专利名称：导流隔板组件的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及汽轮机，更具体地涉及用于蒸汽轮机的导流隔板组件。
背景技术：
至少一些已知的蒸汽轮机包括导流隔板组件，这些导流隔板组件将流体流动引导向下游以使汽轮机叶片旋转。已知的导流隔板组件是静止的，包括多个在周向上间隔开的隔片(partitions)，每个隔片总体上在外环(outer band)和内环(inner band)之间径向延伸。至少一些已知的环形成有贯穿环的开口，开口的横截面形状基本上与隔片的横截面外形相似。
在导流隔板组件的组装过程中，使每个隔片与相应的环开口对齐，然后将隔片插入经过以便将隔片保持在环之间的位置中。然而，因为已知的汽轮机和导流隔板使用先进的流线形隔片，如弓形隔片，所以将隔片插入经过可能是个困难的任务。具体地说，隔片的弓形横截面形状可能使得难以将隔片与开口对齐。当弓形件的数量增加和/或环的厚度增加时，被称为配装问题的这种对齐问题总体上增加。
为了便于减少配装问题，至少一些已知的汽轮机使用“形成靴形的隔片”以减少各环与隔片之间在组装过程中发生干涉的可能性。更具体地说，在这种汽轮机内，增大在至少一个环中形成的开口的轮廓尺寸以便在隔片和各环之间确定一间隙，靴形件结合在隔片周围以封闭该间隙。然而，形成靴形的隔片使得一径向台阶形成在鞋形件和环之间的交界面处。该径向台阶引起流动扰动，降低了总的级效率，并且这种隔片一般在汽轮机内需要较大的投影覆盖区。
发明内容
在一个方面中，提供了一种装配蒸汽轮机导流隔板组件的方法，该方法包括在径向外环内形成至少一个开口和在径向内环内形成至少一个开口，该方法还包括使至少一个隔片与径向外环内的至少一个开口结合，该径向外环包括径向内表面和径向外表面，其中至少一个开口至少部分地由在外环径向内表面和外环径向外表面之间倾斜延伸的壁来确定。该方法另外还包括使至少一个隔片与径向内环内的至少一个开口结合，其中至少一个隔片在至少一个径向外环开口和至少一个径向内环开口之间延伸。
在另一个方面中，提供了一种用于蒸汽轮机的导流隔板组件，该导流隔板组件包括径向内环，该径向内环包括径向内表面、相反的径向外表面和在它们之间延伸的多个开口。导流隔板组件还包括径向外环，该径向外环包括相反的径向内表面、径向外表面和在它们之间延伸的多个开口。导流隔板组件另外还包括至少一个在内环和外环之间延伸的隔片，其中径向外环开口中的至少一个至少部分地由在外环径向内表面和外环径向外表面之间倾斜延伸的壁来确定。
在又一个方面中，提供了一种蒸汽轮机，该蒸汽轮机包括内托架(inner carrier)、外托架(outer carrier)和用于蒸汽轮机的导流隔板组件(diaphragm assembly)，导流隔板组件包括径向内环，该径向内环包括径向内表面、相反的径向外表面和在它们之间延伸的多个开口。导流隔板组件还包括径向外环，该径向外环包括相反的径向内表面、径向外表面和在它们之间延伸的多个开口。导流隔板组件另外还包括至少一个在内环和外环之间延伸的隔片，其中径向外环开口中的至少一个至少部分地由在外环径向内表面和外环径向外表面之间倾斜延伸的壁来确定。
图1是示例性蒸汽轮机的示意图；图2是可以用于图1中所示蒸汽轮机的示例性导流隔板组件的分解图；图3是用于图2中所示的导流隔板组件的隔片的透视图；图4是(图3中所示的)隔片的一部分的横截面图，隔片与用于图2中所示的导流隔板组件的外环相结合；和图5是图4中所示的外环的一部分的示意图。
具体实施例方式
图1是示例性的相对流蒸汽轮机10的示意图。汽轮机10包括第一和第二低压(LP)段12和14。如现有技术中已知的，每个汽轮机段12和14都包括多个导流隔板的级(图1中未示出)。转子轴16贯穿段12和14延伸，每个LP段12和14包括喷嘴18和20。单个外壳或机壳22沿着水平面分开并在轴向上分别被分成上半段和下半段24与26，且横跨LP段12和14。壳22的中央段28包括低压蒸汽入口30。在外壳或机壳22内，LP段12和14布置成在由轴颈轴承32和34支撑的单个轴承跨距内。分流器40在第一和第二汽轮机段12和14之间延伸。
