CN110268135A - 用于改装涡轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改装涡轮机(1)的方法，该涡轮机具有布置在圆锥形的壳体(2)中的多个转子叶片环(3a、3b、3c、3d)和多个导向叶片环(4a、4b、4c、4d)，其中第一转子叶片位置(I)处的一个初始的转子叶片环(3a、3b、3c、3d)被第二转子叶片位置(II)处的一个替代转子叶片环(3')替换；其中第二转子叶片位置(II)沿涡轮机(1)的转子轴(11)的延伸方向并且朝着流过涡轮机(1)的工作介质的流动方向(S)与第一转子叶片位置(I)间隔地布置。

Description

用于改装涡轮机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于改装涡轮机的方法。
背景技术
热流体机械(也称为涡轮机)在此应理解为这样的机械，其中根据流体动力学定律，在开放空间中的工作介质(液体或气体)和热流体机械之间的能量传递经由流体并间接地通过动能来实现。
这种热流体机械(例如燃气轮机)可以包括压气机和涡轮机。压气机被构造为压缩气态的工作介质，而涡轮机将流动的工作介质的内能转换成机械能，并通过涡轮轴输出。
热流体机械具有叶片组，包括例如涡轮机的全部叶片。在此，转子叶片和导向叶片之间存在差异。转子叶片环与相应的导向叶片环一起被称为级。涡轮机和/或压气机的叶片组可以是多级的。
导向叶片被固定地安装在涡轮机的壳体中，并且将工作介质以最佳角度引导到转子叶片上，该转子叶片位于可旋转的轴上。通过转子叶片，在热流体机械和工作介质之间发生机械可用功率的耦合。
在规定涡轮机的级数时，转子叶片环的数量具有决定性意义：例如五级涡轮机具有五个转子叶片环。在压气机中，导向叶片环通常被分配给前面的转子叶片环；在涡轮机中，导向叶片环通常被分配给后面的转子叶片环。
叶片(即转子叶片或导向叶片)包括翼型件、附接到翼型件上的平台以及附接到平台上的根部，该根部具有用于将叶片附接到涡轮的壳体或转子的固定区段。
然而，为应对不断变化的需求，特别是不断增加的功率需求，对这样的热流体机械的调整需要付出相当大的开销。因此，从US5,110,256中已知，将最后一个蒸汽轮机级和相关联的壳体的转子叶片都替换成总体上提供更大出流面的转子叶片，以用于增加最大可能功率。然而，由于转子和壳体都必须改装，因此这样的改装相对复杂。US 5,494,405还公开了另一种改装。改装的动机是大规模地出现潮气，因此通过改装能够更容易地导出潮气。为此目的，蒸汽轮机的最后一级中的转子叶片需要轴向地向下游重新定位，以便将由此获得的空间用于扩大排水口。
发明内容
因此，需要提出至少一种能够以很少的开销来改装涡轮机的方式。
根据本发明，为了改装涡轮机(该涡轮机具有布置在圆锥形壳体中的多个转子叶片环和多个导向叶片环)，第一转子叶片位置处的初始转子叶片环被第二转子叶片位置处的替代转子叶片环替换，其中在保持壳体的同时，第二转子叶片位置沿着涡轮机的转子轴的延伸方向并且朝着流过涡轮机的工作介质的流动方向与第一转子叶片位置间隔地布置。由此，能够以极其简单的方式改装涡轮机，以适应增加的功率需求。同时，可以减少工作介质的马赫数。
此外，替代转子叶片环的外径大于初始转子叶片环的外径。上述应用能够在不改变壳体(即，保持圆锥形开口角度)的情况下实现。由于壳体锥度和更向下游布置的转子叶片，使得转子轴和壳体内径之间在第二转子叶片位置处的距离与在第一转子叶片位置处的距离相比增加，所以上述方案是可行的。因此，根据预先存在的扩大的壳体内径来进行改装，从而容易提供特别节能的涡轮机。
优选地，使用单独的部件作为定位元件。因此，可以在不改变替代转子叶片环的转子盘的情况下固定替代转子叶片环的位置。
