CN1450253A - 转子的***组件和改进方法 - Google Patents
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Abstract
为旋转机器提供了一种***组件(100),其中旋转机器包括转子(110)和壳体(120)。转子(110)包括通常是纵向延伸的轴。壳体(120)通常与该轴共轴线地对准。壳体(120)沿着圆周方向包围着转子(110)并且沿着径向与转子(110)分隔开。***件(140)的组件包括:通道(130),它沿着圆周方向设置在转子(110)上;和***件(140),它沿着圆周方向设置在通道(130)中,以便***组件(100)被构造成使从转子(110)至***件(140)摩擦热隔绝。
Description
背景技术
本发明总的来讲涉及旋转机器,尤其涉及一种旋转机器如蒸汽轮机和燃汽涡轮的转子***组件。
旋转机器包括蒸汽轮机、压缩机和燃气涡轮,但不局限于这些。蒸汽轮机具有蒸汽通道,该通道典型地包括呈串联流动关系的蒸汽入口、涡轮机和蒸汽出口。燃气涡轮具有气体通道,该通道典型地包括呈串联流动关系的空气进气口(进入口)、压缩机、燃烧器、涡轮机和出气口(或者排气喷嘴)。从燃气通道或者蒸汽通道中出来、或者进入到燃气或者蒸汽通道中的、从高压区域到低压区域的燃气或者蒸汽泄漏都是不希望有的。例如,位于涡轮机或者压缩机的转子和沿着圆周方向环绕的涡轮机或者压缩机的壳体之间的、燃气轮机的涡轮机或压缩机区域内的任何燃气通道泄漏将会降低燃气涡轮的效率,从而导致燃料消耗增加。此外,位于涡轮机的转子和沿着圆周方向环绕的壳体之间的、蒸汽轮机的涡轮机区域内的蒸汽通道泄漏将会降低蒸汽轮机的效率,从而导致燃料消耗增加。
在现有技术的旋转机器中公知的是,在固定零件和旋转零件之间的接触、例如在蒸汽轮机的刷形密封件和转子之间的接触由于摩擦力所产生的热量而典型地会导致转子暂时变形,而这些摩擦力是由刷形密封件摩擦转子所产生的。作为这种变形的结果是,转子的加热和由刷形密封件所产生的直接力典型地引起转子变得不平衡,因此在转子产生了“摇摆”作用。摇摆作用使得旋转机器内的振动增强了,因此增大了在固定零件和旋转零件之间所形成的间隙。在一些情况下,这种变形典型地使转子产生了伤痕,因此导致转子和刷形密封件的修理费用较高。因此,旋转机器的效率由于通过该间隙的燃气或者蒸汽泄漏量增大而降低了,而该间隙是由这种摇摆作用或者转子的伤痕产生的。
因此,在现有技术中需要旋转机器在固定零件和旋转零件之间改善热控制。
发明简述
本发明的一个实施例包括旋转机器的***组件,其中旋转机器包括转子和壳体。该转子包括通常是纵向延伸的轴。该壳体通常与该轴共轴线地对准。该壳体沿着圆周方向包围着转子并且沿着径向与转子分隔开。***组件包括:通道,它沿着圆周方向设置在转子上;及***件,它沿着圆周方向设置在该通道中,因此***组件被构造成使从转子至***件摩擦热隔绝。
附图简述
在参照附图来阅读下面的详细描述时,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更加好理解,在这些附图中,相同的标号表示所有附图中的相同零件,其中:
图1是本发明一个实施例的***组件的示意性横剖视图;
图2是图1的***组件的透视图;及
图3是本发明另一个实施例的、图1的***组件的透视图。
本发明的详细描述
现在参照附图,图1示意性地示出了旋转机器(在该图中只示出了一部分),其中旋转机器包括:转子110,例如一涡轮机转子,及壳体120,例如一涡轮机壳体。例如,转子110典型地构造为一个整体式转子或者构造为两个或者多个纵向连接起来的转子部分,但不局限于此。壳体120典型地构造为一个整体式壳体或者构造为若干纵向连接起来的壳体段,但不局限于此。这里所使用的术语“转子”包括轴、盘、轮等类似物。转子110具有通常是纵向延伸的轴,并且壳体120通常与该轴共轴线地对准。壳体120沿着圆周方向包围着转子110并且沿着径向与转子110隔开。此外,旋转机器包括***组件100,该***组件100使摩擦热量与转子110热隔绝。摩擦热量典型地产生于涡轮内的固定零件和旋转零件之间,例如产生于涡轮机的刷形密封件200(至少一个)和转子110之间。这里所使用的术语“热隔离”指的是***件140能够沿着转子110的圆周长度进行设置,并且设置成邻近刷形密封件200,从而通过使用可以承受高温变形的材料(在下面讨论)而主要吸收和消耗来自转子110的不良热量。通过使用这些材料,从***件140传递到转子110中的热量可以被忽略。这里所使用的术语“邻近”指的是***件140相对于刷形密封件200的位置,其中,***件140典型地设置成与刷形密封件200相对并且与刷形密封件200的纤维进行接触。
