汽轮机的转子、汽轮机和原动机设备的制作方法

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其是涉及一种汽轮机的转子、汽轮机和原动机设备。

背景技术：

汽轮机主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，其工作原理是将蒸汽的能量转换成机械功的旋转式动力，通过传动连接的发电机进行发电。

发电厂使用的传统汽轮机，包括转动部分和静止部分两大部分。静止部分由进气部分、气缸、隔板和静叶栅、气封及轴承等机构组成，静止部分中的汽缸是汽轮机的外壳，它将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成汽轮机内部封闭的气室，保证蒸汽在轮机内部完成能量转换过程；转动部分又称转子，转子由主轴、叶轮、动叶片和联轴器等结构组成。汽轮机工作的时候，入口的高压蒸汽与汽轮机每一级叶片都是垂直接触，尤其是末级叶片，叶片外径的线速度非常高。如果蒸汽中有水滴成分，水滴垂直撞击汽轮机末级叶片，巨大的线速度和垂直撞击，很有可能造成汽轮机末级叶片疲劳甚至损坏。蒸汽的垂直速度携带者铁锈、铁砂和水垢等物质，进入到汽轮机内、并垂直撞击叶片，将导致叶片的损坏，尤其是高速旋转的末级叶片。如果断掉的叶片在汽轮机缸体内来回高速撞击，很有可能造成汽轮机整机报废，甚至出现更为严重的事故。

目前相关技术中有一种新式汽轮机，其叶片呈螺旋状固接在旋转轴上成为螺旋转子，再通过底板和转子保护层形成包裹与螺旋转子外侧的套筒，螺旋转子与套筒配合形成螺旋结构，蒸汽从螺旋结构的入口进入，逐级泄压，并推动螺旋转子转动，螺旋转子转动的同时带动与其固接的旋转轴转动，旋转轴的输出端输出动能。

新式汽轮机相比传统汽轮机具有结构简单、体积小末级叶片不易损坏的优点，但也存在一定问题。螺旋式的叶片一旦受损需要全部更换，成本较高。

基于此，本发明提供了一种转子、汽轮机和原动机设备以解决上述的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种汽轮机的转子，以解决现有技术中存在的结构刚度不够，叶片维修成本高的技术问题。

本发明的目的还在于提供一种汽轮机,所述汽轮机包括了所述汽轮机的转子，用于解决上述技术问题。

基于上述目的，本发明提供了一种汽轮机的转子，包括旋转轴和叶轮结构；

所述叶轮结构包括底板、沿所述旋转轴的轴向套设且固接的多个叶轮本体，以及包裹在多个所述叶轮本体外沿的转子保护层；所述底板与所述转子保护层配合形成一端开口的套筒，所述套筒与多个所述叶轮本体固接配合形成蒸汽通道；所述底板与靠近所述底板的第一个所述叶轮本体之间的空间设有蒸汽入口；

所述叶轮本体包括轮毂和多个叶片；多个所述叶片沿所述轮毂的周向设置；每个所述叶轮本体与所述转子保护层连接位置的所述蒸汽通道的截面积由靠近所述底板的一端到远离所述底板的一端逐渐增大。

可选的，上述汽轮机的转子，所述叶片为反动式叶片、冲动式叶片、轴流式叶片和辐流式叶片中的一种或多种。

可选的，上述汽轮机的转子，所述叶片为空心叶片。

可选的，上述汽轮机的转子，所述叶轮本体与所述转子保护层连接位置的所述蒸汽通道的截面积的增大方式为增加相邻两个所述叶片之间的间隙、增加所述叶片的长度和增加叶片的数量的一种或多种来实现。

可选的，上述汽轮机的转子，所述底板与所述转子保护层配合形成一端开口的套筒呈圆筒状或喇叭状。

可选的，上述汽轮机的转子，还包括用于向所述叶轮结构通气的进汽管道，所述进汽管道通过转轴中心高压汽管与所述蒸汽入口连通；

所述转轴中心高压汽管的一端开口设置在所述旋转轴的端面上，另一端开口设置在所述底板靠近所述底板的第一个所述叶轮本体之间。

本发明提供了一种汽轮机,所述汽轮机包括缸体、设置在旋转轴两端的轴承，以及所述的汽轮机的转子；

所述旋转轴贯穿所述缸体，所述轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置；

所述缸体上设置有乏汽出口，以及对应乏汽出口的管道接口。

可选的，上述汽轮机，还包括用于向所述叶轮结构通气的进汽管道；所述进汽管道与所述旋转轴连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封；远离所述进汽管道与所述旋转轴连接的位置设有用于防止汽体从所述轴承与所述旋转轴排出的第二气封。

