CN1970995B - 层叠式转子和/或定子组件的轴向与周向密封 - Google Patents

Abstract

层叠式转子和/或定子组件的轴向与周向密封本文公开了一种汽轮机转子组件(50)，其包括具有转子盘(30)的层叠式转子段(62)。转子盘包括(30)主体部分，该主体部分具有盘的形状，并包括第一轴向面和与第一轴向面相反的第二轴向面。转子盘(30)还包括在主体部分(31，80)径向外缘的翼片底面。转子盘(30)还包括从翼片底面向外径向延伸的叶片(24，38)。并且转子盘(30)还包括布置成防止蒸汽暴露于第一轴向面和第二轴向面的密封。

Description

层叠式转子和/或定子组件的轴向与周向密封

技术领域

本发明涉及反作用式汽轮机的轴向与周向密封，更具体地，本发明涉及反作用式汽轮机的转子和/或定子组件的盘之间的轴向与周向密封。

背景技术

反作用式汽轮机通常包括多个定子部件和相应的转子部件。每个定子部件都紧邻最近的相应转子部件以引导蒸汽流向转子部件。定子部件包括引导汽流的喷嘴部件。转子部件包括从喷嘴部件接收汽流的叶片。汽流在转子部件的叶片上施加力，引起转子组件的转动，该转动转换成，例如，有用的功或电能。

当前的整体罩盖反作用喷嘴部件包括大量单独的反作用喷嘴，这些喷嘴使用单独的径向载荷销安装进机加工的定子内壳。这种构造方法增加了铸造定子的时间和成本。类似地，当前的整体罩盖反作用叶片部件包括大量单独的反作用叶片，这些叶片使用单独的径向载荷销安装进机加工的转子组件。这种构造方法增加了铸造机加工的转子组件的时间和成本。

为了减少构造的时间和成本，可以将单独的盘装配在一起以形成转子或定子组件。但是，蒸汽可能在单独的盘的轴向面之间泄漏。

发明内容

本文公开了一种汽轮机转子组件，其包括具有转子盘的层叠式转子段。转子盘包括主体部分，该主体部分具有盘的形状，并包括第一轴向面和与第一轴向面相反的第二轴向面。转子盘还包括在主体部分径向外缘的翼片底面。转子盘还包括从翼片底面向外径向延伸的叶片。并且转子盘还包括布置成防止蒸汽暴露于第一轴向面和第二轴向面的密封。

本文还公开了一种汽轮机定子组件，包括具有定子盘的层叠式定子段。定子盘包括主体部分，该主体部分具有空心的盘的形状，并包括第一轴向面和与第一轴向面相反的第二轴向面。定子盘还包括靠近主体部分径向内缘的翼片底面。定子盘还包括从翼片底面向内径向延伸的喷嘴。并且定子盘还包括布置成防止蒸汽暴露于第一轴向面和第二轴向面的密封。

本文还公开了一种汽轮机，其包括具有定子盘的定子组件。定子盘包括主体部分，该主体部分具有盘的形状，并包括第一轴向面和与第一轴向面相反的第二轴向面。定子盘还包括靠近定子主体部分径向内缘的翼片底面。另外，包括引导汽流、从定子翼片底面向内径向延伸的喷嘴。并且，还布置有定子盘密封，以防止蒸汽暴露于定子盘的第一轴向面和第二轴向面。汽轮机组件还包括具有转子盘的转子组件。转子盘包括主体部分，该主体部分具有盘的形状，并包括第一轴向面和与第一轴向面相反的第二轴向面。转子盘还包括靠近转子主体部分径向外缘的翼片底面。转子盘还包括接收汽流、从转子翼片底面向外径向延伸的叶片。转子盘还包括布置成防止蒸汽暴露于转子盘的第一轴向面和第二轴向面的转子盘密封。

参考附图，从下面的描述中会清楚地理解本发明上述及其它目的、特征和优点，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。

