CN100339563C - 汽轮机转子平台的改进及用密封刷来消除转子弯曲的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明在汽轮机中的导流隔板的腹板与径向向外伸出的平台之间设置组合的密封刷和迷宫密封，上述平台位于转子轴向相邻的叶轮之间。密封刷设置在迷宫密封齿的上游。平台在其径向外端附近具有至少一个且最好是一对沿两个相反的轴向方向延伸的凸缘或凸棱，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散。从而消除了由于密封刷刷毛与平台上的密封表面摩擦接触而产生的不均匀热量分布沿转子表面对转子动力性能造成的影响或使其影响最小。

Description

汽轮机转子平台的改进及用密封刷来消除转子弯曲的方法
〔技术领域〕
本发明涉及一种汽轮机，该汽轮机具有设置在不转动部件和可转动部件之间的密封刷，以消除由密封刷与可转动部件之间摩擦接触所产生的热导致可转动部件周围热量分布不均而产生热弯曲，具体地说，本发明涉及一种即使在汽轮机的密封刷失效的情况下也可消除热弯曲和轴向推力载荷的装置和方法。
〔背景技术〕
本受让人的美国专利US6168377公开了一种汽轮机，该汽轮机具有设置在不转动部件和转子轴可转动部件之间的密封刷。具体地说，轴向凸缘设置在叶片的燕尾接头上，叶片燕尾接头以互补的方式固定在转子叶轮的燕尾接头上。由弧形排列的金属刷毛构成的密封刷具有与凸缘表面相接触并贴靠在凸缘表面上的刷毛顶端，所述刷毛从不转动部件向可转动部件也就是叶片燕尾接头上的凸缘伸出。从该专利的角度可以理解，密封刷刷毛与相对的密封表面也就是凸缘之间相互接触会产生热。
正如该专利所描述的那样，密封刷与密封表面之间的接触位置应当设置在转子轴径向向外的地方，以便于使所产生的热与转子外径表面相隔离开。否则，摩擦产生的热会造成轴的圆周表面周围温度分布不均，从而使转子轴向膨胀不均匀，并使转子产生弯曲。同时，在该专利中公开了解决这一问题的各种方法和装置，一种方案是将摩擦表面布置在外轴径径向外侧的叶片燕尾接头凸缘上。在此情况下，所产生的热就与转子相互隔离开，从而消除了转子弯曲的倾向。
该专利的方案和另外的方案是在导流隔板的腹板内侧采用传统的迷宫填料密封来作为密封刷的后援。这种迷宫密封直接设置在轴的外径表面附近。密封刷易于磨损失效。如果与轴外部隔开的密封刷失效，例如该专利的密封刷失效，密封直径表面就从叶片燕尾接头平台变到转子轴上。这就进而会使轴上的压力分布和沿轴向作用于转子的推力变得不利。因此，转子的动力性能限制了可采用密封刷和利用迷宫密封齿来代替这种密封的转子级数，而且由于二次损失增大降低了各部分的效率。因此，需要提供一种汽轮机密封系统，其不仅可消除由密封刷和互补的密封表面接触所导致的热量分布不均而引起汽轮机转子热弯曲的问题，而且即使在密封刷失效的情况下也能消除作用于转子轴承上的轴向推力载荷或者使其最小。
〔发明内容〕
根据本发明的优选实施例，提供一种密封刷，其设置在可转动部件轴的外径或表面的径向向外的位置处，以便于消除由热量分布不均而引起转子热弯曲。迷宫密封齿由所述不转动部件支承。该密封刷可与迷宫密封一起应用在大致相同的径向位置处，以便于在密封刷失效的情况下也能消除推力载荷。具体地说，在轴向隔开的承载涡轮叶片的叶轮之间的转子周围设置一个平台，该平台从转子表面径向向外伸出。在优选实施例中，平台为一个环形的支座，其具有一个轴向缩颈部和至少一个且最好是一对在平台的径向最外端沿轴向延伸的凸缘。一个或多个凸缘从支座的颈部沿轴向形成作用悬臂状，并可用作一个或多个可将密封刷在平台表面摩擦接触所产生的热量在影响转子动力性能之前就扩散掉的凸棱。因此，平台构造成具有足够的面积并形成凸缘或凸棱来扩散该处所产生的热量，以减轻对转子振动的影响，从而允许类似的密封刷应用于汽轮机的所有段级。悬臂状的凸缘或凸棱在凸缘或凸棱与转子表面之间也就是在叶轮间隙中形成了径向的空隙，因此，密封刷与平台密封表面接触所产生的摩擦热在影响转子的热动力性能之前，首先就沿轴向然后再沿径向进行扩散。这种热扩散足以使摩擦产生的热对转子的热影响最小或将其消除。
