CN101220757A - 汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动翼前端的密封构造，即使在密封条和可磨层接触而受到损伤的情况下，也能提高维护性且通过防止可磨层被切削必要以上来进一步减少泄漏流体的量，由此使汽轮机的效率进一步提高。本发明的汽轮机包括：壳体(1)；可旋转地设置在壳体内的转子(2)；与转子大致同轴配置且与壳体结合的喷嘴隔板(3)；在与喷嘴隔板邻接的位置上、在转子的外周沿圆周方向设置的多个动翼(4)；在动翼的前端部配置成圆周状且向半径方向外侧突出的至少1条密封条(4d)；可磨构造体(5)，与喷嘴隔板刚性连接，在半径方向上与上述密封条相对，并且在该相对面上具有由可磨材料构成的可磨部分(5a)。

Description

汽轮机

技术领域

本发明涉及一种汽轮机，尤其是关于其动翼前端部的防止工作流体泄漏的构造。

背景技术

一般的汽轮机如图9所示。汽轮机100具有可旋转地设置在壳体1内的转子2，该转子2通过作为工作流体的蒸汽进行旋转。在壳体1上固定有喷嘴隔板3，其与壳体1同样地形成静止部。喷嘴隔板3为，在环状的喷嘴隔板外环3a和喷嘴隔板内环3b之间形成的蒸汽通路上，将多个喷嘴翼3c配置在圆周方向上而形成，该喷嘴隔板外环3a被固定在壳体1上而与转子2大致同轴地配置。

在转子2的外周部的沿轴向与喷嘴隔板3邻接的位置上，分别隔开间隔地在圆周方向上配置多个动翼4，其与转子2一起构成旋转部。动翼4具有嵌入部4a、动翼有效部4b以及翼前端部4c，嵌入部4a分别与转子2的外周部结合地嵌入设置。动翼有效部4b被配置在蒸汽通路部，在从喷嘴翼3c流出的蒸汽通过动翼有效部4b的周围时做功而产生转矩。翼前端部4c是在各动翼4的外周部分设置的构造部件，通过与邻接的动翼4的翼前端部4c在圆周方向上接触由此作为整体形成环状部件，起到固定翼有效部4b的前端部分的作用等。另外，喷嘴隔板外环3a延长设置到动翼4的翼前端部4c的位置，并与翼前端部4c在半径方向上相对。

在汽轮机100中，1对的喷嘴隔板3和动翼4形成1个涡轮级，供给到汽轮机100的蒸汽被导入喷嘴隔板3的喷嘴翼3c之间而改变其流动方向，然后被导入动翼4的翼有效部4b之间而使动翼4和转子2产生转矩。另外，在图9所示的汽轮机100中，显示2级的由喷嘴隔板3和动翼4构成的涡轮级，该2级的喷嘴隔板3通过螺栓9紧固地配置。

在这种汽轮机100中，在转子2和动翼4等旋转部与壳体1和喷嘴隔板3等静止部之间产生泄漏流动。该泄漏流量越多，汽轮机100的效率以及输出越低。由此，需要尽可能地使旋转部与静止部之间的间隙变窄。由于这种理由，已知有一种构造，在动翼4的动翼前端部4c的外周部上设置有被配置成圆周状并向半径方向外侧突出的密封条4d，并使与密封条4d前端相对的喷嘴隔板外环3a与密封条4d之间的间隙尽可能小，由此防止泄漏流动。而且，还进行如下的尝试：在与密封条相对的喷嘴隔板3的表面上，设置由作为易切削加工性材料的可磨材料构成的涂层(可磨层3d)等，由此，通过由密封条4d切削可磨层3d，由此进一步使间隔变窄而抑制泄漏流量。

由于汽轮机在起动时等的过渡运转时转子和壳体由于热而发生变形，因此，仅考虑额定运转时不可能将旋转部与静止部的间隙设定成最小间隙。并且，在运转时在旋转部与静止部之间发生接触的情况下，存在密封条由于该接触而受到损伤的情况。还存在受到显著损伤的情况，需要预先成为可进行密封构造的修复的构造。

