CN107420132A - 多级螺旋结构的转子、汽轮机和汽轮机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多级螺旋结构的转子、汽轮机和汽轮机设备，涉及汽轮机领域。该多级螺旋结构的转子包括旋转轴和多级螺旋结构；第一级所述螺旋结构套设并固接在所述旋转轴上；其余各级所述螺旋结构依次套设并固接在上一级所述螺旋结构上；第一级所述螺旋结构的蒸汽通道与最后一级所述螺旋结构的开口端连通。所述汽轮机包括缸体、两个承重轴承，以及上述多级螺旋结构的转子；所述旋转轴贯穿所述缸体，两个所述承重轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置。本发明提供的汽轮机，应用了多级螺旋结构的转子，缩短螺旋通道和旋转轴的长度，同时扩大螺旋结构的外径，提高输出扭矩，解决了现有单级螺旋结构输出扭矩不足的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域，尤其是涉及一种多级螺旋结构的转子、汽轮机和汽轮机设备。
背景技术
汽轮机主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，其工作原理是将蒸汽的能量转换成机械功的旋转式动力，通过传动连接的发电机进行发电。
发电厂使用的传统汽轮机，包括转动部分和静止部分两大部分。静止部分由进气部分、气缸、隔板和静叶栅、气封及轴承等机构组成，静止部分中的汽缸是汽轮机的外壳，它将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成汽轮机内部封闭的气室，保证蒸汽在轮机内部完成能量转换过程；转动部分又称转子，转子由主轴、叶轮、动叶片和联轴器等结构组成。汽轮机工作的时候，入口的高压蒸汽与汽轮机每一级叶片都是垂直接触，尤其是末级叶片，叶片外径的线速度非常高。如果蒸汽中有水滴成分，水滴垂直撞击汽轮机末级叶片，巨大的线速度和垂直撞击，很有可能造成汽轮机末级叶片疲劳甚至损坏。蒸汽的垂直速度携带者铁锈、铁砂和水垢等物质，进入到汽轮机内、并垂直撞击叶片，将导致叶片的损坏，尤其是高速旋转的末级叶片。如果断掉的叶片在汽轮机缸体内来回高速撞击，很有可能造成汽轮机整机报废，甚至出现更为严重的事故。
目前相关技术中有一种新式汽轮机，其叶片呈螺旋状固接在旋转轴上成为螺旋转子，再通过底板和转子保护层形成包裹与螺旋转子外侧的套筒，螺旋转子与套筒配合形成螺旋结构，蒸汽从螺旋结构的入口进入，逐级泄压，并推动螺旋转子转动，螺旋转子转动的同时带动与其固接的旋转轴转动，旋转轴的输出端输出动能。
新式汽轮机相比传统汽轮机具有结构简单、体积小末级叶片不易损坏的优点，但也存在一定问题。从转子入口进入螺旋结构的蒸汽气压非常大，若要充分利用蒸汽的压力，则螺旋转子的长度相对较长，旋转轴的刚度较低；若要考虑旋转轴的结构刚度，则必然需要放弃高压蒸汽的利用率。
基于此，本发明提供了一种多级螺旋结构的转子、汽轮机和汽轮机设备以解决上述的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级螺旋结构的转子，以解决现有技术中存在螺旋转子的长度相对较长和扭矩不足的技术问题。
本发明的目的还在于提供一种汽轮机,所述汽轮机包括所述的多级螺旋结构的转子，用于解决上述技术问题。
基于上述目的，本发明提供了一种多级螺旋结构的转子，包括旋转轴和多级螺旋结构；
每级所述螺旋结构均包括底板、螺旋叶片和包裹在所述螺旋叶片外沿的转子保护层，所述底板与所述转子保护层配合形成一端开口的套筒，所述套筒与所述螺旋叶片固接配合形成螺旋通道；每级所述螺旋结构靠近所述底板的一端均为封闭端，远离所述底板的一端均为开口端，各级所述封闭端均设有蒸汽通道；
第一级所述螺旋结构套设在所述旋转轴上，且第一级所述螺旋叶片的内沿与所述旋转轴固接；其余各级所述螺旋结构依次套设在上一级所述螺旋结构上，且各级所述螺旋叶片的内沿均与上一级所述螺旋结构的所述转子保护层固接；
所述旋转轴包括输入端和输出端；奇数级所述螺旋结构的封闭端均设置在靠近所述输入端的位置，偶数级所述螺旋结构的封闭端均设置在远离所述输入端的位置，以使第一级所述螺旋结构的蒸汽通道与最后一级所述螺旋结构的开口端连通。
