专利名称：蒸汽涡轮机隔膜组件的水平接头密封系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及蒸汽涡轮机隔膜组件中的隔膜片段的周向对齐端面之间的密封件，更具体地说，涉及在片段之间的水平接头处在形成上、下隔膜片段的半圆形内环和外环的对齐端面之间的花键密封件。
背景技术：
在蒸汽涡轮机设计中，非常希望尽可能地减小或消除蒸汽流动路径中的许多泄漏路径。蒸汽涡轮机的每一级都包括多个沿周向间隔开的并且被安装在一转轴上的叶片，和一携带有多个隔板的隔膜组件，这些叶片和隔板形成蒸汽涡轮机的一涡轮级。每个隔膜组件通常包括一上半圆形隔膜片段和一下半圆形隔膜片段。上、下隔膜片段位于一外壳内。每个上、下片段都包括内部和外部的半圆形环或半环，在该内环和外环之间延伸有多个周向间隔开的隔板，这些隔板形成一些喷口。这些喷口引导蒸汽通过组装的隔膜。
当蒸汽涡轮机被组装起来时，上、下隔膜片段的端面在蒸汽涡轮机的水平接头处或中线处相互对齐。这些片段可以或不可以被相互栓接。在工作情况下，这些片段的水平接头常常形成泄漏路径。由于蒸汽涡轮机组装的间隙可以导致这些泄漏路径的形成，在工作情况中热量的积累会使间隙张开，这也将导致所述泄漏路径的形成。蒸汽泄漏可能很严重，并会降低设备的效率，即降低设备的性能，因此，对发电厂运行商来说造成潜在的收益损失。通常的端面间隙为0.0至约0.07英寸，在有些情况下甚至更大。对非栓接的接头来说，这种间隙更为严重，因为上、下片段分别安置和固定在涡轮机壳的上、下半壳内。如果上、下隔膜片段未精确地安装在涡轮机壳内，那么，在隔膜片段的水平接头处就会产生很大的间隙。应当理解隔膜片段常常采用坚固的键使片段保持对齐。尽管键的确减小了有限量的蒸汽泄漏，但是，键的主要功能并不是用于在接头界面处进行密封。
发明内容
根据本发明的一个优选实施例，提供了一种用于对蒸汽涡轮机中的隔膜片段的水平接头进行密封的花键密封件，以便减小或消除经过隔膜组件的水平接头所发生的蒸汽泄漏。这些花键密封件设置在水平接头处的隔膜片段的每个半圆形内环和外环对置的对齐槽内。花键密封件可以设置成初始设备制造的部分或设置成改装更新部分。
把这些特定的花键密封件设置在由EDM或传统的铣削方法所制成的槽内。这些槽可以设置在内部和外部半圆形片段的每个端面内，并且沿着轴向方向和大致径向向外的方向延伸。这样，这些花键密封件就可以减小或消除大致沿径向方向以及沿轴向方向通过水平接头的泄漏。花键密封件可由薄金属密封片构成，也可以由具有Q形末端式(Q-tip)密封件构成，该Q形末端式密封件的金属片的对置端被反向弯曲或被弯折形成端部增大部分，花键密封件也可以由密封织物构成。密封织物可以包括金属片条，该金属片条被覆盖有金属织物，并且被设置在对齐槽内。
在根据本发明的一个优选实施例中，提供了一种蒸汽涡轮机，它包括一转轴，该转轴携带有多个沿周向间隔开的叶片；一隔膜组件，该隔膜组件环绕着转轴，并且包括上、下隔膜片段，这些隔膜片段具有端面，端面在涡轮机的相邻的水平接头附近相互对齐，每个片段包括基本上呈半圆形的外环和内环，在外环和内环之间携带有多个沿周向间隔开的隔板，这些叶片和隔板形成蒸汽涡轮机的一级，半圆形内环和外环中的一个的对齐端面在每个水平接头处贯穿地开设有一些槽，这些槽大致沿周向相互对齐；以及一花键密封件，该花键密封件位于所述槽内，并且在沿周向相邻片段的对置端面中的每个端面之间延伸，以便减小或阻止蒸汽通过对齐端面泄漏。
