CN100396884C - 用于汽轮机隔板级间填料密封的端面间隙密封和改进方法 - Google Patents

Abstract

在汽轮机隔板装置(20)的内部吊钩(24)上的槽(36)内设置的相邻弧形填料密封段(34)的周向对齐的槽(52，58)中设置齿槽密封件(56，60)。该齿槽密封件在该密封段的端面(50)之间的间隙(48)内延伸以排除经过该端面的蒸汽的泄漏或使其最小化。齿槽密封件(56，60)的方向可以是轴向或周向的以使径向方向上的蒸汽泄漏最小化，并/或可以是向下游径向倾斜的以密封轴向方向上的蒸汽泄漏。设置在槽内的齿槽密封件可以作为原有设备制造中的一部分或通过在密封段内加工齿槽密封件作为改进设备来提供。

Description

用于汽轮机隔板级间填料密封的端面间隙密封和改进方法

发明背景

本发明涉及用于汽轮机的隔板装置级间填料密封，尤其，涉及安装在隔板装置的内部吊钩上的并具有用于密封介于周向相邻端面之间的间隙的齿槽密封件的分段填料密封件。

汽轮机具有多个级。每一级具有多个沿周向间隔开的围绕汽轮机转子的叶片和多个构成隔板装置一部分的固定到汽轮机固定壳体上的喷嘴。喷嘴和叶片是彼此轴向间隔开的并设置在蒸汽流动通道内。隔板装置具有内部吊钩，内部吊钩具有形成为环状槽的燕尾槽，用于容纳级间填料密封。填料密封安装在环状槽内并带有轴向隔开的迷宫式密封齿，用于密封与转子间的间隙。填料密封做成安置在隔板装置的燕尾槽内的弧形段。

汽轮机设计的关键在于消除汽轮机流动通道内和二次泄漏回路内的任何泄漏或使其最小化。由于填料密封段相对于转子在径向上是可移动的，所以密封段的端面之间就要产生间隙，它们限定了蒸汽泄漏通道。这些端面间隙会足够大以在隔板喷嘴的相对侧上的高低压区域之间产生泄漏，这会使汽轮机的效率明显下降并给应用汽轮机的发电站带来损失。相邻密封段之间的间隙是由密封段的径向移动、加工误差以及汽轮机运行过程中高温条件下的热变形造成的。因此需要汽轮机填料密封段间的端面间隙的密封能够防止通过端面间隙的蒸汽泄漏或使泄漏最少。

发明简述

本发明的一最佳实施例提供了一种汽轮机隔板装置，该隔板装置具有安装有多个弧形级间填料密封段的内部吊钩，每一个级间填料密封段具有用于密封与汽轮机转子间的间隙的迷宫式密封齿。为了防止经过隔板装置分流蒸汽流而产生蒸汽泄漏或使其泄漏最少，横跨相邻密封段的相邻端面之间设置一个或多个齿槽密封件。齿槽密封件中的一个大体沿轴向和周向方向延伸以密封进入对齐端面之间和级间填料密封段的相对侧的高低压区域之间的间隙的大体径向的蒸汽流。第二齿槽密封件设置于大体沿径向向外倾斜的下游方向和周向方向的端面之间以防止大体轴向经过相邻密封段之间的端面间隙的蒸汽泄漏。可以想到是填料密封段能够密封填料密封件的下游端上的内部吊钩轴向表面上的轴向载荷表面。第二齿槽密封件基本上从靠近密封段的高压侧转子的迷宫式密封齿至介于密封端和隔板装置的载荷表面之间的相邻轴向密封表面延伸，且第一齿槽密封件密封了端面之间的径向蒸汽流，这样就有效地防止了蒸汽流的轴向泄漏或使其最小化。

本发明的一最佳实施例中提供了一种汽轮机，它具有一转子，该转子带有多个周向间隔开的叶片并构成汽轮机的级的一部分，还具有一围绕转子的隔板装置，该隔板装置具有多个喷嘴和内部吊钩并构成汽轮机的级的另一部分，内部吊钩具有多个围绕隔板装置的周向延伸的填料密封段，用于实现转子与隔板装置之间的密封，每一上述密封段的端面分别与周向相邻密封段的相对端面周向对齐，上述端面具有朝周向开口并与另一个大体周向对齐的狭槽，一齿槽密封件在周向相邻环形填料密封段的相对端面的每一个间延伸并位于所述狭槽中，用于消除通过对齐的端面的蒸汽泄漏或使其最小化。

