专利名称：轴向连接的透平的扩压联轴器盖的制作方法
技术领域：
本发明涉及沿流道轴向连接的透平，具体涉及在轴向连接的透平的流道之间、沿着所述流道形成的扩压器，目的是为了减少大尺度紊乱混合导致的能量损失，并通过使蒸汽流扩压来回收能量。
背景技术：
有时通过使透平的转子轴及其流道相互联接来连接透平。例如，两个轴流式蒸汽透平可以沿轴向相互连接，同时蒸汽从第一透平或者上游透平的末级流出，流入第二或者下游透平的初级。一种典型的结构是在两个透平之间设有一个腔室，该腔室也构成流道的一部分。因为旋转轴和联轴器暴露在流道中，故而轴的旋转会携带走流体并又把流体喷射回流道中，通常人们把这种现象叫做“流阻损失”。因为流阻损失造成腔室中的紊乱混合从而导致大量的能量损失。对于沿从一个透平至另一个透平的、穿过上述腔室的流道流动的流体而言，两轴之间的联轴器也形成了一个凸出的表面，该凸出的表面导致流体分离，从而造成损失。轴连接透平中还有其它的能量损失。例如，上游透平的出口环的直径和/或高度一般与下游透平入口环的不同。由于流体不能在从一个环到另一个环地迅速改变方向，所以流体通常会撞击上述腔室中的其它表面，从而造成损失。另外，附加的蒸汽可以进入流道，例如在蒸汽进入下游透平之前附加蒸汽可以进入上述腔室中，蒸汽的中途介入在上游透平和下游透平之间的蒸汽过渡流道中产生了干扰。
减少转轴造成的损失的现有尝试方案包括在盖的上方设置一个大体上为圆筒形的联轴器盖，并且其具有与透平的旋转轴线一致的轴线。这样虽然减少了转轴和联轴器造成的某些损失，但是这并没有考虑到上面指出的造成损失的所有机理。圆筒形盖虽然减少了上述腔室中的损失，但是其自身又造成了能量损失，并且它本身不能从流道中回收能量。
发明内容
根据本发明的一个优选实施例提供了一种装置，该装置使流体从上游透平转移过渡至下游透平，允许附加的流体进入位于上游透平和下游透平之间的腔室，同时减少了混合损失。为达到上述目的，在上游透平和下游透平之间的流道中设置一个扩压器。扩压器内壁或者联轴器盖限定出上游透平和下游透平之间的过渡流道的内径，并且在上游透平的末级与下游透平的初级之间延伸。优选地，上述联轴器盖由围绕与透平的旋转轴线一致的轴线的截头圆锥部构成。这样，上述联轴器盖位于连接转子轴的联轴器的上方，基本上使流阻损失和由于流道中的流体撞击凸出的表面造成的流体分离减至最小或者消除。
扩压器还包括一个扩压器外壁，该外壁局部地限定出上游透平和下游透平之间的流道的外边缘。与内联轴器盖相似，扩压器外壁形状优选为绕所述轴线的截头圆锥部，并且最好铸造成上下游透平共有的透平外壳的一部分。扩压器位于上游透平的出口环和下游透平的入口环之间，当流体(蒸汽)扩压流动时，扩压器对其进行引导。因此，扩压器使流体在两个透平之间平稳地过渡流动，消除了与转轴、联轴器和两个透平的出口环和入口环的不一致相关的能量损失，而且通过使用扩压器，使能量回收同时也有所增加。
通过位于上游透平和下游透平中间的入口可以使附加流体进入到流道的所述腔室中。上述入口的结构设计成使流体从基本上沿径向转变成既具有轴向分量又具有圆周方向的分量。这样，当附加的导入流体流入从上游透平延伸过来的流道时，改变后的附加流体的流速和方向使混合损失减小。
本发明的一个优选实施例提供了一种装置，该装置用来连接轴向相邻的透平的流道，该装置包括沿流道彼此轴向连接的第一透平和第二透平，流体沿第一透平中的第一流道部分从第一透平排出，进入第二透平中的第二流道部分，上述透平分别有各自的转子和位于第一透平的转子和第二透平的转子之间、用来连接上述透平的联轴器；内盖，在第一透平的末级与第二透平的第一级之间延伸，且围绕转子之间的联轴器延伸、并覆盖在联轴器上方，以把转子联轴器从流道中隔离，使流体从第一透平的第一流道部分大体上平稳地过渡至第二透平的第二流道部分。
根据本发明的另一优选实施例提供了一种装置，该装置用来使透平相互连接，该装置包括彼此轴向连接的第一透平和第二透平，流体沿第一流道部分从第一透平排出，进入第二透平中的第二流道部分，上述透平分别有各自的转子和位于第一透平的转子和第二透平的转子之间、用来使上述透平相互连接的联轴器；外壁，在第一透平的末级与第二透平的第一级之间延伸，且围绕第一透平和第二透平之间的流道延伸、并覆盖在流道上方，以使流体从第一透平的第一流道部分大体上平稳地过渡至第二透平的第二流道部分。