***组件100包括:通道130,它沿着圆周方向设置在转子110上,及***件140,它沿着圆周方向设置在通道130中。应该知道,这里所使用的术语“通道”和“***件”表示沿着转子100的长度方向周向地设置着至少一个通道130和至少一个***件140。在图2所示的一个实施例中,通道130包括用来固定***件140的唇部(至少一个)150。在一个实施例中,唇部150设置在整个通道130的上方。在另一个实施例中,唇部150设置在整个通道130的局部的上方。在一个示例性实施例中,***件140包括沿径向延伸的边缘155(至少一个)。在这个实施例中,借助把边缘155定位在唇部150的下方,把***件140设置在通道130内。在另一个实施例中,***件140是连续的***件,从而作为环绕转子110圆周的一个部件而设置在通道130内。这里,连续***物典型地包括具有两端部的“C”形轮廓,其中***件140的一端缠绕着转子的圆周并且被固定到另一端上。在另一个实施例中,***件140包括多个***件段,这些***件段沿着圆周方向设置在环绕转子110的通道130内。
在另一个实施例中,***件140包括若干***凸起160,这些凸起160沿着径向进行延伸,其中***凸起160与若干转子凸起170配合设置,这些转子凸起170从通道130沿着径向进行延伸(参见图3)。这里所使用的术语“配合设置”指的是通过若干***腔180和若干转子腔190而在***件140和通道130之间所形成的结构连接,其中这些***腔180形成于各个***凸起160之间,而转子腔190形成于各个转子凸起170之间。应该知道,***凸起160和转子凸起170的形状(在平面视图中的形状)典型地包括正方形、圆形、矩形或者不规则形状。在一个示例性实施例中,***体140沿着径向设置在通道130中,以便该若干***腔180中的每一个设置在该若干转子凸起170中的每一个中。在另一个示例性实施例中,***件140沿着径向设置在通道130中,这样该若干***腔180中的每一个设置在该若干转子凸起170中的每一个中,然后使***件140沿着纵向运动,以便该若干***凸起170中的每一个设置在该若干转子凸起170中的每一个下方,从而把***件140固定到转子110上。这里所使用方向词如“其上”、“其内”、“上”、“内”、“上方”、“之上”和“下方”用来表示这些附图中所示出的***组件100的部件的相对位置,并不意味着以任何方式限制相对于***组件100的取向或者工作。应该知道,也可以使用其它方法把***件140固定到转子110上。例如,使用焊接和铜焊方法及使用机械的紧固件等方式,但不局限于此。图3示出了设置在***件140内的紧固件220(至少一个)例如螺钉。
现有技术中公知的是,在旋转机器的旋转零件周围具有固定部件如衬垫、密封件、挡油板等类似装置。在涡轮机中,例如,这些固定部件典型地被用来分开流体通道中的流体介质210的流动(参见图1)如气体或者蒸汽,该流体介质210的流通过转子110和壳体120之间。但是,应该知道,流体通道内的流体介质210从高压侧,表示为PHI,流向低压侧,表示为PLOW,即从图1的左侧流向右侧。
在传统的涡轮机中,例如,刷形密封件200摩擦转子110并且产生摩擦热量,该摩擦热量典型地使刷形密封件200、转子110或者这两者变形。如果在转子110上的摩擦不均匀,那么转子110由于绕着转子110的圆周的加热变化而典型地变成不平衡并且暂时变形。例如,转子110的这种变形增大了涡轮内的振动,因此增大了流体介质210在形成于壳体120和转子110之间的间隙内的流动。其结果是,涡轮机效率降低了,因此增大了燃料消耗。
为了提高涡轮机效率,一个示例性实施例包括***件140,该***件140具有高温材料(至少一种)如镍基合金。高温材料的一个具体例子是镍-铬-钼-铌合金。镍基合金可以承受各种各样腐蚀严重的环境,尤其能够防止点蚀和间隙腐蚀。***件140还可以承受由于上述摩擦热量所引起的扭曲作用。此外,***件140起着散热装置的作用,并且由于转子典型地由CrMoV钢、NiCrMoV钢或者12Cr钢形成,因此由于不同的热膨胀系数而可以以不同速率从转子110进行膨胀。因此,***件140可以吸收和消耗来自转子110的不良热量。此外,***件140典型地进行膨胀,而不会把轴向负荷施加在转子110的主体上,并且由于上述***件140的这种特性而使该转子110的振动和变形最小化。
