的转子组件。转子组件包括具有堆叠的转子区的保持部分。转子组件进一步包括布置在保持部分的第一端的第一轴端。转子组件也进一步包括布置在与保持部分的第一端相对的保持部分的第二端的第二轴端。
当结合附图阅读如下的描述时本发明的以上的和其他的目的、特征和优点将变得明显，其中相同的参考数字指示相同的元件。
附图说明
现在参考附图，其中在数个图中相同的元件标以相同的数字：
图1是常规的反作用式蒸汽涡轮机的侧视图；
图2是根据典型实施例的转子盘的透视图；
图3是根据典型实施例的转子组件的透视图；
图4是图3中的转子组件的保持部分的透视图；
图5是示出了根据典型实施例的混合转子组件的图；
图6是示出了根据另一个典型实施例的混合转子组件的图；
图7是根据典型实施例的定子盘的侧视图；
图8是图7中定子盘的透视图；
图9是根据典型实施例的定子组件的图；
图10是根据另一个典型实施例的定子组件的图；
图11是根据再另一个典型实施例的定子组件的图；
图12是根据典型实施例的轴向面密封件的图；和
图13是根据另一个典型实施例的轴向面密封件的图。
具体实施方式
图1示出了常规的反作用式蒸汽涡轮机的透视图。常规的反作用式蒸汽涡轮机包括具有定子级12的常规定子10和具有转子级22的常规的转子20。常规的转子20靠近常规定子10布置，使得定子级12的每个靠近转子级22的相应的一个。定子级12的每个包括多个单独的翼片或喷嘴14。转子级22的每个包括多个单独的翼片或叶片24。定子级12的喷嘴14布置为靠近转子级22的相应的一个的叶片24，以引导例如蒸汽的工作流体向叶片24的流动。叶片24周向地布置在转子级22的每个的外边缘处。喷嘴14周向地布置在定子级12的每个的内边缘处。叶片24和喷嘴14都例如通过燕尾榫组件分别固定在常规的转子14和定子12上。在燕尾榫组件中，布置在叶片24和喷嘴14的每个的基部的燕尾榫突出分别布置在转子级22的每个的外边缘和定子级12的每个的内边缘内布置的相应的槽内。这样的叶片24和喷嘴14的接附方式称为燕尾榫组装过程。
还参考图1，常规的转子20可以例如包括锻造的转子，锻造的转子包括整体的轴，整体的轴具有周向绕其外表面布置的槽。槽的每个通过燕尾榫组装过程接收叶片。作为替代，常规的转子20也可以例如包括对应于转子级22的一个的单独的轮，轮布置为相互靠近且在轴26上组合在一起以形成常规的转子20。
图2是根据典型实施例的转子盘30的透视图。转子盘30对应于单一的转子级。转子盘30可以成形为盘。转子盘30包括一个整体块的金属坯件。机加工金属坯件以产生安装特征部和翼片。换言之，与常规转子20的转子级22不同，转子盘30不具有转子盘30的主体31和翼片之间的接合点。因此，转子盘30包括翼片和转子盘30的主体31之间的无接合点接附。安装特征部包括中心孔32、保持孔34和装配部分36。在典型实施例中，转子盘30可以邻近地布置以形成转子组件，此转子组件将在以下更详细地描述。
翼片包括周向地绕转子盘30的对应于转子盘30的外边缘的部分布置的叶片38。叶片38从金属坯件机加工，使得叶片38与转子盘30的边缘间隔开且距转子盘30的轴向中心等距。叶片38重复地相互邻近形成以完全地延伸以形成同心地绕转子盘30的对应于转子盘30的外边缘的部分延伸的环形叶片区域40。因为叶片38从金属坯件机加工，叶片38的每个接附到转子盘30的主体31而无结合机构。另外，金属坯件的外环39在叶片38从金属坯件机加工后保留。外环39限定了转子盘30的外边缘。因此，叶片38布置在环形叶片区域40内，环形叶片区域40布置在外环39和转子盘30的主体31之间。
中心孔32是圆形通孔，它从每个转子盘30的第一轴向面通过到转子盘30的第二轴向面。第二轴向面与第一轴向面相对。中心孔32相对于转子盘30同心地布置。转子盘30的每个的中心孔32接收转子组件的轴。