可选的，上述多级螺旋结构的转子，每级所述螺旋结构的匝道沿所述封闭端到所述开口端方向的尺寸逐渐增大。
可选的，上述多级螺旋结构的转子，所述螺旋通道呈规则的圆筒状或不规则的通道形状。
本发明提供了一种汽轮机,所述汽轮机包括缸体、两个承重轴承，以及上述多级螺旋结构的转子；
所述旋转轴贯穿所述缸体，两个所述承重轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置。
可选的，上述汽轮机，还包括两个止推轴承；
两个所述止推轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置。
可选的，上述汽轮机，还包括用于向所述螺旋结构通气的进汽管道，所述进汽管道与所述蒸汽通道连通。
可选的，上述汽轮机，第一级所述螺旋结构的蒸汽通道设置在所述输入端，所述蒸汽通道的一端开口在所述输入端的端面上，另一端开口与第一级所述螺旋通道连通；
可选的，上述汽轮机，所述进汽管道与所述输入端连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封；远离所述输出端的位置设有用于防止汽体从所述承重轴承与所述旋转轴排出的第二气封。
可选的，上述汽轮机，所述缸体的外表面设有保温层。
本发明提供了一种汽轮机设备，包括权上述的多级螺旋通道的转子；
所述蒸汽通道用于通过高压气体、气液混合体或液体。
本发明提供的所述多级螺旋结构的转子，包括旋转轴和多级螺旋结构；每级所述螺旋结构均包括底板、螺旋叶片和包裹在所述螺旋叶片外沿的转子保护层，所述底板与所述转子保护层配合形成一端开口的套筒，所述套筒与所述螺旋叶片配合形成螺旋通道；每级所述螺旋结构靠近所述底板的一端均为封闭端，远离所述底板的一端均为开口端，各级所述封闭端均设有蒸汽通道；第一级所述螺旋结构套设在所述旋转轴上，且第一级所述螺旋叶片的内沿与所述旋转轴固接；其余各级所述螺旋结构依次套设在上一级所述螺旋结构上，且各级所述螺旋叶片的内沿均与上一级所述螺旋结构的所述转子保护层固接；所述旋转轴包括输入端和输出端；奇数级所述螺旋结构的封闭端均设置在靠近所述输入端的位置，偶数级所述螺旋结构的封闭端均设置在远离所述输入端的位置，以使第一级所述螺旋结构的蒸汽通道与最后一级所述螺旋结构的开口端连通。本发明提供的多级螺旋结构的转子，缩短螺旋通道和旋转轴的长度，同时扩大螺旋结构的外径，提高输出扭矩，解决了现有单级螺旋结构输出扭矩不足的技术问题。
本发明提供的所述汽轮机，包括缸体、两个承重轴承，以及上述多级螺旋结构的转子；所述旋转轴贯穿所述缸体，两个所述承重轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置，大大提高了高压蒸汽的利用率。
本发明提供的所述汽轮机设备，包括了上述多级螺旋通道的转子，所述蒸汽通道用于通过高压气体、气液混合体或液体，解决了上述技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的多级螺旋结构的转子的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的多级螺旋结构的转子中第一级螺旋结构的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的汽轮机的结构示意图；
图4为本发明实施例2提供的汽轮机中缸体的第一种结构示意图；
图5为本发明实施例2提供的汽轮机中缸体的第二种结构示意图。
图标：100-旋转轴；101-蒸汽通道；200-螺旋结构；201-底板；202-螺旋叶片；203-转子保护层；210-第一级螺旋结构；211-封闭端；212-开口端；220-第二级螺旋结构；230-第三级螺旋结构；300-缸体；301-排汽管道；400-承重轴承；500-止推轴承；600-进汽管道；700-第一气封；800-第二气封。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
