CN1087969A - 用以减少硬微粒损害的改进的汽轮机几何形状 - Google Patents

Abstract

在各级都容纳在一个机壳内、受到微粒材料潜在 威胁的一台汽轮机内，每一级都有固定的和旋转的部 件，前者包括至少一个的溢流挡座、溢流挡、和溢流挡 上的端尖封，在该至少一个的溢流挡座上设有一倾斜 的内壁，还在溢流挡上有一角挡与端尖封邻接，在端 尖封上还有一个小的贯通口，以使微粒材料得以较快 地从邻近端尖封的空间中排出，或是进入固定部件的 一个专用内腔内被截留并存储起来借以保护下游级， 或是重新加入到正常的蒸汽流中进入下一级。

Description

本发明一般地涉及汽轮机，更具体地说，涉及用以减少硬微粒损害的改进的汽轮汽几何形状。许多汽轮机由于穿越其通道内的微粒材料而遭受损害。微粒材料可能来自锅炉，诸如管子上剥落的氧化皮，或者是在修理锅炉管道时产生的焊珠或焊渣。

损坏的汽轮机零件是这种微粒的另一个来源。

这些微粒材料会使喷嘴和涡轮叶片型面变得粗糙和损坏并降低汽轮机的效率。

当微粒材料得以截留在涡轮叶片罩的上面和固定端尖封的前面时损害将会增加。因为在这个部位，由于圆周运动而被离心力甩到外周来的微粒是不容易逸出的，往往要经过许多次的强迫环流，才有一次碰巧的碰撞使微粒得以逸出。在环流时，微粒在固定部件（端尖封、侧壁等）和旋转部件（涡轮叶片罩和榫头）之间不断碰撞，造成损害，以致泄漏区增加并危及榫头夹持叶片罩的能力。结果效率和可靠性都会降低。

制造厂力图防止这种微粒的产生和进入机内，并在喷嘴和涡轮叶片上采用硬化的表面借以减少损害;但在端尖封和涡轮叶片罩的附近处严重的损害仍会发生。

本发明的一个目的是要使进入端尖封空间内的微粒材料能迅速地排出。

另一个目的是把微粒材料截留并存储在一个使它不致为害的部位。

本发明还有一个目的是要减少在端尖封附近处微粒材料对固定部件和旋转部件造成的侵害。

本发明得以实现是由于在持有端尖封的固定部件上设置了一个倾斜的内壁可以促使微粒沿下游方向移动流向与端尖封邻近的小角档然后被强制从端尖封上的小口中排出，这样微粒就可以较快地从涡输叶片罩上面和端尖封附近的空间内向外排出。

另外，在固定隔板与容纳各种汽轮机部件的机壳之间的部位上还在机壳内专门设置一个接纳微粒材料的空腔使微粒能被截留并存储起来，这样下游各级就可不必考虑如何对付这些微粒了。

附图简要说明：

图1为一台典型的现有技术的多级轴流式汽轮机的水平横断面图，示出其中一级和其邻级的一部分;

图2为与图1相似的横断面图，其中引入了本发明的特征;

图3为在一个级内只设一个端尖封的变型汽轮机的横断面图，其中引入了本发明的特征;

图4为示出本发明特征的图2中汽轮机级的一个端尖封从底面看的不完整的平面图;

图5为示出本发明的溢流档端尖封和角档的不完整的侧视立面图，为了清晰起见省略了溢流档座;

图6为端尖封和角档的放大而不完整的透视图。

参阅图1，这是现有技术的多级汽轮机。图中只示出两级的一部分。前一级或上游级包括一个固定隔板10，该隔板10是由一个外环12、一个喷嘴环14、一个内环16、和一个填密环18构成的。还有一T字形径向的溢流档20装在溢流档座24上相应的槽内形成外环12内面的一个延伸部。

溢流档20含有一个形状为水平横置件26的榫件，该横置件26有一个由其中央处垂直挂下的档体27，横置件26和档体27装在溢流档座24上相应的槽内。

有一锥形指状的端尖封22从档体27的下端挂下并从溢流档座24的底面或内面25向下延伸。

该级的旋转部件30包括一个涡轮叶片32、一个叶片罩34、一个将叶片罩固定在涡轮叶片上的榫头36、和一个在其上装有涡轮叶片的转子38。汽轮机的各级均被容纳在一个机壳40内。

外环12上的密封边21形成外环与机壳40的界面。

操作时，高压蒸汽在通过喷嘴的通道时被加速到很高的离心速度。蒸汽的这个离心动量在通过旋转的涡轮叶片32的通道时被转移出去，然后蒸汽进入到下一级或下游级，该级具有一个固定隔板10′，该隔板10′包括一个外环12′、一个喷嘴环14′、一个内环16′、和一个填密环18′。还有一个T字形径向的溢流档20′装在溢流档座24′上相应的槽内形成外环12′内面的一个延伸部。外环12′上的密封边21′形成外环与机壳40′的界面。

