CN101906994A - 一种高温轴流式尾气透平 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温轴流式尾气透平，属于能量回收领域。本装置采用轴向进气、径向向上或向下排气的结构形式，包括进气壳体1、一级导叶2、二级导叶3、转子4、过渡壳体[20]、排气机壳5、轴承系统6和底座7，动叶叶片采用V字形结构的叶冠，动叶叶顶围带采用整环结构的蜂窝密封。本装置适用于较高入口压力、小流量的尾气，且尾气中含有固体颗粒的尾气透平，提高了透平效率，相比以往尾气透平产品决热效率提高了4％，同时提高了动叶和叶顶围带密封的可靠性。

Description

一种高温轴流式尾气透平

技术领域

本发明属于能量回收领域，具体涉及一种高温轴流式尾气透平。

背景技术

尾气透平的介质通常为炼油、化工、冶金装置的尾气，具有高温、含有固体颗粒、具有腐蚀性等特点，尾气透平将尾气中的压力能转化为机械功，带动压缩机或发电机回收能量。目前，国内已有一些尾气透平产品，如高温硝酸装置的尾气透平，炼油催化裂化装置的烟气轮机，它们的主要特点如下：高温尾气透平产品基本上采用单级或双极的悬臂结构，轴向进气、径向排气；动叶叶顶无叶冠，叶顶和围带设有较大的叶顶间隙，没有任何的密封措施。造成这些特点的主要原因是：一般高温尾气透平工作条件较为恶劣，气体介质中含有硬度较高的固体颗粒，为保证动叶整体强度和耐冲蚀能力，如图1所示，以往的动叶叶顶(I)无叶冠，也没有其他的密封措施，而对于较高入口压力小流量的高温透平来说，叶片较短，相对于叶片高度，叶顶(I)和围带(II)之间的间隙较大，叶顶漏气损失较大，影响透平效率。

具体来说，现有技术中，专利号为EP0926314的专利提供了一种汽轮机的密封结构。其中蜂窝密封为动导叶片之间级间密封，蜂窝分片安装在导叶幅板上，该结构适用于级间密封，减少气体从有气腔向无气腔泄漏。但是该结构非整环结构，强度刚度较差，只能避免级间气体的泄漏。

公开号为CN2469184的专利提供了一种汽轮机动叶自带冠阻尼片结构，其缺点在于：由于动叶自带冠阻尼片，并采用叶冠中开槽镶嵌的结构，使得整个叶冠较为厚重，在高速运转时，强度裕度太小，该形式适用于汽轮机，但不能用于介质带固体颗粒的高速透平；叶冠与围带间的间隙受密封性质的限制存在一定量的叶顶气漏损失，尤其当叶片较短时，对透平效率的影响会很大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种高温轴流式尾气透平，适用于较高入口压力、小流量的尾气，且尾气中含有固体颗粒的尾气透平，并提高透平效率和密封可靠性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温轴流式尾气透平，采用轴向进气、径向向上或向下排气的结构形式，包括进气壳体1、一级导叶2、二级导叶3、转子4、过渡壳体[20]、排气机壳5、轴承系统6和底座7。

在所述转子4上装有动叶；

所述动叶的每一片叶片包括叶冠14、叶身[18]和叶根15；每个叶冠14均为V字形结构。“V”字形结构的叶冠具有较高的强度和刚度，在有效抵抗动叶叶冠对固体颗粒的冲蚀的同时，提高了透平效率。对于“V”字形结构的每个动叶片来说，静止状态下每个叶冠重心与叶身重心投影重叠，在旋转状态下每个叶冠各点相对重心形成力矩最小且各点力矩相互平衡，这就保证了叶片自身的受力合理稳定。将叶片安装在轮盘上，叶冠之间通过“V”字形边咬合，叶冠和叶冠就形成一个整环，在运转时，在气流力作用下咬合面贴紧，增加了整体的刚度。

在具体的实施中，

所述的每个整级的动叶的叶片可以通过棕树形叶根[15]和榫槽组装固定、形成一个咬合在一起的完整的旋转围带，其中所述的榫槽是轮盘外缘对应叶片开的槽，棕树形叶根插入榫槽中。

所述动叶的叶顶围带可以采用整环结构的蜂窝密封。由于蜂窝密封减小了叶顶和围带间的间隙，提高了整环结构对固体颗粒冲蚀的抵抗力、以及抗高温变形能力。

所述动叶可以包括一级动叶12和二级动叶13。

所述叶冠14的顶端可以设有1～8道密封齿，优选1～4道密封齿。

所述密封齿的宽度可以为1.5-5mm优选2.5-3mm，用来与外边的所述蜂窝密封相配合。同时，密封齿还具有增加叶冠刚度的作用。

所述蜂窝密封可以采取铅焊在密封支撑环上。其它方式容易产生焊接缺陷，因此优选铅焊。

所述密封支撑环为一整环，所述密封支撑环可以设有膨胀变形槽。密封支撑环设有膨胀变形槽用于进一步减少高温带来的变形。同时，由于蜂窝密封允许动静摩擦，所以叶冠与叶顶围带间的间隙基本为零，叶顶气漏损失小。