附图说明

现在说明附图，其中在几个附图中，相似的元件用相似的标记表示。

图1为传统反作用式汽轮机的侧视图；

图2为根据具体实施例的转子盘的透视图；

图3为根据具体实施例的转子组件的透视图；

图4为图3转子组件的保持部分的透视图；

图5为示出了根据具体实施例的混合式转子组件的简图；

图6为示出了根据另一个具体实施例的混合式转子组件的简图；

图7为根据具体实施例的定子盘的侧视图；

图8为图7中定子盘的透视图；

图9为根据具体实施例的定子组件的简图；

图10为根据另一个具体实施例的定子组件的简图；

图11为根据再一个具体实施例的定子组件的简图；

图12为根据具体实施例的轴向面密封的简图；以及

图13为根据另一个具体实施例的轴向面密封的简图。

具体实施方式

图1示出了传统反作用式汽轮机的透视图。传统的反作用式汽轮机包括具有定子部件12的传统定子10和具有转子部件22的传统转子20。传统转子20布置成紧邻传统定子10，使得每个定子部件12紧邻相应的一个转子部件22。每个定子部件12包括多个单独的翼片或喷嘴14。每个转子部件22包括多个单独的翼片或叶片24。定子部件12的喷嘴14布置成紧邻相应的一个转子部件22的叶片24，以引导工作流体，例如蒸汽，流向叶片24。叶片24圆周地布置在各转子部件22的外缘。喷嘴14圆周地布置在各定子部件12的内缘。叶片24和喷嘴14通过例如楔形榫头组件分别固定在传统转子部件14和定子部件12上。在楔形榫头组件中，布置于各叶片24和喷嘴14基底上的榫头突起插入布置于各转子部件22的外缘和各定子部件12的内缘上的相应的槽中。这种连接叶片24与喷嘴14的方法称为楔形榫头组装方法。

参考图1，传统转子20可包括例如具有单轴的锻造转子，单轴具有绕着单轴外表面圆周地布置的槽。每个槽都通过楔形榫头组装方法接收一个叶片。可选择地，传统转子20可包括，例如，相应于一个转子部件22的单独的轮子，这些轮子彼此紧挨着布置并在轴26上组合在一起以形成传统转子20。

图2为根据具体实施例的转子盘30的透视图。转子盘30相应于单个的转子部件。转子盘30可以为圆盘状。转子盘30由一整块金属料组成。金属料机加工成提供装配结构和翼片。换句话说，不象传统转子20的转子部件22，转子盘30在转子盘30的主体31与翼片之间没有接合点。因此，转子盘30在翼片与转子盘30的主体31之间包括无接合点的连接。装配结构包括中心孔32、保持孔34和装配部分36。在具体实施例中，转子盘30可紧挨着布置，以形成转子组件，下面对其进行更加详细的描述。

翼片包括叶片38，叶片38绕着转子盘30上对应于转子盘30外缘的部分圆周地布置。叶片38从金属料机加工，使得叶片38从转子30的边缘间隔开，并与转子盘30的轴心等距。叶片38重复地形成彼此相邻，以完全地延伸形成环形叶片区域40，该环形叶片区域40绕着转子盘30上相应于转子盘30外缘的部分同心地延伸。由于叶片38从金属料加工，所以每个叶片38都无需连接机构就连接到转子盘30的主体31。另外，在叶片38从金属料机加工出之后，保留了金属料的外环39。外环39限定了转子盘30的外缘。这样，叶片38布置在环形叶片区域40中，环形叶片区域40布置在外环39与转子盘30的主体31之间。

中心孔32为从各转子盘30第一轴向面通到转子盘30第二轴向面的圆形通孔。第二轴向面与第一轴向面相反。中心孔32关于转子盘30同心地布置。各转子盘30的中心孔32容纳转子组件的轴。

