專利名稱：用以減少硬微粒損害的改進的汽輪機幾何形狀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及汽輪機，更具體地說，涉及用以減少硬微粒損害的改進的汽輪汽幾何形狀。許多汽輪機由于穿越其通道內(nèi)的微粒材料而遭受損害。微粒材料可能來自鍋爐，諸如管子上剝落的氧化皮，或者是在修理鍋爐管道時產(chǎn)生的焊珠或焊渣。
損壞的汽輪機零件是這種微粒的另一個來源。
這些微粒材料會使噴嘴和渦輪葉片型面變得粗糙和損壞并降低汽輪機的效率。
當微粒材料得以截留在渦輪葉片罩的上面和固定端尖封的前面時損害將會增加。因為在這個部位，由于圓周運動而被離心力甩到外周來的微粒是不容易逸出的，往往要經(jīng)過許多次的強迫環(huán)流，才有一次碰巧的碰撞使微粒得以逸出。在環(huán)流時，微粒在固定部件(端尖封、側(cè)壁等)和旋轉(zhuǎn)部件(渦輪葉片罩和榫頭)之間不斷碰撞，造成損害，以致泄漏區(qū)增加并危及榫頭夾持葉片罩的能力。結(jié)果效率和可靠性都會降低。
制造廠力圖防止這種微粒的產(chǎn)生和進入機內(nèi)，并在噴嘴和渦輪葉片上采用硬化的表面借以減少損害;但在端尖封和渦輪葉片罩的附近處嚴重的損害仍會發(fā)生。
本發(fā)明的一個目的是要使進入端尖封空間內(nèi)的微粒材料能迅速地排出。
另一個目的是把微粒材料截留并存儲在一個使它不致為害的部位。
本發(fā)明還有一個目的是要減少在端尖封附近處微粒材料對固定部件和旋轉(zhuǎn)部件造成的侵害。
本發(fā)明得以實現(xiàn)是由于在持有端尖封的固定部件上設置了一個傾斜的內(nèi)壁可以促使微粒沿下游方向移動流向與端尖封鄰近的小角檔然后被強制從端尖封上的小口中排出，這樣微粒就可以較快地從渦輸葉片罩上面和端尖封附近的空間內(nèi)向外排出。
另外，在固定隔板與容納各種汽輪機部件的機殼之間的部位上還在機殼內(nèi)專門設置一個接納微粒材料的空腔使微粒能被截留并存儲起來，這樣下游各級就可不必考慮如何對付這些微粒了。
附圖簡要說明

圖1為一臺典型的現(xiàn)有技術的多級軸流式汽輪機的水平橫斷面圖，示出其中一級和其鄰級的一部分;
圖2為與圖1相似的橫斷面圖，其中引入了本發(fā)明的特征;
圖3為在一個級內(nèi)只設一個端尖封的變型汽輪機的橫斷面圖，其中引入了本發(fā)明的特征;
圖4為示出本發(fā)明特征的圖2中汽輪機級的一個端尖封從底面看的不完整的平面圖;
圖5為示出本發(fā)明的溢流檔端尖封和角檔的不完整的側(cè)視立面圖，為了清晰起見省略了溢流檔座;
圖6為端尖封和角檔的放大而不完整的透視圖。
參閱圖1，這是現(xiàn)有技術的多級汽輪機。圖中只示出兩級的一部分。前一級或上游級包括一個固定隔板10，該隔板10是由一個外環(huán)12、一個噴嘴環(huán)14、一個內(nèi)環(huán)16、和一個填密環(huán)18構(gòu)成的。還有一T字形徑向的溢流檔20裝在溢流檔座24上相應的槽內(nèi)形成外環(huán)12內(nèi)面的一個延伸部。
溢流檔20含有一個形狀為水平橫置件26的榫件，該橫置件26有一個由其中央處垂直掛下的檔體27，橫置件26和檔體27裝在溢流檔座24上相應的槽內(nèi)。
有一錐形指狀的端尖封22從檔體27的下端掛下并從溢流檔座24的底面或內(nèi)面25向下延伸。
該級的旋轉(zhuǎn)部件30包括一個渦輪葉片32、一個葉片罩34、一個將葉片罩固定在渦輪葉片上的榫頭36、和一個在其上裝有渦輪葉片的轉(zhuǎn)子38。汽輪機的各級均被容納在一個機殼40內(nèi)。
外環(huán)12上的密封邊21形成外環(huán)與機殼40的界面。
