涡轮机中用于高压降的自适应级以及涡轮的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于涡轮机、尤其是蒸汽涡轮机中的高压降的自适应级（1），包括固定环（10）和滑动环（20）、密封盖（30）、内侧轴向轴承（40）和外侧轴向轴承（50）、径向轴承（60）、径向插入件（70）和轴向插入件（80），其中，内侧轴向轴承（40）的滚子（41）接触固定环（10）的第一区域（15）和滑动环（20）的第一区域（25），外侧轴向轴承（50）的滚子（42）接触固定环（10）的第二区域（16）和轴向插入件（80）的第一区域（85），径向轴承（60）的滚子（61）接触密封盖（30）的外侧（32）和滑动环（20）的内侧（21），并且其中，固定环（10）在与滑动环（20）相邻布置的一侧包括带有周向底切口（6）的颈部（2）。本实用新型还涉及一种带有这种自适应级的涡轮机。
【专利说明】涡轮机中用于高压降的自适应级以及涡轮机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涡轮机中用于高压降的自适应级，尤其是在蒸汽涡轮机中，其包括固定环和滑动环，它们彼此相邻布置，由此滑动环能够相对于固定环旋转。另外，本实用新型涉及一种涡轮机，尤其是一种蒸汽涡轮机。
【背景技术】
[0002]蒸汽涡轮机是一种从加压的蒸汽提取热能的装置。该热能用于在旋转的输出轴上做机械功。
[0003]蒸汽涡轮机通常具有附接到转子的一定数量的环或移动叶片以及附接到蒸汽涡轮机的壳体上的相等数量的固定叶片。在多个级中产生压降。
[0004]蒸汽涡轮机中的一个目标是仅具有几个级，并且每一级处理较大的压降。因此，需要自适应级，其能够用于高达25bar。这意味着，本实用新型的目的是建立用于涡轮机(尤其是蒸汽涡轮机)的自适应级，其能够处理自适应级之前和之后的高达2.2Ibar的压力差。
实用新型内容
[0005]前述目的通过带有根据独立技术方案I的特征的自适应级以及根据独立技术方案12的涡轮机来解决。本实用新型的其它特征和细节来自从属技术方案、说明书和附图。关于自适应级所讨论的特征和细节也可以应用于涡轮机，反之亦然。
[0006]该目的通过涡轮机(尤其是蒸汽涡轮机)中用于高压降的自适应级来解决，其包括固定环和滑动环，它们彼此相邻布置，由此滑动环能够相对于固定环旋转。自适应级还包括布置在固定环和滑动环的内侧表面上的密封盖，内侧轴向轴承和外侧轴向轴承布置在固定环的与滑动环相邻布置的一侧。内侧轴向轴承的内直径小于外侧轴向轴承的外直径。径向轴承布置在滑动环的内侧和密封盖的外侧之间。另外，径向插入件布置在外侧轴向轴承的外侧，轴向插入件布置在滑动环的与固定环相邻布置的一侧，使得内侧轴向轴承的滚子接触固定环的第一区域和滑动环的第一区域，外侧轴向轴承的滚子接触固定环的第二区域和轴向插入件的第一区域，径向轴承的滚子接触密封盖的外侧和滑动环的内侧。自适应级的特征还在于，固定环在与滑动环相邻布置的一侧包括带有周向底切口的颈部。
[0007]这样的自适应级可用于自适应级之前和之后的压力之间的高达25bar的压力差。由于颈部和周向底切口的特殊性质，这是可能的。底切口布置在颈部的背朝滑动环的一侧和固定环的主体之间。该特定的颈部和底切口被设计用于高的力和温度。在没有这种颈部的情况下，不可能在自适应级之前和之后的压力之间使用超过2.2Ibar的压力差。自适应级可以在高达25bar的压降和高达505°C的温度下操作。
[0008]固定环布置在密封盖处。径向轴承布置在滑动环的内侧。径向轴承的滚子与密封盖可转动地接触。内侧轴向轴承位于固定环的面向滑动环的一侧。内侧轴向轴承布置成靠近密封盖。内侧轴向轴承的滚子可旋转地接触滑动环的一侧。另外，外侧轴向轴承与内侧轴向轴承布置在固定环的同一侧。外侧轴向轴承的内直径大于内侧轴向轴承的外直径。由于轴承，滑动环能够相对于固定环旋转。
