CN1475654A - 蒸汽涡轮中喷嘴开槽表面的密封件 - Google Patents

Abstract

装有叶片(28)的喷嘴部段(42)接纳在蒸汽涡轮的外壳体(20)的周向延伸的基本燕尾形沟槽(24)中，该喷嘴部段与该蒸汽涡轮的旋转叶片形成机级的一部分。该喷嘴部段的邻接的底部(26)的倾斜端表面(40)设有周向开口的缝槽(52，54)以接纳塞片密封件(50，56)。该塞片密封件使通过位于相邻的喷嘴部段之间间隙(48)的蒸汽泄漏流最小化或消除，因此增强了通过该喷嘴的隔板的蒸汽流。

Description

蒸汽涡轮中喷嘴开槽表面的密封件

技术领域

本发明总的涉及在蒸汽涡轮中位于喷嘴部段的沿圆周向对准定位的开槽表面之间的密封件并且具体地涉及位于喷嘴部段的开槽表面间的塞片式密封件。

背景技术

在蒸汽涡轮中，设置的喷嘴包括定子叶片亦即叶型，它们沿周向相互间隔安置并位于装有圆周向间置叶片的转子的附近。每组喷嘴和叶片形成涡轮机级。该喷嘴将该蒸汽流导入所述叶片中，其又从该蒸汽流中汲取功能。在蒸汽涡轮中，关键在于，要尽可能地减少或消除在涡轮的蒸汽流路中的许多泄漏路径和任何次级的回路。对于冲动式蒸汽涡轮一般具有轮和导流结构，而反作用蒸汽涡轮通常应用鼓形转子结构。在冲动式结构方案中，该分级压力降主要发生在横过该静止的喷嘴隔板中，而在反作用结构方案中，该压力降大致相等地分配在该静止的和旋转的叶片中。

在该反作用式鼓形转子结构中，该装有所述隔板或定子叶片的喷嘴是作为单独的喷嘴部段可滑动地接纳在沿周向延伸的燕尾形沟槽中。这就是说，该喷嘴部段沿周向相互叠置。该喷嘴部段在相对的端部具有开槽表面亦即端表面，它们通常相对该转子轴线有一夹角以适应该喷嘴的掠过的叶型扭转形状。该开槽表面是在高压和中压蒸汽涡轮部分的所有级上都有的。因此在该开槽表面之间也都存在间隙，这些间隙实质上是由于该部段和壳体钩部的机加工误差、组装方法和操作压力和温度造成的。这种开槽表面间隙可以相当大从而在该喷嘴的前和后的不同压力区域之间产生显著的泄漏。由于与冲动式涡轮结构相比普通的反作用式涡轮结构方案中有更大数目的喷嘴部段，故上述问题就复杂化了。于是，在相邻的喷嘴部段的开槽表面之间的间隙就总合成很大的泄漏的面积，如果对此不考虑的话则导致增大的效率损失。由此，就需要减少或消除在蒸汽涡轮中相邻喷嘴部段的开槽表面之间的蒸汽泄漏流路。

发明内容

在本发明的优选实施例中，提供了沿周向延伸的喷嘴部段，它们安置在具有沿周向延伸的圆弧状燕尾形沟槽的涡轮壳体中。每个喷嘴部段包括底部和至少一隔板或喷嘴叶片。该喷嘴部段在该壳体的燕尾形沟槽中相互叠置。该喷嘴部段的底部的开槽表面或端表面具有塞片密封件以使通过该开槽表面的蒸汽泄漏流最小化。相邻喷嘴部段的对准的开槽表面设有用于接纳该塞片密封件部分的沟槽。每个塞片密封件可以包括平片金属板，其延伸在沿周向对准的沟槽中，这些沟槽既可以配置在基本轴向上以便消除径向的蒸汽泄漏流或者可以配置在径向往外倾斜的下游方向上以消除通过该喷嘴部段的轴向蒸汽泄漏流。该塞片密封件的每个可包裹了金属织物或者可以在相对的端部上具有增大部以座置在该对准沟槽的底部中。在该后者的塞片密封件中，桥跨该位于部段之间间隙的中央部分与沟槽的侧边间置以及能允许该部段在垂直于该塞片密封件的方向上相对运动而不会使该塞片密封件粘住或撕裂。

本发明的特别优点在于，能够将塞片密封件改装到现有的蒸汽涡轮中而成为改进整体机器性能的手段。为了实现这一点并且在用于维修的正常的停工期间，可将喷嘴部段拆卸亦即从该涡轮壳体中滚出。可在该开槽表面中加工出缝槽以接纳该塞片密封件。然后将该部段与插入到相对的开槽表面间的塞片密封件一起滚回到上和下壳体中，依此在改装后的现有涡轮中减少蒸汽泄漏流路。