在本发明的又一个最佳实施例中，提供了一种汽轮机，它具有一转子，该转子带有多个周向间隔开的叶片并构成汽轮机的级的一部分，还具有一围绕转子的隔板装置，该隔板装置具有多个喷嘴和内部吊钩并构成汽轮机的级的另一部分，内部吊钩形成有一周向延伸的燕尾槽，在槽内带有多个围绕隔板装置的周向延伸的填料密封段，密封段带有迷宫式密封齿，用于绕转子的密封，并在所述槽内可以在大体径向方向上移动，每一上述密封段的端面分别与周向相邻密封段的相对端面周向对齐，上述端面具有朝周向开口并与另一个大体周向对齐的狭槽，一齿槽密封件在周向相邻密封段的相对端面的每一个间延伸并位于所述狭槽中，用于消除通过对齐的端面的蒸汽泄漏或使其最小化。

在本发明的再一个实施例中，涉及一种汽轮机，该汽轮机具有转子、围绕转子的隔板装置和多个周向延伸的填料密封段，该填料密封段位于围绕隔板装置的周向延伸槽中，用于实现转子和隔板装置之间的密封，其中提供了一种改进填料密封段以在相邻填料密封段的相对端面之间提供密封的方法，包括以下步骤：从汽轮机上取下填料密封段，在取下的填料密封段的每一端面上加工至少一个狭槽，在填料密封段的相对端面的狭槽内设置一齿槽密封件并将填料密封段插入隔板装置的槽中，由此齿槽密封件在相邻的密封段之间延伸，用于防止相邻密封段之间的蒸汽泄漏或使其最小化。

附图简述

图1示意性地示出了具有高压级和中压级的蒸汽轮机；

图2是一转子和隔板装置的局部放大的剖视图，示出了本发明最佳实施例的填料密封段的端面内的齿槽(spline)密封件；

图3是沿图2中的线3-3做出的局部剖视图，示出了相邻密封段之间的端部间隙和该间隙中的齿槽密封件；

图4是一齿槽密封件的平面视图；

图5是另一种形式的齿槽密封件的局部剖视图；

图6是再一种形式的齿槽密封件的示意图；

图7是一齿槽密封件的放大的剖视图，示出了覆盖它的金属编织物。

发明详述

参见附图，尤其是图1，其中示出了总体以10表示的汽轮机，此例中该汽轮机具有安装在一根转子16上的一高压汽轮机级12和中压汽轮机级14，它们均置于一外壳18中。可以想到是转子16由高压和中压汽轮机级12和14驱动转动，而壳体18保持静止不动。本发明不仅适用于高压和中压汽轮机，还适用于一般汽轮机装置的低压汽轮机，图1中示出的高压级和中压级不应该理解为本发明就局限于这些特殊的汽轮机级。

如图2所示，其中示出了汽轮机中的两级。每一级包括一隔板装置20，该隔板装置20包括喷嘴22和内部吊钩24。喷嘴22轴向位于叶片26的前面，叶片26安装在构成转子16的一部分的叶轮28上。叶片26的尖端由迷宫式密封30密封，而迷宫式密封30安装在隔板装置20内。方向箭头32指示了蒸汽的流动方向，其中蒸汽流过喷嘴22和叶片26，使转子16绕转子轴33转动。虽然图中仅示出了汽轮机中的两级，但可以想到是每一组轴向相邻的叶片和喷嘴构成了一个汽轮机级，提供了其它的汽轮机级。

提供级间密封或填料密封，用于密封隔板装置20的内部吊钩24与转子16之间的间隙。填料密封具有多个弧形的密封段34，它们置于内部吊钩的大体为燕尾槽式的槽36内。密封段34具有多个径向向内的伸出的迷宫式密封齿38，用于密封与转子16之间的间隙。燕尾槽36具有轴向延伸的法兰40和42，它们横跨在密封段的颈部的两端。密封段34从颈部沿径向向外具有法兰44和46，它们与法兰40和42相配合，保证密封段安装在隔板装置的内部吊钩内。如图2所示，可以理解的是密封段大体在径向方向上可以移动以容纳转子的高压和低压部分的热变形。

