CN110529197A - 一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置 - Google Patents

一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，涉及烟气轮机技术领域，包括外持环大法兰，所述外持环大法兰的一侧设有排气机壳大法兰，所述外持环大法兰的内侧设有内锥体，所述内锥体的一侧设有静叶内持环，所述静叶内持环的一侧设有轮盘，所述轮盘的周向固定连接有动叶片，所述静叶内持环的外侧设有可调静叶。本发明能够有效的依据变化工况对高温介质进行导流，使得透平机械使用时能量回收效率最佳，延长运行使用时间，通过过渡衬环通入保护气封体，防止拨叉等装置发生氧化，静叶转轴为空心轴，通过空心转轴向叶片内端面充入脉冲氮气，使静叶沿径向进行松动，防止固体颗粒及催化剂结垢将静叶卡死。

Description

一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置
技术领域
本发明涉及烟气轮机技术领域，具体为一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，同时也适用于其他工作介质较恶劣的相关透平设备。
背景技术
高温烟气轮机主要应用于炼油化工厂等工业场所，其工作方式是利用高温带压介质中的压力势能和热能，转变为机械能的流体机械，是工业生产的主要节能设备。其中主要部件转子、静叶的结构直接影响到透平机本身的能量回收效率及运行使用时间。
高温烟气轮机的工作介质为500℃-760℃含有固体颗粒的高温烟气，其烟气通过静叶后由动叶片将热能及压力能转换为机械能，驱动转子做功。在现有的结构中，高温气体介质过流部分主要由静叶、安装在轮盘上的动叶等组成，静叶为静止件，动叶片和轮盘为转动件。
由于介质中固体颗粒含量高易吸附，且过流部分温度高，现有结构静叶均采用固定安装角的形式焊接在流道内结构形式进行使用。但在透平机使用过程中经常会发生由于工业生产工艺变换导致介质压力流量发生变化的情况，由于现有结构静叶安装位置固定叶片对固定工况下的介质流向只有导流作用，并没有依据介质发生工艺变化的调节作用，从而导致了透平机无法根据工况调节至最佳效率点，造成能量回收的损失，且介质中的固体颗粒易吸附造成介质过流截面缩小，更加大了能量回收的损失，而停机清理固体吸附颗粒又使得运行使用时间缩短。
因此，发明一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，以解决上述背景技术中提出的现有静叶结构透平机无法根据工况调节至最佳效率点、能量损失大、固体吸附颗粒影响使用时间的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，包括外持环大法兰，所述外持环大法兰的一侧设有排气机壳大法兰，所述外持环大法兰的内侧设有内锥体，所述内锥体的一侧设有静叶内持环，所述静叶内持环的一侧设有轮盘，所述轮盘的周向固定连接有动叶片，所述静叶内持环的外侧设有可调静叶，所述可调静叶的外侧活动连接有静叶转轴，所述可调静叶的内侧开设有静叶环槽，所述可调静叶的顶端设有过渡衬环，所述过渡衬环固定连接在外持环大法兰和排气机壳大法兰的外侧之间，所述外持环大法兰和排气机壳大法兰的内侧之间固定连接有动叶围带，所述动叶围带与外持环大法兰之间连接有金属密封环，所述内锥体的外侧固定连接有支撑板，所述支撑板可调静叶与外持环大法兰的内侧固定连接，所述外持环大法兰的一侧开设有轴向氮气吹扫口；
所述可调静叶的外侧由上至下依次套接有辅助高温轴承、辅助填料密封、调整垫片、高温弹簧、压紧螺母、止动垫片、拨叉、高温碟簧、高温轴承和填料密封，所述拨叉远离可调静叶的一端固定连接有转鼓，所述过渡衬环的内部一端开设有氮气注入孔及环形槽，所述可调静叶的一端开有静叶环槽，所述过渡衬环的内部一端开设有氮气保护口，所述氮气保护口与外持环大法兰、过渡衬环、排气机壳大法兰及动叶围带组成密封腔体。