作为这种通过密封条和可磨层使泄漏流量减少的密封构造，例如已知日本公开专利公报、特开2003-65076(图1)(专利文献1)中记载的构造。在该现有技术中，在与设置在动翼前端部的密封条相对的喷嘴隔板外环的内周侧，经由弹簧安装有具有可磨层的多个弓形密封支持体段(segment)。通过成为这种构造，在起动停止等涡轮的过渡状态期间，能够使具有可磨层的密封支持体段向半径方向外侧移动。

专利文献1：日本特开2003-65076(图1)

但是，在上述现有技术的密封条和可磨层的密封构造中，具有可磨层的密封支持体段经由弹簧与喷嘴隔板结合，并被设置成可沿半径方向移动。由此，在密封翅片与可磨层接触的情况下，尤其在起动停止时等的涡轮的过渡状态下，密封支持体段显示出在半径方向上松动等不稳定的动作，由此有可能发生密封翅片和可磨层较深地接触的状态。这样，存在的问题为，当密封条和可磨层较深地接触时，不仅在稳定运转时在该部分的间隙变大、泄漏蒸汽量增加，还由于接触方式的不同而损伤密封条或可磨层。

并且，在该现有技术的密封构造中，还存在以下缺点：由于经由弹簧使密封支持体段可在半径方向上移动地与喷嘴隔板外环结合，因此为了充分确保喷嘴隔板外环的构造强度，喷嘴隔板外环变大。

为了不发生这种问题，可以考虑不是经由弹簧而使密封支持体段与喷嘴隔板外环结合的构造，而是如图9所示，通过在与密封条4d相对的喷嘴隔板外环3a的表面上直接涂覆可磨层等来设置。由于通过成为这种构造，可磨层3d的部分不在半径方向上进行移动，所以由密封条4d切削的部分能被限制到最小限度，由此能够将泄漏流量抑制为较少。但是，在图9所示的结构的情况下，由于具有可磨层的各级的喷嘴隔板外环3a通过螺栓9紧固在内周面上而形成为一体，所以产生的其他问题为，在由于某级的密封条4d与可磨层3d接触而受到损伤的情况下，要将该级的喷嘴隔板3整体拆下进行可磨层3d的修理，密封构造的修复变得困难。

发明内容

本发明是为了解决这种课题而进行的，其目的在于，提供一种动翼前端的密封构造，即使在密封条与可磨层接触而受到损伤的情况下，也使其维护性较高，且通过防止可磨层被切削需要以上，由此进一步减少泄漏流体的量；并通过该密封构造进一步提高汽轮机的效率。

为了解决上述课题，本发明的汽轮机的特征在于，具备：壳体；转子，可旋转地设置在壳体内；喷嘴隔板，与转子大致同轴配置，并与壳体结合；多个动翼，在与喷嘴隔板邻接的位置上、在上述转子的外周上沿圆周方向设置；至少1条的密封条，在动翼的前端部配置成圆周状且向半径方向外侧突出；以及可磨构造体，与喷嘴隔板刚性连接并在半径方向上与密封条相对，并且在相对面上具有由可磨材料构成的可磨部分。

根据这种结构，可磨构造体与喷嘴隔板分别设置，并且该可磨构造体例如通过螺栓等与喷嘴隔板刚性连接，所以能够简易地将其拆下。由此，即使在密封条与可磨部分接触而受到损伤的情况下，也能够比较简单地进行其修复。并且，由于可磨构造体和喷嘴隔板刚性连接，因此可磨构造体的相对于喷嘴隔板的位置不沿半径方向移动，即使在过渡状态下也难以发生可磨部分松动而被较大地切削的情况。由此，能够将被切削的可磨部分抑制到必要最小限度，因此能够进一步降低泄漏蒸汽的量。