在另一个实施例中,***组件100设置在旋转机器如发电机、或者更加具体地说是氢冷式发电机中。在另一个实施例中,***组件100设置在涡轮机械中如用于航空发动机或用于发电设备的离心式压缩机中、蒸汽轮机或者燃气轮机中。应该注意到,本发明不局限于这里所描述的这些例子,并且可以与在机器工作期间能够承受压力降的任何机器结合使用。此外,***组件100不局限于机器的运动部分或者旋转部分,并且可以用在没有相对运动的两个零件之间。
一种改进涡轮机内的***组件100的方法,该方法包括:在转子110上形成通道130,并且把***件140设置在通道130内,其中***件140被构成为使摩擦热量与转子110进行热隔绝。在一个实施例中,在转子110的主体上切削成通道130。在另一个实施例中,通道130通过环绕转子110圆周的线性固定钩形件来形成。在这个实施例中,这种钩形件在径向布置上典型地被焊接到或者被栓接到转子110的主体上。例如,改进涡轮内的***组件100的这种方法的一个优点是,***件140容易拆下并且容易用另一个***件来更换,因此减少了涡轮机的停机时间。在某些运行工况下,改进***组件100的这种方法允许技术人员在没有拆下旋转机器的主要零件的情况下更换***件140,因此减少了修理费用。这里,***件140典型地沿着切线方向供给到通道130的径向开口中,直到***件140缠绕在转子110的圆周上从而形成环绕转子110的环形环为止。随后,使***件140的端部相互焊接起来或者通过使用紧固件把它们固定到转子110上。应该知道,在其它实施例中,如上所述,***件140包括若干***件段,这些段设置和固定在转子110中。
对于本领域的普通技术人员来讲显而易见的是,尽管根据专利条例在这里描述和解释了本发明,但是在没有脱离本发明的真实精神实质和范围的情况下在公开的实施例上可以进行改进和改变。因此应该知道,所附上的权利要求用来覆盖落入本发明的真实精神实质内的所有这些改进和变形。
零件目录
100***组件 110转子 120壳体 130通道 140***件 150唇部155边缘 160***凸起 170转子凸起 180***腔 190转子腔 200刷形密封件 210流体介质 220紧固件
Claims (28)
1.一种旋转机器的***组件(100),所述旋转机器包括转子(110)和壳体(120),所述转子(110)包括通常是纵向延伸的轴,所述壳体(120)通常与所述轴共轴线地对准,所述壳体(120)沿着圆周方向包围着所述转子(110)并且沿着径向与所述转子(110)分隔开,并且所述***组件(100)包括:
通道(130),它沿着圆周方向设置在所述转子(110)上;及
***件(140),它沿着圆周方向设置在所述通道(130)中,其中所述***组件(100)被构造成使从所述转子(110)至所述***件(140)摩擦热隔绝。
2.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述旋转机器是涡轮机。
3.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述旋转机器是从下面该组中所选择出来的:该组包括发电机、蒸汽轮机和燃气轮机。
4.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述通道(130)包括用来把所述***件(140)固定于其内的唇部(150)。
5.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)还包括用来把所述***件(140)固定到所述通道(130)的唇部(150)中的边缘(155)。
6.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)还包括若干***凸起(160),这些凸起沿着径向进行延伸,其中,所述***凸起(160)构成为与若干转子凸起(170)配合设置,这些凸起(170)从所述通道(130)进行延伸。
7.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)是连续的***件。
8.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)包括多个***件段,这些段沿着圆周方向设置在环绕所述转子(110)的所述通道(130)中。