[0009]根据本实用新型的优选扩展，优选的自适应级的特征在于，周向底切口具有沿朝向外侧轴向轴承方向的开口。这意味着周向底切口是颈部和固定环的主体之间的凹槽。颈部是相对于滑动环的旋转轴线沿着径向方向的周向突起。颈部的端面和底切口的开口布置成与外侧轴向轴承的滚子相邻，不接触滚子。但是外侧轴向轴承的滚子和颈部的端面之间的差异非常小。外侧轴向轴承被覆盖外侧轴向轴承的径向插入件所保持。
[0010]优选地，滑动环包括安装区域，用于将轴向插入件固定在滑动环上。优选的自适应级是，轴向插入件布置在周向凹槽中，该周向凹槽布置在滑动环的面向固定环的一侧。
[0011 ] 轴向插入件的径向高度优选对应于外侧轴向轴承的滚子的高度。
[0012]此外，自适应级的优选特征在于，颈部具有矩形横截面。颈部的径向端面布置成平行于滑动环的旋转轴线。底切口在所有位置的直径都比颈部的周向端面的直径小。
[0013]优选的自适应级中，底切口具有三角形形状或尤其是三角形形状的横截面。或者对于优选的自适应级的替代方案中，底切口具有钩形状或尤其是钩形状的横截面。在底切口的这两个实施例中，底切口的直径沿朝向颈部的方向而减小。
[0014]根据本实用新型的进一步优选扩展，优选自适应级的特征在于，颈部的端面和底切口的开口沿着外侧轴向轴承的滚子的直径布置。
[0015]此外，优选自适应级的特征在于，内侧轴向轴承在一行包括两个或多个滚子和/或外侧轴向轴承在一行包括两个或多个滚子和/或径向轴承在一行包括两个或多个滚子。轴向轴承和径向轴承优选是推力滚针。优选地，轴承的保持架朝向轴承的内侧开放。可能的是，两个或多个滚子布置在一行中。根据本实用新型的优选扩展，优选的自适应级的特征在于，外侧轴向轴承是每行带有三个滚子的推力滚针，内侧轴向轴承是每行带有两个滚子的推力滚针，径向轴承是每行带有一个滚子的推力滚针。
[0016]优选的自适应级中，固定环、滑动环以及轴向插入件各包括高温钢，尤其是X22CrMoV12-l-钢。这意味着，固定环、滑动环和轴向插入件的至少表面应该包括X22CrMoV12-l-钢。优选的自适应级中，固定环、滑动环以及轴向插入件各由高温钢，尤其是X22CrMoV12-l-钢组成。X22CrMoV12_l_钢在较高的温度下(尤其是400°C至505°C之间的温度)具有非常好的特性。材料X22CrMoV12-l在较高的温度下(如400°C至505°C )具有非常好的材料特性。这种材料的极限强度在20°C是790MPa，在500°C是485MPa，屈服强度在20°C是590MPa，在500°C是345MPa。因此，固定环、滑动环和轴向插入件优选包括焊接熔敷，其在10°C至30°C (尤其是20°C)时硬度为40HRC，或者在10°C至30°C (尤其是20°C )时大约是40HRC，在570°C至630°C (尤其是600°C )时硬度33HRC，或者在570°C至630°C (尤其是600°C)大约是33HRC。
[0017]材料X22CrMoV12_l需要是锻造的形式。因此，固定环、滑动环以及轴向插入件优选为锻造形式。其它材料也是可以的，但是关于上述特性是锻造形式。
