CN100385090C - 连接轴向对准的透平机转子的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
所述在分开的轴线对准的第一和第二透平机轴(52,54)之间的连接包括在一个轴(52,54)的端部的法兰(72,172)和在另一个轴上的转子叶轮(60,162)。穿过所述法兰和转子叶轮且在轴线上对准的孔接纳将所述转子叶轮和法兰相互固定的紧固元件(78),因此所述轴段相互固定。所述紧固元件与在远离所述法兰的所述转子叶轮一侧上的扇形体(82)啮合以利于将所述法兰和转子叶轮相互夹紧。所述扇形体也包括外弧形表面(94),该表面形成密封表面与形成一部分所述透平机隔膜的密封环的迷宫齿(102)径向地相对。
Description
技术领域
本发明涉及连接透平转子轴的相邻端部的装置和方法,并且特别地涉及以减少支承与支承的跨度的方式在轴向对准的蒸汽透平机转子轴之间的连接,增加转子刚性并且能够增加转子的级或减少转子的长度。
背景技术
在透平机中,特别是蒸汽透平机转子机组中,由于受到材料特性限制经常需要在给定的蒸汽通道内将转子轴在轴线上与的另一个转子轴对准地进行连接。该连接要求轴向空间,该空间给支承与支承的长度附加了跨度。在典型的由于对准的转子轴的轴向连接中,所述轴向连接的转子轴端部具有带有对准的螺栓孔的法兰,该螺栓孔使该法兰直接地与另一个栓在一起。因此,应该明白安装法兰的轴的端部要求相当大的附加轴向长度以接纳它们的连接件。这样会增加在支承之间的总的跨度长度并且不希望地减低了转子的刚性。因此发现,最好是以减少支承与支承的跨度的方式将相邻的转子轴与另一个连接起来,从而加强所述转子,并且能够使间隙更紧密且附加透平机的级或减少转子的长度。
在美国专利3916495号中公开了一种汽轮机的平衡的装置和方法,其中的汽轮机包括一转子,其包括两个轴向对准的轴。
发明内容
本发明提供一种透平机,包括:
一转子,其具有中心轴线并且包括分开的第一和第二轴向对准的轴;
在所述轴的轴向相邻端部之间的连接,其包括在一个所述轴上的法兰和在另一个所述轴上的转子叶轮,所述法兰和所述转子叶轮具有周向上分开的相互轴向地对准的孔;及
紧固元件,其穿过所述对准孔被接纳以相互固定所述法兰和所述转子叶轮,因此将所述第一和第二轴向对准的轴相互固定;
隔膜,该隔膜位于远离所述法兰的所述转子叶轮一侧并且带有隔膜密封;
多个靠近所述转子叶轮侧设置并且与所述紧固元件啮合的密封扇形体,所述密封扇形体具有与所述隔膜密封配合的密封表面。
根据本发明的一个优选实施例,提供基本上不增加转子的轴向跨度将透平机转子轴的相邻的轴向对准的端部进行连接的装置和方法。为了完成上述内容,一转子端部包括一个常规的法兰,该法兰具有周向布置的孔,用于接纳固定元件,如螺栓。然而,相对的端部上包括一个相邻的转子叶轮,该叶轮具有周向布置的开口,即孔,从该孔通过与穿过所述相邻轴的法兰的孔对准。因此,所述转子叶轮与所述相邻的转子轴端部的法兰直接地被相互固定,所述紧固元件被穿过所述对准的孔而被接纳。
附加地,多个在远离所述法兰的所述转子叶轮的一侧的扇形体,用于与所述紧固元件连接,以将所述法兰和转子叶轮相互夹紧。所述扇形体也形成与所述径向面对的隔膜的密封。所述扇形体具有一个或多个孔,以接纳将所述轴端部相互连接的所述紧固元件从该孔穿过。所述扇形体还包括径向地面对的弧形密封表面,该表面径向地对着隔膜密封,该隔膜密封位于在所述转子叶轮和在相同轴上的相邻转子叶轮之间的轴向位置上。因此,所述扇形体具有密封表面,其配合所述径向地相对布置的隔膜密封的迷宫齿。作为这样布置的结果,得到的附加的轴向空间用于附加的级,减少了轴向支承与支承的跨度并且增强刚性,使透平机的性能有明显的加强。
