專利名稱：調(diào)節(jié)軸流式壓氣機(jī)葉片徑向間隙的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)氣輪機(jī)的高負(fù)載軸流式壓氣機(jī)的葉片徑向間隙的裝置。
由于當(dāng)今高的經(jīng)濟(jì)性和生態(tài)保護(hù)的需要，人們力求使現(xiàn)代的熱力渦輪機(jī)，如工業(yè)用氣輪機(jī)總具有高的效率，這就會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)處于高溫高壓狀態(tài)下。
壓氣機(jī)的高負(fù)載是通過(guò)短的葉片而實(shí)現(xiàn)的。由此而導(dǎo)致與葉片高度有關(guān)的渦輪葉片的相對(duì)徑向間隙會(huì)增加，因此降低壓氣機(jī)的喘振極限。
此外還可知在熱力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片和與之相對(duì)的定子部分之間的間隙中的間隙損失會(huì)大大影響渦輪機(jī)的效率。間隙損失越大，其效率越低。因此人們力求保證在工作時(shí)其間隙盡可能的小，而在冷卻階段其間隙足夠的大。
該徑向間隙一方面是由于加工和裝配時(shí)的不準(zhǔn)確而造成的，另一方面主要是由于轉(zhuǎn)子和葉輪處于不同熱力狀態(tài)下而造成的。
由于強(qiáng)度的需要，轉(zhuǎn)子多數(shù)比葉輪要重。
由于兩部件的熱傳導(dǎo)條件和多數(shù)情況下其材料是相近的，因此使轉(zhuǎn)子的發(fā)熱較慢，從而不僅在工作狀態(tài)，而且隨著時(shí)間變化特別是在起動(dòng)和停機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子和葉輪的熱變形是不同的。在離心力的共同作用下，導(dǎo)致在熱狀態(tài)下剛剛停機(jī)后就起動(dòng)時(shí)具有最小的徑向間隙，而在冷狀態(tài)下起動(dòng)具有最大的徑向間隙。
由瑞士專利CH639171可知，通過(guò)在圓周向使用不可分的密封環(huán)減小軸流式渦輪機(jī)的徑向間隙，其密封環(huán)彼此間隔地設(shè)置在該機(jī)的軸向并通過(guò)定位銷對(duì)中。在各工作點(diǎn)，該環(huán)圓周地旋轉(zhuǎn)，對(duì)稱地受熱，因此在隨著溫度的變化產(chǎn)生形變時(shí)，它保持呈圓形，從而保持該環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)子軸對(duì)中，以便可以減小渦輪和密封環(huán)之間所形成的允許的最小間隙。如果該密封環(huán)同時(shí)用作設(shè)置在其之間的導(dǎo)流葉片環(huán)的支承件及保持件，則會(huì)減小在內(nèi)導(dǎo)流葉片端(可能是輪箍)和轉(zhuǎn)子之間的同樣造成功率損失的間隙。由于其密封環(huán)由盡可能小的熱膨脹率的材料如鐵鎳合金制成，因此它們是相當(dāng)貴的。該現(xiàn)有技術(shù)的另一缺點(diǎn)是，由于通過(guò)定位銷固定并對(duì)中，因此其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
德國(guó)專利3305170 C2公開了一種渦輪機(jī)殼體，它具有一外殼壁和一在圓周向呈扇形的內(nèi)殼壁，它們通過(guò)可拆的固定裝置相互連接，其中扇形內(nèi)殼壁由支承輪箍構(gòu)成，在其端部的圓周向具有間隙空間，并具有徑向支承附件，在內(nèi)外殼壁之間形成中間腔，它用熱絕緣材料填充。該現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，其葉輪分設(shè)在內(nèi)外殼壁上，由于內(nèi)殼壁薄只能設(shè)置薄的導(dǎo)流葉片基件，因此產(chǎn)生的力會(huì)通過(guò)其基件和內(nèi)殼壁傳遞到外殼壁上。