由于密封段34在径向方向上移动且还由于机械误差和汽轮机运行过程中的热变形，相邻的密封段34的端面50之间产生间隙48(图3所示)，该间隙48使得蒸汽在密封段34的相对侧在高低压区域之间产生泄漏。可以想到任何这样的蒸汽泄漏都会分流通过汽轮机的蒸汽流，而使这部分蒸汽流不能在汽轮机内做功。为了避免通过相邻密封段34的端面50之间的蒸汽的泄漏，在相邻端面50之间设置齿槽密封件。具体地，在每一端面内与相对端面对齐设置狭槽以接受齿槽密封件。例如，如图3所示，狭槽52设置在相邻密封段的每一端面内，且狭槽52的开口沿周向向外与相邻密封段端面的类似狭槽相对齐。狭槽52基本在密封段34和相邻迷宫式密封齿38的整个宽度上沿轴向和周向方向延伸。设置在轴向和周向延伸狭槽52内的齿槽密封件56防止沿径向向外方向的蒸汽泄漏。

在每一端面50内还设置另外的狭槽58。该第二狭槽58大体在径向向外倾斜向下游方向上延伸并与相邻密封段端面上设置的一类似狭槽相对齐。齿槽密封件60设置在倾斜对齐的狭槽58内并从靠近轴向延伸的齿槽密封件56和迷宫式密封齿38的密封段前边缘的一相邻位置处延伸至一靠近轴向载荷和密封段与内部吊钩之间的密封表面的位置处。每一倾斜的齿槽密封件60因此排除了通过端面间隙48的密封段34的相对侧的高低压区域之间的蒸汽的轴向泄漏或使其最小化。可以想到密封段颈部和内部吊钩法兰42构成了密封下游侧的轴向载荷表面。因此，倾斜齿槽密封件60从密封段34的低压侧延伸至一靠近介于密封段34和内部吊钩法兰42之间的轴向载荷密封表面的位置处，这使得端面之间的间隙范围最小。

可以想到可以在内部吊钩34的燕尾槽36内沿周向设置任意数量的级间填料密封段34。例如，可以在隔板装置的上半内设置三个或更多的密封段，同样数量的密封段设置在隔板装置的下半内。因此，在这样的装置中，在周向相邻密封段之间产生六个端面间隙。

如图3和4所示，可以想到是第一和第二齿槽密封件56和60中的每一个可具有一个平的金属板，如图4所示。该板大体为直线形。该板的厚度最好小于狭槽的深度以容纳相邻密封段的相对运动。另外，可以理解本发明的最佳实施例的密封段的端面间隙密封可以作为原有设备制造中的一部分或通过改进现有机械设备来提供。例如，为了更新改进齿槽密封件56和60，拆卸现有的蒸汽轮机，取下上半壳体，也将密封段取下，即通过从隔板装置的燕尾槽36沿周向滚动它们而将密封段取下。而后可以在密封段的端面内加工狭槽即狭槽52和58以容纳齿槽密封件。如此制成凹槽后，可以将密封段滚动回入隔板装置内部吊钩的燕尾槽内，而使齿槽密封件插入相邻端面之间的凹槽内。另外，当然也可以使用既有的有凹槽的新的填料密封段，而不用在改进的填料密封段上再加工凹槽。

如图5所示，其中示出的另一种形式的齿槽密封件是在沿周向的密封段的相对端面内的一狭槽或凹槽。齿槽密封件70具有一密封体72，该密封体72沿其相对端具有加大部分74，用于布置在凹槽的底部附近。因此密封体72的中心部分76与凹槽的宽度相比，其厚度尺寸减小，也就是凹槽52和加大的端部有利于密封段在径向方向上的相对移动，而不会损坏齿槽密封件70。齿槽密封件70可以是共同拥有的美国专利5624227中公开的那种类型，本文引用该文件作为参考。

如图6所示，其中示出了另一种形式的齿槽密封件。图6中的齿槽密封件80可以是由金属板材料制成的，具有一密封体82，其相对的端部在84相对卷曲或弯曲以形成沿齿槽密封件80的相对端的加大部分86。相对卷曲部分的边缘88面向密封体82的中心部分。加大部分86，与图4的齿槽密封件的加大部分一样，靠近槽的底部设置且有利于密封段的径向方向上的相对移动。在上述的专利中也公开了这种类型的齿槽密封件。

图7中示出了一种具有一由金属制成的中心芯部92且具有一织物覆盖层的齿槽密封件90。该织物覆盖层可以是由金属、陶瓷和/或聚合纤维编织而成的织物层。该覆盖织物可以是共同拥有的美国专利5934687中公开的那种类型，本文中引用该文件作为参考。

虽然以上结合目前认为是最具实用性且最佳的实施例对本发明进行了描述，但可以想到是本发明并不局限于以上公开的实施例，相反，在所附的权利要求的精神和范围内包含了本发明的各种替换的和等同的结构。

Claims (10)