在根据本发明优选的实施例中,提供一个透平机,该透平机包括具有一个中心轴线的转子并且包括分开的第一和第二轴向对准的轴,在所述轴的轴向相邻端部之间的连接包括在一个轴上的法兰和在另一个轴上的转子叶轮,所述法兰和所述转子叶轮具有周向分开的相互轴向地对准的孔和被接纳在所述对准的孔内将所述法兰和所述转子叶轮相互固定的紧固元件,因此将所述第一和第二轴向对准的轴相互固定。
在根据本发明优选的进一步实施例中,提供一个具有一个流动通路的透平机,该透平机包括一个具有一中心轴线的转子并且包括分开的第一和第二轴向对准的轴,所述第一轴具有一端部法兰,该法兰包括多个穿过所述法兰在周向上分开的孔,所述第二轴包括一转子叶轮,该转子叶轮具有多个与所述法兰的孔对准的周向分开的孔,螺母与所述孔对准并且位于远离所述法兰的所述叶轮的一侧并且螺旋拧入的紧固元件穿过所述对准孔而延伸并且与所述螺母螺旋地啮合以相互连接所述法兰和转子叶轮。
在根据本发明优选的进一步实施例中,提供一个相互连接透平机转子的轴向对准的轴的方法,包括穿过在一个所述轴的一端部法兰上和另一个所述轴的转子叶轮上的对准的孔延伸紧固元件并且固定所述紧固元件到所述法兰和所述转子叶轮上以相互将所述轴固定的步骤。
附图说明
图1为表示根据已有技术将一个分开的透平机的轴与另一个连接的透平机的一部分的局部剖面图;
图2为根据本发明一个优选实施例表示对相邻的透平机分开的轴之间进行连接的局部剖面图;
图3表示本发明另一个实施例的与图2类似的视图;
图4为形成在相邻转子轴之间连接的部件的扇形体的斜视图。
具体实施方式
现在参考附图,特别是图1,其中表示一个透平机,通常表示为10,且包括一个通过轴向对准并分别连接分开的转子轴14和16而形成的转子12。转子轴14形成一部分上游透平机段并且包括多个形成透平机10的多级并布置在一个热气体通路22内的叶片18和喷嘴20。所述叶片18被安装在转子叶轮24上,而喷嘴20从一个给定的壳体26上径向地向内延伸。同样地,转子轴16包括多个在透平机下游段的叶片28和喷嘴30,所述喷嘴30被安装在所述静止的壳体32上。叶片28被布置在所述透平机叶轮34上。
与常规的相同,所述两个透平转子轴14和16通过将一对法兰36和38相互在它们的接合处夹紧而被相互在轴向对准地连接在一起。所述法兰36和38的每个具有用于接纳紧固元件42、如双端螺栓或螺栓的相互对准的孔40。所示的双端螺栓在相对的螺纹端具有螺母44并且应该明白可以使用一端带有螺纹和在相反端有一螺栓头的螺栓。如所表示的,所述两个法兰轴向地相互连接要求相当大的相互的透平机段的轴向空间,导致低效率和性能的下降。特别地,所述转子的支承到支承的跨度增加,因此使所述转子更柔软并且限制了透平机的级。
根据如图2和3所示的本发明,其中以减少支承到支承跨度,增加转子的刚性并且能够附加转子级或降低转子的长度的方式,提供用于将相邻的转子轴的端部相互连接的独特的装置和方法。为了完成如上所述并且参考与图1类似的图2,其中表示一个转子50分别包括上游和下游透平段51和53,它们分别具有轴向相互连接的转子轴52和54。轴52和54将叶片56和58分别装配在转子叶轮60和62上。透平段51包括被固定在静止壳体66上的喷嘴64,而透平段53将喷嘴68装配到静止部分70上。在图2所示的实施例中,所述转子轴54的上游端部上设置一个常规法兰72,用于与转子轴52的相对的端部连接。所述法兰72上沿周向分开设置的轴向延伸的开口74。
与图1所示已有技术相反,转子轴52不包括相邻的法兰。而是所述转子轴52的端部以一个该透平段的最后级的叶轮60为终点。叶轮60包括多个周向分开的轴向延伸的孔76,该孔76与穿过轴54的法兰的孔74对准。为了将轴52和54相互固定,紧固元件78穿过所述对准的孔74和76。每个紧固元件78可以包括一螺栓或双端螺栓,以至少一端部80具有螺纹用于与在螺母上或扇形体82上的内螺纹螺旋啮合,所述扇形体被设置在相邻所述透平轴52端部的所述最后级的叶轮60和所述透平段52的下一个上游叶轮84之间。应该明白所述螺母或扇形体82在周向相互分开,位于在相邻透平段52的叶轮60和84之间,并且当所述紧固元件78的一端被螺旋地接纳时,有利于将所述法兰72和所述叶轮60相互夹住。所述紧固元件的相反的一端可以包括一个螺母86或一螺栓头。结果,以这样的布置,通过穿过在一个轴上的法兰和相邻轴上的转子叶轮的紧固元件的啮合而将所述轴52和54相互连接在一起。