本發(fā)明試圖克服所有這些缺點(diǎn)，其發(fā)明目的在于，對(duì)高負(fù)載的軸流壓氣機(jī)提供一種調(diào)節(jié)葉片的徑向間隙的簡(jiǎn)單裝置，在渦輪機(jī)的不同工作條件下保持渦輪葉片和葉輪件之間的徑向間隙較小并且基本不變。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，高負(fù)載軸流式壓氣機(jī)主要包括一裝有渦輪葉片的轉(zhuǎn)子和懸置在殼體中的并裝有導(dǎo)流葉片的葉輪，具有用于導(dǎo)流葉片的窄長(zhǎng)懸置件，在導(dǎo)流葉片基件中至少設(shè)置一空腔，在嵌入狀態(tài)并在圓周向在導(dǎo)流葉片基件中、用于導(dǎo)流葉片的兩懸置件和葉片基件之間各設(shè)置一空腔，在圓周向在葉輪和用于兩個(gè)連續(xù)導(dǎo)流葉片的懸置件之間各設(shè)置另一空腔，該空腔通過(guò)在圓周上分布的并與導(dǎo)流葉片基件連接的多個(gè)弓形件限定而成，所述空腔由絕緣材料填充。
此外本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在起動(dòng)階段和停機(jī)階段，其定子慢慢發(fā)熱，由此減小了渦輪葉片和定子之間的徑向間隙，從而提高了喘振極限，并提高了壓氣機(jī)的效率，從而不需要在圓周向公開的復(fù)雜的兩部分殼體。
弓形件最好由拱形板構(gòu)成，并具有拱板形基件，在其上在葉片輪方向至少各個(gè)有一鉤件，它延伸到懸置件的側(cè)部。該鉤件防止了由于溫度的升高而產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的弓形件的彎曲。
此外，弓形件最好通過(guò)彈性件與導(dǎo)流葉片基件連接，該彈性件把導(dǎo)流葉片和弓形件壓向工作位置并同時(shí)具有密封功能。
進(jìn)一步較好的是，懸置件的高度至少為葉片高度的一半，其寬度最多為葉片基件寬度的三分之一。這樣大大減小了從壓縮流道至葉輪的熱傳導(dǎo)。
采用靜止空氣作為絕緣材料是極為有效的，這樣比用貴的填充材料更便宜。其中有益的是，一附加的薄板插入各弓形件鉤件的圓周槽中并在各弓形件端部近似呈直角地彎曲，從而形成靜止空氣的空腔，這樣防止了由于自由對(duì)流產(chǎn)生的不希望的熱傳導(dǎo)。
如果在葉輪中，例如附加設(shè)置電加墊裝置例如在熱起動(dòng)階段它可有選擇地接通，這樣可以用附加的主動(dòng)徑向間隙作用代替諸如此類的被動(dòng)徑向間隙作用。
在附圖中，借助氣輪機(jī)的軸流式高壓壓氣機(jī)說(shuō)明了本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例，其中，

圖1示出了壓氣機(jī)的局部縱向斷面圖；圖2示出了圖1葉輪和葉片區(qū)域的放大局部縱向斷面圖，其中板形弓形件設(shè)置在導(dǎo)流葉片基件之間；圖3示出了圖2的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和定子隨時(shí)間和負(fù)載情況變化的徑向間隙大小的示意圖；圖4示出了圖1葉輪和葉片區(qū)域的放大局部縱向斷面圖；圖5示出了與圖4相近的放大局部縱向斷面圖，其中用靜止空氣作為絕緣材料。
圖6是沿圖5VI-VI面的斷面圖。
在此只示出了與本發(fā)明有關(guān)的主要零件，沒(méi)有示出設(shè)備中的如壓氣機(jī)部分和入口部分和隨后的裝置，如燃燒室和渦輪。工作介質(zhì)的流向用箭頭表示。
下面參照附圖1至6和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
圖1示出了氣輪機(jī)的軸流式多級(jí)高壓壓氣機(jī)，其中只示出了最后一極。該壓氣機(jī)實(shí)際包括裝有渦輪葉片2的轉(zhuǎn)子1和承接導(dǎo)流葉片4的葉輪3。該葉輪例如通過(guò)法蘭連接裝設(shè)在與氣輪機(jī)殼體(在此未示出)連接的壓氣機(jī)外殼5上。