操作時，高壓蒸汽在通過噴嘴的通道時被加速到很高的離心速度。蒸汽的這個離心動量在通過旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片32的通道時被轉(zhuǎn)移出去，然后蒸汽進入到下一級或下游級，該級具有一個固定隔板10′，該隔板10′包括一個外環(huán)12′、一個噴嘴環(huán)14′、一個內(nèi)環(huán)16′、和一個填密環(huán)18′。還有一個T字形徑向的溢流檔20′裝在溢流檔座24′上相應的槽內(nèi)形成外環(huán)12′內(nèi)面的一個延伸部。外環(huán)12′上的密封邊21′形成外環(huán)與機殼40′的界面。
溢流檔20′含有一個形狀為水平橫置件26′的榫件，該橫置件26′有一個由其中央處垂直掛下的檔體27′，橫置件26′和檔體27′裝在溢流檔座24′上相應的槽內(nèi)。
一個錐形指狀的端尖封22′從檔體27′的下端掛下并從溢流檔座24′的底面或內(nèi)面25′向下延伸。
下一級的相應的旋轉(zhuǎn)部件在圖上未示出。
蒸汽在噴嘴環(huán)14和14′處噴出的過程中產(chǎn)生出很高的圓周速度，蒸汽中含有的任何金屬微粒都會被離心力拋到蒸汽通路的外邊，其中有一些最終實際上會停留在葉片罩34的外邊與尖端封22和22′鄰近的一個空間23內(nèi)。
在該部位23內(nèi)，微粒基本上被截留住，它們雖然可被離心力強制向外流出，但往往不能逸出，因為從外環(huán)12和12′上的溢流檔座24和24′的下面或內(nèi)面25和25′上分別有端尖封22和22′向內(nèi)凸出到空間23內(nèi)。以致那些微粒會在固定部件和旋轉(zhuǎn)部件之間來回碰撞，使兩者的表面受到損害。最后還會使端尖封22和22′受到破壞，導致效率降低，并會使榫頭36損壞到葉片罩34能從葉片32上飛離的地步，造成其他渦輪部件的嚴重損壞，汽輪機被迫長期停機。
參閱圖2，這是具有本發(fā)明特征的多級汽輪機。圖中只示出兩級的一部分。前一級或上游級包括一個固定隔板110，該隔板110是由一個外環(huán)112、一個噴嘴環(huán)114、一個內(nèi)環(huán)116和一個填密環(huán)118構(gòu)成的。有一倒L字形徑向的溢流檔120裝在溢流檔座124上相應的槽內(nèi)形成外環(huán)112的一個延伸部。
溢流檔120含有一個形狀為水平突出部126的榫件，該突出部126是從一個垂直掛下的檔體127的上端側(cè)面向外突出，突出部126和檔體127裝在溢流檔座124上相應的槽內(nèi)。
有一錐形指狀的端尖封122從檔體127的下端掛下并從溢流檔座124的底面或內(nèi)面125向下延伸。
該級的旋轉(zhuǎn)部件包括一個渦輪葉片132、一個葉片罩134、一個將葉片罩固定在渦輪葉片上榫頭136、和一個在其上裝有渦輪葉片的轉(zhuǎn)子138。汽輪機的各級均被容納在一個機殼140內(nèi)。
外環(huán)112上的密封邊121形成外環(huán)與機殼140的界面。
操作時，高壓蒸汽在通過噴嘴的通道時被加速到很高的離心速度。蒸汽的這個離心動量在通過旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片132時被轉(zhuǎn)移出去，然后蒸汽進入到下一級或下游級，該級具有一個隔板110′，該隔板110′包括一個外環(huán)112′、一個噴嘴環(huán)114′、一個內(nèi)環(huán)116′、和一個填密環(huán)118′。有一個倒L字形徑向的溢流檔120′裝在溢流檔座124′上相應的槽內(nèi)形成外環(huán)112′的一個延伸部。外環(huán)112′上的密封邊121′形成外環(huán)112′與機殼140的界面。
溢流檔120′包括一個形狀為水平突出部126′的榫件，該突出部126′是從一個垂直掛下的檔體127′的上端側(cè)面向外突出，突出部126′和檔體127′裝在溢流檔座124′上相應的槽內(nèi)。
有一錐形指狀的端尖封122′從檔體127′的下端掛下并從溢流檔座124′的底面或內(nèi)面125′向下延伸。