可选的，所述可调静叶为单边出轴，且轴靠近可调静叶出气缘，所述可调静叶的内外端面均与静叶内外端面相对应，所述静叶内持环和外持环大法兰的流道面为同心球面，所述静叶空心转轴为静叶内持环和外持环大法兰同心球面的球心，所述可调静叶内外端面处设有切刀。
可选的，所述转鼓位于转环的下方，所述动叶围带位于拨叉的下方，所述氮气保护口位于转环的上方。
可选的，所述静叶环槽与静叶内持环形成腔体，所述过渡衬环的内部一端开设有氮气注入孔及环形槽，所述氮气注入孔及环形槽与静叶空心转轴相对应，所述氮气吹扫口与可调静叶相对应
可选的，所述动叶片与可调静叶相对应，所述氮气吹扫口与可调静叶相对应。
可选的，所述辅助高温轴承的顶端设有压紧螺栓螺母，所述氮气去静叶空心转轴与压紧螺栓螺母相对应。
可选的，所述金属密封环由不锈钢材料制成，所述金属密封环的截面呈八角形或圆形。
可选的，所述填料密封采用不锈钢丝加石墨制成。
可选的，所述支撑板紧靠可调静叶设置。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明能够有效的依据变化工况对高温介质进行导流，使得透平机械使用时能量回收效率最佳，延长运行使用时间。
2、本发明通过过渡衬环上的氮气保护口通入保护气封体，防止装置发生氧化，可调静叶的转轴为空心轴，通过过渡衬环上的氮气注入孔及静叶空心转轴向叶片内端面静叶环槽充入脉冲氮气，使可调静叶沿径向进行松动，防止固体颗粒及催化剂结垢将静叶卡死，可调静叶的内外端面处设有切刀，在可调静叶转动时，可清除端面附着的催化剂及固体颗粒。
3、本发明的整个可调静叶沿静叶空心转轴的轴向方向可以移动，依靠高温弹簧将带有可调静叶压紧在静叶内持环上，使其可调静叶内端面与静叶内持环之间的间隙为零，提高透平效率，而静叶内持环的球面也可以很好支撑静叶，抵消可调静叶在气体流动时下产生弯矩。
4、本发明的静叶空心转轴过静叶内持环和外持环大法兰同心球面的球心，而且靠近可调静叶出气缘，保证喉口截面处的叶顶间隙最小，保证透平机效率，并尽量加大转轴直径，提高转轴强度。
5、本发明通过设置外持环大法兰氮气吹扫，增加了可调静叶转轴处的氮气吹扫，可以采用连续或间断式吹扫，防止催化剂堆积、烧结；支撑板紧靠可调静叶设置，防止内外温差带来静叶内持环轴向位移偏差，填料密封依靠高温轴承来压紧，其预紧力来自压紧螺母，而高温碟簧在工作状态时起到补偿作用，保证密封效果。
附图说明
图1为本发明可调静叶装置的部分剖面示意图；
图2为本发明可调静叶外部结构的连接剖面示意图1；
图3为本发明可调静叶外部结构的连接剖面示意图2；
图4为本发明可调静叶环槽结构的示意图；
图5为本发明可调静叶结构的剖面示意图；
图6为本发明的松动风循环吹扫工艺图。
图中：1、可调静叶；2、填料密封；3、高温轴承；4、高温碟簧；5、拨叉；6、止动垫片；7、压紧螺母；8、高温弹簧；9、调整垫片；10、辅助填料密封；11、辅助高温轴承；12、压紧螺栓螺母；13、外持环大法兰；14、支撑板；15、内锥体；16、静叶内持环；17、过渡衬环；18、排气机壳大法兰；19、转环；20、转鼓；21、动叶围带；22、金属密封环；23、轮盘；24、动叶片；25、氮气注入孔及环槽；26、轴向氮气吹扫口；27、氮气保护口；1-2、静叶空心转轴；1-3、静叶环槽；1-4、切刀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明和发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明和发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明提供了如图1所示的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，包括外持环大法兰13，外持环大法兰13的一侧设有排气机壳大法兰18，外持环大法兰13的内侧设有内锥体15，内锥体15的一侧设有静叶内持环16，静叶内持环16的