CN105378229B - 用于汽轮机的密封衬套支架以及汽轮机 - Google Patents

用于汽轮机的密封衬套支架以及汽轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于汽轮机(40)的密封衬套支架(1)，汽轮机(40)至少包括汽轮机的转子(41)和汽轮机的壳体(43)，由此，密封衬套支架(1)设置在转子(41)的轴(42)与壳体(43)之间，其中，密封衬套支架(1)包括从密封衬套支架(1)的面向转子部分(4)延伸到密封衬套支架(1)的面向壳体部分(5)的至少两个中空通道(2、3)，并且所述至少两个中空通道被构造成使得所述至少两个中空通道能够分配到壳体(43)中的同样的中空开口(44、45)，以用于通过密封衬套支架(1)的通道(2、3)而将汽轮机(40)的蒸汽抽取(20)到壳体(43)的开口(44、45)中。进一步，本发明涉及一种汽轮机(40)，所述汽轮机(40)至少包括具有轴(42)的转子(41)、壳体(43)以及这种密封衬套支架(1)。

Description

用于汽轮机的密封衬套支架以及汽轮机
技术领域
本发明涉及一种用于汽轮机的密封衬套支架，所述汽轮机至少包括汽轮机的转子和汽轮机的壳体，由此，密封衬套支架设置在转子的轴与壳体之间。而且，本发明涉及一种汽轮机，所述汽轮机至少包括具有轴的转子、壳体以及密封衬套支架。
背景技术
汽轮机是用于由蒸汽所包含的热能产生机械能的常用设备。蒸汽被引导到汽轮机的叶片并且使得所述叶片运动。为此目的，蒸汽可以例如通过燃烧过程而产生。机械能则能够用于推进或者通过驱动发电机而用于产生电能。
为了汽轮机的优化的运转，有利的是使得汽轮机的轴向推力平衡。该平衡可以通过一个或者若干密封衬套实现。这种密封衬套具有叶片部分的平均直径，所述叶片部分的轴向推力应被平衡。在密封衬套之前和之后的压力与对应的叶片部分的压力相同。在第一部分之前的压力为在控制级之后的压力，在密封衬套的最后部段之后的压力为排气压力。
在该密封衬套1中，如图1所示，能够如箭头20所示的那样抽取蒸汽。密封衬套支架1安装在汽轮机40中，所述密封衬套支架1的面向转子部分4面向汽轮机的转子41的轴42，所述密封衬套支架1的面向壳体部分5面向汽轮机的壳体43。密封衬套支架1包括中空通道2，所述中空通道2被分配给汽轮机的壳体43中的中空开口44。
通道2的轴线7可以被认为在开口43中延伸。因此，能够进行蒸汽的抽取20。随后，抽取的蒸汽可以供给到平衡活塞(未示出)。通过该活塞，能够实现汽轮机的轴向推力的平衡。
然而，根据现有技术状态的密封衬套仅仅允许沿着密封衬套支架并且因此沿着汽轮机的该部分在一个特定的压力水平下抽取蒸汽。为了更有效的平衡，在不同压力水平下的蒸汽抽取会是有利的。特别地，能够更精确地实现轴向推力的平衡并且因此能够以更高的效率运行汽轮机。
发明内容
本发明的目的是至少部分地解决上述问题。特别地，本发明的目的是提供一种密封衬套支架和汽轮机，其能够实现改进的汽轮机的轴向推力的平衡，或者能够相应地以改进的平衡的轴向推力运转。
上述问题通过根据本发明的用于汽轮机的密封衬套支架和汽轮机解决。由说明书以及附图能够得到本发明的进一步特征和细节。如果具有技术意义的话，关于密封衬套支架描述的特征和细节也能够适用于汽轮机并且反之亦然。
根据本发明的第一方面，上述目的通过用于汽轮机的密封衬套支架实现，所述汽轮机至少包括汽轮机的转子和汽轮机的壳体，由此，密封衬套支架设置在转子的轴与壳体之间。根据本发明的密封衬套支架的特征特别在于，密封衬套支架包括至少两个中空通道，所述中空通道从密封衬套支架的面向转子部分延伸到密封衬套支架的面向壳体部分，并且所述至少两个中空通道被构造成使得所述中空通道可以被分配给壳体中的同样的中空开口，以用于通过密封衬套支架的通道而将汽轮机的蒸汽抽取到壳体的开口中。