图1是现有技术中彼此互相连接的一对透平的上面部分的局部截面图，示出了位于两个透平之间的联轴器和流道；图2类似于图1，示出了现有技术中的联轴器盖，和图3类似于图1，示出了根据本发明的一个优选实施例的联轴器盖。
部件清单上游透平10；下游透平12，112；转子轮14，22，114，122；叶片16，24，116，124；隔板18，26，118，126；间壁20，28，120，128；(流道)部分27，29，127，129；中间腔室30；转子轴34，36，134，136；联轴器38，138；法兰40，140；螺栓41，141；外壳42，142；入口45，145；圆筒形盖46；筋48；上游透平110；腔室130；出口环147；入口环149；扩压器150；内盖152；外壁154；外壁内表面156；外壁外表面158。
具体实施例方式
参见附图，特别是图1，图1中表示出第一和第二透平，即第一透平或者上游透平和第二透平或者下游透平，第一透平标记为10，第二透平标记为12，通过使其转子轴相互联接，将上述两透平沿着流道相互轴向连接。第一透平10包括多个装有叶片16的沿轴向间隔开的转子轮14，该转子轮14和装有间壁20的隔板18一起形成第一透平的多个级。类似地，第二透平12包括多个装有叶片24的沿轴向间隔开的转子轮22，该转子轮22和带有间壁28的隔板26一起形成第二透平的多个级。可知道携带有能量的流体例如蒸汽，沿箭头27所示的第一流道部分，基本上沿轴向通过上游透平10的多个级，穿过中间的腔室30和箭头29所示的包括下游透平12的各个级的第二流道部分。这样，流道部分27、29和腔室30就构成了穿过上述相连接的透平的流道。另外，相互分离的第一透平10的转子轴34和第二透平12的转子轴36通过一个联轴器互相连接，该联轴器标记为38。联轴器包括位于每个转子轴端部的法兰40、和连接法兰由此把转子轴连接起来的螺栓41。此外，穿过公共的外壳42设置了一对径向流体(蒸汽)的入口45(图中只表示出一个)，附加的流体(蒸汽)可以通过该入口进入中间的腔室30，汇入流道内的流体中。
如上面所述，旋转轴34、36和联轴器38暴露在腔室30内的流道中，这造成由于紊乱混合导致的流阻损失和由流体撞击联轴器38和其它部件的凸出表面引起的流体分离导致的损失。
图2示出现有的减少上述损失的尝试方案。在图2中，一个圆筒形的盖46正好位于上述联轴器38的上方，该联轴器盖46的轴线与转子轴34和36的旋转轴线相一致，盖46在其外表面周围具有沿径向突出的加强筋48，虽然这个装置在一定程度上减少了旋转轴和联轴器造成的损失，但是，损失仍然相当大，并且圆筒形盖没有减少沿流道的其它损失。
现在参见图3，图3表示本发明的一个优选实施例，其中与图1和2中相同的部件用与图1和2中相同的附图标记前加数字1指代。图3中示出具有沿轴向间隔开的转子轮114的上游透平110，转子轮114上安装有叶片116，该转子轮和安装有间壁120的隔板118一起形成分离的沿轴向间隔开的透平级。转子轮114形成转子轴134的一部分。类似地，第二或者下游透平112包括安装有叶片124的转子轮122，该转子轮和安装有间壁128的隔板126一起形成分离的沿轴向间隔开的透平级。转子轮122安装在第二转子轴136上。第一透平110内有流道部分127，第二透平112内有流道部分129，上述流道部分127、129和腔室130一起形成穿过透平的一个流道。
转子轴134和136通过一个联轴器138相互连接，与现有技术相似，使用法兰140，并用在圆周方向间隔分布的一系列螺栓141把法兰互相固定。也如现有技术一样，在一个公共的外壳142上安装一个，最好为一对，径向流体或者蒸汽入口145，该入口允许流体(蒸汽)进入中间的腔室130，与从上游透平110的出口环147排出的流体汇合，流入下游透平112的入口环149。