保持孔34是圆形的通孔，它从转子盘30的第一轴向面通过到第二轴向面。保持孔34布置在转子盘30的主体31处。换言之，保持孔34布置在转子盘30的在中心孔32和环形叶片区域40之间的部分处。保持孔34周向地布置，其相互间隔使得保持孔34每个与转子盘30的轴向中心等距。在典型实施例中，保持孔34相互等距。保持孔34接收例如如保持杆42的保持设备(见图3)，保持设备用于保持邻近的转子盘30相互靠近。另外，应注意的是保持杆42可以布置在转子盘30外。
装配部分36包括任何合适于固定邻近的转子盘30的装置。在典型实施例中，装配部分36包括嵌接装配，其中转子盘30的每个包括延伸到邻近的转子盘30的相应的凹陷部分138内的突出136(例如见图12和图13)。
具有如上特征的转子盘进一步在美国专利和商标局(U.S Patentand Trademark Office)在2005年9月23日提交的General ElectricCompany的律师案卷号为No.168691的题目为“ Integrated Nozzle andBucket Wheels for Reaction Steam Turbine Stationary Componentsand Related Meth
图3是根据典型实施例的转子组件50的透视图。图4是图3中转子组件50的保持部分54的透视图。转子组件50包括布置在保持部分54的相对端处的轴端52。保持部分54包括端盘56和保持杆42。虽然图3和图4示出了成形为圆柱形的保持杆42，但应该注意的是可以设想任何合适的形状，例如如成形为六角形或正方形的保持杆42。另外，也可以设想不同于保持杆42的保持装置。如在图4中示出，保持部分54包括邻近地布置的转子盘30，具有布置为通过邻近地布置的转子盘30的每个的保持孔34的用于保持转子盘30的保持杆42。保持杆42的每个例如包括接合到保持杆42的每个的螺纹部分的螺母，以允许将转子盘30固定到保持部分54。轴端52从保持部分54的相对侧延伸以允许通过轴端52的旋转从叶片38向外部设备传送旋转能量。
在图4中示出的转子组件50包括根据典型实施例的转子盘30。作为替代，可以使用混合转子。图5是示出了根据典型实施例的混合转子组件的图。图6是示出了根据另一个典型实施例的混合转子组件的图。
参考图5，混合转子60包括堆叠的转子区62和锻造转子区64，堆叠的转子区62具有至少一个转子盘30。锻造转子区64包括锻造转子部分66和锻造转子级68，锻造转子级68通过燕尾榫组装过程固定到锻造转子部分66上。虽然图5示出了锻造转子区64布置在转子端处，但应注意到锻造转子区64和堆叠的转子区62可以以任何合适的次序布置。另外，虽然图5示出了三个锻造转子级68和四个转子盘30，但应注意的是多个锻造转子级68和多个转子盘30可以根据运行和设计考虑每个作变化。
作为替代，如在图6中示出，混合转子60’包括了包括至少一个转子盘30的堆叠的转子区62和包括至少一个转子轮72的转子轮区70，其中转子轮72的叶片通过燕尾榫组装过程接附。每个转子轮72对应于混合转子60’的一级。虽然图6示出了转子轮区70布置在转子端处，但应注意的是转子轮区70和堆叠的转子区62可以以任何合适的次序布置。另外，虽然图6示出了三个转子轮72和四个转子盘30，但应注意的是多个转子轮72和多个转子盘30可根据运行和设计的考虑每个作变化。也应注意的是也可以设想包括堆叠的转子区62、转子轮区70和锻造转子区64的任何的区组合。
图7是根据典型实施例的定子盘80的侧视图。图8是图7中定子盘的透视图。定子盘80对应于单一的定子级。定子盘80可以成形为盘。定子盘80包括一个整体块的金属坯件。机加工金属坯件以产生安装特征部和翼片。换言之，与常规定子10的定子级12不同，定子盘80不具有定子盘80的主体81和翼片之间的接合点。因此，定子盘80包括翼片和定子盘80的主体81之间的无接合点接附。安装特征部包括中心孔82和保持孔84。在典型实施例中，定子盘80可以邻近地布置以形成定子组件，定子组件将在以下更详细地描述。另外，定子盘80可以包括类似于以上参考图2、图12和图13所描述的装配部分36的装配部分。