圖2是圖1葉輪3和葉片2，4區(qū)域的放大斷面圖。其葉片3具有特殊的結(jié)構(gòu)，即它具有帶圓周槽的窄長(zhǎng)懸置件7，在其中嵌入導(dǎo)流葉片4。優(yōu)選的懸置件7的高度至少為葉片高度h的一半，其寬度最多為導(dǎo)流葉片4的葉片基件8的寬度b的三分之一。它們是不良導(dǎo)熱體。
兩個(gè)空腔9位于很厚且重的導(dǎo)流葉片基件8中。通過(guò)其幾何關(guān)系減小了導(dǎo)流葉片基件8的導(dǎo)熱性，同時(shí)形成良好的機(jī)加工性。
由于葉片基件8的高度實(shí)際比懸置件7的高度小，在嵌入狀態(tài)，在導(dǎo)流葉片4的基件8中導(dǎo)流葉片4的兩個(gè)懸置件7和葉輪3之間形成一空腔10。
在葉輪3中的另一空腔11設(shè)置在兩個(gè)連續(xù)的導(dǎo)流葉片4的懸置件7之間，該空腔11由在圓周上分布的并與導(dǎo)流葉片基件8連接的多具弓形件12限定，在本實(shí)施例中，由拱形板構(gòu)成。在渦輪葉片2的區(qū)域，該弓形件12的下側(cè)限定了壓縮流道13。弓形件通過(guò)具有局部密封功能例如是C形環(huán)的彈性件14與導(dǎo)流葉片基件8連接，以便在弓形件12和導(dǎo)流葉片基件8之間只形成接觸。該彈性件14將導(dǎo)流葉片4和弓形件12壓向工作位置。
在該實(shí)施例中，空腔9、10、11固定不動(dòng)地填充絕緣材料15，以防止如泄漏噴射之類的所不希望的作用。
如圖2所示可以在葉輪3內(nèi)設(shè)置一加溫裝置17，如電加熱的優(yōu)選感應(yīng)加熱裝置，在需要時(shí)，更確切地說(shuō)，在氣輪機(jī)熱起動(dòng)時(shí)它被接通，由此通過(guò)對(duì)定子加熱提高了″扭點(diǎn)″(″Pinch point″)″的最小徑向間隙，由于定子的半徑是不變的。
從圖3中可清楚地看到這一點(diǎn)，它示出了該徑向間隙取決于時(shí)間或壓氣機(jī)的不同工作條件。點(diǎn)劃線表示現(xiàn)有技術(shù)的情況，虛線示出了本發(fā)明技術(shù)方案的定子的相關(guān)情況。
在起動(dòng)階段和滿負(fù)荷工作狀態(tài)，定子和轉(zhuǎn)子的渦輪葉子間的徑向間隙變小，這是由于壓縮氣流道阻礙熱傳遞(由本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的)使定子慢慢發(fā)熱。其意義在于，在氣輪機(jī)停機(jī)后定子慢慢冷卻但始終比轉(zhuǎn)子冷卻的快。如果在熱起動(dòng)時(shí)通過(guò)接通上述的電加熱裝置，優(yōu)選的感應(yīng)加熱裝置即與其相連的加熱裝置保持定子的半徑不變，剛剛停機(jī)處于熱起動(dòng)狀態(tài)的徑向間隙不再變小，這樣就不會(huì)擔(dān)心損壞葉片。
圖4示出了第二實(shí)施例，與上述實(shí)施例的主要區(qū)域在于使用了弓形件，該弓形件12具有拱板形基件，在葉輪3方向有延伸到懸置件7側(cè)面的鉤件16，因此其弓形件12由基板和鉤件16一體形成。與上述實(shí)施例的變形方案相比其鉤件16增大了熱傳遞量，而盡可能防止了引起較大徑向間隙的弓形件12的彎曲。另外，使用公知的固態(tài)填充料作為絕緣材料15以填充空腔9，10和11。
圖5和6示出了最后一實(shí)施例，其中與第二實(shí)施例相似采用了具有鉤件16的弓形件12(它們一體形成)，由靜止空氣形成的絕緣區(qū)位于弓形件12的后面，在使用靜止空氣作為絕緣材料時(shí)，借助插入弓形件12的兩個(gè)圓周槽(即在鉤件16區(qū)域)中的并在各弓形件端部近似呈直角彎曲的附加薄板18形成對(duì)靜止空氣的封閉空腔，其弓形件12形成了加蓋式的密封，從而防止空氣循環(huán)(見(jiàn)圖5)。不設(shè)置薄板18可能會(huì)產(chǎn)生由于自由對(duì)流形成的不希望的熱傳導(dǎo)?？紤]到裝配問(wèn)題，其葉輪3通過(guò)分離平面被軸向分開。
