CN117449919A - 汽轮机的汽封装置以及汽轮机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种汽轮机的汽封装置以及汽轮机，包括静叶片组件，所述静叶片组件包括静叶片和位于所述静叶片的径向外侧的隔板，所述隔板的进汽侧端面和出汽侧端面中，至少一者设置有多个沿周向间隔布置的凹槽。该汽封装置可以减少泄漏蒸汽导致的掺混损失。

Description

汽轮机的汽封装置以及汽轮机

技术领域

本发明汽轮机技术领域，具体涉及一种汽轮机的汽封装置以及汽轮机。

背景技术

汽轮机动叶片顶部的围带和静叶片顶部的隔板汽封之间存在间隙，则蒸汽在流动过程中，不可避免地会有一部分泄漏到动叶片的出汽侧。泄漏的这部分蒸汽再次回流进入到下一级静叶片的通道时，必须与静叶片的通道内的主流蒸汽进行掺混，两者混合时具有较大的速度差，尤其是周向速度差。因此，当泄漏的蒸汽混入主流蒸汽时会破坏主流蒸汽的稳定流场，导致较大的掺混损失。

发明内容

本申请的目的在于提供一种汽轮机的汽封装置以及汽轮机，可以减少泄漏蒸汽导致的掺混损失。

本申请提供一种汽轮机的汽封装置，包括静叶片组件，所述静叶片组件包括静叶片和位于所述静叶片的径向外侧的隔板，所述隔板的进汽侧端面和出汽侧端面中，至少一者设置有多个沿周向间隔布置的凹槽。

可选地，所述隔板的出汽侧端面设置有所述凹槽，定义为第一凹槽；所述隔板具有位于出汽侧的第一导流部，所述第一导流部为环绕多个所述第一凹槽的环状结构，所述第一导流部位于所述第一凹槽的内侧，所述第一导流部的外表面为第一导流面，以导流蒸汽向所述第一凹槽流动。

可选地，相邻所述第一凹槽之间具有第一间隔壁，所述第一导流部在轴向上突出于所述第一间隔壁。

可选地，汽轮机的动叶片组件的径向外侧设置有围带，所述第一导流部的内径小于所述围带的内径。

可选地，所述围带的进汽侧设置有第二导流面，所述第一导流面和所述第二导流面均为环形的锥面，且所述第一导流面和所述第二导流面相对设置。

可选地，所述隔板的进汽侧端面设置有所述凹槽，定义为第二凹槽；所述隔板具有位于进汽侧的第二导流部，所述第二凹槽的部分壁为第二导流部的外表面；所述第二导流部包括第三导流面，所述第三导流面朝向所述动叶片组件的围带的方向，逐渐向外倾斜。

可选地，汽轮机的动叶片组件的径向外侧设置有围带，所述第二导流部的外径大于所述围带的外径。

可选地，所述隔板的出汽侧端面设置有所述凹槽，定义为第一凹槽；所述第一凹槽的深度小于所述第二的深度。

可选地，汽轮机的动叶片组件的径向外侧设置有围带，所述汽封装置还包括设置在所述隔板的汽封齿，所述汽封齿朝向所述围带。

本申请还提供一种汽轮机，包括上述任一项所述的汽封装置。

该申请的汽封装置包括设置在隔板进汽侧端面或者出汽侧端面的凹槽，当泄漏的部分蒸汽流向或者流出隔板和动叶片组件之间的空隙时，由于设置有凹槽，泄漏的蒸汽会进入到凹槽内，并由相邻凹槽之间的间隔壁进行阻隔，防止周向流动，以消耗蒸汽的周向分速度，从而降低该部分泄漏蒸汽的周向分速度，从而减少泄漏蒸汽沿周向窜动，汇流入主流蒸汽后，不会对主流蒸汽产生周向冲击，可以减少蒸汽的掺混损失，同时，由于该部分泄漏蒸汽的周向窜动受到抑制，相应地也起到防止汽轮机的转子发生气流激振的作用。