相邻叶轮之间的导流隔板具有沿径向向内伸入到叶轮间隙中的腹板，其不仅可支承密封刷，而且还可支承一个且最好是多个迷宫密封齿。迷宫密封齿终止于到平台表面具有隔开的锥形边缘，且最好用作密封刷的后援密封。迷宫齿最好位于密封刷的下游侧。如果密封刷失效，迷宫齿可限制密封性能的下降。但是，密封刷可以设置在迷宫密封齿的下游或迷宫密封齿的中间。而且，由于暴露在导流隔板整体空腔中也就是叶轮间隙中的支座上游和下游侧的面积基本上相等，因此，泄漏流体经过迷宫密封时不会产生净增的轴向推力。
在本发明的一个优选实施例中，提供一种汽轮机，该汽轮机包括可转动部件和位于可转动部件周围的不转动部件，所述可转动部件包括具有转子轴表面的转子轴，密封刷由不转动部件支承，用于与可转动部件密封配合，迷宫密封齿由所述不转动部件支承，至少一对叶轮轴向相互隔开地设置在可转动部件上，在每个叶轮上，可转动部件包括多个相互沿周向隔开的叶片，用于防止由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量而导致不均匀周向热量传递到转子轴表面以便于消除可转动部件的弯曲或使弯曲最小的装置，该防止弯曲的装置包括在叶轮之间的一个轴向位置处从转子轴表面沿径向向外伸出的环形平台，密封刷和迷宫密封齿设置在位于叶轮上的叶片之间，并与转子轴表面径向向外伸出的平台上的密封表面相配合，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散。
在本发明的另一个优选实施例中，提供一种基本上可消除汽轮机内由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量所导致的可转动部件周围热量周向分布不均匀而引起转子轴弯曲的方法，所述汽轮机包括可转动部件和位于可转动部件周围的不转动部件，所述可转动部件包括具有转子轴表面的转子轴，密封刷由不转动部件支承，用于沿蒸汽泄漏流动路径与可转动部件密封配合，迷宫密封齿由所述不转动部件支承；所述方法包括通过将可转动部件和密封刷之间的摩擦接触区域沿转子轴表面径向向外隔开的密封表面进行设置，并与转子轴表面和在密封表面与转子轴表面之间的叶轮间隙部分在径向配准，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散，从而防止由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量而引起的周向不均匀热量传递到可转动部件。
〔附图说明〕
图1是汽轮机的局部横截面图，其示出了沿汽轮机轴布置的汽轮机叶片和导流隔板以及组合的密封刷/迷宫密封的位置；
图2是放大的局部横截面图，其示出了组合的密封刷和迷宫密封在相邻叶片之间的叶轮间隙处与一个径向凸起的平台相接触。
〔具体实施方式〕
如图1所示，汽轮机10具有旋转部件11，例如转子或轴12，上述转子或轴设有多个轴向隔开的用于安装叶片16的叶轮14。一系列喷嘴隔板18散置在叶片之间，并与叶片16形成由箭头20表示的蒸汽流动通道。隔板固定在导流隔板的内腹板22上，内腹板22在多级汽轮机叶轮14之间延伸，腹板和隔板共同形成一个不动部件17。转子12是一个连续的细长实心金属件。
如前所述，在沿转子的各个位置设置了密封刷，例如在汽轮机的不动部件和可转动部件之间进行设置以形成密封。根据本发明的一个优选实施例，密封刷在转子12外表面24的径向向外的位置处分别设置在不动部件和可转动部件17和11之间，其布置方式可避免由于密封刷的刷毛顶端与转子之间摩擦接触而使转子周围的热量分布不均。密封刷从蒸汽流动通道20沿图2中箭头19所表示的泄流路径进行密封。密封刷本身可以是普通的结构。例如，如图2所示，密封刷26包括多个最好为金属的刷毛28，刷毛设置在一对绕转子周向延伸的板30和32之间。在优选实施例中，密封刷26位于并保持在环形槽34中，环形槽34沿腹板22的前部也就是泄漏蒸汽流19流动方向的上游部分形成于腹板22上。密封刷的刷毛28绕其可转动轴线相对于转子半径倾斜地延伸，并具有与可转动部件相接触从而与之形成密封的顶端38。