应当注意的是，尽管图1示出了双流式低压汽轮机，但如本领域的一个普通技术人员所理解的，本发明并不局限于用于低压汽轮机，其能用于任何双流式汽轮机，包括但不局限于中压(IP)汽轮机或高压(HP)汽轮机。另外，本发明并不局限于用于双流式汽轮机，而是例如也可以用于单流式蒸汽轮机。
在工作过程中，低压蒸汽入口30通过跨接管(未示出)从一个源，例如HP汽轮机或IP汽轮机，接收低压/中温蒸汽50。蒸汽50被引导通过入口30，在入口30中，分流器40将蒸汽流分成两个相反的流动路径52和54。更具体地说，蒸汽50按规定路线通过LP段12和14，其中由蒸汽产生作功使转子轴16旋转。蒸汽离开LP段12和14并按规定路线到达例如冷凝器。
图2是可以用于(图1中所示的)蒸汽轮机10的导流隔板组件100的分解图。图3是用于导流隔板组件100的隔片110的透视图。图4是隔片110的一部分的横截面图，隔片110与用于导流隔板组件100的外环108相结合。图5是外环108的一部分的示意图。
导流隔板组件100包括内托架102和外托架104，导流隔板组件100还包括径向内环106、径向外环108和多个在周向上间隔开的隔片110，隔片110总体上在内托架104和外托架102之间径向延伸。径向外托架104从径向外环108径向向外并靠近径向外环108，而径向内托架102处于径向内环106的径向内部并靠近径向内环106。
径向内环106包括多个开口112，开口112从内环106的径向内表面114到内环106的径向外表面116延伸通过内环106。开口112沿着内环106在周向上间隔开，在示例性实施例中，每个开口112基本上都是相同的。径向外环108也包括多个开口118，开口118从外环108的径向内表面120到外环108的径向外表面122延伸通过外环108。在示例性实施例中，表面120和122基本上彼此平行。在示例性实施例中，每个开口118基本上都是相同的。开口118和112是按空气动力学成形的且其轮廓形状与由隔片110的外部表面124所确定的横截面形状基本上相同。照此，开口112和118的尺寸确定成接纳隔片110。
更具体地说，在示例性实施例中，每个开口118和112基本上都是翼形的。在示例性实施例中，每个内环开口112的尺寸与每个外环开口118的近似相同或稍小于每个外环开口118。
每个开口118由壁121来确定，壁121在外表面122和内表面120之间延伸并形成确定开口118的界限的周边119。此外，在示例性实施例中，壁121包括直纹曲面。壁121在至少一个开口118的周边119的一部分周围相对于表面120或122倾斜地取向。具体地说，在周边119的一部分内，壁121相对于外环108呈一倾斜角度β取向，角度β在周边119周围改变。更具体地说，沿着开口118的周向侧123和125，角度β处于其最大倾斜角度，而在开口118的前缘侧和后缘侧127和129处，角度β处于其最小倾斜角度。因而，在示例性实施例中，因为壁121至少部分地在周边119周围面对一定方向，所以每个开口118靠近径向外表面122的横截面积152大于每个开口118靠近径向内表面120的横截面积150。
每个隔片110分别在内环和外环106和108之间延伸，并在周向上间隔开，如由总体上径向的开口112和118确定的。在示例性实施例中，每个隔片110都具有基本上与开口118和112的横截面形状相同的空气动力学横截面形状，隔片110可以具有任何几何形状，可以不定地选择所述几何形状以帮助增加导流隔板组件100的性能和/或增加隔片110与内环和外环106和108之间的结合(或连接)强度。在一个实施例中，隔片110是弓形的。