附图说明

图1为本申请实施例中汽轮机的叶片组件的局部示意图；

图2为图1中围带和第一凹槽、第二凹槽位置的放大图；

图3为图1中A向视角下的示意图；

图4为图1中B向视角下的示意图；

图5为图2中第一凹槽位置的放大图；

图6为图2中第二凹槽位置的放大图。

图1-6中附图标记说明如下：

11-第一级静叶片组件；111-第一级隔板；112-第一级静叶片；

12-第二级静叶片组件；121-第二级隔板；122-第二级静叶片；

1a-第二凹槽；1b-第二间隔壁；1c-第二导流部；1c1-第三导流面；

1d-第一凹槽；1e-第一间隔壁；1f-第一导流部；1f1-第一导流面；

1g-台阶侧壁；1h-台阶面；

2-汽封齿；

3-动叶片组件；31-围带；311-第二导流面；312-环形突起；32-动叶片；

a-第一空隙；b-第二空隙；c-第三空隙。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1、2，图1为本申请实施例中汽轮机的叶片组件的局部示意图，视角为轴向剖视，且仅示意出第一级静叶片组件11、第二级静叶片组件12以及位于二者之间的动叶片组件3，且各叶片组件也仅示意出汽轮机中轴线一侧的部分，以便更好地示意本实施例中的汽封装置；图2为图1中围带31和第一凹槽1d、第二凹槽1a位置的放大图。

该实施例中汽轮机相邻的两个静叶片组件，沿进汽至出汽的方向，即图1中自右向左的方向，分别定义为第一级静叶片组件11和第二级静叶片组件12，第一级静叶片组件11位于第二级静叶片组件12的上游，蒸汽由第一级静叶片组件11的进汽侧向第二级静叶片组件12的出汽侧流动，主流蒸汽的流动方向为沿轴向流动，周向分速度较小。本实施例还定义“外”、“内”，“外”即径向上远离汽轮机中轴线的方向，“内”即径向上靠近汽轮机中轴线的方向，此时，每个静叶片组件包括多个静叶片以及位于静叶片组件径向外侧的隔板，隔板为环形，环形的隔板和多个静叶片的径向外侧连接。

图1中，第一级静叶片组件11的隔板为第一级隔板111，第二级静叶片组件12的隔板为第二级隔板121，第一级静叶片组件11的静叶片为第一级静叶片112，第二级静叶片组件12的静叶片为第二级静叶片122。第一级隔板111和第二级隔板121在轴向上的间距，小于第一级静叶片112和第二级静叶片122在轴向上的间距。

动叶片组件3包括多个动叶片32和位于动叶片组件3的径向外侧的围带31，围带31为环形，环形的围带31和多个动叶片32的径向外侧连接。动叶片32位于第一级静叶片112和第二级静叶片122之间。具体地，如图1所示，每个隔板沿轴向的两侧分别为进汽侧和出汽侧，即进汽侧和出汽侧沿轴向分布，隔板的出汽侧端面包括环形的台阶面1h(示于图5)，台阶面1h沿轴向朝向下一级静叶片的隔板，这样，动叶片32的围带31位于第二级隔板121的进汽侧端面和第一级静叶片组件11隔板的出汽侧端面的台阶面1h之间。隔板与台阶面1h相接的环形的台阶侧壁1g(示于图5)朝向汽轮机的中轴线设置，汽封装置包括设置在台阶侧壁1g的汽封齿2，围带31的外表面也会设置多个沿轴向分布的环形突起312，部分汽封齿2位于相邻两个环形突起312之间，部分汽封齿2和环形突起312沿径向相对，汽封齿2和环形突起312配合起到汽封作用，防止蒸汽泄漏至围带31的外侧和隔板的内侧之间。

可继续结合图3-4理解，图3为图1中A向视角下的示意图，即图1的右视图；图4为图1中B向视角下的示意图，即图1的左视图。需要说明的是，图3、4示意出汽轮机的整个轴向端面。

值得注意的是，汽封装置还包括凹槽，本实施例中静叶片组件的隔板的进汽侧端面和出汽侧端面中，至少一个端面的内侧设置有多个沿周向间隔布置的凹槽，即进汽侧端面或者出汽侧端面靠近围带31的内侧部分设置有凹槽。凹槽的槽口相应地与进汽方向相对或相同，设置在出汽侧的凹槽定义为第一凹槽1d，设置在进汽侧的凹槽定义为第二凹槽1a，在图1中，每一级隔板的进汽侧端面和出汽侧端面都设置有凹槽，即每一级隔板都同时设置有第一凹槽1d和第二凹槽1a，设置在进汽侧的第二凹槽1a的槽口和进汽方向相对，图1中第一级隔板111的第二凹槽1a、第二级隔板121的第二凹槽1a的槽口均向左，二者的第一凹槽1d的槽口和进汽方向相同，图1中二者的第一凹槽1d的槽口均向右。

