CN1143946C - 叶片机械用壳体 - Google Patents

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Abstract

一种尤其用于叶片机械(11)的轴密封(9)的构件(1)，它由铸造的第一种金属材料组成，该构件沿轴线(8)定向，并具有一个至少局部在轴线(8)圆周方向成型出的内壁(2)、一个朝向外侧区(16)的外壁(3)及至少一个由第二种金属材料制成的射流管道(5、6)，其中，在第一种金属材料内设有一个至少局部沿圆周方向伸展的射流导槽(4A、4B)，它向内壁(2)敞开并与射流管道(5、6)贯通；其中，射流管道(5、6)铸造到在第一种材料内，并使内壁(2)与外侧区(16)贯通。

Description

叶片机械用壳体
                      技术领域
本发明涉及一种尤其用于叶片机械轴密封的构件，它由一种铸造的第一种金属材料制成。该构件沿轴线方向定位，并具有一个至少局部沿轴线圆周方向成型出的内壁、一个朝向外侧区的外壁及一个由第二种金属材料制成的射流管道。
                      背景技术
在专利申请公开文本WO 92/04218A1中公开了一种用于叶片机械，尤其是汽轮机的废气套管和用于该叶片机械的设在废气套管内的轴承的构件。该构件铸成一体并具有一个套管部分和/或一个用来容纳轴承的轴承部分及一个带有至少一个支臂的支撑结构。该构件具有一个管道，它通过套管部分、支臂和轴承部分并被铸造在构件内。该构件由铸铁材料，优选是球墨铸铁制成。管道优选是由钢制成。在此，所述管道可以是由单一管子组成的简单管道，也可以是在支臂内的由一个外管和一个处在该外管内并与之绝缘的内管组成的绝缘管。绝缘管用来输入用于轴密封的热流体或用来排出轴密封的热流体。所谓热流体是例如为密封而被输送到轴承的蒸汽或从轴承漏出的被空气和/或油烟雾污染的和必须排出的烟雾蒸汽。采用根据WO 79/04218A1所述构件的结构，可以达到的目标是以尽可能少的费用提供构件，这种构件在布置密封轴承所必需的排入及排出管道方面尽可能好地利用所具有的空间，以便尽可能减小对叶片机械流动介质的流动影响。在美国专利US-PS 5,392,609中公开了一种降低在高压下产生的可燃气体压力的方法和装置。在此专利中，该装置具有一个轴密封件，其中，在该密封件内设有一个与周围连通的环槽，可燃气体可通过该环槽排出。此外，该密封件上有包围轴的空形腔区，空气或惰性气体可输入其中。
在德国专利申请公开文本DE-OS 18 17 012中公开了一种轴密封构件，它用于以弹性流体工作的带有许多间隙密封件的机器。在此专利中，该轴密封件具有一个密封蒸汽管道，密封蒸汽可在位于通常的高压汽轮机的节流阀和截止阀前面的位置排出。
                        发明内容
本发明的目的在于提供一种尤其用于叶片机械轴密封的构件，流体通过它可从外侧区到达内壁或相反。
对于开头所述构件而言，本发明的目的通过以下方式达到，即在第一种材料中构造一个至少局部沿圆周方向伸展的射流导槽，它向内壁敞开并与射流管道贯通，而射流管道使内壁与外侧区贯通。该流动管道优选铸造在第一种材料内。
在此，射流导槽可通过多个孔或尤其是一个开口与内壁连通，优选是它本身构造成开口形或槽形，例如环形腔。在此，射流导槽优选以机械方法，如通过洗削、车削或侵蚀及必要时以化学方法，如通过腐蚀在第一种材料内形成。利用一个至少局部沿圆周方向构造的、与内壁贯通的射流导槽，以简单方式形成环形腔的一部分，它与用于输入或排出流体的外侧区连通。沿圆周方向定向的射流导槽优选形成一个半环，在此，通过两个包围轴的构件的对接形成一个完整的包围轴的环。
通过机械或化学方法在第一种材料内制造射流导槽，使该射流导槽直接与铸造在其中的射流管道贯通。因此，射流管道形状简单，不必采用焊接就制成一体。当在第一种材料内铸造射流管道时，通过采用无缝射流管道(尤其是管形)而减少铸造材料可能进入射流管道内的危险。由于采用射流导槽，就可应用适当弯曲的射流管道，尤其是仅用于输入或排出的无缝管。根据所需要的流动截面积，在此可采用一个或两个或更多个射流管道。与射流管道的贯通在铸造第一种材料后直接通过制造射流导槽来完成。