所述的蜂窝密封可以开有吹扫口，通过吹扫可以在密封面上形成气膜层，保护密封面；另一方面通过吹扫蜂窝密封，可以有效避免吸附性较强的固体颗粒附着在蜂窝密封面上。否则附着在蜂窝密封面上的固体颗粒容易形成附着层，影响动叶片运行安全。

整环结构的蜂窝密封、蜂窝密封铅焊在密封支撑环上以及密封支撑环为一整环这几点减少了高温带来的变形，提高了蜂窝密封的整体强度，保证了固体颗粒冲蚀下蜂窝密封的完整性。

由于本发明与现有技术的级间密封完全不同，性质完全不同。本发明动叶叶顶围带为整环结构蜂窝密封，属于流场内部密封，它减少了高温带来的变形，提高了蜂窝密封的整体强度，保证了固体颗粒冲蚀下蜂窝密封的完整性。同时由于蜂窝密封允许动静磨擦，所以叶冠与围带间的基本为零间隙，叶顶气漏损失极小，有效地提高透平效率。本发明的有益效果是：(1)适用于较高入口压力、小流量的尾气，且尾气中含有固体颗粒的尾气透平；(2)提高了透平效率，相比以往尾气透平产品绝热效率提高了4％；(3)提高了动叶和叶顶围带密封的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1是现有技术的局部结构图

图2是本发明提供的高温轴流式尾气透平的结构图

图3是本发明提供的高温轴流式尾气透平局部放大图

图4是本发明提供的高温轴流式尾气透平的叶片结构图

具体实施方式

如图2、图3和图4所示，一种高温轴流式尾气透平，采用轴向进气、径向向上或向下排气的结构形式，包括进气壳体1、一级导叶2、二级导叶3、转子4、过渡壳体[20]、排气机壳5、轴承系统6和底座7。

在所述转子4上装有动叶；

所述动叶的每一片叶片包括叶冠14、叶身[18]和叶根15；每个叶冠14均为V字形结构。

所述动叶包括一级动叶12和二级动叶13。

所述动叶的叶顶围带采用整环结构的蜂窝密封，具体来说，在一级动叶12的外边为一级动叶蜂窝密封8，在二级动叶13的外边为二级动叶蜂窝密封9。

当整个级的动叶的叶片通过棕树形叶根15和榫槽组装以后，形成一个咬合在一起的完整的旋转围带。

所述叶冠14的顶端设有3道密封齿。

所述密封齿的宽度为2.5，用来与外边的所述蜂窝密封相配合。同时，密封齿还具有增加叶冠刚度的作用。

所述蜂窝密封铅焊在密封支撑环上，具体来说，一级动叶蜂窝密封8铅焊在一级动叶密封支撑环10上，二级动叶蜂窝密封9铅焊在二级动叶密封支撑环11上。

所述一级动叶密封支撑环10和二级动叶密封支撑环11均为一整环。

所述密封支撑环的设有膨胀变形槽，具体来说，一级动叶密封支撑环10上有一级膨胀变形槽16，二级动叶密封支撑环11上有二级膨胀变形槽17。

所述蜂窝密封开有吹扫口19。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种高温轴流式尾气透平，采用轴向进气、径向向上或向下排气的结构形式，包括进气壳体[1]、一级导叶[2]、二级导叶[3]、转子[4]、过渡壳体[20]、排气机壳[5]、轴承系统[6]和底座[7]，其特征在于：

在所述转子[4]上装有动叶；所述动叶的每一片叶片包括叶冠[14]、叶身[18]和叶根[15]；每个叶冠[14]均为V字形结构。

2.根据权利要求1所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：每个整级的动叶的叶片通过棕树形叶根[15]和榫槽组装固定、形成一个咬合在一起的完整的旋转围带，其中所述的榫槽是轮盘外缘对应叶片开的槽，棕树形叶根插入榫槽中。

3.根据权利要求1所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：与所述动叶对应的固定在过渡壳体[20]上的叶顶围带采用整环结构的蜂窝密封。

4.根据权利要求1所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述动叶包括一级动叶[12]和二级动叶[13]。

5.根据权利要求1所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述叶冠[14]的顶端设有1～8道密封齿。

6.根据权利要求5所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述密封齿的宽度为1.5～5mm，用来与外边的所述蜂窝密封相配合。

7.根据权利要求3所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述蜂窝密封铅焊在密封支撑环上。

8.根据权利要求7所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述密封支撑环固定在过渡壳体[20]和排气机壳[5]上形成一整环。

9.根据权利要求8所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述密封支撑环设有膨胀变形槽。

10.根据权利要求3所述的高温轴流式尾气透平，其特征在于：所述蜂窝密封开有吹扫口[19]。

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