CN202645639U - 一种转毂式结构的冲动式汽轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转毂式结构的冲动式汽轮机，包括调节汽阀、喷嘴组、调节级动叶片、汽缸、喷嘴持环、喷嘴叶栅、动叶、主轴、后轴承、叶轮、前轴承、止推轴承和前轴承座，调节汽阀安装在通往汽缸的流道上，前轴承座和后轴承座位于汽缸的前、后两端；汽轮机的调节级上的多个喷嘴焊接组成喷嘴组，调节级对应的主轴外圆周上设置叶轮，且叶轮与主轴为一体，喷嘴组安装在汽缸上；调节级动叶片安装在叶轮外圆；压力级对应的主轴是呈轮毂型的转子体主轴，动叶的叶根安装在转子体上；汽缸内壁上固定有喷嘴持环，压力级的喷嘴安装在喷嘴持环的内圆周上。该汽轮机的转子具有很好的强度和刚度，能够保证机组在12000r/min的转速以上安全运行。

Description

一种转毂式结构的冲动式汽轮机

技术领域

本实用新型涉及一种汽轮机，特别是一种转毂式结构的冲动式汽轮机。 

背景技术

汽轮机是利用高温、高压蒸汽的内能经过涡轮膨胀做功来驱动发电机或泵、风机、压缩机等的动力设备，在电厂、钢铁、石化等领域应用十分广泛。汽轮机按工作原理可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。冲动式汽轮机中蒸汽在每级中的焓降仅产生在隔板的喷嘴组中，动叶栅的前后由于没有焓降故而压力相等，常做成盘式结构，称为轮盘。轮盘上开有平衡孔，保证轮盘两侧无轴向推力。轮盘套装在主轴上，或者和主轴一起加工而成。 

汽轮机除了用在发电领域，还被大量使用在拖动机组中，用以驱动泵、风机、压缩机等，图1为传统的冲动式汽轮机剖面图，整个汽轮机的通流部分由汽缸C与大气隔开，形成封闭的汽室。新蒸汽进入汽室后通过调节汽阀A控制进汽量，然后进入喷嘴组E中膨胀，将蒸汽的热能转换为动能，而后高速蒸汽流经动叶栅做功，蒸汽的动能转换为透平旋转的机械能输出到被驱动机。这种机组的隔板D是由隔板体和喷嘴E焊接构成的，隔板D安装在汽缸C上；转子由主轴H和装在主轴上的动叶片F组成，动叶F安装在主轴上的轮盘G轮缘的槽子内。一组喷嘴和一列动叶组成汽轮机的级，每级隔板中的喷嘴组和装在轮盘上的动叶栅形成汽流的通道，将蒸汽的内能转化为转子旋转的机械能输出到被驱动机。 

随着被驱动机组要求的转速越来越高，冲动式汽轮机的轮盘式结构在空间布置及叶轮强度方面已不能满足要求。特别在额定转速超过12000r/min，工作转速逼近或进入转子的临界区，使机组振动大，寿命严重缩短，甚至机组不能正常开启；且由于叶片的离心拉应力和转速的平方成正比，在如此高的转速下，如果采用常规叶轮、叶根结构，叶轮强度和动叶强度都无法满足安全要求，会由于动叶离心力太大而导致叶轮、叶片断裂，给整个汽轮驱动机组带来毁灭性灾害。因此，研究一种轴向距离短，转子各部分强度、刚性好的冲动式汽轮机是十分有必要的。 

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种转毂式结构的冲动式汽轮机，该汽轮机的转子具有很好的强度和刚度，完全能够保证机组在12000r/min的转速以上安全运行。 

为了达到上述目的，提高旋转部件的强度、缩短轴向尺寸是问题的关键，本实用新型采取如下的技术解决方案： 

一种转毂式结构的冲动式汽轮机，其特征在于，包括调节汽阀、喷嘴组、调节级动叶片、汽缸、喷嘴持环、喷嘴叶栅、动叶、主轴、后轴承、叶轮、前轴承、止推轴承和前轴承座，其中，调节汽阀安装在通往汽缸的流道上，前轴承座和后轴承座位于汽缸的前、后两端；前轴承座和后轴承座分别通过前轴承和后轴承支撑主轴；

汽轮机的调节级上的多个喷嘴焊接组成喷嘴组，调节级对应的主轴外圆周上设置叶轮，且叶轮与主轴为一体，喷嘴组安装在汽缸上；调节级动叶片安装在叶轮外圆；

压力级对应的主轴是呈轮毂型的转子体主轴，动叶的叶根安装在转子体上的转毂T形叶根槽内；汽缸内壁上固定有环状的喷嘴持环，压力级的所有喷嘴均匀安装在喷嘴持环的内圆周上，形成喷嘴叶栅。

本实用新型还包括如下其他技术特征： 

所述调节级动叶片的叶根为叉型叶根。压力级动叶的叶根为T形叶根。所述压力级的喷嘴的叶根采用T形叶根。所述动叶的叶片为冲动式叶片。

相比于传统的轮盘式汽轮机，本实用新型的优点如下： 

1、压力级没有轮盘，节圆直径减小，使得动叶片的离心拉应力减小，提高了动叶强度，也提高了汽轮机转速变工况的范围；同时，由于压力级没有轮盘，减小了转子的附加质量，还使得主轴直径相应增大，提高了转子的刚度，提高转子的临界转速。

2、转毂结构的压力级采用全周进汽，从而减小部分进汽损失；由于各压力级轴向间隙小，所以各级余速都能被下级利用，减小了余速损失；采用转毂结构避免了传统轮盘式压力级强度设计难题，降低了加工制造成本，也使切削加工量减少。 