翼片包括周向地绕转子盘30的对应于定子盘80内边缘的部分布置的喷嘴88。喷嘴88从金属坯件机加工，使得喷嘴88与定子盘80的内边缘间隔开且距定子盘80的轴向中心等距。喷嘴88重复地相互邻近形成以完全地延伸以形成环形喷嘴区域90，环形喷嘴区域90同心地绕定子盘80的对应于定子盘80的内边缘的部分延伸。因为喷嘴88从金属坯件机加工，喷嘴88的每个接附到定子盘80的主体81而无结合机构。另外，金属坯件的内环89在喷嘴88从金属坯件机加工后保留。内环89限定了定子盘80的内边缘。因此，喷嘴88布置在环形喷嘴区域90内，环形喷嘴区域90布置在内环89和定子盘80的主体81之间。
中心孔82是圆形通孔，它从每个定子盘80的第一轴向面通过到定子盘80的第二轴向面。第二轴向面与第一轴向面相对。中心孔82相对于定子盘80同心地布置。定子盘80的每个的中心孔82接收转子组件的轴。
保持孔84是圆形的通孔，它从定子盘80的第一轴向面通过到定子盘80第二轴向面。保持孔84布置在定子盘80的主体81处。换言之，保持孔84布置在定子盘80的在定子盘80的外边缘和环形喷嘴区域90之间的部分处。保持孔84周向地布置，其相互间隔使得保持孔84每个距定子盘80的轴向中心等距。保持孔84接收例如如保持螺栓92的保持设备(见图9)，保持设备用于保持邻近的定子盘80相互靠近。另外，应注意的是保持螺栓92可以布置在定子盘80外。
图9到图11每个是根据典型实施例的定子组件的图。参考图9，定子组件96包括具有多个定子盘80的堆叠的定子区98。应注意的是虽然定子盘80的每个示出为具有相对于邻近的定子盘80的阶梯构造，但也可以设想其中定子盘80的每个相对于邻近的定子盘80形成平滑过渡的倾斜的构造。定子盘80相对于彼此通过保持螺栓92固定，保持螺栓92布置为通过定子盘80的每个的保持孔84。可以提供螺母以接合保持螺栓92的螺纹部分来将定子盘80固定在一起。虽然图9示出了五个定子盘80，但可以使用更多或更少个数的定子盘80。
参考图10，混合定子100包括具有至少一个定子盘80的堆叠的定子区98和铸造定子区104。铸造定子区104包括铸造定子部分106和铸造定子级108，铸造定子级108通过燕尾榫组装过程固定到铸造定子部分106上。虽然图10示出了堆叠的定子区98布置在定子端处，应注意的是堆叠的定子区98和铸造定子区104可以以任何合适的次序布置。另外，虽然图10示出了堆叠的定子区98的三个定子盘80和铸造定子区104的两个铸造定子级108，但应注意的是铸造定子区104的多个级和多个定子盘80可以根据运行和设计考虑每个作变化。
作为替代，如在图11中示出，混合定子100’包括了包括至少一个定子盘80的堆叠的定子区98和包括至少一个定子轮112的定子轮区110，其中该至少一个定子轮112的喷嘴通过燕尾榫组装过程接附。虽然图11示出了定子轮区110布置在定子端处，应注意的是定子轮区110和堆叠的定子区98可以以任何合适的次序布置。另外，虽然图11示出了两个定子轮112和三个定子盘80，应注意的是多个定子轮112和定子盘80的个数可以根据运行和设计考虑每个作变化。也应注意的是也设想了任何包括堆叠的定子区98、定子轮区110和铸造定子区104的区组合。
另外，任何根据图2至图6的转子设计的典型实施例可以与任何根据图7至图11的定子设计的典型实施例合并。此外，任何根据图2至图6的转子设计的典型实施例可以与常规定子10合并，且任何根据图7至图11的定子设计的典型实施例可以与常规转子20合并。
为防止在堆叠的转子区62的转子盘30之间或在堆叠的定子区98的定子盘80之间引入蒸汽，可以在邻近的转子盘30或邻近的定子盘80之间安装密封件。
图12是根据典型实施例的轴向面密封件的图。图13是根据另一个典型实施例的轴向面密封件的图。在图12和图13中为清晰起见将翼片(即叶片38或喷嘴88)移除。