1.一种汽轮机，包括：

一转子(16)，该转子带有多个周向间隔开的叶片(26)并构成汽轮机级的一部分；

一包围该转子的隔板装置(20)，该隔板装置具有多个喷嘴(22)和内部吊钩(24)并构成汽轮机级的另一部分；

所述内部吊钩带有多个围绕隔板装置的周向延伸的填料密封段(34)，用于实现转子与隔板装置之间的密封；

每一上述密封段的端面分别与周向相邻密封段的相对端面(50)周向对齐，所述端面具有朝周向开口并彼此大体周向对齐的狭槽(52，58)；和

一齿槽密封件(56，60，70，80，90)，在周向相邻环形填料密封段的各相对端面间延伸并位于所述狭槽中，用于防止通过所述对齐的端面的蒸汽泄漏或使其泄漏最少，该齿槽密封件的厚度少于该狭槽的深度，以允许该相邻环形填料密封段的移动。

2.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于每一所述齿槽密封件(56，70，80，90)大体在轴向和周向方向上延伸，用于防止沿大致径向方向的蒸汽流泄漏。

3.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于所述齿槽密封件(60，70，80，90)沿大致径向向外倾斜的下游方向延伸，用于沿大致轴向方向密封蒸汽流防止其泄漏。

4.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于每一所述密封段(34)具有多个轴向间隔的迷宫式密封齿，用于转子的密封。

5.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于所述齿槽密封件(56，60，70，80，90)包括第一齿槽密封件(56，70，80，90)和第二齿槽密封件(60)，所述第一齿槽密封件(56，70，80，90)沿大致轴向和周向方向延伸，用于沿大致径向方向密封蒸汽流防止其泄漏，所述第二齿槽密封件(60)在周向相邻密封段的相对端面(50)间延伸，并沿大致径向向外倾斜的下游方向延伸，用于沿大致轴向方向密封蒸汽流防止其泄漏。

6.一种蒸汽轮机，包括：

一转子(16)，该转子带有多个周向间隔开的叶片(26)并构成汽轮机级的一部分；

一围绕转子的隔板装置(20)，该隔板装置具有多个喷嘴(22)和内部吊钩(24)并构成汽轮机级的另一部分；

所述内部吊钩具有一周向延伸的燕尾槽(36)，在所述槽内有多个围绕隔板装置周向延伸的填料密封段(34)，所述密封段具有迷宫式密封齿(38)，用于实现围绕所述转子的密封，并在所述槽内沿大致径向方向上是可移动的；

每一所述密封段的端面(50)分别与周向相邻密封段的相对端面周向对齐，所述端面具有朝周向开口并彼此大体周向对齐的狭槽(52，58)；和

一齿槽密封件(56，60，70，80，90)，在周向相邻环形填料密封段的各相对端面间延伸并位于所述狭槽中，用于防止通过对齐的端面的蒸汽泄漏或使其泄漏最少，该齿槽密封件的厚度小于该狭槽的深度，以允许该相邻环形填料密封段的移动。

7.如权利要求6所述的汽轮机，其特征在于每一所述齿槽密封件(56，70，80，90)大体沿轴向和圆周方向延伸，用于沿大体径向方向密封蒸汽流防止其泄漏。

8.如权利要求6所述的汽轮机，其特征在于每一所述齿槽密封件(60，70，80，90)沿大体径向向外倾斜的下游方向和圆周方向延伸，用于沿大体轴向方向密封蒸汽流防止其泄漏。

9.一种在具有转子(16)、包围该转子的隔板装置(20)和多个周向延伸的填料密封段(34)的汽轮机中用于改进填料密封段以在相邻填料密封段的相对端面之间提供密封的方法，该填料密封段位于围绕所述隔板装置沿周向延伸的槽(36)中用于实现转子和隔板装置之间的密封，该方法包括以下步骤：

从汽轮机上取下填料密封段(34)；

在取下的填料密封段的每一端面(50)上加工至少一个狭槽(52，58)；

在填料密封段的相对端面的狭槽内设置一齿槽密封件(56，60)，该齿槽密封件的厚度小于该狭槽的深度，以允许该相邻环形填料密封段的移动；和

将填料密封段插入隔板装置的槽(36)中，由此该齿槽密封件在相邻的密封段之间延伸，用于防止相邻密封段之间的蒸汽泄漏或使其泄漏最少。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括在所取下的填料密封段的每一端面内加工两个狭槽(52，58)，在相对端面的每一狭槽中设置一齿槽密封件(56，60)，由此该两个齿槽密封件在汽轮机的密封段装置中相邻的密封段之间延伸。

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