溢流档20′含有一个形状为水平横置件26′的榫件，该横置件26′有一个由其中央处垂直挂下的档体27′，横置件26′和档体27′装在溢流档座24′上相应的槽内。

一个锥形指状的端尖封22′从档体27′的下端挂下并从溢流档座24′的底面或内面25′向下延伸。

下一级的相应的旋转部件在图上未示出。

蒸汽在喷嘴环14和14′处喷出的过程中产生出很高的圆周速度，蒸汽中含有的任何金属微粒都会被离心力抛到蒸汽通路的外边，其中有一些最终实际上会停留在叶片罩34的外边与尖端封22和22′邻近的一个空间23内。

在该部位23内，微粒基本上被截留住，它们虽然可被离心力强制向外流出，但往往不能逸出，因为从外环12和12′上的溢流档座24和24′的下面或内面25和25′上分别有端尖封22和22′向内凸出到空间23内。以致那些微粒会在固定部件和旋转部件之间来回碰撞，使两者的表面受到损害。最后还会使端尖封22和22′受到破坏，导致效率降低，并会使榫头36损坏到叶片罩34能从叶片32上飞离的地步，造成其他涡轮部件的严重损坏，汽轮机被迫长期停机。

参阅图2，这是具有本发明特征的多级汽轮机。图中只示出两级的一部分。前一级或上游级包括一个固定隔板110，该隔板110是由一个外环112、一个喷嘴环114、一个内环116和一个填密环118构成的。有一倒L字形径向的溢流档120装在溢流档座124上相应的槽内形成外环112的一个延伸部。

溢流档120含有一个形状为水平突出部126的榫件，该突出部126是从一个垂直挂下的档体127的上端侧面向外突出，突出部126和档体127装在溢流档座124上相应的槽内。

有一锥形指状的端尖封122从档体127的下端挂下并从溢流档座124的底面或内面125向下延伸。

该级的旋转部件包括一个涡轮叶片132、一个叶片罩134、一个将叶片罩固定在涡轮叶片上榫头136、和一个在其上装有涡轮叶片的转子138。汽轮机的各级均被容纳在一个机壳140内。

外环112上的密封边121形成外环与机壳140的界面。

操作时，高压蒸汽在通过喷嘴的通道时被加速到很高的离心速度。蒸汽的这个离心动量在通过旋转的涡轮叶片132时被转移出去，然后蒸汽进入到下一级或下游级，该级具有一个隔板110′，该隔板110′包括一个外环112′、一个喷嘴环114′、一个内环116′、和一个填密环118′。有一个倒L字形径向的溢流档120′装在溢流档座124′上相应的槽内形成外环112′的一个延伸部。外环112′上的密封边121′形成外环112′与机壳140的界面。

溢流档120′包括一个形状为水平突出部126′的榫件，该突出部126′是从一个垂直挂下的档体127′的上端侧面向外突出，突出部126′和档体127′装在溢流档座124′上相应的槽内。

有一锥形指状的端尖封122′从档体127′的下端挂下并从溢流档座124′的底面或内面125′向下延伸。

下一级的相应的旋转部件就不再示出了。

作为改进的第一步是使溢流档座124和124′的内壁倾斜以便使流动方向上的通道直径逐渐增大如表面125和125′所示。这样可以促使那些被截留在叶片罩134上面空间123内的微粒向下游方向移动。

作为改进的第二步是使溢流档座124和124′的两个相对面的间距增大，超过图1中溢流档座24和24′的两个相对面的间距，以便将通道142拓宽，使微粒得以从空间123中逃出并被引到一个存储空间146内，在那里微粒被截留但不再会对端尖封和榫头产生进一步的损害;并可防止被截留的微粒对下游级产生损害。

溢流档座124和124′的两个相对面上分别做成倒角如143和143′处所示，以便使微粒更易于进入通道142内并由此进入机壳140内的存储空间146中。

作为改进的第三步是在每一个溢流档120和120′的圆周上一个选定的部位分别设置一个角档144和144′（参阅图4，6）。角档144和144′设置在溢流档120，120′的档体127和127′的底面上并从该底面邻接端尖封122和122′处斜向向外伸展，这样便可使打圈的微粒折返，通过端尖封122上的一个开口或缺口147以及没有画出的端尖封122′上的一个类似的开口或缺口，使微粒得以从空间123中逃出，重新加入到流向下一级的蒸汽流中去，如图4所示。