通過(guò)具有窄長(zhǎng)導(dǎo)熱通路的葉輪3的特殊結(jié)構(gòu)防止了從壓縮氣道13至葉輪3的熱傳導(dǎo)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在起動(dòng)階段和停機(jī)階段使葉輪3的發(fā)熱性與轉(zhuǎn)子1的發(fā)熱性相平衡。
權(quán)利要求
1.調(diào)節(jié)負(fù)載軸流式壓氣機(jī)的葉片徑向間隙的裝置，主要包括裝有渦輪葉片(2)的轉(zhuǎn)子(1)和裝有導(dǎo)流葉片(4)的并懸置在殼體(5)上的葉輪(3)，其特征在于，該葉輪(3)具有用導(dǎo)流葉片(4)的窄長(zhǎng)懸置件(7)，在導(dǎo)流葉片基件(8)中至少設(shè)置一空腔(9)，在嵌入狀態(tài)并在圓周向，在導(dǎo)流葉片基件(8)中，用于導(dǎo)流葉片的兩懸置件(7)和葉輪(3)之前各設(shè)置一空腔(10)，在圓周向，在葉輪(3)和用于兩連續(xù)的導(dǎo)流葉片(4)的懸置件(7)之間各具有另一空腔(11)，它通過(guò)在圓周上分布的并與導(dǎo)流葉片基件(8)連接的多個(gè)弓形件(12)限定，空腔(9，10，11)由絕緣材料(′15)填充。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其弓形件(12)由拱形板制成。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，弓形件(12)具有拱板形基件，在其上在葉輪(3)方向至少各有一鉤件(16)，它延伸到懸置件(7)的側(cè)部。
4.如權(quán)利要求2或3的所述裝置，其特征在于，弓形件(12)通過(guò)彈性件(14)與導(dǎo)流葉片基件(8)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，懸置件(7)的高度至少為葉片高度(h)的一半，其寬度最多為導(dǎo)流葉片基件(8)的寬度(b)的三分之一。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其特征在于，用靜止空氣作為絕緣材料(15)。
7.如權(quán)利要求6的所述裝置，其特征在于，一薄板(18)插入弓形件(12)的鉤件(16)的兩圓周槽中并在各弓形件(12)端部近似呈直角地彎曲，以便形成靜止空氣的空腔。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于，在葉輪(3)設(shè)置一可選擇接通的加熱裝置(17)。
全文摘要
調(diào)節(jié)高負(fù)載軸流式壓氣機(jī)的葉片徑向間隙的裝置，它主要包括裝有渦輪葉片(2)的轉(zhuǎn)子(1)和懸置在殼體(5)內(nèi)的并裝有導(dǎo)流葉片(4)的葉輪(3)，它具有用于導(dǎo)流葉片(4)的窄長(zhǎng)懸置件(7)，在導(dǎo)流葉片基件(8)中至少設(shè)置一空腔(9)，在嵌入狀態(tài)并在圓周向，在導(dǎo)流葉片基件(8)中，用于導(dǎo)流葉片的兩懸置件(7)和葉輪(3)之間各具有空腔(10)，在圓周向在葉輪(3)和用于兩連續(xù)導(dǎo)流葉片(4)的懸置件(7)之間各具有另一空腔(11)，它通過(guò)在圓周上分布的并與導(dǎo)流葉片基件(8)連接的多個(gè)弓形件(12)限定，其空腔(9、10、11)用絕緣材料(15)填充。
文檔編號(hào)F02C7/28GK1133946SQ95121589
公開日1996年10月23日 申請(qǐng)日期1995年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月26日
發(fā)明者R·馬米力克, F·梅納德, R·蘇特 申請(qǐng)人:Abb管理有限公司