專利名稱：在渦輪機中用于推力補償?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在帶有一個外殼和一個內(nèi)殼或一個導(dǎo)向葉片支架的渦輪機中用于推力補償?shù)姆椒ê脱b置。本發(fā)明尤其適用于罐形結(jié)構(gòu)的渦輪機，其中流過渦輪機的流體的壓力至少會在內(nèi)殼上產(chǎn)生一個沿主軸的縱向作用的軸向力。
已知，在具有內(nèi)部高壓的渦輪機中，殼體分內(nèi)殼和外殼兩層。在德國專利DE2218500中描述了一種適用于高溫高壓汽輪機的多層機殼。在其高壓渦輪機的罐形結(jié)構(gòu)，高壓新蒸汽進入內(nèi)殼。蒸汽經(jīng)膨脹在分透平中的壓降達到大約20％以后，通過孔進入外殼并且在繼續(xù)膨脹過程中在接合處壓迫內(nèi)殼。在亞臨界汽態(tài)下選用帶有導(dǎo)向葉片支架的設(shè)計結(jié)構(gòu)。這時新蒸汽的壓力全部存在于內(nèi)外殼之間并且壓迫這兩半支架。在以下描述中所用概念“內(nèi)殼”也始終包括帶導(dǎo)向葉片支架的設(shè)計結(jié)構(gòu)。作用于各個面上的壓力疊加后進一步對部件產(chǎn)生一個推力。必須通過在內(nèi)殼和/或外殼和/或渦輪機主軸上的相應(yīng)裝置來接收這一推力。為此也已知，內(nèi)外殼體之間的中間腔相對于流經(jīng)渦輪機的流體的流出側(cè)密封，使得內(nèi)殼必須承受蒸汽流入和流出的壓差，而外殼則必須在流出側(cè)和流入側(cè)分別承受相對于大氣壓的流出壓力和內(nèi)外殼之間的壓力。作用于渦輪機內(nèi)各空腔的壓力會產(chǎn)生巨大的軸向力，必須通過相應(yīng)的裝置，例如卡口環(huán)，螺紋環(huán)，烏德-布萊特施耐德(Uhde-Brettschneider)-鎖定裝置或者螺栓固定裝置來把這一軸向力傳遞到外殼上或其它合適的裝置上，因為它除了會引起大的變形外還會對相應(yīng)的支撐物產(chǎn)生很高的表面壓力。
德國專利DE2218500公開了一種用于高溫高壓汽輪機的多層機殼。內(nèi)殼層借助于一個支撐環(huán)撐在外殼上并因此軸向固定。在美國專利US3,754,833其及優(yōu)先權(quán)文件和德國專利DE2054465中描述了一種在渦輪機外殼層上用于徑向同心熱流動支承和對中軸密封殼的裝置。其中的汽輪機具有一個帶有一道與軸線垂直的接合線的罐狀殼體。支承導(dǎo)向葉片的內(nèi)殼安裝在罐形缸體內(nèi)的一個支承和對中點上。該對中點由一個烏德-布萊特施耐德鎖定裝置構(gòu)成。軸密封殼位于穿過罐形殼體的軸通孔范圍內(nèi)，在軸密封殼上面裝有密封蓋。內(nèi)殼的旁通道用于補償軸向推力。
如上所述，用于在渦輪機內(nèi)接受軸向力的制造成本相當(dāng)高。由于渦輪機的效率受流量損失的影響很大，因此必須接受軸向推力，使得在主軸和內(nèi)外殼發(fā)生相應(yīng)熱膨脹的時候，葉片末端產(chǎn)生的徑向裂縫盡可能小。
因此，本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種在渦輪機中用于推力補償?shù)姆椒ê拖鄳?yīng)的裝置，尤其要補償?shù)粞剌S的縱向產(chǎn)生的軸向力。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1所述方法和權(quán)利要求6所述渦輪機來實現(xiàn)。其它有利的改進，擴展結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中得以描述。
本發(fā)明規(guī)定，用于軸向推力補償?shù)膬?nèi)殼部件的第一外壁面被分成兩部分用來補償軸向推力，這兩部分分別承受不同的壓力，其中，通過至少一種中間件，尤其是一種密封件，將這兩個壓力分開。內(nèi)殼體部件的外面最好承受一個用于補償軸向推力的壓力，該壓力至少和流體的流出壓力相等，且最好與流入壓力大至相當(dāng)。
在本發(fā)明的有利結(jié)構(gòu)中，用于補償軸向推力的壓力與流出壓力作用于內(nèi)殼上的軸向力相抵。由于兩壓力的反向疊加產(chǎn)生一個較小的壓力，故也只引起一個較輕的推力。該軸向推力補償尤其可以在渦輪機的內(nèi)殼上進行。通過上述措施可降低至今為止用于固定內(nèi)殼的高額制造成本。在固定元件上作用的表面壓力因而更小，引起的變形也更小。在本發(fā)明的另一改進方案中，則可以根據(jù)運行條件，例如是滿負荷還是部分負荷，來調(diào)節(jié)作用于內(nèi)殼外表面上的壓力。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)這一壓力進而使作用在內(nèi)殼上的軸向推力變得可調(diào)節(jié)。
