一种汽轮机无叶片叶轮、转子及多通道汽轮机的制作方法

本申请涉及动力设备领域，尤其涉及一种汽轮机无叶片叶轮、转子及多通道汽轮机。

背景技术：

汽轮机是以高温蒸汽为工质，将蒸汽的热能转化为机械能的动力设备，主要用于驱动工业流程中各种泵、鼓风机、压缩机及发电机。汽轮机虽然种类繁多，但是基本结构大致相同。

参见图1，传统的叶片式汽轮机主要包括汽缸1、定子和转子；汽缸1将汽轮机与外部大汽隔开，形成封闭的汽室；定子包括设置汽缸上的隔板槽，配置在隔板槽内的隔板2以及固定在隔板2上的喷嘴3；转子包括沿汽室纵向设置的主轴6、安装在主轴6上的轮盘5以及固定在轮盘5上的动叶片4；动叶片4与隔板2交替排列。蒸汽进入汽室后，在喷嘴3内膨胀，进而将热能转换为动能；由喷嘴3输出的高速蒸汽流经动叶片4，使动叶片4旋转做功，从而将蒸汽的热能转化为动叶片4旋转的机械能。

但是，叶片式汽轮机的动叶片大部分是从根部到末端，由厚到薄旋展开的形状，几何结构复杂，不利于加工生产及装配；且由于动叶片的离心拉应力和转速的平方成正比，因此，动叶片在高速旋转的情况下，易因离心拉应力过大而导致断裂，造成转子受力不均，使汽轮机振动，给整个汽轮机造成损害。