根据本发明的密封衬套支架允许在汽轮机的转子的两个不同位置处抽取蒸汽。在汽轮机的转子的轴附近将蒸汽抽取到两个中空通道的每个中空通道中。这些通道从密封衬套支架的面向转子部分延伸到密封衬套支架的面向壳体部分并且因此允许蒸汽通过密封衬套支架输送。另外，通道可以被分配给汽轮机的壳体中的同样的中空开口。该分配有利于将抽取的蒸汽输送到壳体中和/或穿过壳体。抽取的蒸汽之后能够被给送到一个或者优选若干个活塞——尤其是对于每个蒸汽抽取管道有一个活塞——以用于平衡汽轮机的轴向蒸汽压力。另外或者替代性地，蒸汽可以给送到测量装置，例如压力计或者温度计。
因此，根据本发明的密封衬套支架允许在两个不同的位置处在汽轮机设备中抽取蒸汽，这两个位置设置为彼此临近。因此，基于这两种抽取来实现通过活塞进行的平衡或者对汽轮机的性质的测量，并且因此能够以改善的精确度实现。结果，能够优化汽轮机的轴向推力的调节，因此，汽轮机能够以在成本和燃料方面更加高效的且环保的方式运转。
而且，根据本发明的密封衬套支架的特征在于，密封衬套支架中的至少两个中空通道被设置成使得它们能够实现不同压力水平下的蒸汽抽取。根据本发明的密封衬套支架的目的在于——见上述——改善使用活塞的汽轮机的轴向推力平衡的精确度和有效性、或者改善蒸汽性质的测量的精确度和有效性。通过确保在不同的压力水平下抽取蒸汽，能够增大上述改善。例如，通过使用两个活塞，所述两个活塞中的每个活塞分配到蒸汽抽取管道中的一者，两个抽取点之间的压力差能够保持不变，并且因此，沿着密封衬套支架的压降也能够保持不变。因此，能够以非常准确并且同时简单的方式将轴向推力保持在恒定的水平。
在根据本发明的密封衬套支架的进一步改进的布置中，通道的面向转子的端部相对于转子轴向地间隔开。在汽轮机中，蒸汽的压力在蒸汽的流动方向上沿着汽轮机的转子的轴下降。因此，压降也沿着密封衬套支架的轴向延伸部。通过设置面向转子的中空通道的端部以使得所述端部相对于转子轴向间隔开，能够非常容易地确保在不同蒸汽压力水平下的蒸汽抽取。
在根据本发明的密封衬套支架的优选实施方式中，密封衬套支架的特征在于，密封衬套支架在通道中的至少一个通道中设置有密封构件，所述密封构件设置在能够分配给壳体中的开口的相应通道的那个端部处。密封衬套支架能够关于汽轮机的转子的轴对准以确保密封衬套抵靠转子的气密密封。由于汽轮机的壳体与密封衬套支架之间的温度差，在汽轮机的制造期间以及在汽轮机的运转期间，在密封衬套支架与汽轮机的壳体之间必须存在间隙以用于这些必要的对准程序。否则，对准所必要的密封衬套支架的移动被汽轮机的壳体阻碍并且不能够实现对准。密封构件允许在汽轮机的壳体与密封衬套支架之间在最终对准期间的一些移动，而不丧失密封衬套支架中的通道与通道所能分配的壳体中的开口之间的蒸汽气密连接。因此，除了能够使得密封衬套支架相对于汽轮机的转子的轴对准之外，还能够进一步实现根据本发明的密封衬套支架的所有优点。
此外，根据本发明的进一步改进，密封衬套支架的密封构件设置有孔口，特别地设置有基本上圆柱形的孔口。在该孔口中，抽取的蒸汽能够从密封衬套支架中的通道输送到汽轮机的壳体中的指定开口。以此方式，蒸汽被输送到密封构件内，同时，密封构件的外部部分用于气密密封。通过将蒸汽输送到密封构件内，仅仅需要单个结构部件来实现蒸汽的输送和气密密封这两者。这是在密封衬套支架以及整个汽轮机的制造上的简化。
根据本发明的另一优选改进，可以提供一种密封衬套支架，所述密封衬套支架的特征在于，至少一个密封构件设置有两个密封表面，其中一个密封表面分配给密封衬套支架中的通道，另一个密封表面被构造成使得所述另一个密封表面能够分配给汽轮机的壳体中的对应开口。这将密封构件的密封功能分成两半，其中一半用于密封衬套支架的通道中的气密密封，另一半用于能够实现壳体的开口中的气密密封。如果密封衬套构件必须相对于壳体移动，例如在对准过程期间必须相对于壳体移动，上述构造是有利的。两个密封表面中的每个密封表面能够单独确保其气密密封，并且因此相对于单个密封表面而言提高总的气密性。
