專利名稱：一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于汽輪機(jī)的裝置。該裝置能減小汽輪機(jī)葉頂間隙泄漏和汽流激振力，提高汽輪機(jī)性能。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)，葉頂間隙內(nèi)エ質(zhì)泄漏所引起的損失是影響汽輪機(jī)效率的主要因 素之一。葉頂間隙泄漏還會(huì)產(chǎn)生汽流激振力，誘發(fā)汽流激振故障，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。隨著汽輪機(jī)向著大容量、高參數(shù)方向發(fā)展以及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)大型設(shè)備節(jié)能、減排要求的不斷提高，減小汽輪機(jī)葉頂間隙泄漏及其誘發(fā)的汽流激振力就顯得越來越重要。目前，國(guó)內(nèi)外減小葉尖泄漏的主要措施包括2方面(I)葉頂形狀改進(jìn)設(shè)計(jì)。對(duì)于含有圍帶的葉片，將葉頂圍帶外表面形狀由光滑形改為非光滑形，如在圍帶上開凹槽來增大泄漏流動(dòng)阻カ等；對(duì)于不含圍帶的葉片，將其頂部外表面形狀由光滑平面改為蜂窩狀平面等。(2)汽缸內(nèi)表面改進(jìn)設(shè)計(jì)。最常見的方法是在汽缸內(nèi)表面和葉頂圍帶之間布置梳齒型密封。總的趨勢(shì)是密封齒數(shù)越來越多，密封形式越來越復(fù)雜。近些年來，也出現(xiàn)了ー些新技術(shù)，如在汽缸內(nèi)表面增設(shè)導(dǎo)流環(huán)，汽缸內(nèi)表面和葉尖之間采用非均勻間隙設(shè)計(jì)等。減小汽流激振力的主要措施包括2方面(I)減小葉頂泄漏量。泄漏量小了，汽流激振力也就小了；(2)減少泄漏量沿圓周方向上的不均勻性，如調(diào)整轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)的偏心等。上述技術(shù)對(duì)于減小葉頂間隙泄漏和汽流激振力是有效的，但是其效果在很大程度上取決于葉頂間隙的大小。葉頂間隙越小，效果越好。對(duì)于汽輪機(jī)而言，為了防止動(dòng)靜摩擦以及由此可能產(chǎn)生的葉片斷裂等事故，葉尖間隙不可能取得很小。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種新的能夠減小汽輪機(jī)葉尖泄漏和汽流激振力的裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
ー種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振カ裝置，包括葉頂圍帶及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼，其特征在于在所述的支撐外殼內(nèi)設(shè)置ー環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室，在葉頂圍帶上設(shè)有阻流盤，該阻流盤的外端位于所述的支撐外殼的環(huán)形凹槽內(nèi)，在支撐外殼上設(shè)有阻流環(huán)且阻流環(huán)位于阻流盤的兩側(cè)，所述的阻流環(huán)通過一彈性連接件連接在環(huán)形凹槽內(nèi)。所述的阻流環(huán)還具有以與所述的環(huán)形凹槽側(cè)面平行的受カ板，在所述的環(huán)形凹槽側(cè)面還設(shè)置有ー壓カ調(diào)節(jié)腔室，在該壓カ調(diào)節(jié)腔室內(nèi)通調(diào)壓汽體，所述的阻流環(huán)的受力板設(shè)置在所述的壓力調(diào)節(jié)腔室內(nèi)并在調(diào)壓汽體的作用下調(diào)整阻流環(huán)與阻流盤之間的距離。所述的彈性連接件為軸向彈簧。所述的阻流環(huán)還包括彈簧安裝板，所述的軸向彈簧的兩端分別固定在彈簧安裝板和環(huán)形凹槽的側(cè)面上。
本發(fā)明裝置在葉尖圍帶上設(shè)置阻流盤，在阻流盤的兩側(cè)設(shè)置阻流環(huán)。阻流環(huán)通過軸向彈簧與支撐外殼相連，支撐外殼安裝在汽缸內(nèi)表面。阻流環(huán)與支撐外殼之間設(shè)計(jì)有壓力調(diào)節(jié)腔室。機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，通過引入壓カ汽體到調(diào)節(jié)腔室內(nèi)來調(diào)節(jié)阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙。
這種裝置的具體原理分析如下
(1)阻流環(huán)和阻流盤的組合増加了汽體泄漏流動(dòng)過程中的阻力，腔室內(nèi)渦旋較多，能量耗散大，減少了汽體泄漏量；
