专利名称：涡轮叶片环用的热变形隔离系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及核或矿物燃料蒸汽涡轮，具体地说，本发明涉及一种减小低压蒸汽涡轮静子叶片环的热变形的系统。
作为一种原动机，蒸汽涡轮具有广泛的用途，目前生产的有各种不同的形式和结构。使用中的大多数涡轮由多级组成，通常为4-12级。涡轮级由一组静子叶片(常称为喷管)和一组与其靠近的运动部件(称为叶片)即转子叶片组成。这些静止的和旋转的叶片(通常每个环上有60-140个)互相作用，使蒸汽流在转子上做功，这个功可通过安装转子组件的轴传送到负载上。
蒸汽涡轮虽然有许多优点，但也存在许多导致效率不高的因素，包括静子叶片的摩擦损耗、转子叶片的摩擦损耗、转子的旋转损耗、静子叶片的内缘和转子之间以及转子叶片尖和外壳体之间的渗漏损耗及湿气和趋饱和损耗(如果蒸汽是潮湿的)。这类涡轮遇到的另一个问题是热变形。大多数蒸汽涡轮的结构具有至少一个上壳体和一个下壳体，每个壳体有径向向内伸出的肋板和半个静子叶片环，以及一组静子叶片(其它类型则有双壳体系统)。当壳体的两半将带有旋转叶片的中央转子包含在内进行装配时，一般采用水平连接凸缘将其连接在一起。但是，静子环通常不用螺栓相互连接，而是固定在壳体上，并用金属(如钢)蒸汽密封键条来封闭叶片环两半之间的空隙。
用于连接壳体两部分的水平连接凸缘是在涡轮正常运转时造成非轴对称热变形的主要来源。在正常的热运转状态下，涡轮的热进气区在所有方向上对着壳体向外膨胀，壳体则对着水平连接凸缘膨胀。作为沿着壳体表面主要的不连续点的水平连接凸缘与壳体本身的变形不同，它与壳体的上下两部分连接，在壳体的端部向外拉，在中心区域则向内压。
除变形造成的低效率外，还有许多热损坏因素会引起疲劳裂纹和螺栓断裂问题。由于这些问题，需要尽可能把静子叶片环与内壳体隔离。当只有一个内壳体时尤其是这样，因为在这种情况下，与两个内壳体相比，叶片环更少隔离于有害的热梯度。
因此，本发明的主要目的是提供一种结构装置，它能把蒸汽涡轮中使用的静子叶片环与不应有的热变形隔离开来。
为了这一目的，本发明采用这样一种蒸汽涡轮，它包括至少一个内壳体，内壳体有几个级，每级有从一个转子伸出的交替旋转叶片和在上述涡轮内壳体内从一个叶片环径向向内伸出的静子叶片，其特征在于有一个上游静子叶片环，它单独支承在上述的内壳体上，还有一个下游静子叶片环，后者与上述的上游静子叶片环配接并用螺栓连接于上述的上游静子叶片环，以保持上述的上游和下游叶片环的相对位置。
通过下面对推荐实施例和附图的说明(通过例子)，将会对本发明有更好的了解，其中
图1是采用本发明装置的典型的低压蒸汽涡轮的一个端部的左上象限轴向剖面图。
图2为图1的一部分的放大图，主要用于展示本发明的各个部件。
下面详细介绍附图，其中相同的标号表示相同的部件，图1和图2表示的是一个典型的低压蒸汽涡轮10的左上象限轴向剖面图。这个典型的涡轮10含有由一个上半部分和一个下半部分组成的一个内壳体30，这个内壳体30围绕着由一个转子28及一组用叶根64固定在上面的转子叶片20、22、24和26所组成的涡轮中心部分。一组静子叶片12、14、16和18固定在静子叶片环32、34、36和38上，也安装在内壳体30中。它们直接或间接地通过径向壁70、72和74固定在内壳体30上。为了减少通过叶尖的蒸汽渗漏，叶片环32、34、36和38及转子28皆配置有与叶片接合的密封件。这类密封件可以是本专业人员所熟悉的任何类型的密封件，如迷宫式密封件66和68或回弹式叶片密封件78。
径向壁70、72和74起着蒸汽抽取通道壁的作用，上游静子叶片12一般用叶根60固定于一个单独的静子叶片环32上，叶片环32则通过槽榫接合、支承键和定位销(图中未示)通过径向壁70单独支承在内壳体30上。一对比普通的碳钢更耐用的蒙乃尔合金密封片58(一个装在榫舌上，另一个装在榫槽内)，用于防止磨损。这种配合方式使上游静子叶片12不受由内壳体的非轴对称热变形引起的热变形问题的影响。
在涡轮10的下游端，静子叶片(如18)太大而不能固定在单独的叶片环上，因此连接到一个固定的静子叶片环38(通常装有嵌条54)上，通过径向壁74和与径向壁74成一整体的环40直接固定在内壳体上。由于是直接连接，这种叶片环38会出现上面谈到的热变形问题。最好是减少静子叶片环数，从而减少产生变形的静子叶片数。但是，如上所述，空间问题限制了装设单独的静子叶片的可能。本发明装置实现了静子叶片环36对系统热变形的隔离，而不需要占用一个单独的叶片环所需的空间。