根据本发明，能够提供一种进一步减少泄漏蒸汽量、且维护性高的动翼前端的密封构造，由此能够进一步提高汽轮机的效率。

附图说明

图1是将本发明的第1实施方式的汽轮机的1级表示在作为包含旋转轴的截面的子午面中的子午截面图。

图2是从轴向上游侧观察本发明的第1实施方式的汽轮机的、可磨构造体和喷嘴隔板外环的连接状态的示意图。

图3是从轴向上游侧观察本发明的第1实施方式的汽轮机的、可磨构造体和喷嘴隔板外环的连接状态的其他例的示意图。

图4是本发明的第1实施方式的汽轮机的变形例的涡轮级的子午截面图。

图5是本发明的第1实施方式的汽轮机的其它变形例的涡轮级的子午截面图。

图6是本发明的第1实施方式的汽轮机的其它变形例的子午截面图中的动翼前端的密封部分的放大示意图。

图7是本发明的第1实施方式的汽轮机的其它变形例的子午截面图中的动翼前端的密封部分的放大示意图。

图8是本发明的第2实施方式的汽轮机的变形例的涡轮级的子午截面图中的动翼前端的密封部分的放大示意图。

图9是表示一般的汽轮机的涡轮级的子午截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。

图1是在作为包含旋转轴的截面的子午面中表示本发明的第1实施方式的汽轮机的1级的子午截面图。

汽轮机100具有可旋转地设置在壳体1内的转子2，该转子2通过作为工作流体的蒸汽进行旋转。在壳体1上固定有喷嘴隔板3而与壳体1同样地形成静止部。喷嘴隔板3是在环状的喷嘴隔板外环3a和喷嘴隔板内环3b之间形成的蒸汽通路中、在圆周方向上配置多个喷嘴翼3c而形成，该喷嘴隔板外环3a被固定在壳体1上而与转子2大致同轴地配置。

在转子2的外周部的与喷嘴隔板3在轴向上邻接的位置上，分别隔开间隔地在圆周方向上配置多个动翼4，并与转子2一起构成旋转部。动翼4具有嵌入部4a、动翼有效部4b以及翼前端部4c，嵌入部4a分别与转子2的外周部结合地嵌入设置。动翼有效部4b被配置在蒸汽通路部，在从喷嘴翼3c流出的蒸汽通过动翼有效部4b的周围时做功而产生转矩。翼前端部4c是在各动翼4的外周部分上设置的构造部件，通过与邻接的动翼4的翼前端部4c在圆周方向上接触由此作为整体形成环状部件，起到使翼有效部4b的前端部分固定的作用等。

在汽轮机100中，1对喷嘴隔板3和动翼4形成一个涡轮级，供给到汽轮机100的蒸汽被导入喷嘴隔板3的喷嘴翼3c之间而改变其流动方向，然后被导入动翼4的翼有效部4b之间而使动翼4和转子2产生转矩。另外，与图9所示的汽轮机同样，在图1所示的本发明的第1实施方式的汽轮机100中，也具有多级的由喷嘴隔板3和动翼4构成的涡轮级，并且该多级的喷嘴隔板3通过螺栓9紧固配置。

在本实施方式的汽轮机中，在其内周面上具有可磨部分5a的可磨构造体5，与喷嘴隔板外环3a的动翼4侧刚性连接而在圆周方向上形成在与动翼4的动翼前端部4c相对的位置上。另外，在本实施方式中，在喷嘴隔板外环3a的外周侧设置有阶差部7，使可磨构造体5与该阶差部7结合而进行定位，在该状态下使螺栓6与沿轴向配置的螺栓孔螺合，使可磨构造体5与喷嘴隔板外环3a刚性连接。

另外，可磨构造体5和喷嘴隔板外环3a的连接方法不限于此，例如也可以设置结合部，作为不松动地被结合的构成而使其刚性连接。并且，可磨部分5a使用直接在可磨构造体5a的表面上涂覆、堆焊或喷镀等手段来形成。