[0018]根据本实用新型的进一步优选的扩展，优选自适应级的特征在于，固定环的第一区域、固定环的第二区域、滑动环的第一区域和轴向插入件的第一区域各包括由FOXCELSIT V制成的焊接熔敷。FOX Celsit V的硬度在20°C是40HRC，在600°C是33HRC。为了使焊接熔敷是所要求的高硬度和抗磨损性，其可以用所需要的FOX Celsit V来获得。自适应级的轴承的滚子布置成使得它们接触焊接熔敷。[0019]根据本实用新型的第二方面，目的通过涡轮机来解决，尤其是蒸汽涡轮机，其包括至少一个根据本实用新型的第一方面的自适应级，尤其是根据技术方案I至11中任一项所述的自适应级。涡轮机具有根据本实用新型的第一方面的自适应级详细所述的相同优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]参考附图进一步描述本实用新型。附图中示意性地示出了:
[0021]图1为涡轮机的自适应级的透视图，
[0022]图2为涡轮机的自适应级的横截面图，
[0023]图3为带有径向轴承和轴向插入件的自适应级的滑动环的横截面图，
[0024]图4为带有两个轴向轴承和径向插入件的自适应级的固定环的横截面图，
[0025]图5是根据图3的滑动环的横截面的透视图，
[0026]图6是根据图3的固定环的横截面，
[0027]图7是带有焊接熔敷的自适应级的固定环的截面的透视图，
[0028]图8是带有焊接熔敷的自适应级的固定环的透视图，
[0029]图9是带有焊接熔敷的自适应级的滑动环的截面的透视图，
[0030]图10是带有焊接熔敷的自适应级的滑动环的透视图，
[0031]图11是在自适应级的轴向插入件处的滑动环、轴向插入件和焊接熔敷的截面的透视图，
[0032]图12为自适应级的固定环的横截面图，
[0033]图13是根据图12的固定环的颈部和底切口的横截面图，
[0034]图14是自适应级的第二固定环的颈部和底切口的横截面图，
[0035]图15是自适应级的第三固定环的颈部和底切口的横截面图，
[0036]图16是自适应级的第四固定环的颈部和底切口的横截面图，
[0037]图17是轴向轴承的保持架的一部分，以及
[0038]图18是径向轴承的保持架的一部分。
【具体实施方式】
[0039]图1示意性地显示了涡轮机(尤其是蒸汽涡轮机)中用于高压降的自适应级I的透视图。自适应级I包括固定环10和滑动环20，它们彼此相邻布置，从而滑动环20能够相对于固定环10旋转。滑动环20能够围绕旋转轴线26旋转。
[0040]图2示意性地显示了根据图1的自适应级的横截面图。滑动环20和固定环10彼此相邻布置，从而滑动环20能够相对于固定环10旋转。自适应级I包括密封盖30，其布置在固定环10和滑动环20的内侧11、21处的表面上。内侧轴向轴承40和外侧轴向轴承50布置在固定环10的与滑动环20相邻布置的一侧上。内侧轴向轴承40的内直径小于外侧轴向轴承50的外直径。径向轴承60布置在滑动环20的内侧21和密封盖30的外侧32之间。径向插入件70覆盖外侧轴向轴承50，轴向插入件80布置在滑动环20的凹部中。内侧轴向轴承40的滚子41接触固定环10的图6所示的第一区域15以及滑动环20的图3和图5所示的第一区域25。外侧轴向轴承50的滚子51接触固定环10的图6所示的第二区域16以及轴向插入件80的图3所示的第一区域85，径向轴承60的滚子61接触密封盖30的图2所示的外侧32以及滑动环20的图3所示的内侧。自适应级I的固定环10在与滑动环20相邻布置的一侧包括带有周向底切口 6的颈部2。这样的自适应级I可用于自适应级I之前和之后之间的高达25bar的压力差。
[0041]图3示意性地显示了根据图2的自适应级I的滑动环20的横截面图，其带有径向轴承60和轴向插入件80。图5示意性地显示了根据图2的自适应级I的滑动环20的横截面图，其不带有径向轴承60和轴向插入件80。图4示意性地显示了根据图2的自适应级I的固定环10的横截面图，其带有两个轴向轴承40、50和径向插入件70。图6示意性地显示了根据图2的自适应级I的固定环10的横截面图，其不带有两个轴向轴承40、50和径向插入件70。参考标号100描述了自适应级I的径向方向。径向轴承60的滚子61可以旋转地接触密封盖30，内侧轴向轴承40的滚子41可以接触滑动环20的第一区域25，轴向轴承50的滚子51可以接触轴向插入件80的第一区域85，见图3和图4。
