渦輪組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體涉及多級(jí)渦輪，包括蒸汽渦輪和燃?xì)鉁u輪，并且更具體而言，涉及減少通過帶護(hù)罩的旋轉(zhuǎn)葉片的密封件的泄漏流產(chǎn)生的效率損失的器件。
【背景技術(shù)】
[0002]軸向流渦輪(例如蒸汽渦輪)包括殼體和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地支承在殼體內(nèi)。轉(zhuǎn)子包括軸和多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片環(huán)，轉(zhuǎn)子葉片環(huán)一個(gè)接一個(gè)地附連到軸上。在渦輪的運(yùn)行期間，葉片環(huán)使工作流體逐漸膨脹，以驅(qū)動(dòng)軸。
[0003]各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片環(huán)通過沿周向布置的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片形成，其中兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子葉片形成葉片通路。轉(zhuǎn)子葉片在空氣動(dòng)力學(xué)方面的輪廓使得，當(dāng)工作流體穿過葉片通路時(shí)，流轉(zhuǎn)向且從而在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生周向力。在轉(zhuǎn)子葉片環(huán)的各個(gè)葉片上的周向力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生軸功率。
[0004]轉(zhuǎn)子葉片固定到軸上且從軸延伸向殼體。轉(zhuǎn)子葉片在殼體處的側(cè)向端部形成為葉片尖部，其中在葉片尖部處，轉(zhuǎn)子葉片環(huán)由護(hù)罩保護(hù)。護(hù)罩固定到葉片尖部上且與殼體間隔開，從而形成尖部間隙。尖部間隙的高度的尺寸設(shè)置成使得在渦輪的運(yùn)行期間，阻止護(hù)罩刮擦殼體。由于轉(zhuǎn)子葉片環(huán)的上游的流的靜態(tài)壓力高于轉(zhuǎn)子葉片環(huán)的下游的流的靜態(tài)壓力，所以在渦輪的運(yùn)行期間，泄漏流穿過尖部間隙。
[0005]主流穿過葉片通路，以產(chǎn)生軸功率，而泄漏流通過尖部間隙繞過轉(zhuǎn)子葉片。因此，泄漏流不參與軸功率的產(chǎn)生且不流過葉片通路。另外，在重新夾帶到主流路徑中之后的泄漏流會(huì)擾亂主流。因此，主流在局部不均勻，從而導(dǎo)致失配流。此外，尖部間隙流與主流混合且產(chǎn)生不利的耗散。因此，尖部間隙流的存在影響渦輪效率。
[0006]具體而言，在具有低縱橫比葉片的高壓渦輪中，尖部間隙流產(chǎn)生的損失與渦輪的總損失相比顯著較高。
[0007]減少尖部間隙流對(duì)渦輪的動(dòng)氣動(dòng)力學(xué)效率的這個(gè)負(fù)面影響的補(bǔ)救措施是采取措施減少尖部間隙流。例如，措施是在護(hù)罩的外部周邊上在尖部間隙內(nèi)提供迷宮密封件，以減少尖部間隙流的質(zhì)M流M。作為備選方案，密、封兀件固定在殼體處在尖部間隙中。為了將密封元件固定到殼體上，在殼體中，提供周向凹槽，密封元件嵌在其中。
[0008]各個(gè)解決方案減少尖部泄漏，但是不消除流。因此，仍然需要解決葉片尖部泄漏產(chǎn)生的渦輪效率損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]公開了一種渦輪，其構(gòu)造成解決旋轉(zhuǎn)葉片泄漏流由于在主工作流體流道中產(chǎn)生紊流而降低渦輪效率的問題。
[0010]其試圖通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決這個(gè)問題。有利實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給出。