在此，可磨层5a的材质可以使用钴、镍、铬、铝以及钇系的材料(CoNiCrAlY系材料)，镍、铬、铝系的材料(NiCrAI系材料)或者镍、铬、铁、铝、硼和氮系的材料(NiCrFeAlBN系材料)等，各种公知的易切削加工性材料。

而且，在与可磨构造体5相对的动翼4的动翼前端部4c的外周部上，设置有配置成圆周状且向半径方向外侧突出的密封条4d。在本实施方式中，如此地使密封条4d前端与可磨构造体5的可磨部分5a相对，通过由该密封条4d切削可磨部分5a，由此可以使其间隙尽可能地小而防止泄漏。另外，在动翼前端部4c上设置有密封条4d，但该密封条4d可以通过在动翼前端部4c上一体地切削形成而设置、或通过凿密等埋入在动翼前端部4c上而设置。并且，代替密封条4d设置刀刃(knife-edge)也能同样地实现充分的减少泄漏。

并且，在本实施方式中，设有可磨部分5a的可磨构造体5的内周面是在轴向上改变了其高度(内周面的半径)的、所谓Hi-Low(高-低)构造。通过这样使可磨构造体5的内周面的高度在轴向上不同，由此实现泄漏的进一步减少。

并且，如图1所示，在本实施方式中，在动翼前端部4c上设置有多条密封条4d，但各密封条4d与可磨构造体5的可磨部分5a的间隔也可完全相等，或者也可以从上游侧开始依次使间隔变小等、根据各自设计条件的不同而使其不同。

根据这样的结构，可磨构造体5与喷嘴隔板外环3a刚性连接，即不经由弹簧等地被刚性连接，因此可磨构造体5的与喷嘴隔板3相对的位置不会在半径方向上移动，即使在过渡状态下也难以发生可磨层松动而被较大地切削的情况。因此能够将被切削的可磨部分5a抑制到必要最小限度，因此能够进一步降低泄露蒸汽量。

并且，可磨构造体5与喷嘴隔板3分离设置，并经由例如螺栓6等而与喷嘴隔板外环3a连接，因此能够简单地将其拆下。因此，即使在密封条4d与可磨部分5a接触而受到损伤的情况下，也能比较简单地进行其修复。并且，即使在进行可磨部分5a的交换的情况下，也不交换喷嘴隔板3或喷嘴隔板外环3a整体，仅交换包含可磨部分5a的可磨构造体5即可，因此能够缩短维护所花费的时间。

图2以及图3分别是从轴向上游侧观察图1中的可磨构造体5和喷嘴隔板外环3a的连接状态的示意图。另外，在图2以及图3中，对与图1相同的构成要素赋予相同的符号并省略其详细说明。

如上所述，可磨构造体5通过沿轴向配设的螺栓6而相对于喷嘴隔板外环3a刚性连接。而且，如图2所示，可磨构造体5在圆周方向上整个一周地设置，但在本实施方式中，可磨构造体5构成为在水平面上被上下2分割的半圆的环状部件。螺栓6在圆周方向上隔开间隔地配置有多个，通过这些螺栓6，被2分割的可磨构造体5在轴向上与喷嘴隔板外环3a的上半部以及下半部刚性连接。即，在图2所示的例子中，通过将可磨构造体5分割成上下两个，能够尽可能减少零件个数。

并且，如图3所示，也可以不是在水平面上的上下2分割，而是由被分割为分别是一周中的45°部分的8个分割体等、两个以上的多个分割体构成可磨构造体5。

这样，将可磨构造体5在圆周方向上分割成多个地设置，并通过螺栓6分别与喷嘴隔板外环3a刚性连接，由此在维护时可以只交换发生损伤的可磨构造体5。

图4以及图5是表示本实施方式的汽轮机的变形例的涡轮级的子午截面图。在图4以及图5中，对与图1和图3相同的结构赋予相同的符号并省略其详细说明。

如图4所示，在该变形例中，不在喷嘴隔板外环3a上设置阶差部，而在可磨构造体5的外周侧形成凹坑部8(也称为插入部8)。并且，使该凹坑部8与喷嘴隔板外环3a的内周端部结合，而成为通过螺栓6与喷嘴隔板3a刚性连接的构成。