(2)阻流環(huán)和阻流盤的組合改變了汽流激振力的方向，并減小了其對(duì)轉(zhuǎn)子的作用面積，從而可以有效地緩解汽流激振問題；
(3)阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙可以通過改變調(diào)節(jié)腔室內(nèi)汽體壓カ來自適應(yīng)調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的減小葉頂間隙汽體泄漏和汽流激振力裝置的有益效果如下
(I)通過在圍帶上設(shè)置阻流盤以及在阻流盤和支撐外殼之間設(shè)置阻流環(huán)，増大了汽體泄漏過程中的阻力。除了傳統(tǒng)能量耗散機(jī)理外，本發(fā)明裝置流體泄漏路徑上增加了多個(gè)90度的直角轉(zhuǎn)彎，此過程中會(huì)形成多個(gè)漩渦，能量耗散大，湍流增阻效果明顯，泄漏量也因此而較小。用流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，與傳統(tǒng)葉尖安裝梳齒式密封裝置相比，本發(fā)明裝置泄漏量減少了 30% 50%。(2)阻流盤兩側(cè)汽體泄漏流動(dòng)的方向相反，兩側(cè)汽流激振カ可以部分抵消。此外，汽流激振力主要作用在沿軸線方向，徑向汽流力的作用面積也較小。因此，汽流激振カ會(huì)很小。CFD數(shù)值模擬結(jié)果表明，與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封相比，本發(fā)明裝置葉頂間隙激振カ大幅減小。(3)引入壓カ汽體到調(diào)節(jié)腔室后，阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙可以根據(jù)需要自適應(yīng)調(diào)整，避免了摩擦，且間隙可以調(diào)節(jié)到很小，從而大大提高密封效果。


圖I是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明裝置局部結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明阻流環(huán)結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置葉頂間隙流體泄漏量占主流比例隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)；
圖5是本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置葉頂間隙流動(dòng)損失隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)。圖I中，I是支撐外殼，2是環(huán)形凹槽，3是葉頂圍帶，4是阻流環(huán)，5是阻流盤,6是流體耗散腔室；
圖2中，I是支撐外売，7是壓カ調(diào)節(jié)腔室，8是彈簧，9是壓カ調(diào)節(jié)閥門，10是受カ板，11是彈簧安裝板；
圖3中，10是受カ板，11是彈簧安裝板。
具體實(shí)施例方式ー種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振カ裝置，包括葉頂圍帶3及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼1，支撐外殼I內(nèi)設(shè)置ー環(huán)形凹槽2,在支撐外殼I內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室6，在葉頂圍帶3上設(shè)有阻流盤5，在環(huán)形凹槽2內(nèi)設(shè)有阻流環(huán)4且阻流環(huán)4位于阻流盤5的兩側(cè)。阻流環(huán)4上設(shè)有與環(huán)形凹槽2側(cè)面平行的受カ板10，受カ板10與環(huán)形凹槽2側(cè)面形成壓カ調(diào)節(jié)腔室7，通過壓カ調(diào)節(jié)閥門9引入汽體到壓カ調(diào)節(jié)腔室7內(nèi)，并作用于受カ板10上，從而調(diào)整阻流環(huán)4與阻流盤5之間的距離。阻流盤5與阻流環(huán)4之間構(gòu)成流體耗散腔室6。阻流環(huán)4上還設(shè)有彈簧安裝板11。軸向彈簧8兩端分別固定在彈簧安裝板11和環(huán)形凹槽2的側(cè)面上。如圖I所示，在 葉頂圍帶上設(shè)計(jì)了阻流盤，阻流盤兩側(cè)設(shè)計(jì)了阻流環(huán)。阻流盤/阻流環(huán)的組合能有效減少汽輪機(jī)葉尖泄漏量，井能大幅減小汽流激振力，達(dá)到增效減振效果。如圖2所示，在阻流盤阻隔下，本發(fā)明裝置內(nèi)汽體泄漏主要沿葉片徑向流動(dòng)。汽體泄漏過程中由于被阻流盤阻礙，不存在泄漏流體螺旋形流動(dòng)現(xiàn)象。