为避免由于刷毛28的顶端38与可转动部件的密封表面之间摩擦接触而引起转子周围的热量分布不均，转子12设有平台40，平台40从转子表面24沿径向向外伸出，并位于各级转子的相邻叶轮14之间。特别是，平台40可包括一个环形且径向延伸的支座42，所述支座42具有一个颈部44和至少一个且最好是一对环形的并沿轴向延伸的凸缘或凸棱46。如图2所示，凸缘或凸棱46沿轴向从缩颈部44伸出而形成悬臂状，并因此而在径向与叶轮14之间的一部分叶轮间隙48对准。在径向与刷毛28的顶端相配合的平台40的外表面特别是上游外环形表面50可用作与刷毛顶端38接触的接触密封表面。因此，刷毛28的顶端38与可转动部件之间的接触表面就在轴向和径向都与转子表面24隔开，而这种摩擦接触会在上述接触表面产生热量。因此，这种摩擦接触所产生的热量首先就沿轴向向平台中部然后再沿平台40的颈部44径向向内扩散。产生的摩擦热就沿该路径扩散。也就是，平台设置得具有足够的面积来扩散该处所产生的热量，并因此而使转子对由密封刷与平台40的密封表面相接触而产生的热效应的任何热响应最小或消除了该热响应。
腹板22还设有一个或多个围绕平台40以一个或多个环形排列的迷宫密封齿60。迷宫齿60沿其径向内边缘呈锥形，并与平台40的表面隔开一个极小的距离，以便于形成迷宫式密封，也就是，为任何流过密封刷的泄漏蒸汽流形成曲折路径。迷宫齿最好设置在流过密封刷的任何泄漏蒸汽流的下游，并因此而成为密封刷的后援密封。由于密封刷和迷宫密封基本上位于相同的直径位置上，因此可基本上消除由密封刷失效而导致的轴向转子推力。
尽管已结合上面被认为是最为实用和优选的实施方式来对本发明已进行了描述，但是，应当理解本发明并不局限于上述公开的实施方式，相反，上述实施方式只是试图覆盖符合本发明宗旨和包含在本发明技术方案所限定的范围内的一切变型和等效结构。

Claims (11)

1.一种汽轮机，其包括：
一个可转动部件和一个位于所述可转动部件周围的不转动部件，所述可转动部件包括具有转子轴表面的转子轴；
一个密封刷，该密封刷由所述不转动部件支承，用于与可转动部件密封配合；
迷宫密封齿，其由所述不转动部件支承；
至少一对叶轮，其轴向相互隔开地设置在所述可转动部件上；
在每个所述叶轮上，所述可转动部件包括多个相互沿周向隔开的叶片；
用于防止由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量而导致不均匀周向热量传递到转子轴表面以便于消除可转动部件的弯曲或使弯曲最小的装置；
所述防止弯曲的装置包括在所述叶轮之间的一个轴向位置处从所述转子轴表面沿径向向外伸出的环形的平台；
所述密封刷和迷宫密封齿设置在位于所述叶轮上的所述叶片之间，并与所述转子轴表面径向向外伸出的所述平台上的密封表面相接触；
所述平台包括一个环形延伸的支座，该支座具有一个颈部和至少一个沿轴向向一个所述叶轮并离开所述颈部延伸的凸缘，所述密封表面位于所述平台凸缘上，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散。
2.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，迷宫密封齿在所述不转动部件和所述平台之间延伸并与所述密封刷轴向隔开。
3.根据权利要求2所述的汽轮机，其特征在于，所述可转动部件和所述不转动部件之间形成蒸汽泄漏流动路径，沿所述泄漏流动路径，所述密封刷位于所述迷宫密封齿的上游。
4.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，所述不转动部件具有导流隔板，该导流隔板具有与所述平台径向向外隔开并与其在径向配准的内腹板，所述密封刷从所述腹板伸出并在所述平台与所述密封表面相接触。
5.根据权利要求4所述的汽轮机，其特征在于，所述迷宫密封齿从所述腹板伸出，所述迷宫密封齿终止于在径向与所述平台隔开的一个齿顶端，所述迷宫密封齿与所述密封刷轴向隔开，所述可转动部件和所述不转动部件之间形成蒸汽泄漏流动路径，沿所述蒸汽泄漏流动路径，所述密封刷位于所述迷宫密封齿的上游。
6.一种汽轮机，其包括：
一个可转动部件和一个位于所述可转动部件周围的不转动部件，所述可转动部件包括具有转子轴表面的转子轴；