优选地，被构造为间隔件或环的定位元件被布置在转子轴中，以用于将替代转子叶片环固定在第二转子叶片位置处。因此，能够以特别简单的方式将替代转子叶片环固定在第二转子叶片位置处，从而在替代转子叶片中，翼型件的内端的轴向位置可以相对于叶片根部的轴向位置保持不变，如在初始转子叶片中那样。这减少了确定替代转子叶片形状的设计工作量。
优选地，使用构造为间隔件或环的定位元件。因此，可以使用特别容易制造的定位元件。
优选地，定位元件一体地成型在替代转子叶片环上。这省去了安装附加的组件。
优选地，定位元件由替代转子叶片环的替代转子叶片的根部的凸台上的延长部构成。详细地说，通过在叶片根部上游侧延长并在叶片根部下游侧缩短，而使替代转子叶片的叶片根部轴向地改变。由于转子叶片按照常规方式保持在转子盘中，因此转子盘可以不加改变地使用，而不需要在转子轴中插入间隔件。因此，替代转子叶片随后被布置在转子盘的凹槽中，使得替代转子叶片的翼型件与初始转子叶片的翼型件相比轴向上位于更下游的位置。为了避免替代转子叶片的叶片尖端处的径向间隙增大，可以通过堆焊或其他合适的增材工艺使得替代转子叶片的翼型件在尖端侧延伸。因此，可以通过对叶片的特别简单的修改来形成定位元件。
优选地，为了将替代转子叶片环固定在第二转子叶片的位置处，可以(在下游侧的轴向方向上)缩短替代转子叶片环的替代转子叶片的根部。因此，如果例如要将转子叶片定位在下游止挡处，则通过对转子叶片根部的特别简单的修改，即可重新确定转子叶片的位置。
此外，本发明包括这样改装后的涡轮机和用于这种涡轮机的转子叶片环，以及用于这种替代转子叶片环的替代转子叶片。
附图说明
在下文中，将参考所附示意图解释根据本发明的方法的优选实施例。图中示出：
图1示意性示出了涡轮机的一部分。
图2示意性示出了对图1中所示涡轮机的改装。
图3示出了改装后的涡轮机的细节。
具体实施方式
首先参考图1。
图1示出了涡轮机1，该涡轮机1在本实施例中被构造为轴流式涡轮机1。
在本实施例中，涡轮机1被构造为四级，即，涡轮机1包括具有四个转子叶片环3a、3b、3c、3d和三个导向叶片环4a、4b、4c、4d的叶片组。
转子叶片环3a、3b、3c、3d分别包括多个转子叶片5，而导向叶片环4a、4b、4c、4d分别包括多个导向叶片6。
转子叶片环3a、3b、3c、3d和导向叶片环4a、4b、4c、4d在工作介质的流动方向上交替地布置在壳体2中，工作介质流过涡轮机1，即，从导向叶片环4a开始，接着是转子叶片环3a等。在该实施例中，壳体2是圆锥形的，并且沿工作介质的流动方向S而变宽。
转子叶片5分别包括转子叶片翼型件7、附接到翼型件上的平台8、以及附接到平台8上的根部9，该根部9具有转子叶片固定区段10。
利用相应的转子叶片固定区段10，转子叶片5被固定到涡轮机1的转子轴11上，其中转子叶片5被插入到转子轴11的相应的槽形的容纳部12中。
导向叶片6分别包括导向叶片翼型件3a、3b、3c、3d，并且在翼型件径向外端处具有导向叶片固定区段14，通过导向叶片固定区段14，来将导向叶片6固定到环形的导向叶片支撑件15上。导向叶片6在其径向向内的端部处分别具有一个密封元件16，该密封元件16相应地布置在两个相邻的转子叶片5的转子叶片固定区段10之间。为了改善转子叶片5和导向叶片6之间的密封，转子叶片固定区段10分别具有凸台17，这些凸台17被构造为相应平台8的延长部，并且朝着流动方向或逆着流动方向延伸。
现在参考图2解释用于改装涡轮机1的方法的实施例。
为了改装涡轮机1，例如为了使涡轮机1适应增加的功率需求，移除第一转子叶片位置I处的初始转子叶片环3a、3b、3c、3d。在本实施例中，在流动方向S上的最后一个转子叶片环3d位于第一转子叶片位置I。