除了用于補償軸向推力的壓力作用在內(nèi)殼的外壁部分上外，還可以采用一適當(dāng)?shù)闹虚g件，最好是一個密封件，來限定這部分外壁的尺寸。這樣，內(nèi)殼的軸向推力補償不僅受到壓力的影響，而且受到供壓力作用的用以產(chǎn)生軸向力的有效面積的影響。這一有效面積作為第一個面被那個密封件一分為二。這一有效面積最好包括至少內(nèi)殼外端面的一部分。根據(jù)機器的不同設(shè)計，可以在內(nèi)殼的外壁上確定一塊尺寸合適的表面用來補償軸向推力，以使這一推力盡可能保持最小。根據(jù)渦輪機的不同蒸汽參數(shù)也可以通過改變面積來調(diào)節(jié)軸向推力，而面積的改變可以借助于一個或兩個I-密封環(huán)的直徑來確定。密封環(huán)本身因而受到壓力的作用并且主要承受壓力負荷。由于密封的作用，使得分別作用于內(nèi)殼的兩部分外壁上的壓力也可以施加在內(nèi)外殼之間。
下面借助附圖對本發(fā)明的其它優(yōu)點和特性作說明。本發(fā)明的其它有利改進結(jié)構(gòu)通過組合所公開的特征來實現(xiàn)，附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的固定式罐形結(jié)構(gòu)高壓渦輪機；圖2為渦輪機組的分段排列示意圖。
作為本發(fā)明渦輪機1的實施例，圖1示出一個罐形結(jié)構(gòu)的高壓渦輪機1，其具有一內(nèi)殼2和一外殼3。流過渦輪機1的流體4以流入壓力P1流入，并以流出壓力P2從高壓渦輪機1中流出。該流入與流出壓力之差不僅在內(nèi)殼2上，而且在主軸5上引起一個軸向推力。流體4在流過導(dǎo)向葉片和動葉時，其壓力會因葉片的不同類型而不同程度地降低，該壓力降作用在主軸5和內(nèi)殼2上。內(nèi)殼2外壁上的A1面受到流入壓力P1的作用。A1面上所受壓力最好至少與流體4流出渦輪機1時的流出壓力P2相等。特別是，作用在面A1上的壓力也可與流體的流入壓力和/或內(nèi)殼2里的壓力相等。A1面最好包括內(nèi)殼2端面的一部分。在A1面上所產(chǎn)生的軸向推力與在A2’面上所產(chǎn)生的軸向推力在內(nèi)殼2上疊加，從而在這里產(chǎn)生一個軸向推力補償。因此，內(nèi)殼2在外殼3上的固定點6承受很小的表面壓力就變小了。這樣就允許有多種多樣的把軸向推力引向外殼3的設(shè)計可能。例如，可以將在以前的技術(shù)條件下使用的支撐環(huán)去掉。由于軸向推力得到了較好的補償，按照本發(fā)明來制造一臺渦輪機也就變得簡單了。
在圖1所示的發(fā)明中，使用了一個圍繞主軸5放置的中間件7來限定內(nèi)殼2的外壁上傳導(dǎo)軸向壓力的面積A1。該中間件7，最好是一個密封件，限制了作用在傳導(dǎo)軸向壓力用的A1面上的壓力P1，從而能夠做到，通過使用中間件7來精確確定軸向推力補償。另外，由于使用了這類中間件7，使內(nèi)殼2上的另一個外表面A3能夠受到另一壓力P3的作用。該壓力P3和面A3一起也能起到補償軸向推力的作用。這樣，面A1和面A3就一起形成了本發(fā)明意義上的內(nèi)殼2外壁上的第一個面。A1和A3則是兩個分面。
相對于壓力P1來講，壓力P3要適當(dāng)?shù)氐鸵恍┎⑵鹬忾]壓的作用。借助于這一有利的壓力梯度，可以減少在一個或多個作為中間件7的密封件上發(fā)生的壓力和流量損失。這樣，密封件，尤其是一個I-密封環(huán)，不僅能夠經(jīng)得住流體的沖擊作用，而且能夠承受其壓力的荷載。通過使用多個中間件7，能夠為一個有利的壓力梯度而產(chǎn)生其它互相分隔的面來補償軸向推力，如用虛線畫出的中間件7和面A3’以及壓力P3’所示。根據(jù)渦輪機1的結(jié)構(gòu)幾何學(xué)，密封件7優(yōu)選安裝在外殼3的內(nèi)部和內(nèi)殼2的外部之間，尤其要做到，使其與內(nèi)殼2和外殼3直接接觸。作為密封件7的是一個I-密封環(huán)，它的直徑D取決于能夠傳導(dǎo)預(yù)期軸向力的面A1和A3。在本發(fā)明的一有利的改進設(shè)計中，不僅能夠在內(nèi)殼2上，而且同樣還能在主軸5上實現(xiàn)軸向推力補償。為此，要如此設(shè)計渦輪機，使用以傳導(dǎo)軸向壓力的面A2”受到流出壓力P2的作用。這樣就至少能夠把作用在主軸5上的由流入壓力P1與流出壓力P2在渦輪葉片上產(chǎn)生的壓差所引起的軸向推力部分補償?shù)簟?br> 圖2以示意圖的形式示出渦輪機的高壓部分HD，中壓部分MD以及低壓部分ND在一根軸上的排列。它顯示出，由壓力P1在面A1和壓力P3在面A3上所產(chǎn)生的力沿負X軸方向作用。由P2在面A2”上所產(chǎn)生的力則與之相反，沿正X軸方向作用。所以，本發(fā)明不僅可以用于一個渦輪機，而且可以更多地用于一個由先后接通的多個渦輪機組成的渦輪機段的軸向推力補償。