这样，在可磨构造体上设置凹坑部8，并使其与喷嘴隔板外环3a结合而刚性连接，由此能够提高可磨构造体5的相对于喷嘴隔板3的位置精度。因此，能够足够小地抑制可磨部分5a的切削范围，因此能够进一步减少泄漏蒸汽的量。

并且，如图5所示，如果变更凹坑部8的纵横尺寸比而使半径方向比轴向大，则能够进一步降低在刚性连接的可磨构造体5上发生松动等的可能。由此，能够更充分地管理可磨部分5a的切削范围。

下面，参照图6以及图7说明本实施方式的其他变形例。图6以及图7分别是本发明的汽轮机的第1实施方式的其他变形例的子午截面图中的、动翼前端的密封部分的放大示意图。在图6以及图7中，对与图1至图5相同的构成要素赋予相同的符号并省略其详细说明。

在本变形例中，在与设置在动翼4的动翼前端部4c上的密封条4d相对的位置上，与图1所示的第1实施方式同样，可磨构造体5通过螺栓6与喷嘴隔板外环3a刚性连接。在图1所示的第1实施方式中，可磨构造体5通过沿轴向配置的螺栓6紧固在喷嘴隔板外环3a的下流侧，但在本变形例中，在喷嘴隔板外环3a上、在相对于喷嘴翼3的下流侧设置有肩部3e。

而且，在图6以及图7的变形例中，可磨构造体5通过在半径方向上配置的螺栓6螺合而刚性连接在肩部3e的内周侧。另外，本变形例中，螺栓6也被配置为沿圆周方向隔开间隔地设置多根。

并且，在图6所示的变形例中，螺栓6从半径方向外侧螺合，但不限于此，如图7所示，也可以从半径方向内周侧通过螺栓6将可磨构造体5刚性连接在喷嘴隔板外环3a的肩部3e上。

这样，将螺栓6配置在半径方向上，并使可磨构造体5成为在半径方向上刚性连接的构造，由此能够使可磨构造体5的尺寸小型化。并且，在由于密封条4d与可磨部分5a的接触而在可磨部分5上发生损伤时等，可以从半径方向进行拆下可磨构造体5的作业，因此能够提高维护性。而且，由于喷嘴隔板外环3a具有肩部3e，所以能够使喷嘴隔板3a具有足够的强度。

下面，使用图8对本发明的第2实施方式进行说明。图8是本发明的汽轮机的第2实施方式的子午截面图中的、动翼前端的密封部分的放大示意图。

在本实施方式中，动翼前端的密封部分以外的结构与图1所示的第1实施方式相同。在图8中，对与图1至图7相同的构成要素赋予相同的符号，并省略其详细说明。

如图8所示，在本实施方式中，与图6以及图7所示的第1实施方式的变形例同样，在喷嘴隔板外环3a上、在相对于喷嘴翼3c的下流侧设置有肩部3e。而且，在该肩部3e中设置有凹部，在该凹部刚性地安装有作为可磨构造体5的密封支持体段。

在此，在可磨构造体5上，与图1所示的第1实施方式同样，在其内周面的、与密封条4d相对的部位上设置有可磨部分5a，通过该密封条4d和可磨部分5a来密封蒸汽。在可磨构造体5的可磨部分5a的反对侧的外周侧，设置有与在喷嘴隔板外环3a的肩部3e上设置的凹部结合的凸部，并通过使该凸部与凹部结合，由此将可磨构造体5a与喷嘴隔板外环3a刚性连接。