一侧设有轮盘23，轮盘23的周向固定连接有动叶片24，静叶内持环16的外侧设有可调静叶1，可调静叶1的外侧活动连接有静叶空心转轴1-2，可调静叶1的内侧开设有静叶环槽1-3，动叶片24与可调静叶1相对应，可调静叶1的顶端设有过渡衬环17，过渡衬环17固定连接在外持环大法兰13和排气机壳大法兰18的外侧之间，外持环大法兰13和排气机壳大法兰18的内侧之间固定连接有动叶围带21，动叶围带21与外持环大法兰13之间连接有金属密封环22，金属密封环22由不锈钢材料制成，金属密封环22的截面呈八角形或圆形，内锥体15的外侧固定连接有支撑板14，支撑板14远离内锥体15的一端与外持环大法兰13的内侧固定连接，外持环大法兰13的一侧开设有轴向氮气吹扫口26，氮气吹扫口26与可调静叶1相对应，氮气吹扫口26能够引入氮气松动风循环吹扫；
可调静叶1的外侧由上至下依次套接有辅助高温轴承11、辅助填料密封10、调整垫片9、高温弹簧8、压紧螺母7、止动垫片6、拨叉5、高温碟簧4、高温轴承3和填料密封2，拨叉5远离可调静叶1的一端固定连接有转鼓20，过渡衬环17的内部一端开设有氮气注入口及环形槽25，过渡衬环17的内部另一端开设有氮气保护口27，氮气保护口27位于转环19的上方，转鼓20位于转环19的下方，动叶围带21位于拨叉5的下方，外持环大法兰13,过渡衬环17,排气机壳大法兰18,动叶围带21组成保护气密封腔体。辅助高温轴承11的顶端设有压紧螺栓螺母12，氮气注入口及环形槽25、静叶空心转轴1-2与压紧螺栓螺母12相对应；
可调静叶1为单端出轴，可防止高温下静叶内持环16变形，轴向膨胀不均，造成的双端出轴静叶卡塞情况；可调静叶1内外端面，以及与静叶内外端面相对应的静叶内持环16与外持环大法兰13流道面为一同心球面，且靠近可调静叶出气缘，保持在静叶旋转调节时叶片两端面的间隙最小，可调静叶内外端面处设有切刀1-4，切刀1-4在可调静叶1旋转时，可清除端面附着的催化剂及固体颗粒，由含有外持环大法兰13、过渡衬环17、排气机壳大法兰18、动叶围带21组成了密封的可调静叶拨叉装置腔体，可以通过过渡衬环17上的氮气保护口27通入保护气体，防止氧化，填料密封2是为了隔离烟气设置的填料密封，为了耐高温，采用不锈钢丝加石墨的填料，填料密封2依靠高温轴承3来压紧，其预紧力来自压紧螺母7，而高温碟簧4在工作状态时起到补偿作用，保证密封效果，整个静叶沿静叶转轴的轴向方向可以移动，依靠高温弹簧8将带有可调静叶1压紧在静叶内持环16上，使其静叶内端面与静叶内持环16之间的间隙为零，提高透平效率，而静叶内持环16的球面也可以很好支撑可调静叶1，抵消可调静叶在气体流动时下产生弯矩，静叶空心转轴1-2过静叶内持环16和外持环大法兰13同心球面的球心，而且靠近可调静叶出气缘，保证喉口截面处的叶顶间隙最小，保证透平机效率，并尽量加大转轴直径，提高转轴强度，在可调静叶1内端面增加一环槽，与静叶内持环16形成一腔体，可调静叶转轴为空心轴，通过静叶空心转轴1-2向叶片内端面充入脉冲氮气，使可调静叶沿径向进行松动，防止固体颗粒及催化剂结垢将静叶卡死，为了引入该脉冲氮气，增加辅助填料密封10，并使用辅助高温轴承11压紧，辅助高温轴承11也有辅助支撑转轴的作用，在过渡衬环17上开设氮气注入孔及环形槽25与可调静叶1相对应，氮气注入可设置为全部或分组形式，分组形式是指几片相邻可调静叶1分为一组，采用同时或分组的松动方式吹扫静叶内端面，含有外持环大法兰13增加了转轴处的氮气吹扫孔26采用连续或间断式吹扫，防止催化剂堆积、烧结，支撑板14紧靠可调静叶设置，防止内外温差引起的静叶内持环16轴向位移偏差；氮气循环吹扫，分别去往静叶空心转轴1-2进行可调静叶1内端面吹扫和松动及填料封前端可调静叶转轴吹扫。
