专利名称：一种抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于汽轮机的装置。该装置能减小汽轮机叶顶间隙泄漏和汽流激振力，提高汽轮机性能。
背景技术：
目前国内外公认，叶顶间隙内エ质泄漏所引起的损失是影响汽轮机效率的主要因 素之一。叶顶间隙泄漏还会产生汽流激振力，诱发汽流激振故障，严重影响机组的安全、稳定、可靠运行。随着汽轮机向着大容量、高參数方向发展以及现代社会对大型设备节能、减排要求的不断提高，减小汽轮机叶顶间隙泄漏及其诱发的汽流激振力就显得越来越重要。目前，国内外减小叶尖泄漏的主要措施包括2方面(I)叶顶形状改进设计。对于含有围带的叶片，将叶顶围带外表面形状由光滑形改为非光滑形，如在围带上开凹槽来增大泄漏流动阻カ等；对于不含围带的叶片，将其顶部外表面形状由光滑平面改为蜂窝状平面等。(2)汽缸内表面改进设计。最常见的方法是在汽缸内表面和叶顶围带之间布置梳齿型密封。总的趋势是密封齿数越来越多，密封形式越来越复杂。近些年来，也出现了ー些新技术，如在汽缸内表面增设导流环，汽缸内表面和叶尖之间采用非均匀间隙设计等。减小汽流激振力的主要措施包括2方面(I)减小叶顶泄漏量。泄漏量小了，汽流激振力也就小了；(2)减少泄漏量沿圆周方向上的不均匀性，如调整转子在汽缸内的偏心等。上述技术对于减小叶顶间隙泄漏和汽流激振力是有效的，但是其效果在很大程度上取决于叶顶间隙的大小。叶顶间隙越小，效果越好。对于汽轮机而言，为了防止动静摩擦以及由此可能产生的叶片断裂等事故，叶尖间隙不可能取得很小。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种新的能够减小汽轮机叶尖泄漏和汽流激振力的装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
ー种抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振カ装置，包括叶顶围带及固定在汽缸内表面上的支撑外壳，其特征在于在所述的支撑外壳内设置ー环形凹槽，在环形凹槽内设有流体耗散腔室，在叶顶围带上设有阻流盘，该阻流盘的外端位于所述的支撑外壳的环形凹槽内，在支撑外壳上设有阻流环且阻流环位于阻流盘的两侧，所述的阻流环通过一弹性连接件连接在环形凹槽内。所述的阻流环还具有以与所述的环形凹槽侧面平行的受カ板，在所述的环形凹槽侧面还设置有ー压カ调节腔室，在该压カ调节腔室内通调压汽体，所述的阻流环的受力板设置在所述的压力调节腔室内并在调压汽体的作用下调整阻流环与阻流盘之间的距离。所述的弹性连接件为轴向弹簧。所述的阻流环还包括弹簧安装板，所述的轴向弹簧的两端分别固定在弹簧安装板和环形凹槽的侧面上。
本发明装置在叶尖围带上设置阻流盘，在阻流盘的两侧设置阻流环。阻流环通过轴向弹簧与支撑外壳相连，支撑外壳安装在汽缸内表面。阻流环与支撑外壳之间设计有压力调节腔室。机组运行状态下，通过引入压カ汽体到调节腔室内来调节阻流环与阻流盘之间的间隙。
这种装置的具体原理分析如下
(1)阻流环和阻流盘的组合増加了汽体泄漏流动过程中的阻力，腔室内涡旋较多，能量耗散大，減少了汽体泄漏量；
(2)阻流环和阻流盘的组合改变了汽流激振力的方向，并减小了其对转子的作用面积，从而可以有效地缓解汽流激振问题；
(3)阻流环与阻流盘之间的间隙可以通过改变调节腔室内汽体压カ来自适应调节。与现有技术相比，本发明提出的减小叶顶间隙汽体泄漏和汽流激振力装置的有益效果如下
(I)通过在围带上设置阻流盘以及在阻流盘和支撑外壳之间设置阻流环，増大了汽体泄漏过程中的阻力。除了传统能量耗散机理外，本发明装置流体泄漏路径上增加了多个90度的直角转弯，此过程中会形成多个漩涡，能量耗散大，湍流增阻效果明显，泄漏量也因此而较小。用流体动力学(CFD)软件数值模拟计算结果表明，与传统叶尖安装梳齿式密封装置相比，本发明装置泄漏量减少了 30% 50%。(2)阻流盘两侧汽体泄漏流动的方向相反，两侧汽流激振カ可以部分抵消。此外，汽流激振力主要作用在沿轴线方向，径向汽流力的作用面积也较小。因此，汽流激振カ会很小。CFD数值模拟结果表明，与传统叶尖梳齿式密封相比，本发明装置叶顶间隙激振カ大幅减小。(3)引入压カ汽体到调节腔室后，阻流环与阻流盘之间的间隙可以根据需要自适应调整，避免了摩擦，且间隙可以调节到很小，从而大大提高密封效果。
图I是本发明装置结构示意 图2是本发明装置局部结构示意 图3是本发明阻流环结构示意 图4是本发明装置与传统叶尖梳齿式密封装置叶顶间隙流体泄漏量占主流比例随转速变化趋势；