在本发明的优选实施例中，设置了蒸汽涡轮，其包括转子，它载有多个沿周向间置的叶片并形成蒸汽涡轮部分的机级；静止壳体环绕着该转子并包括多个喷嘴部段，其载有多个喷嘴并形成该蒸汽涡轮部分的另一机级；每个所述部段具有端表面并分别地沿周向与在周向相邻部段的相对端表面对准；每个端表面包括至少一个在基本周向上开口并且在周向上与沿周向相邻端表面的所述缝槽相对准的第一缝槽以及延伸在沿周向相邻部段的每个相邻端表面之间并位于该缝槽中以减少或消除通过该对准的端表面的蒸汽泄漏流的第一塞片密封件。

在本发明的另一优选实施例中，提供蒸汽涡轮，其包括多个沿周向间置的叶片和形成载有蒸汽涡轮部分的转子的机级；静止壳体环绕着该转子并包括多个载有多个喷嘴的喷嘴部段和构成该蒸汽涡轮部分的另一机级；喷嘴部段包括载有至少一个定子叶片以形成该喷嘴的至少一部分的燕尾形底部；该壳体具有沿周向延伸的燕尾形沟槽并接纳所述喷嘴部段的燕尾形底部；每个所述部段底部具有端表面，其分别地在周向上与沿周向相邻部段底部的相对的端表面对准；该端表面包括沿周向上开口并基本上相互对准的缝槽以及延伸在沿周向相邻部段底部的每个相对端表面之间并位于该缝槽中以减少或消除通过该对准端表面的蒸汽泄漏流的塞片密封件。

在本发明的另外优选实施例中，设置涡轮，其具有转子，环绕该转子的静止的壳体和多个位于沿周向围绕壳体延伸的沟槽中沿周向延伸的喷嘴部段；一种改装该喷嘴部段以在相邻喷嘴部段的相对的端表面之间提供密封的方法包括步骤如下：从该涡轮上拆卸该喷嘴部段；在该拆卸的喷嘴部段的每个端表面中形成至少一个缝槽；将塞片密封件安置在该喷嘴部段的相对的端表面缝槽中并将该喷嘴部段插入到该壳体的沟槽中，依此该塞片密封件延伸在相邻部段之间以减少或消除在相邻的部段间的蒸汽泄漏流。

附图说明

图1是通过转子和蒸汽涡轮壳体的局部放大横截面图，以便说明按照本发明优选实施例的喷嘴部段的开槽表面中的塞片式密封件，

图2是相邻喷嘴部段的局部径向视图，以便说明在该开槽表面之间具有塞片式密封件的倾斜开槽表面，

图3是应用在该开槽表面之间的塞片式密封件的平面图，

图4是不同形式的塞片式密封件的局部横截面示意图，

图5是塞片式密封件的另一形式的示意图，以及

图6是塞片式密封件并表明覆盖其中的金属织物的放大横截面示意图。

零件编号表

蒸汽涡轮10、转子12、叶片14、旋转轴线16、沟槽18，24、壳体20、喷嘴部段22、底部26、28叶片、钩件30、凸缘32、箭头34、端表面40、缝槽44，52，54、塞片密封件46，50，56，56，60，70，80、间隙48、密封件本体62，72、增大的端部64，69，76、弯曲部74、边缘78、中央芯82、织物84。

具体实施方式

现在参照附图，具体是图1，其中表明总体表示为10的蒸汽涡轮的一部分，其包括转子12并围绕该转子的周边安装了多个在圆周向上间置的叶片14，该转子具有旋转轴线16。如表示的那样，如这类结构中所通用的该叶片排列配置在转子上沿周向延伸的沟槽18中。蒸汽涡轮壳体20环绕着该转子并包括多个喷嘴部段22，它们沿周向相互间置在壳体20的沟槽24中。每个喷嘴部段22包括底部26和从该底部26沿径向往内伸出的至少一隔板或定子叶片28，相邻的叶片28则形成喷嘴。如传统的那样，可以理解，每个所述沿周向排列配置的喷嘴部段与接着沿周向排列配置的叶片14相结合构成涡轮机级，在图1中表明了两个机级。