技术实现要素：

本申请提供了一种汽轮机无叶片叶轮、转子及多通道汽轮机，以解决传统叶片式叶轮在高速旋转的情况下，叶片因离心拉力过大而导致断裂的问题。

第一方面，本申请提供了一种汽轮机无叶片叶轮，包括设有数列汽孔组的圆盘，每列汽孔组包括至少一个汽孔；

所述数列汽孔组围绕圆盘的中心并在圆盘的表面周向排列；

所述数列汽孔组用于对蒸汽施加能量或者从蒸汽获得能量，以使所述圆盘旋转。

第二方面，本申请还提供了一种汽轮机转子，包括具有n个压力级的主轴，n为不小于1的正整数；

所述每个压力级由数个上述的汽轮机无叶片叶轮构成；

每个压力级中邻近其他压力级的汽轮机无叶片叶轮的圆盘两个表面均设有数列汽孔组，且每个汽孔均为盲孔；

压力级内的汽轮机无叶片叶轮的每个汽孔均为通孔；

位于主轴两端的汽轮机无叶片叶轮的圆盘的内侧表面设有数列汽孔组，且每个汽孔均为盲孔；

所述圆盘的外侧表面设有燕尾型的平衡槽；

所述平衡槽靠近所述圆盘的边缘。

第三方面，本申请提供一种多通道汽轮机，包括由汽缸围成的壳体，所述壳体内设有上述的汽轮机转子；

所述壳体的内壁上安装有进汽隔圈；

所述汽轮机转子的每个压力级的无叶片叶轮与所述进汽隔圈交替排列；

所述进汽隔圈设有蒸汽通道以及与所述蒸汽通道相连通的喷汽嘴组；

所述壳体设有蒸汽通道相连通的进汽口，且所述壳体的底部还设有与每个压力级相对应的排汽口；

所述每个压力级中邻近其他压力级的汽轮机无叶片叶轮与汽缸之间设有汽封；

所述汽轮转子第一压力级对应的进汽隔圈的蒸汽通道与导管相连接，且所述导管上设有主汽阀；

所述汽轮转子第k-1压力级对应的排汽口通过导管与第k压力级对应的进汽口相连接，k为不大于n的正整数。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种汽轮机无叶片叶轮、转子及多通道汽轮机，汽轮机无叶片叶轮包括设有数列汽孔组的圆盘，每列汽孔组包括至少一个汽孔；所述数列汽孔组围绕圆盘的中心并在圆盘的表面周向排列。设置在进汽隔圈上的喷嘴组喷出高温蒸汽，当汽流通过汽孔时，由于汽流受到汽孔内壁的限制而被迫改变流动方向，因而在汽孔内壁上产生扭力，使无叶片叶轮转动，进而带动转子转动做功。因此，本申请无需动叶片和隔板，可有效防止传统汽轮机动叶片断裂现象的发生，从而减少维修时间和成本；并且在与传统的叶轮式汽轮机具有相同功率的情况下，可大大降低汽轮机的体积，同时，降低制造工艺的难度和制造成本；而且汽流对无叶片叶轮无轴向力，进而消除无叶片叶轮与主轴之间的轴向作用力，提高转子的耐久性以及减少汽流能耗损失。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统叶轮式汽轮机的结构示意图；

图2为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的一个实施例的结构示意图；

图3为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的工作原理图；

图4为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的另一个实施例的主视图

图5为图4的后视图；

图6为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的又一个实施例的结构示意图；

图7为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的又一个实施例的结构示意图；

图8为图7的剖面图；

图9为图7的侧视图；

图10为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的工作原理图；

图11为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的又一个实施例的主视图；

图12为图11的后视图；

图13为图11的剖面图；

图14为图11的侧视图；

图15为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的又一个实施例的主视图；

图16为图15的剖面图；

图17为图15的侧视图；

图18为本申请提供的一种汽轮机无叶片叶轮的进汽通道的结构示意图；

图19为本申请提供的一种汽轮机转子的结构示意图；

图20为本申请提供的一种汽轮机的单压力级的结构示意图；

图21为本申请提供的一种汽轮机的喷汽通道与汽孔的结构示意图；

图22为本申请提供的一种汽轮机的无叶片叶轮与喷汽嘴组的结构示意图；

图23为本申请提供的一种多通道汽轮机的工作原理图；

图24为本申请提供的一种多通道汽轮机的转子与喷嘴的结构示意图；

图25为本申请提供的一种多通道汽轮机的转子与外部器件的结构示意图；

图26为本申请提供的一种多通道汽轮机的喷汽隔圈的结构示意图；

图27为图26沿a-a的剖面图；

图28为汽缸的整体结构图；

图29为下汽缸的俯视图；

图30为下汽缸的仰视图；

图31为上汽缸的仰视图；

图32为下汽缸的俯视图。

其中，1-汽缸，2-隔板，3-喷嘴，4-动叶片，5-轮盘，6-主轴，7-圆盘，8-汽孔，9-键槽，10-主轴孔，11-进汽通道，12-平衡槽，13-主油泵，14-测速齿轮，15-危急遮断器，16-定位盘，17-第一轴颈，18-第一轴封套，19-第一叶轮，20-第三叶轮，21-第二叶轮，22-第二轴封套，23-第二轴颈，24靠背轮，25-进汽隔圈，26-喷汽口，27-蒸汽通道，28-进汽口，29-排汽口，30-喷汽通道，31-主汽阀，32-导管，33-第一支架，34-第一轴承箱，35-支撑底板，36-第二支架，37-第二轴承箱，38-联合轴瓦，39-下汽缸，40-上汽缸，41-下进汽隔圈，42-上进汽隔圈。

具体实施方式

第一方面，本申请实施例提供了一种汽轮机无叶片叶轮，包括设有数列汽孔组的圆盘7，每列汽孔组包括至少一个汽孔8；

所述数列汽孔组围绕圆盘7的中心并在圆盘7的表面周向排列；

所述数列汽孔组用于从蒸汽获得能量，以使所述圆盘7旋转。

圆盘7的中心可设有主轴孔10和主轴孔连通的键槽9。

每列汽孔组包括多个汽孔8时，如图2所示，同一列汽孔组的多个汽孔8可沿圆盘7的半径r径向排列，并由圆盘7的中心向圆盘7的外缘延伸。上述的内容为示意性的，汽孔组的列数可以更多或更少，每列汽孔组的汽孔8数也可更多或者更少。