保持孔34为从转子盘30第一轴向面通到第二轴向面的圆形通孔。保持孔34布置在转子盘30的主体31上。换句话说，保持孔34布置在转子盘30上中心孔32与环形叶片区域40之间的部分。保持孔34彼此间隔开圆周地布置，使得各保持孔34与转子盘30的轴心等距。在具体实施例中，保持孔34彼此等距。保持孔34容纳保持装置，例如，保持杆42(参见图3)，保持杆42用于保持相邻的转子盘30彼此紧邻。另外，应当注意，保持杆42可布置在转子盘30的外部。

装配部分36包括任何适于固定相邻的转子盘30的装置。在具体实施例中，装配部分36包括榫头装配，其中各个转子盘30包括伸入相邻转子盘30的凹槽部分138内的突起136(参见例如图12和13)。

图3为根据具体实施例的转子组件50的透视图。图4为图3的转子组件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相反两端的轴端52。保持部分54包括端盘56和保持杆42。虽然图3和4示出了圆柱形保持杆42，但是应当注意，任何适合的形状都是适合的，例如，六边形或方形保持杆42。另外，除了保持杆42之外，其它保持装置也适用。如图4中所示，保持部分54包括彼此相邻布置的转子盘30，转子盘30具有穿过各相邻布置的转子盘30的保持孔34的保持杆42，用来保持转子盘30。各保持杆42包括例如与各保持杆42螺纹部分啮合的螺母，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，以允许转动能量从叶片38通过轴端52的旋转传动到外部装置。

图4中示出的转子组件50包括根据具体实施例的转子盘30。可选择地，可使用混合式转子。图5为示出了根据具体实施例的混合式转子组件的简图。图6为示出了根据另一个具体实施例的混合式转子组件的简图。

参考图5，混合式转子60包括层叠式转子段62和锻造转子段64，该层叠式转子段62具有至少一个转子盘30。锻造转子段64包括锻造转子部分66和通过楔形榫头安装方法固定到锻造转子部分66上的锻造转子部件68。虽然图5示出了锻造转子段64为布置在转子末端，但是应当注意，锻造转子段64和层叠式转子段62可以任何适合的顺序布置。另外，虽然图5示出了三个锻造转子部件68和4个转子盘30，但是应当注意，锻造转子部件68的数量和转子盘30的数量可各自根据选择和设计方案而变化。

可选择地，如图6中所示，混合式转子60’包括层叠式转子段62和转子轮段70，其中层叠式转子段62包括至少一个转子盘30，转子轮段70包括至少一个转子轮72，在转子轮72中，转子轮72的叶片通过楔形榫头安装方法连接。各转子轮72对应于混合式转子60’的一个部件。虽然图6示出了转子轮段70为布置在转子末端，但是应当注意，转子轮段70和层叠式转子段62可以任何适合的顺序布置。另外，虽然图6示出了三个转子轮72和四个转子盘30，但是应当注意，转子轮72的数量和转子盘30的数量可各自根据选择和设计方案而变化。还应当注意，包括层叠式转子段62、转子轮段70和锻造转子段64的多个段的任何组合也是在设想中的。

图7为根据具体实施例的定子盘80的侧视图。图8为图7中定子盘的透视图。定子盘80对应于单个的定子部件。定子盘80可以为圆盘状。定子盘80由一整块金属料组成。金属料机加工成提供装配结构和翼片。换句话说，不象传统定子10的定子部件12，定子盘80在定子盘80的主体81与翼片之间没有接合点。因此，定子盘80在翼片与定子盘80的主体81之间包括无接合点的连接。装配结构包括中心孔82和保持孔84。在具体实施例中，定子盘80可紧邻布置，以形成定子组件，下面对其进行更加详细的描述。另外，定子盘80可包括类似于上面参考图2、12和13描述的装配部分36的装配部分。