发电系统中锅炉通过燃烧燃料，产生蒸汽，蒸汽通过管道进入汽轮机的气道内，驱动汽轮机的转子转动，汽轮机转子转动后带动与其相连的旋转轴转动，旋转轴的输出端与发电机相连，带动发电机发电，进行电力输出。在发电系统供电的过程中，汽轮机起到了至关重要的作用，该设备能够将流动的高压气体、气液混合体及液体的动能量转变为该设备旋转轴高速旋转的机械能输出，进而带动发电机供电。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的多级螺旋结构的转子的结构示意图；图2为本发明实施例1提供的多级螺旋结构的转子中第一级螺旋结构的结构示意图；如图1和图2所示，在本实施例中提供了一种多级螺旋结构的转子，所述多级螺旋结构的转子包括旋转轴100和多级螺旋结构200；
每级所述螺旋结构200均包括底板201、螺旋叶片202和包裹在所述螺旋叶片202外沿的转子保护层203，所述底板201与所述转子保护层203配合形成一端开口的套筒，所述套筒与所述螺旋叶片202配合形成螺旋通道；每级所述螺旋结构200靠近所述底板201的一端均为封闭端211，远离所述底板201的一端均为开口端212，各级所述封闭端211均设有蒸汽通道101；
第一级所述螺旋结构200套设在所述旋转轴100上，且第一级所述螺旋叶片202的内沿与所述旋转轴100固接；其余各级所述螺旋结构200依次套设在上一级所述螺旋结构200上，且各级所述螺旋叶片202的内沿均与上一级所述螺旋结构200的所述转子保护层203固接；
所述旋转轴100包括输入端和输出端；奇数级所述螺旋结构200的封闭端211均设置在靠近所述输入端的位置，偶数级所述螺旋结构200的封闭端211均设置在远离所述输入端的位置，以使第一级所述螺旋结构200的蒸汽通道101与最后一级所述螺旋结构200的开口端212连通。
具体的，本发明提供的多级螺旋结构的转子主要应用在汽轮机内，高压蒸汽经过多级的螺旋结构200不断泄压后排出，以三级螺旋结构200为例，高压蒸汽从第一级所述螺旋结构200的蒸汽通道101进入，沿着第一级的螺旋通道流动，逐级泄压，并推动螺旋叶片202转动，螺旋叶片202转动的同时带动与其固接的旋转轴100转动，旋转轴100的输出端输出动能；高压蒸汽流入到第一级螺旋结构210的开口端212后，进入到第二级螺旋结构220封闭端211处的蒸汽通道101，沿着第二级螺旋通道流动，继续逐级泄压，推动着第二级螺旋叶片202转动；由于第二级螺旋叶片202与第一级螺旋叶片202的旋向相反，汽体沿第二级螺旋通道流动的方向与汽体沿第一级螺旋通道流动的方向相反，因此，第二级螺旋叶片202转动的同时带动与其固接的第一级转子保护层203转动的方向与第一级螺旋结构210带动旋转轴100转动的方向相同。高压蒸汽流入到第二级螺旋结构220的开口端212后，进入到第三级螺旋结构230封闭端211处的蒸汽通道101，沿着第三级螺旋通道流动，继续逐级泄压，推动着第三级螺旋叶片202转动；由于第三级螺旋叶片202与第二级螺旋叶片202的旋向相反，汽体沿第三级螺旋通道流动的方向与汽体沿第二级螺旋通道流动的方向相反，因此，第三级螺旋叶片202转动的同时带动与其固接的第二级转子保护层203转动的方向与第二级螺旋结构220带动旋转轴100转动的方向相同。高压蒸汽流入到第三级螺旋结构230的开口端212后直接由开口端212排出。
另外，底板201与转子保护层203形成的套筒与螺旋叶片202及旋转轴100相互配合，将进入封闭端211的高温高压蒸汽封闭与螺旋通道内，使其只能够沿螺旋通道流动而不发生其他部位的汽体泄漏，底板201与转子保护层203需要承受高压蒸汽作用于其上的压力。基于此，选取底板201与转子保护层203的材料为合金钢，且对二者进行加厚处理，具体厚度大小可依据进入汽轮机的高温高压蒸汽的最大压力进行设定。
原有的螺旋通道汽轮机高压蒸汽经过单级的螺旋通道，从螺旋结构200的开口端212直接排出，高压蒸汽的气压没有释放彻底，因此利用率不高，单纯靠增加螺旋通道的长度来提高高压蒸汽的利用率又会影响轴的结构刚度。本发明提供的多级螺旋结构的转子应用到汽轮机中，大大提高的高压蒸汽的利用率，同时不影响轴的结构刚度。
基于此，本发明较之原有技术，具有结构刚度好、高压蒸汽利用率高和输出扭矩大的优点。