本实施例的工作原理，参见图3，高温蒸汽形成的汽流通过汽孔8时，由于汽流受到汽孔8内壁的限制而被迫改变流动方向，因而在汽孔8内壁上产生扭力，使无叶片叶轮转动。由此可见，本申请实施例提供的汽轮机无叶片叶轮，无需动叶片，可有效防止传统汽轮机动叶片断裂现象的发生，从而减少维修时间和成本；同时，降低制造工艺的难度和制造成本。

可选地，如图4至图5，圆盘7的一个表面设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔；

所述圆盘7的另一个表面设有平衡槽12；

所述平衡槽12靠近所述圆盘7的边缘。

由于本实施例提供的汽轮机无叶片叶轮仅在一个表面设有汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔，即不贯通圆盘7；另一个表面设有靠近圆盘7边缘的平衡槽12，可在平衡槽12内放置平衡块，用来调节动平衡，防止叶轮在旋转时，由于不平衡离心力作用在转子的主轴6上引起震动，产生噪声和加速主轴6磨损，以致严重影响汽轮机的寿命和性能。因此，该汽轮机无叶片叶轮适于安装在汽轮机转子的两端，并且设有汽孔组的一面与另一个叶轮相对。

可选地，如图6所示，圆盘7的两个表面均设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔。

本实施例提供的汽轮机无叶片叶轮的圆盘7两个表面均设有汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔，即位于圆盘7两个表面同一位置的汽孔8也不贯通，因此，该汽轮机无叶片叶轮适于安装在不同压力级相邻的位置，用于隔离两个压力级的蒸汽压力。

进一步地，如图2所示，每个汽孔8均为通孔。

本实施例提供的汽轮机无叶片叶轮，其圆盘7上的汽孔8为通孔，即贯通圆盘7，因此，该汽轮机叶轮适于安装在一个压力级内的位置。

可选地，每个汽孔8的截面为圆形。圆形相对于其他形状，如椭圆形，更易排布，适于加工，并且有利于增强叶轮的强度。

进一步地，如图7至图17所示，所述每个汽孔8的外缘设有与所述汽孔8连通的进汽通道11，所述进汽通道11位于蒸汽进入汽孔8的一侧。进汽通道11有利于汽流作用于汽孔8的内壁，使汽孔8进汽顺畅，同时防止对转子的主轴6产生振动。

进一步地，如图18所示，所述每个进汽通道11是由导汽斜面在所述圆盘7的表面形成的凹槽；

所述导汽斜面的高度由远离对应汽孔8的一端向与所述汽孔8连接的一端逐渐减小。

优选地，导汽斜面远离对应汽孔8的一端的高度大于与汽孔8连接的一端6mm，这样不会影响叶轮强度。

进一步地，所述每列汽孔组的每个汽孔8对应进汽通道11的长度由圆盘7的中心向圆盘7的边缘逐渐增加。位于圆盘7边缘的汽孔8对应进汽通道11的长度较大，可以增强汽流持续做功的时间，并产生较大的扭力。

综上所述，本申请提供的汽轮机无叶片叶轮，无需动叶片，可有效防止传统汽轮机动叶片断裂现象的发生，从而减少维修时间和成本；同时，降低制造工艺的难度和制造成本。

第二方面，如图19所示，本申请提供一种汽轮机转子，包括具有n个压力级的主轴6，n为不小于1的正整数；

所述每个压力级由数个上述的汽轮机无叶片叶轮构成；

每个压力级中邻近其他压力级的汽轮机无叶片叶轮的圆盘7两个表面均设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔；

压力级内的汽轮机无叶片叶轮的每个汽孔8均为通孔；

位于主轴6两端的汽轮机无叶片叶轮的圆盘7的内侧表面设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔；