翼片包括喷嘴88，喷嘴88绕着转子盘30上对应于定子盘80内缘的部分圆周地布置。喷嘴88从金属料机加工，使得喷嘴88从定子80的内缘间隔开，并与定子盘80的轴心等距。喷嘴88重复地形成彼此相邻，以完全地延伸形成环形喷嘴区域90，该环形喷嘴区域90绕着定子盘80上相应于定子盘80内缘的部分同心地延伸。由于喷嘴88从金属料机加工，所以每个喷嘴88都无需连接机构就连接到定子盘80的主体81。另外，在喷嘴88从金属料加工出之后，保留了金属料的内环89。内环89限定了定子盘80的内缘。这样，喷嘴88布置在环形喷嘴区域90中，环形喷嘴区域90布置在内环89与定子盘80的主体81之间。

中心孔82为从各定子盘80第一轴向面通到定子盘80第二轴向面的圆形通孔。第二轴向面与第一轴向面相反。中心孔82关于定子盘80同心地布置。各定子盘80的中心孔82容纳转子组件的轴。

保持孔84为从定子盘80第一轴向面通到定子盘80第二轴向面的圆形通孔。保持孔84布置在定子盘80的主体81上。换句话说，保持孔84布置在定子盘80上定子盘80外缘与环形喷嘴区域90之间的部分。保持孔84彼此间隔开圆周地布置，使得各保持孔84与定子盘80的轴心等距。保持孔84容纳保持装置，例如保持螺栓92(参见图9)，保持螺栓92用于保持相邻的定子盘80彼此紧邻。另外，应当注意，保持螺栓92可布置在定子盘80的外部。

图9-11各为根据具体实施例的定子组件的简图。参考图9，定子组件96包括具有多个定子盘80的层叠式定子段98。应当注意，虽然每个定子盘80都示出为相对于相邻的定子盘80具有梯级结构，但是，各定子盘80形成相对于相邻定子盘80平滑过渡的倾斜构造也是设想中的。定子盘80通过保持螺栓92彼此固定，保持螺栓92穿过各定子盘80的保持孔84。可设置螺母与保持螺栓92的螺纹部分啮合，以将定子盘80固定在一起。虽然图8示出了五个定子盘80，但是，也可使用更大数量或更小数量的定子盘80。

参考图10，混合式定子100包括层叠式定子段98和铸造定子段104，该层叠式定子段98具有至少一个定子盘80。铸造定子段104包括铸造定子部分106和通过楔形榫头安装方法安装在铸造定子部分106上的铸造定子部件108。虽然图10示出了层叠式定子段98为布置在定子末端，但是应当注意，层叠式定子段98和铸造定子段104可以任何适合的顺序布置。另外，虽然图10示出了层叠式定子段98的三个定子盘80和铸造定子段104的两个铸造定子部件108，但是应当注意，铸造定子段104的部件的数量和定子盘80的数量可各自根据选择和设计方案而变化。

可选择地，如图11中所示，混合式定子100’包括层叠式定子段98和定子轮段110，其中层叠式定子段98包括至少一个定子盘80，定子轮段110包括至少一个定子轮112，在定子轮112中，所述至少一个定子轮112的喷嘴通过楔形榫头安装方法连接。虽然图11示出了定子轮段110为布置在定子末端，但是应当注意，定子轮段110和层叠式定子段98可以任何适合的顺序布置。另外，虽然图11示出了两个定子轮112和三个定子盘80，但是应当注意，定子轮112的数量和定子盘80的数量可各自根据选择和设计方案而变化。还应当注意，包括层叠式定子段98、定子轮段110和铸造定子段104的多个段的任何组合也是在设想中的。

另外，根据图2-6的转子设计的任一具体实施例都可与根据图7-11的定子设计的任一具体实施例相结合。另外，根据图2-6的转子设计的任一具体实施例都可与传统定子10相结合，根据图7-11的定子设计的任一具体实施例都可与传统转子20相结合。

为了防止在层叠式转子段62的转子盘30之间或层叠式定子段98的定子盘80之间引入蒸汽，可以在相邻的转子盘30或相邻的定子盘80之间安装密封。图12为根据具体实施例的轴向面密封的简图。图13为根据另一个具体实施例的轴向面密封的简图。为清楚起见，在图12和13中都移除了翼片(即，叶片38或喷嘴88)。