如图3、4所示，多个第一凹槽1d沿周向分布，多个第一凹槽1d和静叶片组件同轴设置，多个第二凹槽1a也沿周向分布，多个第二凹槽1a也和静叶片组件同轴设置。其中，沿周向相邻的两个凹槽之间具有间隔壁，定义相邻的两个第一凹槽1d之间的间隔壁为第一间隔壁1e，相邻两个第二凹槽1a之间的间隔壁为第二间隔壁1b，在对相应的隔板加工凹槽时，自然形成的隔断即间隔壁。第一凹槽1d和第二凹槽1a的槽底部都可以是球形或者倒圆角的平底结构，防止使用过中产生应力集中。

可继续参考图1、2，并结合5、6理解，图5为图2中第一凹槽1d位置的放大图；图6为图2中第二凹槽1a位置的放大图。

当蒸汽从第一级静叶片组件11的通道进入动叶片组件3的进汽侧时，部分蒸汽不会继续沿轴向流动，而是进入动叶片组件3的围带31的进汽侧和第一级隔板111的出汽侧之间的第一空隙a，即二者在轴向上的空隙，第一级隔板111的径向内侧和围带31的径向外侧之间具有第二空隙b，即二者在径向上的空隙，第二空隙b也是上述提及的设置汽封齿2的位置，围带31的出汽侧和第二级隔板121的进汽侧之间形成第三空隙c，即围带31和第二级隔板121在轴向上的空隙。泄漏的蒸汽可以从第一空隙a流向第二空隙b，如图5所示，然后由第二空隙b流向第三空隙c，最终再汇流入主流蒸汽中，如6所示，需要说明的是，图1、2、5、6中均以虚线箭头的方式示意出蒸汽的流动路径。

如此设置，当蒸汽沿轴向进入第一级静叶片组件11后，部分蒸汽从第一空隙a进入，并继续向第二空隙b流动时，由于第一凹槽1d设置在第一级隔板111的出汽侧端面的内侧，则泄漏的蒸汽从第一空隙a进入汽封装置后，会首先流向第一凹槽1d，而多个第一凹槽1d沿周向间隔设置，则相邻第一凹槽1d之间的第一间隔壁1e会将这部分蒸汽进行阻隔和防止周向流动，以消耗蒸汽的周向分速度，从而降低该部分泄漏蒸汽的周向分速度。如此，该部分蒸汽可以较大轴向速度以及较小的周向分速度从第二空隙b流向第三空隙c，此时该部分蒸汽又会流向第二凹槽1a内，与第一凹槽1d的原理类似，相邻第二凹槽1a之间的第二间隔壁1b会继续消耗蒸汽的周向分速度，减少蒸汽沿周向窜动、防止周向流动，则蒸汽从第三空隙c流出的蒸汽汇流入主流蒸汽后，不会对主流蒸汽产生周向冲击，从而减少蒸汽的掺混损失，同时，由于该部分泄漏蒸汽的周向窜动受到抑制，相应地也起到防止汽轮机的转子发生气流激振的作用。

需要说明，当蒸汽的周向分速度在第一凹槽1d位置得以降低而进入到第二空隙b时，由于围带31随同动叶片32旋转，则第二空隙b内的蒸汽依然可能重新获得周向分速度，设置第二凹槽1a对周向分速度进行消耗，减少掺混损失的效果将会更为明显。但可知，仅设置第一凹槽1d，或是仅设置第二凹槽1a，都能在一定程度上消耗泄漏蒸汽的周向分速度，故第一凹槽1d、第二凹槽1a中仅设置一者也可以。当然，第一凹槽1d和第二凹槽1a同时设置，更利于降低蒸汽的掺混损失。