尤其是，在本实施方式中，在可磨构造体5的凸部与喷嘴隔板外环3a的凹部之间，挟入用于固定轴向和半径方向的位置的金属片10。在此，该金属片10使用与构成喷嘴隔板3和可磨构造体5的主体的、例如CrMoV材料或12Cr材料等的材料相比热膨胀系数高的材料。另外，作为这种材料的代表可举出铝或不锈钢类的材料。

这样，在喷嘴隔板外环3a和可磨构造体5的结合部，挟入热膨胀系数高的金属片10，由此在稳定运转时由于该金属片膨胀而使轴向及半径方向的微小间隙消失，并可将可磨构造体5相对于喷嘴隔板3a不松动地进行刚性固定。

由此，与第1实施方式同样，由于可磨构造体5的与喷嘴隔板3相对的位置不会沿半径方向以及轴向移动，因此即使在过渡状态下也难以发生可磨层松动而被较大切削的情况。因此，能够将被切削的可磨部分5a抑制到必要最小限度，因此能够进一步减少泄漏蒸汽的量。

并且，与第1实施方式同样，可磨构造体5与喷嘴隔板3分离设置并安装在喷嘴隔板外环3a上，因此即使在密封条4d与可磨部分5a接触而受到损伤的情况下，也能比较简单地进行其修复。

并且，根据本实施方式，可磨构造体5以外的构成能够延用现有的涡轮级的构成，在对已设的汽轮机进行改装时也能够容易地实施本发明。

另外，在本实施方式中，在喷嘴隔板外环3a的凹部与可磨构造体5的凸部之间隔着热膨胀系数较大的金属片10而将其不松动地安装，但不限于此，只要将可磨构造体5和喷嘴隔板外环3a刚性地连接即可。

即，例如使构成可磨构造体5的凸部的材料为比构成喷嘴隔板外环3a的凹部的材料热膨胀系数大的材料，由此即使不隔着金属片10也能使可磨构造体5的凸部在运转时通过热膨胀而刚性地结合。或者，在使可磨构造体5的凸部与喷嘴隔板外环3a结合时，也可以使用通过使用冷缩嵌合而将可磨构造体5相对于喷嘴隔板外环3a不松动地安装等、各种公知的手法使其刚性连接。

并且，在图8所示的实施方式中，在喷嘴隔板外环3a上设置凹部、在可磨构造体5上设置凸部而并使它们结合，但也可以相反地构成为，在喷嘴隔板外环上设置凸部、在可磨构造体5上设置凹部而使它们结合地刚性连接。

Claims (9)

1.一种汽轮机，其特征在于，具备：

壳体；

转子，可旋转地设置在上述壳体内；

喷嘴隔板，与上述转子同轴配置，并与上述壳体结合；

多个动翼，在与上述喷嘴隔板邻接的位置上、在上述转子的外周沿圆周方向设置；

至少1条密封条，在上述动翼的前端部配置成圆周状，并向半径方向外侧突出；和

可磨构造体，与上述喷嘴隔板刚性连接，在半径方向上与上述密封条相对，并且在该相对面上具有由可磨材料构成的可磨部分。

2.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，

可磨构造体沿圆周方向被分割成多个。

3.如权利要求1或2所述的汽轮机，其特征在于，

可磨构造体通过螺栓固定在喷嘴隔板上。

4.如权利要求3所述的汽轮机，其特征在于，

螺栓被配置在相对于转子的轴向上，而将可磨构造体固定在喷嘴隔板上。

5.如权利要求3所述的汽轮机，其特征在于，

螺栓被配置在相对于转子的半径方向上，而将可磨构造体固定在喷嘴隔板上。

6.如权利要求1或2所述的汽轮机，其特征在于，

可磨构造体与喷嘴隔板嵌合。

7.如权利要求6所述的汽轮机，其特征在于，

还具有部件片，该部件片插设在可磨构造体和喷嘴隔板的嵌合部，并由热膨胀系数比构成上述喷嘴隔板的材料大的材料构成。

8.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，

密封条从动翼的前端部的构造体上切削而形成。

9.如权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，

密封条埋入在动翼的前端部而形成。

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