参考图12，示出了第一部件120、第二部件122和第三部件124。第一部件120、第二部件122和第三部件124对应于三个相邻的转子盘30或三个相邻的定子盘80。在第一部件120、第二部件122和第三部件124每相邻的两个之间的各第一部件120、第二部件122和第三部件124的翼片基底部分160(参见图5和9)边缘上布置有圆周嵌缝线密封130。如果第一部件120、第二部件122和第三部件124对应于邻近的转子盘30，那么圆周嵌缝线密封130就布置在相邻的转子盘30的翼片基底部分160边缘的相交处，如局部放大区域126所示。如果第一部件120、第二部件122和第三部件124对应于邻近的定子盘80，那么圆周嵌缝线密封130就布置在相邻的定子盘80的翼片基底部分160边缘的相交处，如局部放大区域128所示。虚线140对应于定子盘80的翼片基底部分160的边缘。

在转子盘30或定子盘80分别通过保持杆42或保持杆92固定在一起之后，圆周嵌缝线密封130分别布置在相邻的转子盘30或定子盘80的翼片基底部分160边缘的相交处。圆周嵌缝线密封130可使用，例如，A14或A15嵌缝工具安装。

如图12中所示，第一部件120、第二部件122和第三部件124各包括布置在第一部件120、第二部件122和第三部件124各第一轴向面处的突起136和第一部件120、第二部件122和第三部件124各第二轴向面处的凹槽部分138。第一部件120、第二部件122和第三部件124中一个的突起136插入第一部件120、第二部件122和第三部件124中邻近的一个的凹槽部分138以形成榫头配合。例如，第一部件120的突起136由第二部件122的凹槽部分138接收，第二部件122的突起136由第三部件124的凹槽部分138接收。

参考图13，第一部件120、第二部件122和第三部件124各包括布置在第一轴向面的第一环形凹槽142和布置在第二轴向面的第二环形凹槽144。第一部件120的第一轴向面的第一环形凹槽142布置成对应于第二部件122的第二轴向面的第二环形凹槽144。各第一环形凹槽142和第二环形凹槽144都为环形，并且相对于转子盘30的主体31或定子盘80的主体81同心。在第一部件120与第二部件122之间由第一环形凹槽142和第二环形凹槽144形成的间隙中布置有圆形线密封150。圆形线密封150在转子盘30或定子盘80分别通过保持杆42或保持杆92固定在一起之前安装。圆形线密封150压缩在间隙之内，并且膨胀充满整个间隙。

应当注意，对于转子组件或定子组件，圆形线密封150和圆周嵌缝线密封130可单独使用或组合使用。圆形线密封150和/或圆周嵌缝线密封130的使用防止了蒸汽暴露于转子盘30或定子盘80的轴向面，从而减少了反作用式汽轮机中的能量损失。另外，转子盘30或定子盘80的使用减少了制造转子组件或定子组件的成本和时间。

另外，尽管已经参考具体实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，可以做出各种修改并可以用等效物对其元件进行替换而不脱离本发明范围。另外，可以进行许多修改以使特定情形或材料适于本发明的教导而不脱离本发明的范围。因此，本发明不限于公开为实现本发明最佳模式的特定实施例，而是本发明包括落于所附权利要求范围内的所有实施例。此外，术语第一、第二等等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是将第一、第二等术语用来将元件彼此区分开。另外，术语“一个”、“一种”的使用，并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。

附图标记说明

10传统定子

12定子部件

14喷嘴

20传统转子

22转子部件

24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混合式转子

62层叠式转子段

64锻造转子段

66锻造转子部分

68锻造转子部件

70转子轮段

72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层叠式定子段

100混合式定子

104铸造定子段

106铸造定子部分

108铸造定子部件

110定子轮段

112定子轮

120第一部件

122第二部件

124第三部件

126/128放大区域

130圆周嵌缝线密封

136突起

138相应的凹槽部分

140虚线

142第一环形凹槽

144第二环形凹槽

150圆形线密封

160翼片基底部分

Claims (10)