如图1、5所示，本实施例中静叶片的隔板具有位于出汽侧的第一导流部1f，第一导流部1f为环绕多个第一凹槽1d的环状结构，第一导流部1f位于第一凹槽1d的内侧，相对于第一凹槽1d的位置，第一导流部1f为进一步向进汽方向延伸的环状齿结构，相邻两个第一凹槽1d之间具有第一间隔壁1e，第一导流部1f在轴向上突出于第一间隔壁1e。第一导流部1f包括沿径向分布的外表面和内表面，第一导流部1f的外表面为第一导流面1f1，第一导流面1f1和第一凹槽1d的壁相接，第一导流部1f的内表面也是隔板内表面的一部分，与隔板内表面的其他部分平齐，保证蒸汽在静叶片组件的通道内的顺畅流动。第一导流部1f的第一导流面1f1为环形的锥面，这样利于将泄漏的蒸汽引入至多个第一凹槽1d中，减少或者防止蒸汽不进入第一凹槽1d而直接进入第二空隙b。实际上，第一导流部1f既起到导流作用，还起到轴向和径向的密封作用。

进一步地，本实施例中的第一导流部1f的内径可以设置为小于围带31的内径，这样，从第一级静叶片组件11的通道进入的蒸汽在进入动叶片组件3的通道时，不会和动叶片组件3的围带31的进汽侧端面发生碰撞，也可以减少蒸汽向第一空隙a处泄漏。

另外，如图5所示，该实施例中的动叶片组件3的围带31的进汽侧端面包括第二导流面311，第一导流面1f1和第二导流面311均是环形的锥面，且第一导流面1f1和第二导流面311相对设置，二者可以大致平行。这样，由于是锥面对锥面的结构，能够保证第一导流面1f1和第二导流面311在较小的间隙距离h(示于图2)下，获得较大的轴向间隙L，间隙距离h为沿垂直于第一导流面1f1、第二导流面311的距离，轴向间隙L为两个导流面在轴向上的距离。间隙距离h减小利于提高汽封性能，而较大的轴向间隙L则利于保证动叶片32和静叶片的轴向相对运动条件。如图2所示，围带31和隔板之间沿轴向具有最小间隙S，该最小间隙S应当保证动叶片组件3和静叶片组件之间的胀差要求。此处，L、h、S应当根据实际需求进行组合设计，以满足使用需求。

本实施例中的第一凹槽1d的深度为不小于5mm，深度的选择应当保证可以对进入的蒸汽沿周向进行阻挡分隔，深度大于5mm利于蒸汽的进入以及阻隔，例如设置到6mm或者6mm以上；第一凹槽1d的弧长为45mm～55mm，第一凹槽1d的弧长过大，则对蒸汽进行周向分隔的力度减小，第一凹槽1d的弧长过小，蒸汽不容易进入，45mm～55mm为较好的弧长区间，例如设置为50mm；如前所述，相邻第一凹槽1d之间具有第一间隔壁1e，第一间隔壁1e沿周向的厚度可以为4mm～6mm，例如设置为5mm，第一间隔壁1e如果过薄，则分隔效果较差，第一间隔壁1e如果过厚，则第一凹槽1d的数量受限，部分蒸汽不会进入到第一凹槽1d内，将第一间隔壁1e的厚度设置为4mm～6mm为相对较为适中。当然，根据静叶片组件的实际尺寸以及蒸汽的流动参数等，上述的数据范围也可以做出调整，本实施例对此不做限定。

相应地，第二凹槽1a的深度可以不小于8mm，如前所述，围带31转动时蒸汽会产生周向分速度，第二凹槽1a作为汇流入主流蒸汽之前的调节区域，则深度可以设置为大于第一凹槽1d的深度，以进一步确保对蒸汽的周向分速度的消耗，第二凹槽1a的深度例如可以设置为10mm。第二凹槽1a的弧长可以为45mm～55mm，例如设置为50mm，相邻第一凹槽1d之间具有第二间隔壁1b，第二间隔壁1b的厚度可以为4mm～6mm，例如设置为5mm，这里第二间隔壁1b沿周向的厚度以及第二凹槽1a在周向上的弧长的尺寸选取可以参照上述第一凹槽1d理解，不再赘述。

本实施例中，第二凹槽1a的外径可以大于围带31的外径，围带31的外周为不规则形状时，例如设置有环状突起312时，则第二凹槽1a的外径大于围带31的最大外径，以防止从第二空隙b泄漏出来的蒸汽不能准确流入第二凹槽1a内而引起额外的流动损失。第二凹槽1a的外径还可以进一步增大，在轴向上投影，第二凹槽1a的外径可以位于第二空隙b的外侧，即第二凹槽1a设置地尽量高，以进一步防止从第二空隙b漏出的蒸汽吹向隔板的进汽侧端部平面而削弱防止周向流动的效果。