本实施例的可选方案中，每级所述螺旋结构200的匝道沿所述封闭端211到所述开口端212方向的尺寸逐渐增大。
为使高压蒸汽能够顺利通过螺旋通道，各级螺旋结构200的匝道均沿封闭端211到开口端212方向的尺寸逐渐增大，高压蒸汽由第一级螺旋结构210的封闭端211流向最后一级螺旋结构200的开口端212的过程中逐级泄压，最终泄压后的乏汽从最后一级螺旋结构200的开口端212排出。
本实施例的可选方案中，所述螺旋结构200的螺旋通道为规则的圆筒状，或不规则的通道形状。
具体的，各级螺旋叶片202与转子保护层203形成的螺旋通道不仅仅限于圆筒状的螺旋通道，还可以是不规则的形状，如螺旋叶片202匝道的直径逐级增大，转子保护层203包裹上述螺旋叶片202，形成一个前端窄后端大的锥状筒，也可以是逐级增大的阶梯状或其他不规则形状。
需要说明的是，各级螺旋叶片202的角度可影响蒸汽在螺旋通道内的流动速度。在相同结构的汽轮机中，只改变第一级螺旋叶片202的角度，当第一级螺旋叶片202与旋转轴100的中心线垂直方向夹角大时，汽体通过螺旋通道的速度快；当第一级螺旋叶片202与旋转轴100的中心线的垂直方向夹角小时，汽体通过螺旋通道的速度慢。同理，改变第二级螺旋叶片202的角度，当第二级螺旋叶片202与第二级转子保护层203的中心线垂直方向夹角大时，汽体通过螺旋通道的速度快；当第二级旋叶片与第二级转子保护层203的中心线的垂直方向夹角小时，汽体通过螺旋通道的速度慢。第三级螺旋结构230以及第三级螺旋结构230之后的各级螺旋结构200可以以此类推。
另外，由于螺旋叶片202需要接触高压蒸汽，并执行整个汽轮机的核心任务，选取螺旋叶片202的材料可选择优质合金钢。汽轮机的螺旋叶片202一般为几十匝以上，每个螺旋叶片202只承受前后螺旋通道内的压力差，所以不需要很厚。但在设计及制造螺旋叶片202时要尽可能考虑其余量厚度，保证汽轮机螺旋道压力，能够完全控制在绝对安全的范围内。争取可以做到整个汽轮机转子一次性投入，螺旋道不需要再打开进行检修。
实施例2
图3为本发明实施例2提供的汽轮机的结构示意图；图4为本发明实施例2提供的汽轮机中缸体300的第一种结构示意图；图5为本发明实施例2提供的汽轮机中缸体300的第二种结构示意图。
如图3所示，本实施例提供的所述汽轮机，包括了实施例1提供的所述多级螺旋结构的转子，实施例1所描述的技术方案也属于该实施例，实施例1已经描述的技术方案不再重复描述。
具体而言，如图3示，在本实施例中提供了一种汽轮机，所述汽轮机包括缸体300、两个承重轴承400，以及实施例1所述的多级螺旋结构的转子；
所述旋转轴100贯穿所述缸体300，两个所述承重轴承400分别设置在所述旋转轴100与所述缸体300连接的位置。
具体的，由于旋转轴100在螺旋叶片202的带动下高速旋转，旋转轴100与缸体300连接的位置容易发生磨损，所以在旋转轴100与缸体300连接处安装了两个承重轴承400。
进一步的，本实施例的可选方案中，还包括两个止推轴承500；
两个所述止推轴承500分别设置在所述旋转轴100与所述缸体300连接的位置。
为了防止旋转轴100在转动时发生轴向位移，在旋转轴100与缸体300连接的位置还设置了止推轴承500。
进一步的，本实施例的可选方案中，还包括用于向所述螺旋结构200通气的进汽管道600，所述进汽管道600与所述蒸汽通道101连通。
进一步的，本实施例的可选方案中，第一级所述螺旋结构200的蒸汽通道101设置在所述输入端，所述蒸汽通道101的一端开口在所述输入端的端面上，另一端开口与第一级所述螺旋通道连通。
进一步的，本实施例的可选方案中，所述进汽管道600与所述输入端连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封700；远离所述输出端的位置设有用于防止汽体从所述承重轴承400与所述旋转轴100排出的第二气封800。
为了防止锅炉排出的高压蒸汽在进汽管道600与旋转轴100连接的位置发生泄漏，在该位置设有用于防止连接处漏汽的第一气封700；此外，为了防止缸体300内远离输入端的乏汽泄漏而不便于排汽管道301进行乏汽的排出与利用，在远离所述输出端的位置设有用于防止汽体从所述承重轴承400与所述旋转轴100排出的第二气封800。