3、总体结构紧凑，有利于高转速安全运行。 

附图说明

图1为传统冲动式汽轮机的结构示意图。图中各标号表示含义如下：A—调节汽阀，B—调节级，C— 汽缸，D—隔板，E—喷嘴，F—动叶，G—轮盘，H—主轴，I—止推轴承，J—前轴承，K—后轴承，L—前轴承座，M—后轴承座 。 

图2为本实用新型的结构示意图。图中各标号表示含义如下：1—调节汽阀，2—喷嘴组，3—调节级动叶片，4—汽缸，5—喷嘴持环，6—喷嘴，7—动叶，8—主轴，9—后轴承座，10—后轴承 ，11—叶轮，12—前轴承，13—止推轴承，14—前轴承座。 

图3是调节级和压力级所在位置的主轴的结构示意图。 

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。 

具体实施方式

如图2所示，本实用新型的转毂式结构的冲动式汽轮机，包括调节汽阀1、喷嘴组2、调节级动叶片3、汽缸4、喷嘴持环5、喷嘴6、动叶7、主轴8、后轴承座9、后轴承10、叶轮11、前轴承12、止推轴承13和前轴承座14，其中，调节汽阀1安装在通往汽缸4的流道上，前轴承座14和后轴承座9位于汽缸4的前、后两端；前轴承座14和后轴承座9分别通过前轴承12和后轴承10支撑主轴8，用于承受主轴8的动静载荷，保持主轴8的转动中心与汽缸4中心间的位置关系。 

所述汽轮机的调节级与传统的冲动式汽轮机的调节级的结构相同：汽轮机的调节级上的多个喷嘴焊接组成喷嘴组2，调节级对应的主轴8外圆周上设置叶轮11，且叶轮11与主轴8为一体，喷嘴组2安装在汽缸4上。调节级动叶片3的叶根为叉形叶根，调节级动叶片3安装在叶轮11外圆周上的叉形叶根槽内。 

汽轮机的压力级（调节级之外的其余各级）对应的主轴8是呈轮毂型的转子体主轴（如图3所示），动叶7的叶根（本实施例中采用T形叶根）安装在主轴上的转毂T形叶根槽内，动叶7的叶片为冲动式叶片。汽缸4内壁上固定有环状的喷嘴持环5，压力级的所有喷嘴叶根（本实施例中采用T形叶根）均匀安装在喷嘴持环5的内圆周上，形成喷嘴叶栅6（也称压力级喷嘴组）。 

调节汽阀1用于调节进汽量以保证汽轮机的转速稳定；汽缸4提供蒸汽进出汽轮机的通道并用于固定喷嘴持环5；蒸汽在喷嘴组2和喷嘴叶栅6中实现能量的转化，将蒸汽内能转化为动能，后流经动叶栅做功，蒸汽的动能转换为透平旋转机械能。止推轴承13通过支座安装在前轴承座14中，采用止推轴承13抵消主轴8的轴向推力。 

本实用新型中，调节级采用叶轮结构，压力级采用轮毂结构，压力级间不设平衡孔，对于容积流量小的机组，可适当减小压力级的叶片节圆直径，增大叶高，从而减小叶高损失。 

本实用新型的工作原理如下： 

蒸汽通过调节汽阀1进入汽轮机流道，然后进入汽缸4，当流经喷嘴组2和喷嘴叶栅6时产生膨胀，蒸汽焓降低，速度增加，蒸汽在喷嘴组2和喷嘴叶栅6中实现能量的转化，将蒸汽内能转化为动能进入调节级动叶片3和动叶7做功，高速蒸汽流经调节级动叶片3和动叶7时由于速度的改变产生一个冲动力，推动调节级动叶片3和动叶7做功转换为透平的机械能，调节级动叶片3和动叶7带动主轴8旋转，从而使汽轮机拖动所驱动的设备，做完功的乏汽从汽缸4的后排汽蜗壳排出汽轮机。

Claims (5)

1.一种转毂式结构的冲动式汽轮机，其特征在于，包括调节汽阀（1）、喷嘴组（2）、调节级动叶片（3）、汽缸（4）、喷嘴持环（5）、喷嘴叶栅（6）、动叶（7）、主轴（8）、后轴承（10）、叶轮（11）、前轴承（12）、止推轴承（13）和前轴承座（14），其中，调节汽阀（1）安装在通往汽缸（4）的流道上，前轴承座（14）和后轴承座（9）位于汽缸（4）的前、后两端；前轴承座（14）和后轴承座（9）分别通过前轴承（12）和后轴承（10）支撑主轴（8）；

汽轮机的调节级上的多个喷嘴焊接组成喷嘴组（2），调节级对应的主轴（8）外圆周上设置叶轮（11），且叶轮（11）与主轴（8）为一体，喷嘴组（2）安装在汽缸（4）上；调节级动叶片（3）安装在叶轮（11）外圆；

压力级对应的主轴（8）是呈轮毂型的转子体主轴，动叶（7）的叶根安装在转子体上的转毂T形叶根槽内；汽缸（4）内壁上固定有环状的喷嘴持环（5），压力级的所有喷嘴均匀安装在喷嘴持环（5）的内圆周上，形成喷嘴叶栅（6）。

2.如权利要求1所述的转毂式结构的冲动式汽轮机，其特征在于，所述动叶（7）的叶根为T形叶根。

3.如权利要求1所述的转毂式结构的冲动式汽轮机，其特征在于，所述压力级的喷嘴的叶根采用T形叶根。

4.如权利要求1所述的转毂式结构的冲动式汽轮机，其特征在于，所述动叶（7）的叶片为冲动式叶片。

5.如权利要求1所述的转毂式结构的冲动式汽轮机，其特征在于，所述调节级动叶片（3）的叶根采用叉形叶根。

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