参考图12，示出了第一级120、第二级122和第三级124。第一级120、第二级122和第三级124对应于三个邻近的转子盘30或三个邻近的定子盘80。在图12的放大区域126/128内示出的周向敛缝线密封件130在第一级120、第二级122和第三级124的每个的邻近第一级120、第二级122和第三级124的邻近的一个的翼片基部部分160的边缘的翼片基部部分160的边缘(见图5和图9)处布置在第一级120、第二级122和第三级124的每个之间。如果第一级120、第二级122和第三级124对应于邻近的转子盘30，则周向敛缝线密封件130布置在邻近的转子盘30的翼片基部部分160的边缘的相交处，如在放大区域126示出。如果第一级120、第二级122和第三级124对应于邻近的定子盘80，则周向敛缝线密封件130布置在邻近的定子盘80的翼片基部部分160的边缘的相交处，如在放大区域128示出的部分处。虚线140对应于定子盘80的翼片基部部分160的边缘。
当转子盘30或定子盘80已分别通过保持杆42或保持螺栓92固定在一起后，周向敛缝线密封件130分别布置在邻近的转子盘30或定子盘80的翼片基部部分160的边缘的相交处。周向敛缝线密封件130可以例如使用A14或A15敛缝工具安装。
如在图12中示出，第一级120、第二级122和第三级124每个包括布置在第一级120、第二级122和第三级124的每个的第一轴向面上的突出136和布置在第一级120、第二级122和第三级124的每个的第二轴向面的凹陷部分138。第一级120、第二级122和第三级124的一个的突出136插入到第一级120、第二级122和第三级124的邻近的一个的凹陷部分138内以形成嵌接配合。例如，第一级120的突出136被第二级122的凹陷部分138接收且第二级122的突出136被第三级124的凹陷部分138接收。
参考图13，第一级120和第二级122每个包括布置在第一轴向面的第一环形凹陷142和布置在第二轴向面的第二环形凹陷144。第一级120的第一轴向面的第一环形凹陷142布置为对应于第二级122的第二轴向面的第二凹陷144。环形绳密封件150布置在第一级120和第二级122之间的由第一环形凹陷140和第二环形凹陷142形成的缝隙中。在分别通过保持杆42或保持螺栓92将转子盘30和定子盘80固定在一起前安装环形绳密封件150。环形绳密封件150压在间隙内且膨胀到完全地填充间隙。
应该注意的是环形绳密封件150和周向敛缝线130可以单独地使用或组合地使用，用于转子组件或用于定子组件。使用环形绳密封件150和/或周向敛缝线130防止蒸汽暴露到转子盘30或定子盘80的轴向面，因此减小了在反作用式蒸汽涡轮机中的能量损失。此外，使用转子盘30或定子盘80减小了制造转子组件或定子组件的成本和时间。
另外，虽然本发明已参考典型实施例描述，但将被本领域技术人员所理解的是可以进行不同的改变且可以用等价物代替本发明的元件而不偏离本发明的范围。另外，可以对本发明的教示进行许多修改以适合于特定的情况或材料而不偏离本发明的基本范围。因此，意图是本发明不限制于披露为被考虑为执行本发明的最佳模式特定的实施例，而是本发明将包括所有的落在附带的权利要求书的范围内的实施例。此外，术语第一、第二等的使用不意味着任何次序或重要性，而是术语第一、第二等用于区分各元件。此外，术语a、an等的使用不意味着对量的限制，而是意味着存在至少一个所参考的项目。
零件列表
10常规定子
12定子级
14翼片或喷嘴
20常规转子
22转子级
24翼片或叶片
26轴
30转子盘
31主体
32中心孔
34保持孔
36装配部分
38叶片
39外环
40环形叶片区域
42保持杆
50转子组件
52轴端
54保持部分
56端盘
60混合转子
62堆叠的转子区
64锻造转子区
66锻造转子部分
68锻造转子级
70转子轮区
72一个转子轮
80定子盘
81主体
82中心孔
84保持孔
88喷嘴
89内环
90环形喷嘴区域
92保持螺栓
96定子组件