下一級的相應的旋轉(zhuǎn)部件就不再示出了。
作為改進的第一步是使溢流檔座124和124′的內(nèi)壁傾斜以便使流動方向上的通道直徑逐漸增大如表面125和125′所示。這樣可以促使那些被截留在葉片罩134上面空間123內(nèi)的微粒向下游方向移動。
作為改進的第二步是使溢流檔座124和124′的兩個相對面的間距增大，超過圖1中溢流檔座24和24′的兩個相對面的間距，以便將通道142拓寬，使微粒得以從空間123中逃出并被引到一個存儲空間146內(nèi)，在那里微粒被截留但不再會對端尖封和榫頭產(chǎn)生進一步的損害;并可防止被截留的微粒對下游級產(chǎn)生損害。
溢流檔座124和124′的兩個相對面上分別做成倒角如143和143′處所示，以便使微粒更易于進入通道142內(nèi)并由此進入機殼140內(nèi)的存儲空間146中。
作為改進的第三步是在每一個溢流檔120和120′的圓周上一個選定的部位分別設置一個角檔144和144′(參閱圖4，6)。角檔144和144′設置在溢流檔120，120′的檔體127和127′的底面上并從該底面鄰接端尖封122和122′處斜向向外伸展，這樣便可使打圈的微粒折返，通過端尖封122上的一個開口或缺口147以及沒有畫出的端尖封122′上的一個類似的開口或缺口，使微粒得以從空間123中逃出，重新加入到流向下一級的蒸汽流中去，如圖4所示。
在圖4中，箭頭A指出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向以及在角檔的幾何形狀與渦輪葉片132的旋轉(zhuǎn)方向之間應具有的關系，在溢流檔120上設有開口147使微粒能從其中穿越。
關于角檔的安排還可參閱圖5和圖6。
這些在汽輪機梯級設計上的改進可以大大減少損害、效能損失、強迫停機和維修費用。
圖2所示的一級設有兩個溢流檔、在每一個隔板上都設有一個溢流檔的情況。要知道往往一個級可以只用一個溢流檔的，如圖3所示。
參閱圖3，這是一臺將本發(fā)明特征用于單一溢流檔的多極汽輪機。圖中只示出兩級的一部分。前一級或上游級具有一個固定隔板210，該隔板210是由一個外環(huán)212、一個噴嘴環(huán)214、一個內(nèi)環(huán)216、和一個填密環(huán)218構(gòu)成的。在外環(huán)212上不設溢流檔，溢流檔只是位在機殼240上掛下部分239所提供的孔道上，在外環(huán)212上有一密封邊221形成外環(huán)212與掛下部分239的界面。
該級的旋轉(zhuǎn)部件230包括一個渦輪葉片232、一個葉片罩234、一個將葉片罩固定在葉片上的榫頭236、和一個在其上裝有葉片的轉(zhuǎn)子238。
位在渦輪葉片232和轉(zhuǎn)子238的鄰近處并隔開一定間隔的下游級也具有一個固定隔板210′，其中有一個外環(huán)212′、一個噴嘴環(huán)214′、一個內(nèi)環(huán)216′、和一個填密環(huán)218′。有一倒L字形徑向的溢流檔220′裝在溢流檔座224′上相應的槽內(nèi)，形成外環(huán)212′內(nèi)面的一個延伸部并被包容在機殼240內(nèi)。
溢流檔220′含有一個形狀為水平突出部226′的榫件，該突出部226′是從一個垂直掛下的檔體227′的上端側(cè)面向外突出，突出部226′和檔體227′裝在溢流檔座224′上相應的槽內(nèi)。
有一錐形指狀的端尖封222′從檔體227′的下端掛下并從溢流檔座224′的底面或內(nèi)面225′向下延伸。
掛下部分239和溢流檔座的內(nèi)壁做成傾斜以便使流動方向上的通道直徑逐漸增大如表面225和225′所示。這樣可促使那些被截留在葉片罩234上面空間223內(nèi)的微粒向下游方向移動。
機殼240的掛下部分239和溢流檔座224′的相對面的間距得到增大，超過圖1中溢流檔座24和24′的兩個相對面的間距，以便將通道242拓寬，使微粒得以從空間223中逃出并被引到機殼240內(nèi)的一個存儲空間246內(nèi)，在那里微粒被截留但不再會對端尖封和榫頭產(chǎn)生進一步的損害;并可防止被截留的微粒對下游級產(chǎn)生損害。