进一步的，本实施例的可选方案中，所述进汽管道600与所述缸体300具有一体式结构；或者，
所述进汽管道600与所述缸体300可拆卸连接。
如图4和图5所示，图4为所述进汽管道600与缸体300为可拆卸连接的结构示意图，连接方式可为螺纹连接，或其他密封连接的方式。图5为所述进汽管道600与缸体300一体式的结构，该结构使得高压整体从进汽管道600进入后，若第一气封700处发生泄漏，高压蒸汽也能够直接进入到缸体300内，防止了能量的损失和实现近零泄漏。
具体的，所述进汽管道600的端部也为可拆卸结构，以便于气封的安装。
进一步的，本实施例的可选方案中，所述缸体300的外表面设有保温层。
根据实际需求，为防止蒸汽的能量通过缸体300的壁面散发出去，在缸体300的外表面还设置了保温层。如果蒸汽通道内通过的气体为二氧化碳或氮气等低温气体，该保温层还能够防止外部能量进入到缸体内。
实施例3
本实施例提供的所述汽轮机设备，包括了实施例1提供的所述多级螺旋结构的转子，实施例1所描述的技术方案也属于该实施例，实施例1已经描述的技术方案不再重复描述。
具体的，本实施例中，所述蒸汽通道可用于通过高压气体、气液混合体或液体。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种多级螺旋结构的转子，其特征在于，包括旋转轴和多级螺旋结构；
每级所述螺旋结构均包括底板、螺旋叶片和包裹在所述螺旋叶片外沿的转子保护层，所述底板与所述转子保护层配合形成一端开口的套筒，所述套筒与所述螺旋叶片固接配合形成螺旋通道；每级所述螺旋结构靠近所述底板的一端均为封闭端，远离所述底板的一端均为开口端，各级所述封闭端均设有蒸汽通道；
第一级所述螺旋结构套设在所述旋转轴上，且第一级所述螺旋叶片的内沿与所述旋转轴固接；其余各级所述螺旋结构依次套设在上一级所述螺旋结构上，且各级所述螺旋叶片的内沿均与上一级所述螺旋结构的所述转子保护层固接；
所述旋转轴包括输入端和输出端；奇数级所述螺旋结构的封闭端均设置在靠近所述输入端的位置，偶数级所述螺旋结构的封闭端均设置在远离所述输入端的位置，以使第一级所述螺旋结构的蒸汽通道与最后一级所述螺旋结构的开口端连通。
2.根据权利要求1所述的多级螺旋结构的转子，其特征在于，每级所述螺旋结构的匝道沿所述封闭端到所述开口端方向的尺寸逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的多级螺旋结构的转子，其特征在于，所述螺旋通道呈规则的圆筒状或不规则的通道形状。
4.一种汽轮机，其特征在于，所述汽轮机包括缸体、两个承重轴承，以及如权利要求1-3任一项所述的多级螺旋结构的转子；
所述旋转轴贯穿所述缸体，两个所述承重轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置。
5.根据权利要求4所述的汽轮机，其特征在于，还包括两个止推轴承；
两个所述止推轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置。
6.根据权利要求5所述的汽轮机，其特征在于，还包括用于向所述螺旋结构通气的进汽管道，所述进汽管道与所述蒸汽通道连通。
7.根据权利要求6所述的汽轮机，其特征在于，第一级所述螺旋结构的蒸汽通道设置在所述输入端，所述蒸汽通道的一端开口在所述输入端的端面上，另一端开口与第一级所述螺旋通道连通。
8.根据权利要求7所述的汽轮机，其特征在于，所述进汽管道与所述输入端连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封；远离所述输出端的位置设有用于防止汽体从所述承重轴承与所述旋转轴排出的第二气封。
9.根据权利要求8所述的汽轮机，其特征在于，所述缸体的外表面设有保温层。
10.一种汽轮机设备，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述的多级螺旋通道的转子；
所述蒸汽通道用于通过高压气体、气液混合体或液体。
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