参考图4,每个扇形体82,除了一个带有内螺纹92的插孔90外,具有一径向外侧的密封表面94和一个从所述中心轴90轴向伸出的法兰96。应该明白当所述扇形体82被安装到所述叶轮60上时,所述扇形体在周向地相互对准。所述扇形体82的所述密封表面94形成绕所述转子轴52延伸360度的圆形密封表面95。所述密封表面94放置在径向上相对于由所述静止部分的所述隔膜100支持的密封环扇形体98。所述密封环扇形体98装配提供级间密封的迷宫密封齿102(图4)。结果,所述扇形体82有利于所述相邻的轴52和54的相互夹紧,以及在相邻的叶轮之间承担部分的级间密封。而且,在所述扇形体82上的轴向延伸的法兰96覆盖在下一个相邻上游叶轮84上形成的肩部或边缘部106。所述法兰96和所述肩部106相互配合连同所述紧固元件78以防止所述扇形体82绕所述紧固元件78的轴转动。所述肩部106优选地,但不是必需地为绕所述透平转子的轴的圆。因此,所述法兰96和肩部106配合表面为每个扇形体82设置一防转动构造。
在图2的实施例中,所述扇形体被置于所述上游端51和轴52上。在图3的实施例中,所述扇形体被置于下游段的轴上。在图3中,在图3实施例中以相同的附图标记增加“100”用于表示与在前一实施例中相同的部件,所述上游透平段151和轴152配装一常规径向延伸的法兰172,该法兰172具有周向相互分开的孔174。所述下游透平段153和轴154配装一带有在周向相互分开并且与法兰172的孔174对准的孔120的第一级叶轮162。从而,为将所述轴152和154相互固定,所述紧固元件178穿过所述对准的孔174和120。每个紧固元件178的螺纹端被螺旋进入在扇形体82的内螺纹插孔90,所述叶轮162和所述法兰172相互夹紧并且因此将所述轴段152和154相互夹紧。所述紧固元件178的相反端可以如在前面的实施例一样,包括一螺栓头或一螺母186。以这样的形式,所述扇形体82在轴向上的结构被反转使所述法兰196在下游方向上绕所述透平段210的下一级转子叶轮208覆盖在所述边缘206上。因此,图3中的布置与图中的相反。也要注意扇形体82的表面94在径向相对于所述下游透平段153的隔膜上的密封环扇形体198设置,因此所述密封环扇形体和扇形体82形成级间密封。
当接合目前认为是最可行和优选的实施例对本发明进行描述时,应该明白本发明不限于这些公开的实施例,而是相反,试图涵盖包括在后附的权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同物的布置。
Claims (13)
1.一透平机,包括:
一转子,其具有中心轴线并且包括分开的第一和第二轴向对准的轴;
其特征在于,该透平机还包括:
在所述轴的轴向相邻端部之间的连接,其包括在一个所述轴上的法兰和在另一个所述轴上的转子叶轮,所述法兰和所述转子叶轮具有周向上分开的相互轴向地对准的孔;及
紧固元件,其穿过所述对准孔被接纳以相互固定所述法兰和所述转子叶轮,因此将所述第一和第二轴向对准的轴相互固定;
隔膜,该隔膜位于远离所述法兰的所述转子叶轮一侧并且带有隔膜密封;
多个靠近所述转子叶轮侧设置并且与所述紧固元件啮合的密封扇形体,所述密封扇形体具有与所述隔膜密封配合的密封表面。
2.如权利要求1所述的透平机,其中所述转子叶轮带有延伸进入沿所述透平机的流动通道的叶片,所述紧固元件包括双端螺栓,该螺栓的一端有用于与所述密封扇形体螺纹啮合的螺纹以将所述法兰和所述转子叶轮相互夹紧,因此将所述第一和第二轴相互固定。