根据本发明的密封衬套支架还能够通过包括下述密封构件而改进，所述密封构件的特征在于，两个密封表面设置为沿着密封构件彼此间隔开，以使得密封构件的尺寸较小的区段定位在密封表面之间。沿着密封构件的长度，设置尺寸较大的密封表面、尺寸较小的区段以及尺寸较大的密封表面。特别地，尺寸较小的区段既不接触密封衬套支架也不接触涡轮的壳体。由此，能够以非常简单的方式进一步减小例如在对准程序期间密封衬套构件与涡轮的壳体之间的相对移动的阻碍。
根据本发明的非常优选的改进，提供下述密封衬套支架，所述密封衬套支架的特征在于，两个密封表面为球形部段，特别地为对称的球形部段。进一步优选地，密封表面的尺寸构造成使得所述密封表面以绕其圆周的方式接触密封衬套支架中的通道的侧壁并且能够接触壳体中的开口的侧壁。为了实现这一点，可以协调通道和开口以及相应的密封表面的特殊尺寸。因此，通道和开口必须是至少部分地圆柱形、锥形或者球形。通过将密封表面构造为球形部段，特别是对称的球形部段，能够确保在密封衬套支架与壳体相对运动期间和/或之后，相应的密封表面保持与通道的相应侧壁或者壳体连续地接触。因此，由密封构件提供的密封不受这种相对运动影响。能够始终确保密封的气密性。因此，密封表面的特殊构造是实现上述这一点的非常简单的且划算的方式。特别地，不需要其他结构元件来确保由密封构件提供的密封的连续气密性。
而且，根据本发明的密封衬套支架可以被构造成使得密封构件至少部分地由钢、特别是抗蠕变钢构成。密封构件将直接接触抽取的蒸汽。该蒸汽能够达到几百摄氏度(℃)的温度。因此，使用钢、特别是抗蠕变钢确保了密封构件的寿命增加并且因此确保了整个设备的寿命增加。
根据本发明的非常优选的改进，密封衬套支架提供在密封衬套支架的两个通道中的单独的密封构件。这具有下述优点：即使在密封衬套构件与壳体相对运动期间和之后，例如在对准程序期间，也能够确保两个蒸汽管道的气密性。
根据本发明的第二方面，该目的由下述汽轮机解决，所述汽轮机至少包括具有轴的转子、壳体以及密封衬套支架。特别地，根据本发明的汽轮机的特征在于，所述密封衬套支架根据本发明的第一方面构造。使用这种密封衬套支架能够提供已经对于根据本发明的第一方面的密封衬套支架所详细讨论的优点相同的优点。
而且，优选下述汽轮机，其中，壳体设置有至少两个中空开口，并且密封衬套支架中的中空通道中的每个中空通道被分配给中空开口中的一个中空开口。这能够确保密封衬套支架中的两个通道都能够用于抽取蒸汽。因此，如上所述，能够改善汽轮机的轴向推力的平衡的精确度和有效性或者蒸汽性质测量的精确度和有效性。
根据本发明的非常优选的改进，提供一种汽轮机，所述汽轮机的特征在于，密封衬套支架在通道中的至少一个通道中设置密封构件，所述密封构件设置在被分配给壳体中的开口的通道的那个端部处，由此，在密封衬套支架和壳体中都设置有用于安装密封构件的凹部。凹部特别地可以具有比相应的通道或者开口更大的尺寸并且优选根据密封构件的相应空间尺寸而确定。通过设置凹部，密封构件容易地通过凹部本身而被保持就位。不需要另外的紧固装置。当然，可以针对上述的密封构件的所有进一步的改进而适应性修改凹部。特别地，凹部可以是圆柱形的以确保具有构造为球形部段的密封表面的密封构件的安装。
附图说明
参考附图进一步描述本发明。附图示意性地示出了：
图2是根据本发明的汽轮机的一部分的第一截面图，
图3A、图3B是根据本发明的密封衬套支架的密封构件，以及
图4是根据本发明的汽轮机的一部分的第一截面图。
具体实施方式