在图4中，箭头A指出转子的旋转方向以及在角档的几何形状与涡轮叶片132的旋转方向之间应具有的关系，在溢流档120上设有开口147使微粒能从其中穿越。

关于角档的安排还可参阅图5和图6。

这些在汽轮机梯级设计上的改进可以大大减少损害、效能损失、强迫停机和维修费用。

图2所示的一级设有两个溢流档、在每一个隔板上都设有一个溢流档的情况。要知道往往一个级可以只用一个溢流档的，如图3所示。

参阅图3，这是一台将本发明特征用于单一溢流档的多极汽轮机。图中只示出两级的一部分。前一级或上游级具有一个固定隔板210，该隔板210是由一个外环212、一个喷嘴环214、一个内环216、和一个填密环218构成的。在外环212上不设溢流档，溢流档只是位在机壳240上挂下部分239所提供的孔道上，在外环212上有一密封边221形成外环212与挂下部分239的界面。

该级的旋转部件230包括一个涡轮叶片232、一个叶片罩234、一个将叶片罩固定在叶片上的榫头236、和一个在其上装有叶片的转子238。

位在涡轮叶片232和转子238的邻近处并隔开一定间隔的下游级也具有一个固定隔板210′，其中有一个外环212′、一个喷嘴环214′、一个内环216′、和一个填密环218′。有一倒L字形径向的溢流档220′装在溢流档座224′上相应的槽内，形成外环212′内面的一个延伸部并被包容在机壳240内。

溢流档220′含有一个形状为水平突出部226′的榫件，该突出部226′是从一个垂直挂下的档体227′的上端侧面向外突出，突出部226′和档体227′装在溢流档座224′上相应的槽内。

有一锥形指状的端尖封222′从档体227′的下端挂下并从溢流档座224′的底面或内面225′向下延伸。

挂下部分239和溢流档座的内壁做成倾斜以便使流动方向上的通道直径逐渐增大如表面225和225′所示。这样可促使那些被截留在叶片罩234上面空间223内的微粒向下游方向移动。

机壳240的挂下部分239和溢流档座224′的相对面的间距得到增大，超过图1中溢流档座24和24′的两个相对面的间距，以便将通道242拓宽，使微粒得以从空间223中逃出并被引到机壳240内的一个存储空间246内，在那里微粒被截留但不再会对端尖封和榫头产生进一步的损害;并可防止被截留的微粒对下游级产生损害。

在挂下部分239和溢流档座的两个相对面的端头分别做成倒角如243和243′处所示，以便使微粒容易进入通道242内并由此进入存储空间246内。

在溢流档220′的圆周上一个选定的部位设置一个角档244′。角档244′设置在溢流档的档体227′的底面上并从该底面邻接端尖封222′斜向向外伸展。

角档244′使打圈的微粒折返，通过图上没有画出的端尖封222上的一个开口或缺口（类似图4至图6所示的开口或缺口147），使微粒得以从空间223中逃出，重新加入到流向下一级的蒸汽流中去。

应当理解，两个溢流档可以装在一个隔板上所固装的附加物上，也可直接装在机壳上以代替隔板上的附加物。在某些情况下，将微粒存储起来及采用倾斜的侧壁也许是不可能的，但在溢流档上开出缺口及采用角档总是可以办到的。

应当指出，端尖封122上的开口或缺口147以及端尖封122′和222′上的开口或缺口如果做成0.125英寸（3.175毫米）的大小就可使大多数微粒都能通过而端尖封泄漏只增加大约1%。当希望通过较大的微粒时，缺口应该做得大些。

端尖封开口或缺口较好的部分是在该级的底部。

还应提出，由于角档144、144′、244、和244′对摩擦具有较强的抗力，如果发生重摩擦，将会损害叶片罩134，234，因此建议角档必须有足够的距离离开叶片罩，以防万一发生这种摩擦的情况。对大多数的级来说，一个0.200英寸（5.08毫米）的距离可能是合适的。

熟悉汽轮机专业的行家会对本发明作出各种其他变型，但所有这些变型如果符合本发明的真髓并在本发明的范围内，我们希望得到所申请的权利要求保护。

Claims (2)

1、一种用以减少硬微粒损害的改进的汽轮机几何形状，在一台上游级和下游级都容纳在一个机壳内、受到微粒材料潜在威胁的汽轮机内，每一级都有固定部件和旋转部件，固定部件包括至少一个溢流档座、至少一个溢流档、和至少一个溢流档上的端尖封，该至少一个端尖封是从与旋转部件邻近处的溢流档上挂下来的，其特征在于，

在所说的至少一个溢流档座上具有一个倾斜的内壁以便促使进入端尖封空间内微粒材料向下游方向移动，朝向溢流档上与端尖封邻近处的一个小角档和端尖封上的一个小的贯穿口进入端尖封空间，由角档强迫微粒材料流经端尖封上的小口而排出，以使微粒材料得以较快地从邻近端尖封的空间中排出，并在固定部件内设有一个可以接纳微粒材料的专用内腔以便将它们截留并存储起来，借以保护后面的下游级，从而减少在端尖封附近处微粒材料对固定部件和旋转部件所造成的损害。

2、按照权利要求1的汽轮机，其特征是，

在相邻级的溢流档座之间设有拓宽的通道，使微粒材料易于从端尖封空间通过这个通道而进入到所说的专用内腔内。

Images