在根据本发明的另一个优选实施中，提供了一种蒸汽涡轮机，它包括一转轴，该转轴携带有多个沿周向间隔开的叶片；一隔膜组件，该隔膜组件环绕着转轴，并且包括上、下隔膜片段，这些隔膜片段具有端面，端面在涡轮机的相邻的水平接头附近相互对齐，所述片段包括基本上呈半圆形的外环和内环，在外环和内环之间携带有多个沿周向间隔开的隔板，这些叶片和隔板形成蒸汽涡轮机的一级；半圆形内环和外环的对齐端面在每个水平接头处贯穿地开设有一些槽，这些槽沿周向相互对齐；一第一花键密封件，其在沿周向相邻内环的对置端面中的每个端面之间延伸并且位于所述槽内；一第二花键密封件，其在沿周向相邻外环的所述对置端面中的每个端面之间延伸并且位于所述槽内，从而减小或阻止蒸汽通过所述对齐端面泄漏。
图1是一高和中等压力涡轮机的示意图；图2是沿着该涡轮机水平中线接头剖开的局部剖面图，表示出了隔膜片段的端面、部分转子和外壳部分；图3是隔膜片段之间的花键密封的局部示意图，为了描述的目的，其中位于隔膜片段之间的接头被夸大了；图4是花键密封的另一种形式的局部剖面图；图5是Q形末端式的花键密封的示意图；图6是带有一金属织物的花键的局部放大剖面图。
具体实施例方式
参照附图，尤其是参照图1，图中表示出了一蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机总体上由附图标记10表示。在这个例子中，蒸汽涡轮机10是由一高压涡轮部分12和一中压涡轮部分14组成，中压涡轮部分14被安装在一单一的整体的转轴16上，该转轴16穿出一蒸汽涡轮机机壳18的两对置端延伸。应当理解，利用高压涡轮部分12和中压涡轮部分14来驱动转轴16进行转动，而机壳18保持静止不动。参照图2，通常在蒸汽涡轮机中，转轴16安装有多个间隔开的叶片20，这些叶片在其末端24具有盖板22。每个涡轮部分包括一隔膜组件，该隔膜组件总体上由附图标记26所表示，并且该隔膜组件26安装有多个隔板28，隔板28限定喷口。沿轴向相邻的叶片20和喷口形成蒸汽涡轮机10的一级，应当理解，虽然通常具有任意数目的附加级，但图2中表示出两级。蒸汽通过喷口28和叶片20的流通路径由蒸汽流通方向箭头30表示。转轴的转动轴线由附图标记32表示。
应当理解，隔膜组件26通过图中未示出的方式被设置在转轴16周围，并且被保持在外壳18内。每个隔膜组件26分别包括一上隔膜片段34和一下隔膜片段36(见图3)，每个隔膜片段均延伸约18度角，并且沿着水平的中线接头40配合。上隔膜片段34分别包括一半圆形内环42和半圆形外环44(见图3)，该半圆形内环42和半圆形外环44具有多个沿周向间隔开的隔板28，这些隔板28在半圆形环之间延伸。类似地，下隔膜片段36分别包括半圆形内环48和半圆形外环50(见图3)，该半圆形内环48和半圆形外环50具有多个沿周向间隔开的隔板28，这些隔板28在半圆形环之间延伸。隔板28形成静止的喷口，用于使沿着蒸汽路径30的蒸汽流发生偏斜。
根据本发明的一个优选实施例，如图2和图3所示，在每个水平接头的半圆形内环42，48的对齐端面43，49之间分别插入一些花键密封件。类似地，在每个水平接头的半圆形内环44，50的端面45，51之间分别插入一些花键密封件。在半圆形内环和半圆形外环的每个对齐端面处的花键密封件是相同的，对其中一个所作的描述也适用另一个。每个花键54可包括一薄片金属，例如该薄片金属具有约0.01英寸的堆叠厚度，并且在端面中所形成的对齐槽56(见图3)中延伸。所述槽56可以利用EDM方法或传统的铣削操作制成，并且这些槽56可以被制造成初始的设备制造部分或被制造成改装更新部分。尤其是，在每个端面处都设置有一条槽54，该槽54大致平行于涡轮机的转动轴线32延伸(见图2)。花键密封件54在这些槽内基本上同等程度地延伸，并且沿径向靠近蒸汽路径，如图2所示。因此，花键密封件54实现了密封，以防止蒸汽从热气路径30进行径向流动。例如，在中线接头处在内半环42和48的端面之间的花键密封件54进行密封，就可以防止蒸汽的径向向内流动。在外半环44和50的对齐端面之间的花键密封件54，可以防止蒸汽从蒸汽路径径向向外流动。