在示例性实施例中，每个隔片110都包括一对相反的侧壁140和142，它们在前缘132和后缘134处结合在一起。在示例性实施例中，侧壁140是凸面，而侧壁142是凹面。在示例性实施例中，每个隔片110都包括扩大部144和叶片部146，扩大部144从叶片部146伸展出，两者交叉成一个倾斜角度θ。角度θ沿着一取向方向从前缘132到后缘134横越侧壁140和142改变，该取向方向基本上反映了外环108壁的角度β的取向。照此，在后缘134和前缘132处，角度θ处于其最小角度。
在组装过程中，对齐每个隔片110以使得隔片110基本上与开口118对齐。在示例性实施例中，从外环108的径向外表面122将隔片110插入经过外环108。两个扩大的侧壁部和壁121的角取向的结合有利于在每个外环开口118的内表面和每个隔片110的外表面之间形成一个滑配合。相似地，将隔片110与开口112对齐并将其插入经过开口112，扩大的开口112和118与扩大的隔片110有利于将隔片110结合到开口112和118上并提供恰当的间隙以便隔片110能插入到开口112和118中。在替代实施例中，可以在隔片周边136、138周围将隔片110焊接到内环和外环106和108上。在另一个实施例中，可以用机械结合将隔片110固定到内环和外环106和108上。在将隔片110结合到内环和外环106和108之后，随后将径向内环和径向外环106和108结合到径向内托架和径向外托架102和104上。
在已知导流隔板组件的装配过程中，被称为配装问题的对齐问题频繁出现。在不在导流隔板组件中产生径向台阶的情况下，扩大的隔片和扩大的开口减少了配装问题。在已知的导流隔板组件中的径向台阶引起流动扰动，流动扰动会降低总的级效率。通过消除径向台阶，发动机更有效地工作。另外，带有扩大的开口和隔片的导流隔板组件减小了装配所需的轴向间隔，这是因为已知的隔片如弓形隔片在汽轮机内需要很大的投影覆盖区(signature footprint)。因为上述导流隔板组件的扩大部在隔片的前缘和后缘附近很浅，所以外环为恰当的轴向系带保持了足够的材料并在每个开口与外环的前缘和后缘之间保持了结构完整性。
上述导流隔板组件包括外环，外环包括至少部分地由倾斜壁确定的多个具有特定轮廓的开口。该组件还包括在内环和外环之间延伸的隔片，且每个隔片都包括扩大的侧壁部。倾斜的开口和隔片的扩大侧壁部的结合有利于减少装配导流隔板组件的困难。
上面详细描述了导流隔板组件的示例性实施例，导流隔板组件不局限于用于这里描述的具体实施例，而是可以与这里描述的其它部件无关且独立地使用导流隔板组件。此外，本发明并不局限于上面详细描述的导流隔板组件的实施例，而是在权利要求的精神和范围内，可以使用导流隔板组件的其它变型。
尽管已经按照各种具体的实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会懂得，在权利要求的精神和范围内，可以对本发明进行改变。
零部件目录10蒸汽轮机12低压(LP)段14LP段16转子轴18喷嘴20喷嘴22外壳或机壳24下半段26下半段28中央段30低压蒸汽入口32轴颈轴承34轴颈轴承40分流器50蒸汽52流动路径54流动路径100 导流隔板组件102 内托架104 外托架106 内环108 外环110 隔片112 开口114 内表面116 外表面
118开口119周边120内表面121壁122外表面123周向侧124外表面125周向侧127后缘侧129后缘侧132前缘134后缘136隔片周边138隔片周边140侧壁142侧壁144扩大部146叶片部150横截面积152横截面积
权利要求
1.一种用于蒸汽轮机(10)的导流隔板组件(100)，所述导流隔板组件包括径向内环(106)，它包括径向内表面(114)、相反的径向外表面(116)和在它们之间延伸的多个开口(112，118)；径向外环(108)，它包括相反的径向内表面(120)、径向外表面(122)和在它们之间延伸的多个开口；和至少一个在所述内环和所述外环之间延伸的隔片(110)，所述径向外环开口中的至少一个至少部分地由在所述外环的所述径向内表面和所述外环的所述径向外表面之间倾斜延伸的壁(121)来确定。