该喷嘴部段底部26一般是燕尾形结构并在该底部26的轴向相对的侧部上具有沿轴向延伸的钩件30。该沟槽24则具有在轴向上互补的相对的钩件或凸缘32以便位于该钩件30之下。依此，该喷嘴部段保持在所述基本燕尾形的沟槽中。应当理解，该喷嘴部段在沿周向相互叠置在该沟槽24中。于是，该部段22的端表面40就处于相互对齐的状态中。由于制造公差的原因以及运行条件下的热力瞬变和其它因素，在该喷嘴部段的邻接端面之间就产生间隙，如在图2中以夸大方式表明的那样。此外，也如图2表示的那样，该部段的端表面40相对于该轴向流动方向亦即该蒸汽流过该涡轮机级并实施做功的流动方向(如在图1中通过箭头34指示)倾斜一个角度。在该隔板28的前面的高压区域中的蒸汽可以流过在该喷嘴部段22的底部26的端表面40之间形成的任何间隙，从而绕过通过该叶片的预定流路34。

为了使通过该部段22的开槽表面的泄漏流路最小化或消除掉，在该相邻的喷嘴部段22的沿周向的对准开槽表面40之间设置了塞片密封件，总体指示为46。例如，沟槽或缝槽44(图2)设置在相邻的沿周向延伸的喷嘴部段22的每个端表面中。这些缝槽沿周向相互对准并且接纳跨越该位于所述开槽表面之间间隙48的塞片密封件46。

如图2和3所表明的，该塞片密封件46可包括具有基本平行四边形的平金属板。由于该喷嘴部段的小尺寸，该塞片密封件最好由例如具有0.010英寸厚度的薄的板金属材料制成。如在图1中所表明的，该塞片密封件46可包括第一塞片密封件50，其安置在位于所述喷嘴部段底部的对准端表面中的沿轴向基本对准的和沿周向延伸的缝槽52中。该第一塞片密封件50延伸在所述对准缝槽52中从而将防止或减少在径向往外方向上进入该位于所述相邻喷嘴部段底部26的开槽表面40之间间隙中的泄漏流。在该相邻的喷嘴部段中的另外的或第二对缝槽54也相互对准。该另外的或第二缝槽54接纳第二塞片密封件56并在径向向外的下游方向上倾斜以使在其间隙界面处进入该位于喷嘴部段的相对的开槽表面40之间间隙48中的泄漏流消除或最小化。于是，每个在所述喷嘴部段开槽表面之间间隙设置了一对塞片密封件50，56以消除泄漏流或使其最小化。

应当理解，在相邻的喷嘴部段22之间的端面间隙48可设置成初始设备制造的组成部分或者也可改装到已有涡轮中。例如，将塞片密封件改装到现有涡轮中，拆卸该涡轮亦即拆卸该上、外和内壳体并且该喷嘴部段从该燕尾形沟槽24中滚出。然后在该喷嘴部段22的端表面40中形成该沟槽或缝槽52，54以分别地接纳该塞片密封件50和56。采用这样形成的沟槽，可使该部段滚回到该壳体的燕尾形沟槽中并使该塞片密封件50，56插入所述位于相邻的端表面之间的端部缝槽中。作为选择，可以应用已经形成有沟槽的新喷嘴部段来代替在所述拆卸的喷嘴部段中制造沟槽。

现在参照附图4，表明了另外形式的塞片密封件44位于喷嘴部段22的沿周向相对的端表面40中的缝槽或沟槽如缝槽52中。该塞片密封件60可具有密封件本体62并沿着该密封件的相对的边缘具有增大的端部69以便在该沟槽的底部的附近定位。于是，密封件本体62的中央部分66具有比该缝槽的宽度及该增大的端部64小的厚度尺寸以有助于该部段22的相对运动而不会导致该塞片密封件的损坏。塞片密封件60可以是在共同所有的US专利No.5,624,227中公开的那种类型，其公开内容通过参考引证结合于本申请中。

参看附图5，其中表示了其他形式的塞片密封件。图5的塞片密封件70可由薄片金属材料制成，其具有密封件本体72并在74处具有反向弯转或弯曲的相对端部以便沿着该塞片密封件70的相对的侧端形成增大的端部76。该反向弯曲部分的边缘78面对该密封件本体的中央部分。和图4的塞片密封件60的增大的端部64相同，增大的端部76配置在该缝槽的底部的邻近并有助于该喷嘴部段的相对运动。这种类型的塞片密封件也公开在上述专利中。

在图6中，表示了另外形式的塞片密封件46。在此，塞片密封件80具有由金属制成的中央芯82并具有由织物84制成的覆盖层84。该织物层可包括金属，陶瓷和/或聚合物纤维，其进行编织以形成一层织物。该覆盖织物可由在共同-所有的US专利NO.5,934,687中公开的那种类型，其公开内容通过参考引证结合在本申请中。