此外，内半环和外半环的每个端面都具有另一条槽60(见图3)，该槽60大致沿径向方向延伸，并且该槽60与对置端面中的一对置槽60对齐。一花键密封件62被插入到这些对齐槽内并且进行密封，防止蒸汽通过隔膜片段发生轴向流动。位于外半环44和50的对齐端面处的槽中的花键密封66和对齐槽69的附加位置，位于叶片末端的径向向外，以便防止蒸汽从流通路径沿径向流出。
前面所表示的每个花键密封件可包括一平的金属板，如图3所示。或者参照图4，图4中表示出花键密封件的另一种形式，花键密封件70可包括一密封主体72，在该密封件的两端或两边具有增大部分74，用以放置在槽的基部附近。这样，与槽的宽度相比，密封主体72的中间部分76减小了深度尺寸。增大部分74有利于片段的相对移动，例如，有利于隔膜片段34和36沿径向相对移动，而且不会约束或损坏花键密封件。此外，还可在花键密封件70和槽的端部的稍微偏移。这些花键密封件可以是在共同拥有的美国专利US5624227中所公开那种类型，在此引用这篇美国专利的公开内容作为参考。
参照图5，图中表示出了另一种形式的花键密封件。图5中的花键密封80可由金属片材制成，它具有一密封主体82，该密封主体的两端在附图标记84处反向弯曲或弯折，以便沿着花键密封件的两侧形成增大部分86。反向弯曲部分的边缘88朝着密封主体82的中部。与图4所示的花键密封件70的增大部分72相似，增大部分86设置在槽的基部附近。这种类型的花键密封件在上面所提到的专利中也已公开了。
参照图6，图中表示出了一花键密封件90，该花键密封件具有一中间芯部92，该中间芯部由金属制成，并且具有一织物涂层94。该织物涂层可由被织成纤维层的金属、陶瓷和/或聚合纤维组成。织物涂层可以是在共同拥有的美国专利US5934687中所公开的类型，在此引用这篇专利的公开内容作为参考。
从前面的描述可以理解，花键密封件设置在上半圆形隔膜片段和下半圆形隔膜片段之间的水平或中线接头处的间隙内。这些花键密封件可减小或防止蒸汽通过间隙沿径向和轴向泄漏，从而改善了设备的性能。
尽管上面已经结合目前被认为是最实用和最优选的实施例来描述了本发明，但是，应当理解，本发明并不局限于在这里所公开的实施例，相反，本发明应包括权利要求所限定的构思和范围内的各种变型和等同方案。
权利要求
1.一种蒸汽涡轮机，包括一转轴(16)，该转轴携带有多个沿周向间隔开的叶片(20)；一隔膜组件(26)，该隔膜组件环绕着转轴，并且包括上、下隔膜片段(34，36)，这些隔膜片段具有端面(43，45，49，51)，端面在涡轮机的相邻的水平接头附近相互对齐，每个所述片段包括基本上呈半圆形的外环和内环(42，48，44，50)，在外环和内环之间携带有多个沿周向间隔开的隔板(28)，叶片(20)和隔板(28)形成蒸汽涡轮机的一级；所述半圆形内环和外环中的一个的对齐端面在每个水平接头处贯穿地开设有槽(56，60)，并且这些槽大致沿周向相互对齐；一花键密封件(54，70，80，90，62)，该花键密封件位于所述槽内，并且在沿周向相邻片段的对置端面中的每个端面之间延伸，以便减小或阻止蒸汽通过所述对齐端面泄漏。
2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述花键密封件(54，70，80，90，62)大致沿径向和周向延伸，以便实现密封，从而防止蒸汽大致沿径向方向泄漏。
3.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述花键(60)大致沿径向和周向延伸，以便实现密封，从而防止蒸汽大致沿轴向方向泄漏。