然后，将替代转子叶片环3'安装在第二转子叶片位置II处。换句话说，第二转子叶片位置II处的替代转子叶片环3'替换在第一转子叶片位置I处的初始转子叶片环3d。在此，替代转子叶片环3'由多个替代转子叶片5'组成。
在此，第二转子叶片位置II沿着热流体机械1的转子轴11的延伸方向并且朝着工作介质的流动方向、与第一转子叶片位置I间隔地布置，其中距离A被规定为使得替代转子叶片环3'仍然位于壳体2内。在本实施例中，距离A在3mm至15mm之间，例如是10mm。
与本实施例不同，还可以规定例如将第二转子叶片环3b移动距离A。在这种情况下，第三转子叶片环3c、第四转子叶片环3d、以及布置在第三转子叶片环3c和第四转子叶片环3d之间的第三导向叶片环4c也将朝着流动方向S移动距离A。
替代转子叶片环3'具有比初始的转子叶片环3d更大的外径，该外径适合于在第二转子叶片位置II处的壳体2的内径。
为了将替代转子叶片环3'固定在第二转子叶片位置II处，提供定位元件18a。在本实施例中，定位元件18a被构造为间隔件或环，并且在安装替代转子叶片环3'之前已被推到转子轴11上。
现在参考图3解释定位元件18b的第二实施例。
根据第二实施例，定位元件18b成型在替代转子叶片环3'上，例如以凸台17的延长部19的形式。替代地或附加地，可以规定定位元件18b由后接触面20形成，该后接触面20通过根部9的逆着流动方向S的缩短部21而向前移动。换句话说，在根部8的后侧移除材料，使得由于缩短的根部8，替代转子叶片环3'可以朝着流动方向S移动。
因此，可以容易地改装涡轮机1。
尽管通过优选实施例进一步说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从中得出其他变型。

Claims (6)

1.一种用于改装涡轮机(1)的方法，所述涡轮机(1)具有布置在一个圆锥形的壳体(2)中的多个转子叶片环(3a、3b、3c、3d)和多个导向叶片环(4a、4b、4c、4d)，其中第一转子叶片位置(I)处的一个初始的转子叶片环(3a、3b、3c、3d)被第二转子叶片位置(II)处的一个替代转子叶片环(3')替换；
其中，在保持所述壳体(2)的同时，所述第二转子叶片位置(II)沿所述涡轮机(1)的转子轴的延伸方向并且朝着流过所述涡轮机(1)的工作介质的流动方向(S)与所述第一转子叶片位置(I)间隔地布置；
其中，所述替代转子叶片环(3')的外径大于所述初始的转子叶片环(3a、3b、3c、3d)的外径。
2.根据权利要求1所述的方法，其中一个单独的部件被用作定位元件(18a)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中被构造为间隔件或环的一个定位元件(18a、18b)被布置在所述转子轴(11)中，以用于将所述替代转子叶片环(3')固定在所述第二转子叶片位置(II)处。
4.根据权利要求1所述的方法，其中一个定位元件(18b)被成型在所述替代转子叶片环(3')上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述定位元件(18b)通过所述替代转子叶片环(3')的一个替代转子叶片(5')的根部(8)的凸台(17)上的延长部(19)构成。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述替代转子叶片环(3')的一个替代转子叶片(5')的根部(9)的缩短部(21)被实现用于将所述替代转子叶片环(3')固定在所述第二转子叶片位置(II)处。
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