3.如权利要求1所述的透平机,其中所述转子叶轮带有多个延伸进入沿所述透平机的流动通道的叶片,所述密封扇形体和所述隔膜被布置在所述转子叶轮的下游。
4.如权利要求1所述的透平机,其中所述转子叶轮带有多个延伸进入沿所述透平机的流动通道的叶片,所述密封扇形体和所述隔膜被布置在所述转子叶轮的上游。
5.如权利要求1所述的透平机,其中所述密封扇形体绕所述转子的轴周向彼此间隔布置,所述密封表面为绕所述转子的轴的弧形,该隔膜具有多个迷宫齿,以便与所述扇形体的密封表面形成密封。
6.如权利要求1所述的透平机,其中包括在所述另一轴上的第二轮,其具有弧形边缘部,所述密封扇形体具有弧形法兰,该弧形法兰覆盖所述边缘部,所述紧固元件与所述密封扇形体沿所述边缘部和所述密封扇形体的弧形法兰的径向向内啮合,从而所述弧形法兰和所述边缘部配合而防止所述密封扇形体绕所述紧固元件转动。
7.如权利要求1所述的透平机,其中所述密封扇形体和所述另一轴具有配合部分,从而防止所述密封扇形体绕所述紧固元件转动。
8.一透平机,具有流动通道,该透平机包括:
一转子,其具有中心轴线并且包括第一和第二轴向对准的轴;
其特征在于,该透平机还包括:
所述第一轴具有的端部法兰,该法兰包括多个周向分开的贯通该法兰的孔;所述第二轴包括的一转子叶轮,该转子叶轮包括多个周向分开的并与所述法兰的所述孔对准的孔;
螺母,与所述孔对准并且位于远离所述法兰的所述转子叶轮一侧;及
螺旋拧入的紧固元件,其延伸穿过所述对准孔并且与所述螺母以螺纹方式啮合,以将所述法兰和所述转子叶轮相互连接在一起;
由透平机带有的位于所述第二轴的转子叶轮的轴向下游的隔膜,该隔膜带有隔膜密封,所述螺母带有密封表面,以用于与所述隔膜密封进行密封配合。
9.一透平机,具有流动通道,该透平机包括:
一转子,其具有中心轴线并且包括第一和第二轴向对准的轴;
其特征在于,该透平机还包括:
所述第一轴具有的端部法兰,该法兰包括多个周向分开的贯通该法兰的孔,所述第二轴包括的一转子叶轮,该转子叶轮包括多个周向分开的并与所述法兰的所述孔对准的孔;
螺母,与所述孔对准并且位于远离所述法兰的所述转子叶轮一侧;及
螺旋拧入的紧固元件,其延伸穿过所述对准孔并且与所述螺母以螺纹方式啮合,以将所述法兰和所述转子叶轮相互连接在一起;
其中每个所述螺母包括轴向延伸法兰以覆盖在与所述第二轴的转子叶轮轴向相邻的下游的叶轮的肩部。
10.一透平机,具有流动通道,该透平机包括:
一转子,其具有中心轴线并且包括第一和第二轴向对准的轴;
其特征在于,该透平机还包括:
所述第一轴具有的端部法兰,该法兰包括多个周向分开的贯通该法兰的孔,所述第二轴包括的一转子叶轮,该转子叶轮包括多个周向分开的并与所述法兰的所述孔对准的孔;
螺母,与所述孔对准并且位于远离所述法兰的所述转子叶轮一侧;及
螺旋拧入的紧固元件,其延伸穿过所述对准孔并且与所述螺母以螺纹方式啮合,以将所述法兰和所述转子叶轮相互连接在一起;
由透平机带有的位于所述第二轴的转子叶轮的轴向上游的隔膜,该隔膜带有隔膜密封,所述螺母带有密封表面,以用于与所述隔膜密封进行密封配合。
11.如权利要求10所述的透平机,其中每个所述螺母包括轴向延伸法兰以覆盖在与所述第二轴的转子叶轮轴向相邻的上游的叶轮的肩部。
12.将透平机转子的轴向对准的轴相互连接的方法,包括以下步骤:
将紧固元件延伸穿过在一个所述轴的端部法兰上和另一个所述轴的转子叶轮上的轴向对准的孔;及
将所述紧固元件固定到所述法兰和所述转子叶轮上以将所述轴相互固定;
将所述紧固元件和在远离所述法兰的所述转子叶轮一侧的密封扇形体相互固定而使所述密封扇形体在径向与透平机隔膜对准;并且
在所述密封扇形体和所述隔膜上提供共同作用的密封表面以用于它们之间的密封。
13.如权利要求12所述的方法,其中所述密封扇形体绕所述转子的轴线周向地相互被隔开并且包括防止所述密封扇形体绕所述紧固元件转动。
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