从上面描述可以理解到，塞片密封件设置在相邻的喷嘴部段的开槽表面之间并且安置在该邻接的开槽表面的沟槽中。该塞片密封件基本上轴向地延伸并且相对于该涡轮的轴线径向上往外地和向下游倾斜地延伸以便防止或减少径向和轴向上通过该喷嘴部段的底部的蒸汽泄漏。依此方式，缩短或消除了该泄漏路径，从而提高通过这些机级的蒸汽流和由其完成的功。

虽然本发明已经结合这些目前认为是最实用和优选的实施例进行详细阐述，但应当理解，本发明不局限在这些公开的具体实施例上，而是相反地意图在于覆盖那些包含在所附权利要求书的构思和保护范围内的各种修改变型和等同配置方案。

Claims (10)

1.一种蒸汽涡轮，其包括：

载有多个沿周向间置的叶片(14)并形成蒸汽涡轮部分的机级的一部分的转子(12)；

环绕着该转子并包括多个喷嘴部段(22)的静止的壳体(20)，其载有多个喷嘴以形成该蒸汽涡轮部分的机级的另一部分；

每个所述部段具有端表面(40)，其分别与周向相邻部段的相对端表面沿周向对准，每个所述端表面包括至少一在基本周向上开口并与所述沿周向相邻的端表面的缝槽在周向上对准的第一缝槽(44，52，54)；以及

延伸在周向相邻的部段的每个所述相邻端表面之间并位于所述缝槽中以用于使通过所述对准的端表面的蒸汽泄漏流最小化或消除的第一塞片密封件(50；56)。

2.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于，每个所述塞片密封件(50)基本沿轴向和周向延伸以用于密封并防止该蒸汽在基本径向上的泄漏流。

3.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述塞片密封件(56)相对于所述通过所述涡轮机级的蒸汽流的方向在基本径向向外向下游方向延伸。

4.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述相邻端表面相互倾斜并相对于该转子的旋转轴线(16)倾斜，所述端表面相互位于基本平行。

5.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述喷嘴(28)和叶片(14)部分地限定通过该涡轮机级的蒸汽流路，该塞片密封件(50)基本在轴向和周向延伸以密封并防止在基本径向上的泄漏流，第二塞片密封件(56)在沿周向相邻部段的相对的端表面之间延伸，所述第二塞片密封件相对于该通过所述涡轮级的蒸汽流的方向在基本沿径向向外倾斜地向下游方向上延伸。

6.一种蒸汽涡轮，其包括：

多个沿周向间置的叶片(14)并构成载有蒸汽涡轮部分的转子(16)的机级的一部分；

静止的壳体(20)环绕着该转子并包括多个载有多个喷嘴的喷嘴部段(22)且构成该蒸汽涡轮部分的机级的另一部分；所述喷嘴部段包括燕尾形底部(26)，其载有至少一个定子叶片(28)并构成所述喷嘴的至少一部分；

所述壳体具有沿周向延伸的燕尾形沟槽(24)并接纳所述喷嘴部段的该燕尾形底部；

每个所述部段底部具有端表面(40)，其分别与周向相邻的部段底部的相对端表面对准，所述端表面包括沿周向开口并基本上相互对准的缝槽(44，52，54)；以及

延伸在所述沿周向相邻的部段底部的每个相对端表面之间并位于所述缝槽中以使通过所述对准的端表面的蒸气泄漏流最小化或消除的塞片密封件(50，56)。

7.如权利要求6所述的涡轮，其特征在于，每个所述塞片密封件(52)基本在轴向和周向上延伸以用于密封并防止蒸汽在基本径向上的泄漏流。

8.如权利要求6所述的涡轮，其特征在于，每个所述塞片密封件(50)基本在径向往外倾斜地向下游方向延伸以用于密封并防止在基本轴向上的蒸汽泄漏流。

9.在一种涡轮中，该涡轮具有转子(12)、环绕着该转子的静止壳体(20)以及多个沿周向延伸并位于围绕所述壳体沿周向延伸的沟槽(24)中的喷嘴部段(22)，改装该喷嘴部段以在相邻的喷嘴部段的相对端表面之间提供密封的方法包括步骤如下：

从该涡轮上拆卸该喷嘴部段(22)；

在该拆卸的喷嘴部段的每个端表面中形成至少一个缝槽(44，52，54)；

将塞片密封件(50，56)安置在该喷嘴部段的相对端表面的缝槽中；以及

将该喷嘴部段插入该壳体的沟槽(24)中，依此该塞片密封件在相邻的部段之间延伸使得在所述相邻部段之间的蒸汽泄漏流最小化或消除。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在该拆卸的喷嘴部段的每个端表面中形成两个缝槽(52，54)；并将塞片密封件(50，56)安置在该相对的端表面的每个缝槽中；依此该两个塞片密封件就在该部段组装于涡轮中情况下延伸在相邻的喷嘴部段之间。

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