在图2中，描绘了根据本发明的汽轮机40的实施方式的截面图。汽轮机40特别地包括具有轴42的转子41、壳体43以及密封衬套支架1。密封衬套支架1定位在转子41的轴42与壳体43之间。两个独立的且不连接的通道2、3设置在密封衬套支架1中，每个通道从密封衬套支架1的面向转子部分4延伸到面向壳体部分5。还示出了每个通道2、3的相应轴线7、8。两个通道2、3前后设置，以使得在该视图中，两个通道2、3部分地重叠，如壳体43中的中空开口44、45一样。还描绘了密封衬套支架中的凹部6以及壳体43中的凹部46。设置有密封构件10但在该附图中未示出。在运转中，通过两个通道2、3，能够将蒸汽抽取并且引导到壳体43中的各指定开口44、45。此后，该抽取的蒸汽能够被输送(channeled)到活塞(未示出)以用于平衡汽轮机40的轴向推力。另外地或者替代性地，可以使用蒸汽获得关于蒸汽性质——如压力或者温度——的信息。与经由单个通道2、3抽取相比，通过一个单个的密封衬套支架1在沿着转子41的轴42的两个不同位置处抽取蒸汽的可能性能够实现很大改进。能够实现在平衡汽轮机40的轴向推力和测量蒸汽的性质方面的更高的精确度。
图3A和图3B示出了密封构件10的实施方式，在图3A中以截面示出，在图3B中以立体图示出。密封构件10确保在根据本发明的密封衬套支架1与汽轮机40的壳体43(都未示出)之间的蒸汽气密密封。在该优选实施方式中，密封构件10设置有两个密封表面12、13，两个密封表面12、13由尺寸较小的区段14分离。这允许在将密封构件10安装在根据本发明的密封衬套支架1与汽轮机40的壳体43之间之后、密封衬套支架与壳体之间的相对运动，而不丧失气密密封。密封构件10还设置有位于其本体部的孔口11。在该孔口11中，蒸汽被从密封衬套支架1中的通道2、3引导到壳体43中的指定开口44、45。密封构件10的该紧凑的构造允许使用该单个结构部件来实现蒸汽管路的气密密封和蒸汽的输送。不需要其他结构部件。
图4示出了已经在图2中示出的根据本发明的汽轮机40的实施方式的另一截面图。图4中的截面平面垂直于图2中的截面平面。除了已经关于图2的汽轮机40描述的特征以外，还示出了如图3A、3B描绘的密封构件10，密封构件10位于由第一通道2、凹部6、46以及第一中空开口44构成的管道中。可以清晰地看到，第一密封表面12与密封衬套支架1的通道2中的凹部6接触，并且第二密封表面13与壳体43的开口44中的凹部46接触。还可以清晰地看到，通过在两个密封表面12、13之间设置尺寸较小的区段14，例如在对准过程期间，密封衬套支架1与壳体43能够相对运动，而不会丧失由密封构件10提供的蒸汽气密密封。这是由于区段14允许密封构件10倾斜。在所示的实施方式中构造为对称的球形部段的密封表面12、13保持与相应的凹部6接触而无中断，并且因此不破坏由密封构件10提供的蒸汽气密密封。

Claims (16)

1.一种用于汽轮机(40)的密封衬套支架(1)，所述汽轮机(40)至少包括汽轮机的转子(41)和汽轮机的壳体(43)，由此，所述密封衬套支架(1)设置在所述转子(41)的轴(42)与所述壳体(43)之间，
其特征在于，所述密封衬套支架(1)包括至少两个中空通道(2、3)，所述至少两个中空通道(2、3)从所述密封衬套支架(1)的面向转子部分(4)延伸到所述密封衬套支架(1)的面向壳体部分(5)，并且所述至少两个中空通道(2、3)构造成使得它们能够分配给所述壳体(43)的同样的至少两个中空开口(44、45)，所述中空开口(44、45)通向至少两个平衡活塞，以用于通过所述密封衬套支架(1)的每个中空通道(2、3)而将所述汽轮机(40)的蒸汽抽取(20)到所述壳体(43)的对应一个中空开口(44、45)中，然后供给到对应一个平衡活塞。
2.根据权利要求1所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封衬套支架(1)中的所述至少两个中空通道(2、3)设置成使得它们能够实现不同压力水平下的蒸汽抽取(20)。