射流管道优选从外壁突出到外侧区。通过这样从外壁伸出，可实现使射流管道在构件外与流体的输入管道或排出管道系统相连接的可能性。为此，第二种材料优选是可良好焊接的，尤其是钢，因此通过将射流管道焊接在排出或输入管道系统上就可简便地实现密封连接。射流管道在构件外面也可有一个用于密封连接的法兰或类似部件。由此可大大节约成本，尤其通过舍弃对管道连接进行机械加工，因为管道可直接焊接在例如为管子形式的铸造其中的射流管道上。通过将用第二种金属材料制成的射流管道铸造在主要由铁组成的球墨形铸件(即为球墨铸件)的第一种金属材料内，可简单地实现流体从外侧区流入到内壁或相反。由此，尤其可避免管道焊接在球墨铸件上强度不够的问题。球墨铸件在此是指这样的铸铁材料，它在固态形式下以金属基体中的球形石墨析出为特征，因此，它与具有石墨的絮状析出的常用铸铁不同。球墨铸件的另一特征为良好的可铸造性。球墨铸件可以低要求进行加工，因此可获得构件与其它部件的接触面可具有预先确定尺寸精度。在第一种材料内铸造出的第二种材料优选是钢，即含铁材料，它与铸铁材料相比具有明显低的碳含量并具有明显的延展性和相当高的熔点。钢通常在比铸铁件高200℃的温度下才熔融。这意味着，在将钢管铸造在构件内时，即当它被放入铸造构件所用壳型内并浇注液态铸铁材料时不会融化。由于钢管长时间在高温下而可能损害壳型稳定性的问题可通过在管子内填充沙子或另一种填料，尤其是一种稍后可熔融的填料来避免。根据构件的应用场合，可向铸铁件和钢中添加某些合金元素。可焊接钢例如可选择熟知的37号钢。
射流管道(管道段)和/或射流导槽优选是一个管子，并优选有大于5mm，优选是在8和12mm之间的壁厚。在射流管道铸入构件之前，可在其外表面附加筋条或类似突起，它们在与热熔融铸铁材料接触时被融化或融接，并由此确保射流管道与铸造的第一种材料有良好结合和密封。筋条的高度例如为20mm。
该构件优选是半壳形涡轮机壳体，尤其是汽轮机外壳体的组成部分。构件在涡轮机装配之后在轴密封区包围涡轮轴，在此，包括射流导槽和射流管道的射流管道系统优选用于排出烟雾蒸汽，而另一管道系统用于输入密封蒸汽。在输入密封蒸汽的射流管道系统内，压力调到约1.05巴(轻微正压)，而在排出烟雾蒸汽的射流管道系统内，压力调整到约10巴的略微负压。因此确保了轴密封件的密封性及烟雾蒸汽的排出。
射流管道优选是运送流体的简单管道。这种流体的温度可与流过叶片机械的流体的温度大体相当，因此，在各种情况下，由于流体温度差而形成的热压很小。
对于本文开头所述构件，优选构造一个带有一个射流导槽和一个射流管道的射流管道系统(后面也表示为管道段)，它使内壁与外壁贯通，其中，射流导槽至少局部沿圆周方向定向，并为了与内壁的贯通而具有至少一个开孔，尤其是一个开口。
该开口优选在铸造之后用机械方法，如车削或循环铣削制成。射流导槽优选构造成管子。它优选采用与第一种材料不同且按要求与射流管道的第二种材料相当的材料。射流导槽优选铸造在第一种材料中。
沿圆周方向伸展的，与内壁形成贯通的射流导槽以简单方式形成不需要再加工的环形腔的一部分。与已有的实践(即为形成轴密封系统，将环形腔直接铸造在一个包围轴的壳体内或采用机械方法加工而成)不同，具有沿圆周方向定向的射流导槽的构件结构形式明显简单。与通过放入环或套筒而形成的环形腔相比也是如此。沿圆周方向被导向的射流导槽优选形成一个半环，在此，通过两个包围轴的构件的对接形成一个完全包围轴的环。
                        附图说明
下面参照附图所示实施例对该构件进一步说明。其中一部分附图是示意图，不成比例。附图中：
图1为中压汽轮机的纵截面图，
图2和3分别为带有两个射流导槽和所配属的射流管道的结构的立体图，
图4为射流管道的纵截面图，
图5为带有两个射流管道系统的结构的立体图，
图6为垂直于与图1所示相似的汽轮机的轴线的截面图，
图7和8为通过图5所示射流管道系统轴线的截面图。
在每个附图中，附图标记具有相同含义。
                     具体实施方式