98堆叠的定子区
100混合定子
104铸造定子区
106铸造定子部分
108铸造定子级
110定子轮区
112定子轮
120第一级
122第二级
124第三级
126放大区域
128放大区域
130周向敛缝线密封件
136突出
138凹陷部分
140虚线
142第一环形区域
144第二环形区域
150圆形绳密封件
160翼片基部部分

Claims (8)

1.一种用于蒸汽涡轮机的转子组件(50)，其包括：
具有堆叠的转子区(62)的保持部分(54)，堆叠的转子区包括一个或多个转子盘，每个转子盘从整体的金属坯件形成且包括；
具有盘形状的主体部分(31)；
具有环形形状且绕主体部分(31)同心地布置的外环(39)；
布置在主体部分(31)和外环(39)之间的环形叶片区域(40)，环形叶片区域(40)包括邻近地布置的叶片(38)，叶片(38)从主体部分(31)径向地向外延伸到外环(39)，叶片无接头地连接到转子盘；
锻造转子区，其邻近保持部分放置，该锻造转子区包括：
锻造转子部分，具有放置在锻造转子部分外表面出的凹槽；和
转子级，其具有叶片，该叶片包括放置在凹槽中的燕尾突出；
布置在保持部分(54)的第一端的第一轴端；和
布置在与保持部分(54)的第一端相对的保持部分(54)的第二端的第二轴端。
2.根据权利要求1所述的转子组件(50)，其中每个转子盘(30)包括布置在所述转子盘(30)的第一轴向面处的突出(136)和布置在所述转子盘(30)的第二轴向面处的凹陷部分(138)。
3.根据权利要求2所述的转子组件(50)，其中通过将第一转子盘(30)的突出(136)插入到第二转子盘(30)的凹陷部分(138)将第一转子盘(30)接附到第二转子盘(30)。
4.根据权利要求1所述的转子组件(50)，其中保持部分(54)进一步包括：
分别布置在保持部分(54)的第一轴端和第二轴端处的第一端盘和第二端盘，所述第一端盘和第二端盘分别与第一轴端和第二轴端可运行连通；和
在端盘之间延伸的保持杆(42)以固定布置在保持部分(54)内的转子盘(30)。
5.一种蒸汽涡轮机，其包括：
包括引导蒸汽流的喷嘴(14、88)的定子组件(96)；和
包括接收蒸汽流的叶片(38)的转子组件(50)，该转子组件(50)包括：
具有堆叠的转子区(62)的保持部分(54)；堆叠的转子区包括一个或多个转子盘，每个转子盘从整体的金属坯件形成且包括；
具有盘形状的主体部分(31)；
具有环形形状且绕主体部分(31)同心地布置的外环(39)；
布置在主体部分(31)和外环(39)之间的环形叶片区域(40)，环形叶片区域(40)包括邻近地布置的叶片(38)，叶片(38)从主体部分(31)径向地向外延伸到外环(39)，叶片无接头地连接到转子盘；
锻造转子区，其邻近保持部分放置，该锻造转子区包括：
锻造转子部分，具有放置在锻造转子部分外表面处的凹槽；和
转子级，其具有叶片，该叶片包括放置在凹槽中的燕尾突出；
布置在保持部分(54)的第一端处的第一轴端；和
布置在与保持部分(54)的第一端相对的保持部分(54)的第二端处的第二轴端。
6.根据权利要求5所述的蒸汽涡轮机，其中每个转子盘(30)包括布置在所述转子盘(30)的第一轴向面处的突出(136)和布置在所述转子盘(30)的第二轴向面处的凹陷部分(138)。
7.根据权利要求6所述的蒸汽涡轮机，其中通过将第一转子盘(30)的突出(136)插入到第二转子盘(30)的凹陷部分(138)将第一转子盘(30)接附到第二转子盘(30)。
8.根据权利要求5所述的蒸汽涡轮机，其中保持部分(54)进一步包括：
分别布置在保持部分(54)的第一轴端和第二轴端处的第一端盘和第二端盘，所述第一端盘和第二端盘分别与第一轴端和第二轴端可运行连通；和
在端盘之间延伸的保持杆(42)以固定布置在保持部分(54)内的转子盘(30)。
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