所述圆盘7的外侧表面设有燕尾型的平衡槽12；

所述平衡槽12靠近所述圆盘7的边缘。

可选地，主轴6的第一轴颈17依次设有测速齿轮14、危急遮断器15、定位盘16和第一轴封套18，并且第一轴颈17的端部设有主油泵13；主轴6的第二轴颈23依次设有第二轴封套22和靠背轮24；所述主轴6上的叶轮均位于所述第一轴封套18与第二轴封套22之间。主油泵13用于提供前后轴承润滑油及控制油量；危急遮断器15用于控制转子超速的安全保护装置；靠背轮24用于连接发电设备和其他设备。

示意性的，以三个压力级的汽轮机转子为例，第一压力级位于中部，第二压力级和第三压力级以第一压力级为中心对称分布。主轴6两端的第一叶轮19的圆盘7内表面设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔；所述圆盘7的外表面设有平衡槽12；所述平衡槽12靠近所述圆盘7的边缘。圆盘7的内表面是面对另一个叶轮的一面，圆盘7的外表面是与圆盘7内表面相反的一面。第一压力级中与第二压力级相邻的第三叶轮20的圆盘7两个表面均设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔，用来隔离第一压力级和第二压力级的蒸汽压力差；同理，第三压力级中与第三压力级相邻的第三叶轮20的圆盘7两个表面均设有数列汽孔组，且每个汽孔8均为盲孔，用来隔离第二压力级和第三压力级的蒸汽压力差。其余的同一压力级内的第二叶轮21的每个汽孔8均为通孔。每个压力级的汽轮机无叶片叶轮数量根据机组功率可以更多或者更少，且汽轮机无叶片叶轮的圆盘7的汽孔8直径可以更大或者更小；根据压力级蒸汽压力和温度的增加变化，汽轮机无叶片叶轮的数量也可增加或减少。

本实施例提供的汽轮机转子无需动叶片，可有效防止传统汽轮机动叶片断裂现象的发生，从而减少维修时间和成本；同时，降低制造工艺的难度和制造成本；而且汽流对无叶片叶轮无轴向力，进而消除无叶片叶轮与主轴6之间的轴向作用力，提高转子的耐久性以及减少汽流能耗损失。

可选地，第一压力级的蒸汽压力较高，汽孔8的直径设置的较小，末级的压力级蒸汽压力较小，汽孔8的直径设置的较大，即随着压力级逐步做功，汽孔8的直径逐步增加。

可选地，每个汽孔8的截面为圆形。圆形相对于其他形状，如椭圆形，更易排布，适于加工，并且有利于增强无叶片叶轮的强度。

进一步地，所述每个汽孔8的外缘设有与所述汽孔8连通的进汽通道11，所述进汽通道11位于蒸汽进入汽孔8的一侧。进汽通道11有利于汽流作用于汽孔8的内壁，使汽孔8进汽顺畅，同时防止对转子的主轴6产生振动。

进一步地，所述每个进汽通道11是由导汽斜面在所述圆盘7的表面形成的凹槽；

所述导汽斜面的高度由远离对应汽孔8的一端向与所述汽孔8连接的一端逐渐减小。

优选地，导汽斜面远离对应汽孔8的一端的距离大于6mm，且每列的汽孔8相邻距离大于6mm，这样不会影响汽轮机无叶片叶轮强度。

进一步地，所述每列汽孔组的每个汽孔8对应进汽通道11的长度由圆盘7的中心向圆盘7的边缘逐渐增加。位于圆盘7边缘的汽孔8对应进汽通道11的长度较大，可以增强汽流持续做功的时间，并产生较大的扭力。