根据不同的使用工况，填料封的固定位置可以固定在，如图2结构示意静叶空心转轴上；也可以固定在如图3结构示意外持环大法兰13上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，包括外持环大法兰(13)，所述外持环大法兰(13)的一侧设有排气机壳大法兰(18)，所述外持环大法兰(13)的内侧设有内锥体(15)，所述内锥体(15)的一侧设有静叶内持环(16)，所述静叶内持环(16)的一侧设有轮盘(23)，所述轮盘(23)的周向固定连接有动叶片(24)，其特征在于：所述静叶内持环(16)的外侧设有可调静叶(1)，所述可调静叶(1)的外侧活动连接有静叶空心转轴(1-2)，所述可调静叶(1)的内侧开设有静叶环槽(1-3)，所述可调静叶(1)的顶端设有过渡衬环(17)，所述过渡衬环(17)固定连接在外持环大法兰(13)和排气机壳大法兰(18)的外侧之间，所述外持环大法兰(13)和排气机壳大法兰(18)的内侧之间固定连接有动叶围带(21)，所述动叶围带(21)与外持环大法兰(13)之间连接有金属密封环(22)，所述内锥体(15)的外侧固定连接有支撑板(14)，所述支撑板(14)靠紧可调静叶(1)与外持环大法兰(13)的内侧固定连接，所述外持环大法兰(13)的一侧开设有轴向氮气吹扫口(26)；
所述可调静叶(1)的外侧由上至下依次套接有辅助高温轴承(11)、辅助填料密封(10)、调整垫片(9)、高温弹簧(8)、压紧螺母(7)、止动垫片(6)、拨叉(5)、高温碟簧(4)、高温轴承(3)和填料密封(2)，所述拨叉(5)远离可调静叶(1)的一端固定连接有转鼓(20)，所述过渡衬环(17)的内部一端开设有氮气注入孔及环形槽(25)，所述可调静叶(1)的一端开有静叶环槽(1-3)，所述过渡衬环(17)的内部一端开设有氮气保护口(27)，所述氮气保护口(27)与外持环大法兰(13)、过渡衬环(17)、排气机壳大法兰(18)及动叶围带(21)组成密封腔体。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述可调静叶(1)为单边出轴，且轴靠近可调静叶出气缘,所述可调静叶(1)的内外端面均与静叶内外端面相对应，所述静叶内持环(16)和外持环大法兰(13)的流道面为同心球面，所述静叶空心转轴(1-2)轴线穿过静叶内持环(16)和外持环大法兰(13)同心球面的球心，所述可调静叶内外端面处设有切刀(1-4)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述转鼓(20)位于转环(19)的下方，所述动叶围带(21)位于拨叉(5)的下方，所述氮气保护口(27)位于转环(19)的上方。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述静叶环槽(1-3)与静叶内持环(16)形成腔体，所述过渡衬环(17)的内部一端开设有氮气注入孔及环形槽(25)，所述氮气注入孔及环形槽(25)与静叶空心转轴(1-2)相对应，所述氮气吹扫口(26)与可调静叶(1)相对应。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述辅助高温轴承(11)的顶端设有压紧螺栓螺母(12)，所述氮气去静叶空心轴(25)与压紧螺栓螺母(12)相对应。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述金属密封环(22)由不锈钢材料制成，所述金属密封环(22)的截面呈八角形或圆形。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述填料密封(2)采用不锈钢丝加石墨制成。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高温烟气轮机的可调静叶装置，其特征在于：
所述支撑板(14)紧靠可调静叶(1)设置。
9.所述氮气吹扫氮气吹扫的方式可设置持续吹扫，也可设置为间断吹扫。
10.所述氮气注入孔注入氮气的方式可设置为同时对全部可调静叶注入氮气也可对可调静叶进行分组注入氮气。
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