图5是本发明装置与传统叶尖梳齿式密封装置叶顶间隙流动损失随转速变化趋势。图I中，I是支撑外壳，2是环形凹槽，3是叶顶围带，4是阻流环，5是阻流盘,6是流体耗散腔室；
图2中，I是支撑外売，7是压カ调节腔室，8是弹簧，9是压カ调节阀门，10是受カ板，11是弹簧安装板；
图3中，10是受カ板，11是弹簧安装板。
具体实施例方式ー种抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振カ装置，包括叶顶围带3及固定在汽缸内表面上的支撑外壳1，支撑外壳I内设置ー环形凹槽2,在支撑外壳I内设有流体耗散腔室6，在叶顶围带3上设有阻流盘5，在环形凹槽2内设有阻流环4且阻流环4位于阻流盘5的两侧。阻流环4上设有与环形凹槽2侧面平行的受カ板10，受カ板10与环形凹槽2侧面形成压カ调节腔室7，通过压カ调节阀门9引入汽体到压カ调节腔室7内，并作用于受カ板10上，从而调整阻流环4与阻流盘5之间的距离。阻流盘5与阻流环4之间构成流体耗散腔室6。阻流环4上还设有弹簧安装板11。轴向弹簧8两端分别固定在弹簧安装板11和环形凹槽2的侧面上。如图I所示，在 叶顶围带上设计了阻流盘，阻流盘两侧设计了阻流环。阻流盘/阻流环的组合能有效减少汽轮机叶尖泄漏量，井能大幅减小汽流激振力，达到增效减振效果。如图2所示，在阻流盘阻隔下，本发明装置内汽体泄漏主要沿叶片径向流动。汽体泄漏过程中由于被阻流盘阻碍，不存在泄漏流体螺旋形流动现象。阻流盘两侧流体流动方向相反，两侧汽流カ可以部分抵消。由此，可以消除汽流激振力的主要来源，新装置内的汽流激振カ会很小。图3为阻流环结构，压カ调节腔室内汽体压カ通过作用于受カ板上可以调整阻流环和阻流盘之间的距离。图4给出了本发明装置与传统叶尖梳齿式密封装置内汽体泄漏量占主流比例随转速变化趋势；图5给出了本发明装置与传统叶尖梳齿式密封装置内间隙流动损失随转速变化趋势。可以看出与传统叶尖梳齿式密封相比，本发明装置泄漏量明显降低，由于泄漏而带来的流动损失也相应减小。表I给出了本发明装置与传统叶尖梳齿式密封装置汽流激振力比较。表I
权利要求
1.ー种抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振カ装置，包括叶顶围带(3)及固定在汽缸内表面上的支撑外壳(I)，其特征在于在所述的支撑外壳(I)内设置ー环形凹槽(2),在支撑外壳⑴内设有流体耗散腔室(6)，在叶顶围带(3)上设有阻流盘(5)，该阻流盘(5)的外端位于所述的支撑外壳(I)的环形凹槽(2)内，在支撑外壳(I)上设有阻流环(4)且阻流环(4)位于阻流盘(5)的两侧，所述的阻流环(4)通过ー弹性连接件连接在环形凹槽(2)内。
2.根据权利要求I所述的抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振カ装置，其特征在于所述的阻流环(4)还具有以与所述的环形凹槽(2)侧面平行的受カ板(10)，在所述的环形凹槽(2)侧面还设置有一压カ调节腔室(7)，在该压カ调节腔室(7)内通调压汽体，所述的阻流环(4)的受カ板(10)设置在所述的压力调节腔室(7)内并在调压汽体的作用下调整阻流环⑷与阻流盘(5)之间的距离。
3.根据权利要求2所述的抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振カ装置，其特征在于所述的弹性连接件为轴向弹簧(8)。
4.根据权利要求3所述的抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振カ装置，其特征在于所述的阻流环还包括弹簧安装板(11)，所述的轴向弹簧(8)的两端分别固定在弹簧安装板(11)和环形凹槽⑵的侧面上。
全文摘要
本发明公开了一种抑制叶顶间隙泄漏和减小汽流激振力装置，包括叶顶围带及固定在汽缸内表面上的支撑外壳，其特征在于在所述的支撑外壳内设置一环形凹槽，在环形凹槽内设有流体耗散腔室，在叶顶围带上设有阻流盘，该阻流盘的外端位于所述的支撑外壳的环形凹槽内，在支撑外壳上设有阻流环且阻流环位于阻流盘的两侧，所述的阻流环通过一弹性连接件连接在环形凹槽内。本发明装置内泄漏汽体沿叶片径向流动，消除了轴向螺旋形流动现象，阻流盘两侧汽体流动方向相反，汽流力部分抵消，汽流力较小。本发明装置通过引入压力汽体到调节腔室内调整阻流环与阻流盘之间的间隙，间隙调整方便。
文档编号F01D11/08GK102619577SQ201210097838
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者张万福, 曹浩, 杨建刚, 郭瑞 申请人:东南大学