[0042]在图6中，还示出了周向颈部2和周向底切口 6。
[0043]图7示意性地显示了自适应级I的固定环10的截面的透视图，其在固定环10的侧部13带有焊接熔敷17、18。在图8中，包括焊接熔敷17、18的完整的固定环10以透视图示意性地显示。图9示意性地显示了自适应级I的滑动环20的截面的透视图，其在滑动环20的侧部24带有焊接熔敷27。在图10中，包括焊接熔敷27的完整的滑动环20以透视图示意性地显示。图11显示了自适应级I的滑动环20、轴向插入件80和轴向插入件80处的焊接熔敷87的截面的透视图。
[0044]这意味着，固定环10的第一区域15、固定环10的第二区域16、滑动环20的第一区域25和轴向插入件80的第一区域85各包括由FOX CELSIT V制成的焊接熔敷17、18、27、87。带有这种材料的焊接熔敷具有高硬度和抗磨损性。自适应级I的轴承40、50、60的滚子41、51、61布置成使得它们接触焊接熔敷17、18、27、87。焊接熔敷17、18、27、87优选在20°C下具有40HRC的硬度，在600°C下具有33HRC的硬度。
[0045]固定环10、滑动环20以及至少轴向插入件80包括或优选由高温钢组成，尤其是X22CrMoV12-l-钢。这种材料在较高的温度下(如490°C至505°C )具有非常好的材料特性。在10°C至30°C (尤其是20°C)时硬度为40HRC，或者在10°C至30°C (尤其是20°C )时大约是40HRC，在570°C至630°C (尤其是600°C )时硬度33HRC，或者在570°C至630°C (尤其是600°C)大约是 33HRC。
[0046]固定环10、滑动环20以及至少轴向插入件80为锻造形式。
[0047]图12显示了自适应级I的固定环10的横截面图。周向底切口 6布置在颈部2的背朝滑动环20的一侧和固定环10的主体12之间。该特定的颈部2和特定的底切口 6设计用于高的力和温度。在没有颈部的情况下，不可能在自适应级I之前和之后的压力之间使用超过16bar的压力差。自适应级可以在高达25bar的压降和从500°C至超过600°C的温度下操作。周向底切口 6具有沿径向方向100的开口 7，意味着朝向外侧轴向轴承50。周向底切口 6是颈部2和固定环10的主体12之间的凹槽。颈部2的端面3和底切口 6的开口 7以较小的差异布置成与外侧轴向轴承50的滚子51相邻。颈部2具有矩形的横截面。颈部2的径向端面3布置成平行于固定环10的纵向轴线。底切口 6在所有位置的直径都比颈部2的周向端面3的直径小。
[0048]优选的自适应级中，底切口具有三角形形状或尤其是三角形形状的横截面。或者对于优选的自适应级的替代方案中，底切口具有钩形状或尤其是钩形状的横截面。在底切口的这两个实施例中，底切口的直径沿朝向颈部的方向而减小。
[0049]图13显示了根据图12的固定环的颈部2和周向底切口 6的横截面图。图14至16各显示了另一个固定环10的颈部2和周向底切口 6的横截面图。在图14中，周向底切口 6和凹槽分别具有矩形横截面。在图15中，周向底切口 6和凹槽分别具有三角形横截面。在图16中，周向底切口 6和凹槽分别具有弧形横截面。优选的自适应级中，周向底切口 6具有钩形状或尤其是钩形状的横截面，如图12所公开的。周向底切口 6的直径沿着朝向颈部2的方向而减小。
[0050]图17示意性地显示了轴向轴承40、50的保持架43、53的一部分，图18示意性地显示了径向轴承60的保持架63的一部分。