根据本发明的一个优选实施例，其中提供了一个扩压器，标记为150，该扩压器形成位于第一透平110和第二透平112中间的腔室130的一部分。可以知道在流体(蒸汽)离开上游透平110、进入下游透平112之前的期间，扩压器150从该流体(蒸汽)中回收动能。为了形成扩压器150，并使流阻损失和旋转损失减到最小或者消除，本发明提供一个内盖152，其形状为截头圆锥形，其轴线与接合的轴134和136的旋转轴线相一致。内盖152构成从上游透平110的出口环147至下游透平112的入口环149的流道的内边界，即，内盖152从构成上游透平110的末级的叶片的根部半径附近延伸至下游透平的第一级的内环，该内盖152由下游透平112的内壳支撑。这样，穿过中间腔室130的流道基本上就与两轴之间的联轴器138隔离。
构成扩压器150边界的还包括外壁154，外壁154形成上游透平110大体上沿轴向朝向下游的延伸部。该外壁154的内壁表面156局部地限定出从上游透平110流出的流体的外边缘。这样，内盖152和内壁表面156形成一个围绕流道的环状空间，该环状空间的截面积沿着朝向下游透平112的下游方向增大。
上述入口145，优选为两个，允许流体(蒸汽)沿径向进入中间腔室130。入口145形成下游透平和上游透平共有的外壳142的一部分。当大体上沿径向向内的流体接触外壁154的外壁表面158时，该入口145的结构设计成能改变上述流体的方向，使其在进入联轴器的腔室130之前，变成沿轴向和圆周方向。因此，在入口流道和从上游透平延伸出来的轴向流道相交的地方，流体的速度足够地减小，这样就减少了混合损失。
上述优选实施例取得的效果有使旋转损失和流阻损失基本上减到最小或者消除，并且，位于上游透平的出口环和下游透平入口环之间的流道在上述出口环和入口环之间实现了平稳的流动过渡，该流道不必经历出口环147和入口环149的高度和/或直径差异。
虽然已经通过本发明目前被认为最切实可行的优选实施例对本发明进行了说明，但是可以理解，本发明不仅仅限于上面所述的实施例，相反，本发明覆盖包含在附加的权利要求的精神和范围之内的各种修改和等价布置方案。
权利要求
1.一种连接轴向相邻的透平的流道的装置，包括第一透平和第二透平，所述第一和第二透平沿流道彼此轴向连接，流体沿着第一透平的第一流道部分通过出口环从所述第一透平排出，通过入口环进入沿第二透平的第二流道部分，所述透平有各自的转子和一个位于所述第一透平的转子和第二透平的转子之间的用来连接所述透平的联轴器；以及环状壁部分，从所述第一透平的出口环附近开始延伸，在所述转子之间的联轴器的径向外侧形成一个扩压器，该扩压器用来在出口环和入口环之间导流，并使流体从所述第一透平的第一流道部分大体上平稳地过渡至所述第二透平的第二流道部分。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述壁部分包括一个内盖，该内盖从构成所述第一透平的末级的透平叶片的根部半径附近延伸至构成部分所述第二透平的第一级的内环，所述内盖构成一个围绕所述第一和第二透平的公共转子轴线的旋转面，以使流体从所述出口环过渡流至所述入口环。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述内盖覆盖在所述联轴器上方，并由所述第二透平支撑。
全文摘要
一种轴向连接的透平的扩压器盖，上游透平和下游透平(110，112)的轴(134，136)通过一个联轴器(138)连接。上游透平和下游透平之间的中间腔室(130)中设有一个扩压器(150)，该扩压器用来回收动能、使由于联轴器暴露在沿透平的流道中所造成的流阻损失和旋转损失减至最小或者消除。一个径向入口(145)为附加流体提供了一个进入中间腔室的入口，进入的流体变成沿轴向和圆周方向流动，以汇入从上游透平排出的流体，形成混合流体进入下游透平。
文档编号F01D1/00GK1508397SQ20031011816
公开日2004年6月30日 申请日期2003年11月6日 优先权日2002年11月6日
发明者诺曼·D·拉思罗普, 丹尼尔·M·布朗, 爱德华·J·沙罗, 克里斯汀·塞格雷托, 道格拉斯·C·霍弗, J 沙罗, M 布朗, 斯 C 霍弗, 汀 塞格雷托, 诺曼 D 拉思罗普 申请人:通用电气公司