[0011]公開內(nèi)容基于提供圍繞固定導(dǎo)葉的旁路的大體想法，以便至少減少在帶護(hù)罩旋轉(zhuǎn)葉片尖部和殼體之間傳送的泄漏流體的再次進(jìn)入流。
[0012]—個(gè)大體方面包括一種渦輪，其包括具有旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子、封閉轉(zhuǎn)子以在它們之間形成流道的殼體，殼體具有第一和第二密封器件。渦輪還包括在流道中的第一旋轉(zhuǎn)葉片排，其具有多個(gè)沿周向分布的第一葉片，所述多個(gè)沿周向分布的第一葉片各自具有連接到轉(zhuǎn)子上的第一根部和與第一密封器件相鄰的第一護(hù)罩。渦輪另外具有固定導(dǎo)葉排，其各自具有延伸到流道中的導(dǎo)葉翼型件。具有多個(gè)沿周向分布的固定導(dǎo)葉的固定導(dǎo)葉排與第一旋轉(zhuǎn)葉片排沿軸向相鄰且在第一旋轉(zhuǎn)葉片排下游。各個(gè)固定導(dǎo)葉具有連接到殼體上的基部部件。第二旋轉(zhuǎn)葉片排位于流道中，與固定導(dǎo)葉排沿軸向相鄰且在固定導(dǎo)葉排下游。這個(gè)第二旋轉(zhuǎn)葉片排具有多個(gè)沿周向分布的第二旋轉(zhuǎn)葉片，其各自具有連接到轉(zhuǎn)子上的第二根部和與第二密封器件相鄰的第二護(hù)罩。第一腔體由第一護(hù)罩、第一密封器件和基部部件形成而第二腔體由第二護(hù)罩、基部部件和第二密封器件形成。
[0013]另外的方面可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。在渦輪中，各個(gè)固定導(dǎo)葉具有前緣，其中旁通通路的第一端部位于第一腔體的沿周向在兩個(gè)沿周向相鄰的固定導(dǎo)葉的前緣之間的點(diǎn)處。在渦輪中，旁通通路相對(duì)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向移位。在渦輪中，旁通通路平行于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線。在渦輪中，旁通通路相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線沿轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)行旋轉(zhuǎn)的方向在-30度和30度之間，優(yōu)選在O度和10度之間成角度。在渦輪中，旁通通路沿著其長(zhǎng)度具有均勻橫截面積。渦輪構(gòu)造成燃?xì)鉁u輪或沖擊(impulse)型蒸汽渦輪。在渦輪中，基部部件為蒸汽禍輪隔擋(diaphragm)。
[0014]在大體方面，權(quán)利要求的渦輪包括多個(gè)旁通通路。
[0015]本公開的其它方面和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述將變得顯而易見，附圖通過示例示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
【附圖說明】
[0016]作為示例，下面參照附圖更完整地描述本公開的實(shí)施例，其中:
圖1為根據(jù)本公開的示例性優(yōu)選的實(shí)施例的具有旁通通路的渦輪區(qū)段的透視圖；
圖2為圖1的渦輪區(qū)段的俯視截面圖；
圖3為蒸汽渦輪的截面圖，其具有隔擋和圍繞隔擋的示例性實(shí)施例的旁通通路；以及圖4為圖1的基部部件的放大圖，其顯示不均勻的橫截面積的旁通通路。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在參照附圖來描述本公開的示例性實(shí)施例，其中，相同標(biāo)號(hào)在全文用來表示相同元件。在以下描述中，為了解釋，闡述許多具體詳細(xì)以提供本公開的完整理解。但是，可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本公開，并且不限于本文公開的示例性實(shí)施例。