阻流盤兩側(cè)流體流動(dòng)方向相反，兩側(cè)汽流カ可以部分抵消。由此，可以消除汽流激振力的主要來源，新裝置內(nèi)的汽流激振カ會(huì)很小。圖3為阻流環(huán)結(jié)構(gòu)，壓カ調(diào)節(jié)腔室內(nèi)汽體壓カ通過作用于受カ板上可以調(diào)整阻流環(huán)和阻流盤之間的距離。圖4給出了本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置內(nèi)汽體泄漏量占主流比例隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)；圖5給出了本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置內(nèi)間隙流動(dòng)損失隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)?？梢钥闯雠c傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封相比，本發(fā)明裝置泄漏量明顯降低，由于泄漏而帶來的流動(dòng)損失也相應(yīng)減小。表I給出了本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置汽流激振力比較。表I
權(quán)利要求
1.ー種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振カ裝置，包括葉頂圍帶(3)及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼(I)，其特征在于在所述的支撐外殼(I)內(nèi)設(shè)置ー環(huán)形凹槽(2),在支撐外殼⑴內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室(6)，在葉頂圍帶(3)上設(shè)有阻流盤(5)，該阻流盤(5)的外端位于所述的支撐外殼(I)的環(huán)形凹槽(2)內(nèi)，在支撐外殼(I)上設(shè)有阻流環(huán)(4)且阻流環(huán)(4)位于阻流盤(5)的兩側(cè)，所述的阻流環(huán)(4)通過ー彈性連接件連接在環(huán)形凹槽(2)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振カ裝置，其特征在于所述的阻流環(huán)(4)還具有以與所述的環(huán)形凹槽(2)側(cè)面平行的受カ板(10)，在所述的環(huán)形凹槽(2)側(cè)面還設(shè)置有一壓カ調(diào)節(jié)腔室(7)，在該壓カ調(diào)節(jié)腔室(7)內(nèi)通調(diào)壓汽體，所述的阻流環(huán)(4)的受カ板(10)設(shè)置在所述的壓力調(diào)節(jié)腔室(7)內(nèi)并在調(diào)壓汽體的作用下調(diào)整阻流環(huán)⑷與阻流盤(5)之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振カ裝置，其特征在于所述的彈性連接件為軸向彈簧(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振カ裝置，其特征在于所述的阻流環(huán)還包括彈簧安裝板(11)，所述的軸向彈簧(8)的兩端分別固定在彈簧安裝板(11)和環(huán)形凹槽⑵的側(cè)面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，包括葉頂圍帶及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼，其特征在于在所述的支撐外殼內(nèi)設(shè)置一環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室，在葉頂圍帶上設(shè)有阻流盤，該阻流盤的外端位于所述的支撐外殼的環(huán)形凹槽內(nèi)，在支撐外殼上設(shè)有阻流環(huán)且阻流環(huán)位于阻流盤的兩側(cè)，所述的阻流環(huán)通過一彈性連接件連接在環(huán)形凹槽內(nèi)。本發(fā)明裝置內(nèi)泄漏汽體沿葉片徑向流動(dòng)，消除了軸向螺旋形流動(dòng)現(xiàn)象，阻流盤兩側(cè)汽體流動(dòng)方向相反，汽流力部分抵消，汽流力較小。本發(fā)明裝置通過引入壓力汽體到調(diào)節(jié)腔室內(nèi)調(diào)整阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙，間隙調(diào)整方便。
文檔編號(hào)F01D11/08GK102619577SQ201210097838
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者張萬福, 曹浩, 楊建剛, 郭瑞 申請(qǐng)人:東南大學(xué)