本实施例中隔板还包括位于进汽侧的第二导流部1c，如图6所示，示意出第二级静叶片组件12的第二级隔板121进汽侧的第二导流部1c，第二导流部1c位于第二凹槽1a的内侧。第二导流部1c包括径向上分布的内表面和外表面，外表面和第二凹槽1a对应的部分，构成第二凹槽1a的壁，第二导流部1c的内表面为第三导流面1c1，第三导流面1c1沿朝向动叶片32的围带31的方向，由内向外逐渐倾斜，这样，利于导流第三空隙c的蒸汽相对平缓地流向第二级静叶片组件12的通道中，混入主流蒸汽，减少对主流蒸汽的扰动，与此同时，第三导流面1c1还可以抑制主流蒸汽进入围带31和第二级隔板121之间，使其沿汽道的壁面顺畅地流动，汽道的壁面包括隔板的内表面。

图6中，第二导流部1c与第二间隔壁1b在轴向上平齐，实际上，第二导流部1c也可以如同第一导流部1f一样，在轴向上突出于第二间隔壁1b，这样，第二导流部1c也呈环状齿结构，可以对蒸汽起到轴向密封的作用，即第二导流部1c具有导流以及轴向、径向密封作用。当然，可以根据隔板进汽侧端面和围带31之间的轴向间距来确定是否将第二导流部1c设置为突出于第二间隔壁1b。

第二导流部1c的第三导流面1c1的倾斜角度根据蒸汽流动的角度进行设计，防止从动叶片32的通道内流出的蒸汽撞击到第二级隔板121的进汽侧端面上，即防止撞击到下游一级隔板的进汽侧端面上。第二导流部1c的第三导流面1c1可以和第二级隔板121的内表面以及第二级静叶片122的外侧壁面圆滑过渡，以提高流动效率。

该实施例中，第一凹槽1d与隔板相接位置、以及第二凹槽1a和隔板相接位置都可以设置为圆角过渡，减少应力，汽封装置的其他部位可保留加工后的尖锐棱边，以起到消耗泄漏蒸汽动能的作用。

本实施例还提供一种汽轮机，包括上述任一项所述的汽封装置，具有与上述实施例相同的技术效果，不再重复论述。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.汽轮机的汽封装置，其特征在于，包括静叶片组件，所述静叶片组件包括静叶片和位于所述静叶片的径向外侧的隔板，所述隔板的进汽侧端面和出汽侧端面中，至少一者设置有多个沿周向间隔布置的凹槽。

2.根据权利要求1所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，所述隔板的出汽侧端面设置有所述凹槽，定义为第一凹槽；所述隔板具有位于出汽侧的第一导流部，所述第一导流部为环绕多个所述第一凹槽的环状结构，所述第一导流部位于所述第一凹槽的内侧，所述第一导流部的外表面为第一导流面，以导流蒸汽向所述第一凹槽流动。

3.根据权利要求2所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，相邻所述第一凹槽之间具有第一间隔壁，所述第一导流部在轴向上突出于所述第一间隔壁。

4.根据权利要求3所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，汽轮机的动叶片组件的径向外侧设置有围带，所述第一导流部的内径小于所述围带的内径。

5.根据权利要求4所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，所述围带的进汽侧设置有第二导流面，所述第一导流面和所述第二导流面均为环形的锥面，且所述第一导流面和所述第二导流面相对设置。

6.根据权利要求1所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，所述隔板的进汽侧端面设置有所述凹槽，定义为第二凹槽；所述隔板具有位于进汽侧的第二导流部，所述第二凹槽的部分壁为第二导流部的外表面；所述第二导流部包括第三导流面，所述第三导流面朝向所述动叶片组件的围带的方向，逐渐向外倾斜。

7.根据权利要求6所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，汽轮机的动叶片组件的径向外侧设置有围带，所述第二导流部的外径大于所述围带的外径。

8.根据权利要求6所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，所述隔板的出汽侧端面设置有所述凹槽，定义为第一凹槽；所述第一凹槽的深度小于所述第二的深度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的汽轮机的汽封装置，其特征在于，汽轮机的动叶片组件的径向外侧设置有围带，所述汽封装置还包括设置在所述隔板的汽封齿，所述汽封齿朝向所述围带。

10.汽轮机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的汽封装置。