第三方面，参见图20、图23、图24和图25，本申请提供一种多通道汽轮机，包括由汽缸1围成的壳体，所述壳体内设有上述的汽轮机转子；

所述壳体的内壁上安装有进汽隔圈25；

所述汽轮机转子的每个压力级的汽轮机无叶片叶轮与所述进汽隔圈25交替排列；

所述进汽隔圈25设有蒸汽通道27以及与所述蒸汽通道27相连通的喷汽嘴组；

所述壳体设有蒸汽通道27相连通的进汽口28，且所述壳体的底部还设有与每个压力级相对应的排汽口29；

所述每个压力级中邻近其他压力级的汽轮机无叶片叶轮与汽缸1之间设有汽封；

所述汽轮转子第一压力级对应的进汽隔圈25的蒸汽通道27与导管32相连接，且所述导管32上设有主汽阀31；

所述汽轮转子第k-1压力级对应的排汽口29通过导管32与第k压力级对应的进汽口28相连接，k为不大于n的正整数。

汽轮机转子主轴6上的定位盘16安装于第一轴承箱34的联合轴瓦38内，主轴6的前部贯穿第一轴承箱34，且与第一轴承箱34内的轴承连接；主轴6上的后部贯穿所述第二轴承箱37，且与后第二轴承箱37内的轴承连接；第一轴承箱34下部设有第一支架33，第二轴承箱37下部设有第二支架36；第一支架33与支撑底板35滑动连接，第二支架36与支撑底板35固定连接。

第一轴承箱34和第二轴承箱37内的轴承用于支撑主轴6高速旋转；第一支架33用于当汽缸1受热膨胀，释放第一轴承箱34滑动的推力；第二支架36用于为汽轮机的膨胀死点。

本实施例的工作原理为：高温蒸汽通过导管32进入第一压力级对应的进汽隔圈25的蒸汽通道27，由设置在进汽隔圈25上的喷嘴口26喷出，对第一压力级的汽轮机无叶片叶轮做功，由于第一压力级与第二压力级邻近的汽轮机无叶片叶轮上为盲孔，且与汽缸1由汽封密封，所以第一压力级内的蒸汽无法流入其他压力级。第一压力级的排汽可通过导管32导入第二压力级对应的进汽隔圈25的进汽口28，这样第一压力级的排汽可转换为第一压力级的进汽，同理，第二压力级的排汽和转换为第三压力级的进汽。

进一步地，如图22、26和27所示，所述喷汽嘴组由数个喷汽嘴构成；

所述每个喷汽嘴包括与对应蒸汽通道27相连通的喷汽通道30和所述喷汽通道30在进汽隔圈25表面形成的喷汽口26；

所述每个喷汽通道30与对应的汽轮机无叶片叶轮的圆盘7表面呈10°-70°倾斜设置。

优选地，如图21所示，所述每个喷汽通道30与对应的汽轮机无叶片叶轮的圆盘表面7的夹角α为30°，以使蒸气对汽轮机无叶片叶轮产生较大的扭力，使蒸气的利用率达到最高。

喷汽嘴组的排列可与汽轮机无叶片叶轮的汽孔8的位置相对应，减少蒸汽损耗，以增加蒸汽的利用率。

进一步地，如图28至图32所示，所述进汽隔圈25包括上进汽隔圈42和下进汽隔圈41；

所述汽缸1包括上汽缸40和下汽缸39；

所述上进汽隔圈42安装于上汽缸40的内壁；

所述下进汽隔圈41安装于下汽缸39的内壁。

进汽隔圈25分体成型，可降低加工工艺的复杂度，并且便于安装。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种汽轮机无叶片叶轮、转子及多通道汽轮机，汽轮机无叶片叶轮包括设有数列汽孔组的圆盘7，每列汽孔组包括至少一个汽孔8；所述数列汽孔组围绕圆盘7的中心并在圆盘7的表面周向排列。设置在进汽隔圈25上的喷嘴3组喷出高温蒸汽，当汽流通过汽孔8时，由于汽流受到汽孔8内壁的限制而被迫改变流动方向，因而在汽孔8内壁上产生扭力，使无叶片叶轮转动，进而带动转子转动做功。因此，本申请无需动叶片和隔板2，可有效防止传统汽轮机动叶片断裂现象的发生，从而减少维修时间和成本；并且在与传统的叶轮式汽轮机具有相同功率的情况下，可大大降低汽轮机的体积，同时，降低制造工艺的难度和制造成本；而且汽流对无叶片叶轮无轴向力，进而消除无叶片叶轮与主轴6之间的轴向作用力，提高转子的耐久性以及减少汽流能耗损失。