【权利要求】
1.一种用于涡轮机中的高压降的自适应级(1)，其特征在于，包括固定环(10)和滑动环(20)，它们彼此相邻布置，由此所述滑动环(20)能够相对于所述固定环(10)旋转，密封盖(30)布置在所述固定环(10)和所述滑动环(20)的内侧(11，21)的表面上，内侧轴向轴承(40)和外侧轴向轴承(50)布置在所述固定环(10)的与所述滑动环(20)相邻布置的一侧(13)，所述内侧轴向轴承(40)的内直径小于所述外侧轴向轴承(50)的外直径，径向轴承(60 )布置在所述滑动环(20 )的内侧(21)和所述密封盖(30 )的外侧(32 )之间，径向插入件(70 )布置在所述外侧轴向轴承(50 )的外侧(52 )，轴向插入件(80 )布置在所述滑动环(20 )的与所述固定环(20)相邻布置的一侧(24)，由此所述内侧轴向轴承(40)的滚子(41)接触所述固定环(10)的第一区域(15)和所述滑动环(20)的第一区域(25)，所述外侧轴向轴承(50)的滚子(52)接触所述固定环(10)的第二区域(16)和所述轴向插入件(80)的第一区域(85)，所述径向轴承(60)的滚子(61)接触所述密封盖(30)的外侧(32)和所述滑动环(20)的内侧(21)，并且其中，所述固定环(10)在与所述滑动环(20)相邻布置的一侧包括带有周向底切口(6)的颈部(2)。
2.如权利要求1所述的自适应级(1)，其特征在于，所述周向底切口(6)具有沿朝向外侧轴向轴承(50)方向的开口( 7)。
3.如权利要求1或2所述的自适应级(1)，其特征在于，所述颈部(2)是相对于所述滑动环(20)的旋转轴线(26)沿径向方向(100)的周向突起。
4.如权利要求3所述的自适应级(1)，其特征在于，所述颈部(2)具有矩形横截面。
5.如权利要求1所述的自适应级，其特征在于，所述底切口(6)具有三角形状，或具体而言是三角形形状的横截面。
6.如权利要求1所述的自适应级(1)，其特征在于，所述底切口(6)具有钩形状，或具体而言是钩形的横截面。
7.如权利要求1所述的自适应级(1)，其特征在于，所述颈部(2)的端面(3)和所述底切口(6)的开口(7)沿着所述外侧轴向轴承(50)的滚子(42)的直径布置。
8.如权利要求1所述的自适应级(1)，其特征在于，所述内侧轴向轴承(40)在一行包括两个或多个滚子(41)和/或所述外侧轴向轴承(50)在一行包括两个或多个滚子(51)和/或所述径向轴承(60 )在一行包括两个或多个滚子(61)。
9.如权利要求1所述的自适应级(1)，其特征在于，所述固定环(10)、滑动环(20)以及轴向插入件(80)各包括高温钢。
10.如权利要求1所述的自适应级(1)，其特征在于，所述固定环(10)的第一区域(15)、所述固定环(10)的第二区域(16)、所述滑动环(20)的第一区域(25)和所述轴向插入件(80)的第一区域(85)各包括由FOX CELSIT V制成的焊接熔敷(17，18，27，87)。
11.如权利要求10所述的自适应级(1)，其特征在于，所述焊接熔敷(17，18，27，87)在10°C至30°C时硬度为40HRC，或者在10°C至30°C时大约是40HRC，在570°C至630°C时硬度33HRC，或者在570°C至630°C时大约是33HRC。
12.一种涡轮机，其特征在于，包括至少一个如前述权利要求中任一项所述的自适应级
(1)。
【文档编号】F01D9/04GK203717043SQ201320607642
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月2日
【发明者】M.格雷切尔, P.延库拉 申请人:西门子公司