3.根据权利要求2所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述至少两个中空通道(2、3)的面向所述转子(41)的端部相对于所述转子(41)在轴向上间隔开。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封衬套支架(1)在所述至少两个中空通道(2、3)中的至少一个中空通道中设置有密封构件(10)，所述密封构件(10)设置在能够分配给所述壳体(43)中的一个中空开口(44、45)的相应中空通道(2、3)的端部处。
5.根据权利要求4所述的密封衬套支架，其特征在于，所述密封构件(10)设置有孔口(11)。
6.根据权利要求4所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封构件(10)设置有两个密封表面(12、13)，所述两个密封表面(12、13)中的一个密封表面(12)分配给所述密封衬套支架(1)中的所述中空通道(2、3)，另一个密封表面(13)构造成使得所述另一个密封表面(13)能够分配给所述汽轮机的壳体(43)中的对应中空开口(44、45)。
7.根据权利要求6所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述两个密封表面(12、13)设置为沿着所述密封构件(10)彼此间隔开，以使得所述密封构件(10)的尺寸较小的区段(14)位于所述两个密封表面(12、13)之间。
8.根据权利要求6所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述两个密封表面(12、13)是球形部段。
9.根据权利要求4所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封构件(10)至少部分地由钢构成。
10.根据权利要求4所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封衬套支架(1)在所述密封衬套支架(1)的两个中空通道(2、3)中都设置有单独的密封构件(10)。
11.根据权利要求5所述的密封衬套支架，其特征在于，所述孔口(11)是大致圆柱形的孔口。
12.根据权利要求8所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述两个密封表面(12、13)是对称的球形部段。
13.根据权利要求9所述的密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封构件(10)至少部分地由抗蠕变钢构成。
14.一种汽轮机(40)，所述汽轮机(40)至少包括具有轴(42)的转子(41)、壳体(43)以及密封衬套支架(1)，其特征在于，所述密封衬套支架(1)根据权利要求1至13中的任一项构成。
15.根据权利要求14所述的汽轮机(40)，其特征在于，所述壳体(43)设置有至少两个中空开口(44、45)，并且所述密封衬套支架(1)中的至少两个中空通道(2、3)中的每个中空通道被分配给所述至少两个中空开口(44、45)中的一个中空开口。
16.根据权利要求15所述的汽轮机(40)，其特征在于，所述密封衬套支架(1)在所述至少两个中空通道(2、3)中的至少一个中空通道中设置有密封构件(10)，所述密封构件设置在分配给所述壳体(43)的一个中空开口(44、45)的那个中空通道(2、3)的端部，由此，在所述密封衬套支架(1)和所述壳体(43)中都设置有用于安装所述密封构件(10)的凹部(6、46)。
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