一个密封刷，该密封刷由所述不转动部件支承，用于与可转动部件密封配合；
迷宫密封齿，其由所述不转动部件支承；
至少一对叶轮，其轴向相互隔开地设置在所述可转动部件上；
在每个所述叶轮上，所述可转动部件包括多个相互沿周向隔开的叶片；
用于防止由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量而导致不均匀周向热量传递到转子轴表面以便于消除可转动部件的弯曲或使弯曲最小的装置；
所述防止弯曲的装置包括在所述叶轮之间的一个轴向位置处从所述转子轴表面沿径向向外伸出的环形的平台；
所述密封刷和迷宫密封齿设置在位于所述叶轮上的所述叶片之间，并与所述转子轴表面径向向外伸出的所述平台上的密封表面相接触；
所述迷宫密封齿在所述不转动部件和所述平台之间延伸并与所述密封刷轴向隔开，所述平台和所述不转动部件之间形成蒸汽泄漏流动路径，沿所述蒸汽泄漏流动路径，所述密封刷位于所述迷宫密封齿的上游，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散。
7.一种汽轮机，其包括：
一个可转动部件和一个位于所述可转动部件周围的不转动部件，所述可转动部件包括具有转子轴表面的转子轴；
一个密封刷，该密封刷由所述不转动部件支承，用于与可转动部件密封配合；
迷宫密封齿，其由所述不转动部件支承；
至少一对叶轮，其轴向相互隔开地设置在所述可转动部件上；
在每个所述叶轮上，所述可转动部件包括多个相互沿周向隔开的叶片；
用于防止由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量而导致不均匀周向热量传递到转子轴表面以便于消除可转动部件的弯曲或使弯曲最小的装置；
所述防止弯曲的装置包括在所述叶轮之间的一个轴向位置处从所述转子轴表面沿径向向外伸出的环形的平台；
所述密封刷和迷宫密封齿设置在位于所述叶轮上的所述叶片之间，并与所述转子轴表面径向向外伸出的所述平台上的密封表面相接触；
所述平台包括一个绕所述可转动部件环形延伸的支座，该支座具有一个径向延伸的颈部和一对从所述颈部分别沿轴向相反地向所述叶轮延伸的凸缘，所述密封表面位于其中一个所述凸缘上，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散。
8.根据权利要求7所述的汽轮机，其特征在于，其包括在所述不转动部件和所述平台之间延伸并与所述密封刷轴向隔开的迷宫密封齿，所述一个迷宫密封齿从所述不转动部件向所述平台和另一个所述凸缘径向延伸。
9.根据权利要求8所述的汽轮机，其特征在于，所述可转动部件和所述不转动部件之间形成蒸汽泄漏流动路径，沿所述蒸汽泄漏流动路径，所述密封刷位于所述迷宫密封齿的上游。
10.一种基本上可消除汽轮机内由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量所导致的可转动部件周围热量周向分布不均匀而引起转子轴弯曲的方法，所述汽轮机包括可转动部件和位于可转动部件周围的不转动部件，所述可转动部件包括具有转子轴表面的转子轴，密封刷由不转动部件支承，用于沿蒸汽泄漏流动路径与可转动部件密封配合，迷宫密封齿由所述不转动部件支承；所述方法包括：
通过将可转动部件和密封刷之间的摩擦接触区域沿转子轴表面径向向外隔开的密封表面进行设置，并与所述转子轴表面和在所述密封表面与转子轴表面之间的叶轮间隙部分在径向配准，从而防止由于密封刷和可转动部件之间摩擦接触产生的热量而导致周向不均匀热量传递到可转动部件，并且提供一个绕所述转子轴的环形的支座，该支座具有一轴向延伸的凸缘，该凸缘与所述叶轮间隙部分径向对准，并且沿所述凸缘设置所述密封表面，以使摩擦接触所产生的热量首先沿轴向向平台中部扩散，然后再沿平台的颈部径向向内扩散。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括提供一迷宫密封，该迷宫密封位于所述可转动部件和不转动部件之间，并且相对于蒸汽泄漏流动路径在密封刷的下游侧且从转子轴表面沿径向向外。
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