權(quán)利要求
1.一種在具有一個外殼(3)和一個內(nèi)殼(2)以及導(dǎo)向葉片支架的渦輪機(1)、尤其是一個罐形結(jié)構(gòu)的渦輪發(fā)動機中用于軸向推力補償?shù)姆椒?，其中，流過渦輪機的流體(4)至少在內(nèi)殼(2)上沿主軸(5)的縱向產(chǎn)生一個軸向力，并且內(nèi)殼(2)的部分外壁受到一個用于補償軸向推力的壓力的作用，其特征在于，至少內(nèi)殼(2)的部分外壁上用于軸向推力補償?shù)牡谝幻?A1+A3)被分成兩個分面(A1,A3)來補償軸向推力，這兩個面分別受到不同的壓力(P1,P3)的作用，其中兩個壓力(P1,P3)通過至少一個中間件(7)，特別是一個密封件來分界。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中間件(7)本身，尤其是一個I-密封環(huán)，受到壓力(P1,P3)的作用，并尤其承受荷載。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，分別作用于兩個分面(A1,A3)上的壓力(P1,P3)設(shè)置在內(nèi)殼(2)和外殼(3)之間。
4.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，作用于內(nèi)殼(2)的部分外壁上的兩個分面(A1,A3)上的壓力(P1,P3)可以根據(jù)渦輪機當(dāng)時的運行條件來調(diào)節(jié)。
5.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，壓力(P1,P3)作用在內(nèi)殼(2)的一個端面上。
6.一種具有一個外殼(3)和一個內(nèi)殼(2)以及一個導(dǎo)向葉片支架的渦輪機(1)，尤其是一個罐形結(jié)構(gòu)的渦輪發(fā)動機，其中，流經(jīng)渦輪機(1)的流體(4)的流出壓力(P2)至少在內(nèi)殼(2)上沿主軸(5)的縱向引起一個軸向力，其特征在于，一中間件(7)將內(nèi)殼(2)部分外壁上的第一面(A1+A3)的兩個傳導(dǎo)軸向壓力的分面(A1,A3)相互分開，這兩個分面分別用于補償軸向推力(5)。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪機，其特征在于，所述兩個傳導(dǎo)軸向壓力的分面(A1,A3)分別受到不同壓力(P1,P2)的作用。
8.如權(quán)利要求7所述的渦輪機，其特征在于，所述中間件(7)能夠承受住壓力(P1,P3)的作用，尤其是兩個不同壓力的同時作用。
9.如權(quán)利要求7或8所述的渦輪機，其特征在于，所述中間件(7)安裝在內(nèi)殼(2)和外殼(3)之間，尤其要直接與內(nèi)殼(2)和外殼(3)接觸。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的渦輪機，其特征在于，所述中間件(7)是一密封件，最好是一個I-密封環(huán)，該密封件尤其要圍繞主軸(5)安裝。
11.如權(quán)利要求6至10中任一項所述的渦輪機，其特征在于，所述用于補償推力并能傳導(dǎo)壓力的分面(A1,A3)至少部分地包括內(nèi)殼的一個端面。
12.如權(quán)利要求6至11中任一項所述的渦輪機，其特征在于，所述用于補償推力并能傳導(dǎo)壓力的分面(A1,A3)受到流入壓力(P1)，或者來自內(nèi)殼(2)內(nèi)部的一個壓力的作用。
全文摘要
一種用于補償推力的方法和一種相應(yīng)的渦輪機(1),該渦輪機具有一個外殼(3)和一個內(nèi)殼(2)以及導(dǎo)向葉片支架,它尤其是一個罐形結(jié)構(gòu)的渦輪發(fā)動機,其中用于軸向推力補償?shù)膬?nèi)殼(2)的部分外壁上至少有一個第一面被分成兩個分面來補償軸向推力,這兩個分面分別受到不同壓力的作用,其中這兩個不同壓力通過至少一中間件(7),尤其是一個密封件來分界。
文檔編號F01D3/04GK1215449SQ97193662
公開日1999年4月28日 申請日期1997年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月11日
發(fā)明者阿克塞爾·倫伯格 申請人:西門子公司