在掛下部分239和溢流檔座的兩個相對面的端頭分別做成倒角如243和243′處所示，以便使微粒容易進入通道242內(nèi)并由此進入存儲空間246內(nèi)。
在溢流檔220′的圓周上一個選定的部位設置一個角檔244′。角檔244′設置在溢流檔的檔體227′的底面上并從該底面鄰接端尖封222′斜向向外伸展。
角檔244′使打圈的微粒折返，通過圖上沒有畫出的端尖封222上的一個開口或缺口(類似圖4至圖6所示的開口或缺口147)，使微粒得以從空間223中逃出，重新加入到流向下一級的蒸汽流中去。
應當理解，兩個溢流檔可以裝在一個隔板上所固裝的附加物上，也可直接裝在機殼上以代替隔板上的附加物。在某些情況下，將微粒存儲起來及采用傾斜的側(cè)壁也許是不可能的，但在溢流檔上開出缺口及采用角檔總是可以辦到的。
應當指出，端尖封122上的開口或缺口147以及端尖封122′和222′上的開口或缺口如果做成0.125英寸(3.175毫米)的大小就可使大多數(shù)微粒都能通過而端尖封泄漏只增加大約1%。當希望通過較大的微粒時，缺口應該做得大些。
端尖封開口或缺口較好的部分是在該級的底部。
還應提出，由于角檔144、144′、244、和244′對摩擦具有較強的抗力，如果發(fā)生重摩擦，將會損害葉片罩134，234，因此建議角檔必須有足夠的距離離開葉片罩，以防萬一發(fā)生這種摩擦的情況。對大多數(shù)的級來說，一個0.200英寸(5.08毫米)的距離可能是合適的。
熟悉汽輪機專業(yè)的行家會對本發(fā)明作出各種其他變型，但所有這些變型如果符合本發(fā)明的真髓并在本發(fā)明的范圍內(nèi)，我們希望得到所申請的權(quán)利要求保護。
權(quán)利要求
1.一種用以減少硬微粒損害的改進的汽輪機幾何形狀，在一臺上游級和下游級都容納在一個機殼內(nèi)、受到微粒材料潛在威脅的汽輪機內(nèi)，每一級都有固定部件和旋轉(zhuǎn)部件，固定部件包括至少一個溢流檔座、至少一個溢流檔、和至少一個溢流檔上的端尖封，該至少一個端尖封是從與旋轉(zhuǎn)部件鄰近處的溢流檔上掛下來的，其特征在于，在所說的至少一個溢流檔座上具有一個傾斜的內(nèi)壁以便促使進入端尖封空間內(nèi)微粒材料向下游方向移動，朝向溢流檔上與端尖封鄰近處的一個小角檔和端尖封上的一個小的貫穿口進入端尖封空間，由角檔強迫微粒材料流經(jīng)端尖封上的小口而排出，以使微粒材料得以較快地從鄰近端尖封的空間中排出，并在固定部件內(nèi)設有一個可以接納微粒材料的專用內(nèi)腔以便將它們截留并存儲起來，借以保護后面的下游級，從而減少在端尖封附近處微粒材料對固定部件和旋轉(zhuǎn)部件所造成的損害。
2.按照權(quán)利要求1的汽輪機，其特征是，在相鄰級的溢流檔座之間設有拓寬的通道，使微粒材料易于從端尖封空間通過這個通道而進入到所說的專用內(nèi)腔內(nèi)。
全文摘要
在各級都容納在一個機殼內(nèi)、受到微粒材料潛在威脅的一臺汽輪機內(nèi)，每一級都有固定的和旋轉(zhuǎn)的部件，前者包括至少一個的溢流擋座、溢流擋、和溢流擋上的端尖封，在該至少一個的溢流擋座上設有一傾斜的內(nèi)壁，還在溢流擋上有一角擋與端尖封鄰接，在端尖封上還有一個小的貫通口，以使微粒材料得以較快地從鄰近端尖封的空間中排出，或是進入固定部件的一個專用內(nèi)腔內(nèi)被截留并存儲起來借以保護下游級，或是重新加入到正常的蒸汽流中進入下一級。
文檔編號F01D25/32GK1087969SQ9311823
公開日1994年6月15日 申請日期1993年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月6日
發(fā)明者羅納德·E·布蘭登 申請人:羅納德·E·布蘭登