图1中示出了尤其为中压-分汽轮机的叶片机械11。它具有一个沿轴线8定向的涡轮轴15，一个包围该涡轮轴15的内壳14和一个包围该内壳14的叶片机械壳10(外壳)。该汽轮机11构造成双流式并在进汽、排汽、涡轮机导向叶片和涡轮机工作叶片方面具有专业人员熟知的实施形式，在这里对此不作进一步描述。在沿轴线8相对的两端具有由两个半壳组成的涡轮机壳体10、一个轴密封9及一个用于输入密封蒸汽和排出烟雾蒸汽的构件1。构件1作为铸造壳体10的组成部分具有一个紧贴在涡轮轴15上的内壁2及一个围成包围外壳体10的外侧区16的外壁3。此外，构件1还具有两个构造成半环形腔的射流导槽4A、4B，它们彼此轴向隔开并分别构造成半圆环形的槽(见第一种实施形式的图2和3及第二种实施形式的图5至8)。根据第一种实施形式，每个朝向内壁2的射流导槽4A、4B向涡轮轴15开口式敞开。每个射流导槽4A、4B优选在构件1铸造之后通过机械方法如车削或循环铣削制成。借助射流导槽4A，密封蒸汽可输入到涡轮机壳体10和涡轮轴15之间的轴密封9区域。在此，射流导槽4A与突入到外侧区16内的两个射流管道5贯通(见图2和3)。借助射流导槽4B可排出烟雾蒸汽。在此，射流导槽4B通过射流管道6与外侧区16贯通(见图2和3)。每个射流导槽4A、4B与贯通的射流管道5、6一起构成用来将流体从外侧区16排出或输入到涡轮轴15的射流管道系统。
此外，根据第二种实施形式，构件1具有两个流体管道系统，它们轴向彼此隔开，分别具有一个半圆环形射流导槽4A、4B(见图5)。圆环形射流导槽4A、4B具有一个朝向涡轮轴15的、并沿圆周方向伸展的开口7。该开口7优选在铸造后用机械方法制成。密封蒸汽可通过射流管道系统4A、5的开口7输送到涡轮机壳体10和涡轮轴15之间的轴密封9区域内。烟雾蒸汽可通过另一射流管道系统4B、6排出。
图2中分别以立体图的形式示出了由用于输入或排出密封蒸汽的射流导槽4A和射流管道5及包括射流导槽4B和射流管道6的用于排出烟雾蒸汽的射流管道系统，就象它们被铸造在一纵向分布的叶片机械壳体10的一半的构件1内一样。射流管道5和6径向指向外侧，并从构件1伸出如此远，使得可简单地实现与未示出的输入或排出系统的焊接连接。构造成槽的半环形射流导槽4A、4B以开口形式向涡轮轴15敞开。
射流管道6设在射流管道5之间。射流管道5在未详细示出的涡轮机壳体10的两个半部分对接区与射流导槽4A贯通。射流管道6在射流导槽4B的最低区与之贯通，由此使排出烟雾蒸汽更容易。射流管道5分别构造成无缝管。同样的情况也适合于图2中构造成直管而图3中构造成U型管的射流管道6，在此，在U型管的顶点区通过开口实现与射流导槽4B的贯通。
图4示出了射流管道5的局部纵截面图。该射流管道5构造成简单的管道件，它在其外表面12上沿圆周方向具有一个焊上的环13(凸筋13)。环13具有一个环尖，它与构件1的待铸造的第一种金属材料熔接，射流管道6可相似构造。
在制造构件1时，优选由钢组成的射流管道5、6被铸造在其中，射流管道5、6在铸造构件1之前装入相应的铸型内并由铸铁材料铸件包围。因为钢的熔点通常明显高于铸铁材料的熔点，射流管道5、6在铸造过程中不会融化。为避免它弯曲或其它变形，它在铸造前用一种合适的填料，尤其是沙子填充，并被固定在一型芯箱内。为铸造作为涡轮机壳体10的组成部分的构件1，可采用所有已知的成形和铸造方法。成本最低且优选的方法是采用砂型铸造，即用沙子填充铸型并将铸铁材料浇注到如此形成的铸型中。
在铸入射流管道5、6之后，用机械或化学方法在构件1内形成半环形槽(射流导槽4A、4B，它们分别与至少一个射流管道5及射流管道6连通。
图5以立体图形式示出了用于输入或排出密封蒸汽的射流管道系统4A、5和用于排出烟雾蒸汽的射流管道系统4B、6，就像它们被铸造在纵向分布的叶片机械壳体10的一半的构件1内一样。每个射流管道系统分别由一个半环形射流导槽4A、4B组成。它们上面连接有一个管道段5(烟雾蒸汽射流管道段)和两个管道段6(密封蒸汽射流管道段)。管道段5和6分别径向指向外侧，并从构件1伸向如此远，使得可简单地实现与一个未示出的输入或排出系统的焊接连接。半环形射流导槽4A、4B分别具有一个沿圆周方向的且为涡轮轴15(见图1)而构造的开口7。
图6示出了通过图5中射流管道系统4A、5；4B、6及涡轮机壳体10的下半部多层的轴向截面。管道段5、6相对于垂直线分别倾斜一个锐角。
图7示出了通过构件1并通过用于输入密封蒸汽的射流管道系统4A、5的平行于轴线的截面图。从构件1伸出的管道段5略微弯曲，因此它和烟雾蒸汽的射流管道系统的管道段6一样在本身垂直于轴线8的平面内从构件1伸出。还可以明显看出，烟雾蒸汽的射流管道系统的射流导槽4A形成一个带有圆形横截面的环形腔，它通过开孔7即开口与内壁2连通。