一种通常用嵌条锁定在内圆柱形壳体18内的一个槽内的下游静子叶片环36连接在下一个相邻的单独的上游静子叶片环34上，叶片环34上有一个用嵌条56固定的叶根62和一个静子叶片14(与叶片环32相同，叶片环34通过榫槽接合与蒙乃尔密封条52单独支承在一个壳体肋板72上)。叶片环36和叶片环34之间的接合可以是插口接合42，或一般水平的本专业人员所熟悉的任何其它形式的接合，只要能保证叶片环36和34的相对位置即可。下游静子叶片环36用连接螺栓44连接到相邻的单独的叶片环34上。这种连接螺栓一般有较大的锁固焊点，能容易地取下进行维修。除连接螺栓44(它一般和螺栓孔之间有一个间隙)外，在叶片环36和34之间还采用定位销或销钉和支承键(图中未示)，以承受由于通过静子叶片16加至下游静子叶片环36上的扭力所引起的剪切载荷。
采用这种系统，下游静子叶片环36被有效地与内壳体30的任何热变形隔离开来。另一可供采用的特性包括一个安全挡块48，它与连接嵌入式叶片环40和单独的叶片环34的一组肋板76一起，在连接螺栓44损坏或松动时保持下游静子叶片环36的轴向位置。另一可选用特征是在下游的静子叶片环36的水平连接间隙处采用蒸汽密封键50。由于本发明的新结构，蒸汽密封键50的取向与典型的现有技术的蒸汽密封键正常的径向偏离90°。由于各种静子叶片环的上下两半不用螺栓连接在一起，这种蒸汽密封键50通常是必要的。只有内壳体30的上下两部分是用螺栓连接的。因此，在静子叶片环的上下部分之间经常存在一个间隙，它可用蒸汽密封键50封闭。蒸汽密封键通常是径向配置的，以阻止在水平面上的轴向渗漏，如图2的密封键51所示。但是，在本发明装置中，单独的静子叶片环34将起着阻止轴向蒸汽渗漏的作用。(通过减小静子叶片环的上下两部分间的间隙也可取消蒸汽密封键)。当采用时，蒸汽密封键通常是用钢条制成的。
采用本发明装置的主要作用是使静子叶片环36与内壳体30的热变形应力隔离开来。但是，除这个主要优点外，本发明还减少密封渗漏(如上所述)，从而提高效率并可简化叶片的维护工作。它不必取出通常用于这种叶片环的嵌条，所需的仅是卸下连接螺栓44。
以上是本发明装置以一个具有单个内壳体的烧煤(或油)的涡轮为例的说明和图示。但是，本发明还适用于带有单个或两个内壳体和单气流或多气流的核装置和低压涡轮装置。应该指出，不是所有的低压涡轮都可从本发明受益，因为其使用取决于叶片轨迹的配置。在不同的涡轮之间，叶片轨迹的配置是很不同的，因此，采用本发明将取决于具体采用的设计。
权利要求
1.一种蒸汽涡轮，它包括至少一个内壳体(30)，内壳体(30)含有多级从一个转子(28)伸出的交替旋转叶片(20、22和24)和从一个在内壳体(30)内的叶片环(32)径向向内伸出的静子叶片(12、14和16)，其特征在于具有一个上游静子叶片环(34)，它单独支承在上述的内壳体(30)上；还具有一个下游静子叶片环(36)，它与上述的上游静子叶片环(34)配接在一起，以便保持上述的上游和下游叶片环的相对位置，它用螺栓连接到上述的上游静子叶片环(34)上。
2.按照权利要求1所述的一种蒸汽涡轮，其特征在于在上述的叶片环(34、36)之间设有多个销，它们能承受由于加在上述的下游静子叶片环(36)上的扭力所引起的剪切载荷。
3.按照权利要求1或2所述的一种蒸汽涡轮，其特征在于两个叶片环之间的接合是插合接合。
4.按照权利要求1所述的一种蒸汽涡轮，其特征在于所述的下游静子叶片环(36)由分开的上下两部分组成，连接处有水平间隙，在所述的下游静子叶片环的水平连接间隙处配有多个蒸汽密封键，其方向与涡轮轴线平行。
5.按照权利要求1至4中任一条所述的一种蒸汽涡轮，其特征在于有一个保险挡块(48)固定在内壳体肋板结构(76)上，以在连接螺栓损坏时保持下游静子叶片环(36)的轴向位置。
6.按照权利要求1所述的一种蒸汽涡轮，其特征在于进汽静子叶片环(34)通过榫槽接合、定位销和支承键支承在一个内壳体上。
全文摘要
在蒸汽涡轮中，一个通常支承在一个涡轮内壳体(30)的径向壁上的静子叶片环(36)被支承在一个单独的进汽叶片环(34)上，使静子叶片环(36)与在涡轮内壳体结构中自然发生的有害的热变隔离。下游静子叶片环(36)则配接在上游静子叶片环(34)上，用连接螺栓(44)和定位销或销钉固定。这种结构紧凑，成本低，并减少叶片轨迹上的密封渗漏。
文档编号F01D25/24GK1031877SQ8810618
公开日1989年3月22日 申请日期1988年8月23日 优先权日1987年8月24日
发明者约翰·C·格罗伊特 申请人:西屋电气公司