9.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)包括镍基合金。
10.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)设置成邻近刷形密封件(200)。
11.如权利要求1所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)包括镍-铬-钼合金。
12.如权利要求11所述的***组件(100),其特征在于,所述***件(140)还包括铌。
13.一种涡轮机的***组件(100),它包括:
涡轮机转子(110),它包括通常是纵向延伸的轴;
涡轮机壳体(120),它通常与所述轴共轴线地对准,所述壳体(120)沿着圆周方向包围着所述转子(110)并且沿着径向与所述转子(110)分隔开;
通道(130),它沿着圆周方向设置在所述转子上;及
***件(140),它沿着圆周方向设置在所述通道(130)中,其中所述***组件(100)被构造成使从所述转子至所述***件摩擦热隔绝。
14.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述涡轮机是从下面该组中所选择出来的:该组包括蒸气轮机和燃气轮机。
15.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述通道(130)包括用来把所述***件(140)固定于其内的唇部(150)。
16.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)还包括用来把所述***件(140)固定到所述通道(130)的唇部(150)中的边缘(155)。
17.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)还包括若干***凸起(160),这些凸起沿着径向进行延伸,其中,所述***凸起(160)构成为与若干转子凸起(170)配合设置,这些凸起(170)从所述通道(130)进行延伸。
18.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)是连续的***件。
19.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)包括多个***件段,这些段沿着圆周方向设置在环绕所述转子(110)的所述通道(130)中。
20.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)包括镍基合金。
21.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)设置成邻近刷形密封件(200)。
22.如权利要求13所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)包括镍-铬-钼合金。
23.如权利要求22所述的***组件,其特征在于,所述***件(140)还包括铌。
24.一种改进涡轮机中的***组件的方法,所述涡轮机包括涡轮机转子和涡轮机壳体,所述转子包括通常是纵向延伸的轴,所述壳体通常与所述轴共轴线地对准,所述壳体沿着圆周方向包围着所述转子并且沿着径向与所述转子分隔开,并且所述改进方法包括:
在所述转子上形成通道;及
把***件设置在所述通道中,其中,所述***组件被构成为使从所述转子至所述***件摩擦热隔绝。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,形成一通道,包括把所述通道切削入所述转子中。
26.如权利要求24所述的方法,其特征在于,形成一通道,包括环绕着所述转子的圆周线性地固定钩形件。
27.如权利要求24所述的方法,其特征在于,把所述***件设置在所述通道中,包括:沿着切线方向把所述***件设置到所述通道的径向开口中,直到所述***件缠绕在转子的圆周上从而形成绕着所述转子的环形环为止。
28.如权利要求24所述的方法,其特征在于,把所述***件设置在所述通道中,包括:环绕着所述通道的圆周设置多个***件段,从而形成环绕着所述转子的环形环。
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