2.如权利要求1所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述内环和所述外环(106，108)中的所述多个开口(112，118)在周向上间隔开。
3.如权利要求1所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述外环外表面(122)的所述多个开口(112，118)中的每一个的横截面积(150，152)大于所述外环内表面(120)的每一个开口的横截面积。
4.如权利要求1所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述至少一个隔片(110)包括凸面和凹面，所述凹面构形成使得来自所述蒸汽轮机(10)的蒸汽沿着所述凹面流动。
5.如权利要求1所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述外环的所述多个开口(112，118)中的每一个都由周边(119)确定，且所述倾斜壁仅仅部分地在所述至少一个径向外环开口的所述周边周围延伸。
6.如权利要求5所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述径向外环的壁(121)相对于所述外环(108)呈一倾斜角度(β)取向，所述角度(β)在所述周边(119)周围改变。
7.如权利要求5所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述至少一个隔片(110)包括一对侧壁(140，142)，所述对侧壁在前缘(132)和后缘(127，129)处结合在一起，每个所述侧壁都包括从其向外延伸的扩大部(140)以便于将所述至少一个隔片结合到所述径向外环(108)上。
8.如权利要求7所述的导流隔板组件(100)，其特征在于，所述扩大部(140)在所述侧壁(140，142)和所述外环径向内表面(120)之间延伸。
9.一种蒸汽轮机(10)，它包括内托架(102)；外托架(104)；和用于蒸汽轮机的导流隔板组件(100)，所述导流隔板组件包括径向内环(106)，其包括相反的径向内表面(114)、径向外表面(116)和在它们之间延伸的多个开口(112，118)；径向外环(108)，其包括相反的径向内表面(120)、径向外表面(122)和在它们之间延伸的多个开口；和至少一个在所述内环和所述外环之间延伸的隔片(110)，所述径向外环开口中的至少一个至少部分地由在所述外环径向内表面和所述外环径向外表面之间倾斜延伸的壁(121)来确定。
10.如权利要求9所述的蒸汽轮机(10)，其特征在于，所述内环和所述外环(106，108)中的所述多个开口(112，118)在周向上间隔开，所述内环中的所述多个开口中的每一个小于所述外环中的所述多个开口中的每一个。
全文摘要
一种蒸汽轮机(10)的导流隔板组件(100)，导流隔板组件(100)还包括径向内环(106)，其包括径向内表面(114)、相反的径向外表面(116)和在它们之间延伸的多个开口(112，118)。导流隔板组件(100)还包括径向外环(108)，其包括相反的径向内表面(120)、径向外表面(122)和在它们之间延伸的多个开口。导流隔板组件(100)还包括至少一个在内环和外环之间延伸的隔片(110)，径向外环开口中的至少一个至少部分地由在外环径向内表面和外环径向外表面之间倾斜延伸的壁(121)来确定。
文档编号F01D9/02GK101059083SQ20071009668
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年4月21日
发明者A·W·沃尔克曼, J·格拉尔德, R·耶西奥诺夫斯基, M·鲍恩, D·R·小福特 申请人:通用电气公司