4.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述花键密封件(90)包括织物(94)，该织物沿着花键密封件的对置侧边环绕着花键密封件，并且围绕在至少一对对置边缘周围。
5.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述花键密封件(70，80)包括一密封主体(72，82)，该密封主体具有增大部分(74，84)，所述增大部分沿着对置的边缘并且被放置在所述槽内，所述增大部分分别相邻所述槽的基部。
6.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其中所述半圆形的内环和外环中的另一个的对齐端面在每个水平接头处贯穿地开设有槽(56，60)，并且大致沿着周向方向相互对齐，一花键密封件(54，70，80，90，62)在沿周向相邻片段的每个所述对置端面之间延伸，并且位于所述内半环和外半环中的另一个的所述端面的所述槽内，以便减小或阻止蒸汽通过所述对齐端面泄漏。
7.根据权利要求6所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述花键密封件(54，70，80，90)大致沿着轴向和周向方向延伸，以便实现密封，从而防止蒸汽大致沿着径向方向泄漏。
8.根据权利要求6所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述花键密封件(62，70，80，90)大致沿着径向和周向方向延伸，以便实现密封，从而防止蒸汽大致沿着轴向方向泄漏。
9.一种蒸汽涡轮机，包括一转轴(16)，该转轴携带有多个沿周向间隔开的叶片(20)；一隔膜组件(26)，该隔膜组件环绕着转轴，并且包括上、下隔膜片段(34，36)，隔膜片段具有端面(43，45，49，51)，端面在涡轮机的相邻的水平接头附近相互对齐，每个所述片段包括基本上呈半圆形的外环和内环(42，48，44，50)，在外环和内环之间携带有多个沿周向间隔开的隔板，叶片和隔板形成蒸汽涡轮机的一级；所述半圆形内环和外环的对齐端面在每个水平接头处贯穿地开设有槽(56，62)，并且这些槽大致沿周向相互对齐；一第一花键密封件(54，62)，在沿周向相邻内环的所述对置端面中的每个端面之间延伸，并且位于所述槽内，一第二花键密封件(54，62)，在沿周向相邻外环的所述对置端面中的每个端面之间延伸，并且位于所述槽内，从而减小或阻止蒸汽通过所述对齐端面泄漏。
10.根据权利要求9所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述第一和第二花键密封件大致沿着轴向和周向方向延伸，以便实现密封，从而防止蒸汽大致沿着径向方向泄漏。
11.根据权利要求9所述的蒸汽涡轮机，其中每个所述第一和第二花键密封件大致沿着径向和周向方向延伸，以便实现密封，从而防止蒸汽大致沿着轴向方向泄漏。
全文摘要
在蒸汽涡轮机中，将花键密封设置在上、下隔膜片段的每个水平接头处的对齐端面内。每个隔膜片段包括半圆形的内环和外环，在内环和外环之间延伸有沿周向间隔开的隔板。片段的每个半圆形内环和外环的对齐端面由花键密封件架设，花键密封件可以由一片金属板构成，也可以由一片具有反向弯曲端部的金属主体构成，也可以由具有球状端部的牢固主体构成，或者由一片由金属或陶瓷织物覆盖的金属板构成。可以减小或阻止蒸汽沿径向和轴向方向泄漏的路径。
文档编号F01D25/00GK1573025SQ20041004593
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月25日 优先权日2003年5月29日
发明者史蒂文·S·伯德迪克 申请人:通用电气公司