1.一种汽轮机转子组件(50)，其包括具有转子盘(30)的层叠式转子段(62)，每个所述转子盘(30)包括：

主体部分(31，81)，其具有盘的形状，并且包括第一轴向面和与所述第一轴向面相反的第二轴向面；

翼片底面，其设在所述主体部分(31，81)的径向外缘；

叶片(24，38)，其从所述翼片底面向外径向延伸；以及

至少一个保持孔，在中心孔与叶片之间布置在转子盘中；密封，其布置在相邻的转子盘之间以防止蒸汽暴露于所述第一轴向面和所述第二轴向面；以及

延伸通过每一转子盘的所述至少一个保持孔的至少一个保持螺栓，所述保持螺栓能够保持相邻转子盘彼此紧邻。

2.如权利要求1所述的转子组件(50)，其中所述密封布置在相邻转子盘(30)的相邻翼片底面的相交处。

3.如权利要求2所述的转子组件(50)，其中所述密封在相邻的翼片底面的相交处的整个圆周上延伸。

4.如权利要求2所述的转子组件(50)，其中所述密封包括圆周嵌缝线密封(130)。

5.一种汽轮机定子组件(96)，其包括具有定子盘(80)的层叠式定子段(98)，每个所述定子盘(80)包括：

主体部分(31，81)，其具有空心的盘的形状，并且包括第一轴向面和与所述第一轴向面相反的第二轴向面；

翼片底面，其靠近所述主体部分(31，81)的径向内缘；

喷嘴(14，88)，其从所述翼片底面向内径向延伸；以及

密封，其布置成防止蒸汽暴露于所述第一轴向面和所述第二轴向面。

6.如权利要求5所述的定子组件(96)，其中所述密封布置在相邻定子盘(80)的相邻翼片底面的相交处。

7.如权利要求6所述的定子组件(96)，其中所述密封在相邻的翼片底面的相交处的整个圆周上延伸。

8.如权利要求6所述的定子组件(96)，其中所述密封包括圆周嵌缝线密封(130)。

9.一种汽轮机，包括：

定子组件(96)，其包括定子盘(80)，所述定子盘(80)包括：

定子主体部分(31，81)，其具有盘的形状，并且包括第一轴向面和与所述第一轴向面相反的第二轴向面；

定子翼片底面，其靠近所述定子主体部分(31，81)的径向内缘；

喷嘴(14，88)，其引导汽流，并且从所述定子翼片底面向内径向延伸；以及

定子盘密封，其布置成防止蒸汽暴露于所述定子盘(80)的第一轴向面和第二轴向面；和

转子组件(50)，其包括转子盘(30)，所述转子盘(30)包括：

转子主体部分(31，81)，其具有盘的形状，并且包括第一轴向面和与所述第一轴向面相反的第二轴向面；

转子翼片底面，其靠近所述转子主体部分(31，81)的径向外缘；

叶片(24，38)，其接收汽流，并且从所述转子翼片底面向外径向延伸；以及

转子盘密封，其布置成防止蒸汽暴露于所述转子盘(30)的第一轴向面和第二轴向面。

10.如权利要求9所述的汽轮机，其中所述定子主体部分(31，81)包括布置在所述定子盘(80)第一轴向面的第一环形定子凹槽部分和布置在所述定子盘(80)第二轴向面的第二环形定子凹槽部分，所述第一环形定子凹槽部分和所述第二环形定子凹槽部分与所述定子主体部分(31，81)的轴心等距；并且所述转子主体部分(31，81)包括布置在所述转子盘(30)第一轴向面的第一环形转子凹槽部分和布置在所述转子盘(30)第二轴向面的第二环形转子凹槽部分，所述第一环形转子凹槽部分和所述第二环形转子凹槽部分与所述转子主体部分(31，81)的轴心等距。

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