[0018]槳距(pitch)為旋轉(zhuǎn)方向上在相鄰的葉片上的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)之間的距離。在這個(gè)描述中，點(diǎn)對(duì)應(yīng)于沿周向相鄰的固定葉片的前緣，其中如從渦輪的旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)的周向方向得到的那樣，0%槳距對(duì)應(yīng)于上游葉片的前緣，并且如從渦輪的旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)的周向方向得到的那樣，100%槳距對(duì)應(yīng)于前緣下游的槳距。
[0019]圖1中顯示的渦輪的示例性實(shí)施例包括轉(zhuǎn)子10和殼體15，殼體15封閉轉(zhuǎn)子10，以便在它們之間形成流道19。沿周向分布的旋轉(zhuǎn)葉片20和固定導(dǎo)葉30的多個(gè)翼型件20a、30a位于流道19中。旋轉(zhuǎn)葉片20和固定導(dǎo)葉30布置成使得存在上游成排的旋轉(zhuǎn)葉片20，其與下游成排的固定導(dǎo)葉30相鄰，下游成排的固定導(dǎo)葉30又與另一排旋轉(zhuǎn)葉片21相鄰。圖1中顯示的旋轉(zhuǎn)葉片20和固定導(dǎo)葉30的數(shù)量不僅僅限于闡述示例性實(shí)施例，并且因此不是這個(gè)公開的示例性實(shí)施例能適用的渦輪的限制性示例。
[0020]渦輪包括密封器件16、17，其在固定殼體15和旋轉(zhuǎn)葉片20、21的護(hù)罩22、23之間提供密封。取決于渦輪的構(gòu)造，密封器件16、17可安裝在殼體15上，如圖2中顯示，或安裝在延伸環(huán)18a、18b上，使得各個(gè)密封器件16、17分別在第一腔體40和第二腔體42中，第一腔體40和第二腔體42兩者位于流路徑19外部。在圖3中顯示的示例性實(shí)施例中，延伸環(huán)18a、18b安裝到下游基部部件32上。在圖3中顯示的示例性實(shí)施例中，延伸環(huán)18a安裝到基部部件32上，并且延伸環(huán)18b安裝到下游基部部件32上。在未顯示的示例性實(shí)施例中，延伸環(huán)18a安裝到上游基部部件32上。
[0021]旋轉(zhuǎn)葉片20、21中的各個(gè)包括葉片根部24，其將旋轉(zhuǎn)葉片20、21固定到轉(zhuǎn)子10上。在各個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片20、21的遠(yuǎn)側(cè)端部處，即在最靠近殼體15的端部處，旋轉(zhuǎn)葉片20、21具有護(hù)罩22、23。護(hù)罩22、23構(gòu)造成使得存在傳送在護(hù)罩22、23和殼體15之間的工作流體泄漏流。典型地位于殼體15和護(hù)罩22、23之間的密封器件限制泄漏流。
[0022]位于成排的旋轉(zhuǎn)葉片20、21之間的固定導(dǎo)葉30各自具有基部部件32，其支承固定導(dǎo)葉30或?qū)⒐潭▽?dǎo)葉30連接到殼體15上?；坎考?2的形式取決于渦輪的構(gòu)造。例如，在應(yīng)用于沖擊型蒸汽渦輪的示例性實(shí)施例中，基部部件32為隔擋32，其構(gòu)造成環(huán)，以支承固定導(dǎo)葉排的固定導(dǎo)葉30。在另一個(gè)未顯示的示例性實(shí)施例中，基部部件32為導(dǎo)葉根部32，其將各個(gè)固定導(dǎo)葉30連接到殼體15上。在另一個(gè)未顯示的示例性實(shí)施例中，基部部件為殼體15和導(dǎo)葉附連器件的組合。
[0023]第一腔體40由第一護(hù)罩22、第一密封器件16和基部部件32形成，而第二腔體42由第二護(hù)罩23、基部部件32和第二密封器件17形成。
[0024]顯示在圖1中的示例性實(shí)施例進(jìn)一步包括旁通通路44，其從第一腔體40處的第一端部通過基部部件32延伸到第二腔體42處的第二端部，其中第一端部和第二端部?jī)烧呶挥诹鞯?9外部。旁通通路44的目標(biāo)是通過一起繞過流道19而將在上游旋轉(zhuǎn)葉片20的護(hù)罩22上流動(dòng)的泄漏流引導(dǎo)到下游成排的旋轉(zhuǎn)葉片21，且因而繞過導(dǎo)葉30的翼型件30a。因?yàn)楹苌倩驔]有來自第一腔體40的泄漏流體返回到流道19，所以因而消除或至少減少在流道19中的紊流源且因