图8同样示出了带有管道段6的烟雾蒸汽射流管道系统的截面图。在此也可以看出，穿过射流导槽4A的射流管道系统形成一个带有圆形截面的腔。管道段5和6及射流导槽4A、4B可具有大于10cm的直径。
射流导槽4A、4B和管道段5、6优选由钢制成，它们和上面所论述的那样被铸入其中。
本发明的特征是一个尤其用于轴密封的构件内部的射流管道系统，其中，设有一个沿圆周方向弯曲的且向涡轮轴敞开的射流导槽。在该射流导槽上设有一个优选沿径向定向的射流管道，它从该构件中伸出并至少在那里由一种可良好焊接的材料，尤其是钢制成。由此，通过焊接可达到与输入管道或排出管道系统既牢固又密封地连接。该射流管道优选为无缝管，因此避免了铸造材料因为焊缝而进入所述射流管道。该构件优选在汽轮机中用来输入密封蒸汽和排出烟雾蒸汽。它还可以应用在通常的带有轴密封的旋转机械诸如发电机和泵等中。

Claims (16)

1.一种用于叶片机械(11)的轴密封(9)的构件(1)，它由铸造的第一种金属材料组成，该构件沿一轴线(8)定向并具有一个至少局部在轴线(8)圆周方向成型出的内壁(2)，一个朝向外侧区(16)的外壁(3)及至少一个由第二种金属材料组成的射流管道(5、6)，其特征在于：在第一种金属材料内设有一个至少局部沿圆周方向伸展的射流导槽(4A、4B)，它向内壁(2)敞开并与射流管道(5、6)贯通；射流管道(5、6)使内壁(2)与外侧区(16)贯通。
2.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流管道(5、6)铸造在第一种材料内。
3.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流导槽(4A、4B)由另外一种材料，即第二种材料制成。
4.根据权利要求3所述的构件(1)，其特征在于：射流导槽(4A、4B)铸造在第一种材料内。
5.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流导槽(4A、4B)构造成管形。
6.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流导槽(4A、4B)通过一个开口(7)向内壁(2)敞开。
7.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流导槽(4A、4B)采用机械方法和/或化学方法在第一种材料内形成。
8.根据权利要求1、2或7所述的构件(1)，其特征在于：射流导槽(4)构造成环形槽。
9.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：设有两个射流导槽(4A、4B)，它们分别与至少一个射流管道(5、6)相连。
10.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：第一种材料是主要含铁的球墨铸件。
11.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：第二种材料是钢，是可焊接的。
12.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流管道(5、6)是一个管。
13.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：射流管道(5、6)和/或射流导槽(4A、4B)的壁厚大于5mm。
14.根据权利要求13所述的构件(1)，其特征在于：射流管道(5、6)和/或射流导槽(4A、4B)的壁厚在8mm至12mm之间。15.根据权利要求1所述的构件(1)，它与一个半壳式叶片机械壳体(10)相连。
16.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于：所述叶片机械(11)是汽轮机，其中，一个射流管道(6)用于排出烟雾蒸汽，而另一个射流管道(5)用于输入密封蒸汽。
17.根据权利要求1所述的构件(1)，在制造时采用带有一个设在其外表面(12)上的筋条(13)的管子作为射流管道(5、6)和/或射流导槽(4A、4B)。
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