可选的，上述汽轮机，所述转子保护层和/或所述缸体的外表面设有加固保护层及保温层。

本发明提供了一种原动机设备，包括上述汽轮机；

所述蒸汽通道用于通过高压气体、气液混合体或液体。

本发明提供的所述汽轮机的转子，包括旋转轴和叶轮结构；所述叶轮结构包括底板、沿所述旋转轴的轴向套设且固接的多个叶轮本体，以及包裹在多个所述叶轮本体外沿的转子保护层；所述底板与所述转子保护层配合形成一端开口的套筒，所述套筒与多个所述叶轮本体固接配合形成蒸汽通道；所述底板与靠近所述底板的第一个所述叶轮本体之间的空间设有蒸汽入口；所述叶轮本体包括轮毂和多个叶片；多个所述叶片沿所述轮毂的周向设置；每个所述叶轮本体与所述转子保护层连接位置的所述蒸汽通道的截面积由靠近所述底板的一端到远离所述底板的一端逐渐增大。本发明提供的汽轮机转子，叶片通过轮毂固定在旋转轴上，结构刚度较传统汽轮机好。

本发明提供的所述汽轮机，包括缸体、设置在旋转轴两端的轴承，以及所述的汽轮机的转子；所述旋转轴贯穿所述缸体，所述轴承分别设置在所述旋转轴与所述缸体连接的位置；所述缸体上设置有乏汽出口，以及对应乏汽出口的管道接口。由于本发明提供的汽轮机包括前述的汽轮机的转子，因此能够解决上述技术问题。

本发明提供的所述原动机设备，包括了上述的汽轮机；蒸汽通道用于通过高压气体、气液混合体或液体，具有上述汽轮机的所有优点，且使用范围广。

基于此，本发明较之原有技术，具有结构刚度好、叶片维修方便的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的汽轮机的转子(未画出底板和转子保护层)第一视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的汽轮机的转子(未画出底板和转子保护层)第二视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的汽轮机的转子的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的汽轮机第一视角的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的汽轮机第二视角的结构示意图；

图6为图5中a-a处的剖视图。

图标：100-旋转轴；200-叶轮结构；201-底板；202-叶轮本体；2021-轮毂；2022-叶片；203-转子保护层；300-缸体；301-乏汽出口；400-进汽管道；500-轴承；601-第一气封；602-第二气封。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

发电系统中锅炉通过燃烧燃料，产生蒸汽，蒸汽通过管道进入汽轮机的气道内，驱动汽轮机的转子转动，汽轮机转子转动后带动与其相连的旋转轴转动，旋转轴的输出端与发电机相连，带动发电机发电，进行电力输出。在发电系统供电的过程中，汽轮机起到了至关重要的作用，该设备能够将流动的高压气体、气液混合体及液体的动能量转变为该设备旋转轴高速旋转的机械能输出，进而带动发电机供电。

实施例一

图1为本发明实施例提供的汽轮机的转子(未画出底板和转子保护层)第一视角的结构示意图；图2为本发明实施例提供的汽轮机的转子(未画出底板和转子保护层)第二视角的结构示意图；图3为本发明实施例提供的汽轮机的转子的结构示意图。

如图1、图2和图3所示，在本实施例中提供了一种汽轮机的转子，所述汽轮机的转子包括旋转轴100和叶轮结构200；

所述叶轮结构200包括底板201、沿所述旋转轴100的轴向套设且固接的多个叶轮本体202，以及包裹在多个所述叶轮本体202外沿的转子保护层203；所述底板201与所述转子保护层203配合形成一端开口的套筒，所述套筒与多个所述叶轮本体202固接配合形成蒸汽通道；所述底板201与靠近所述底板201的第一个所述叶轮本体202之间的空间设有蒸汽入口；

所述叶轮本体202包括轮毂2021和多个叶片2022；多个所述叶片2022沿所述轮毂2021的周向设置；每个所述叶轮本体202与所述转子保护层203连接位置的所述蒸汽通道的截面积由靠近所述底板201的一端到远离所述底板201的一端逐渐增大。

具体的，本发明提供的汽轮机的转子应用在汽轮机内，高压蒸汽由蒸汽入口进入，经过内部的蒸汽通道，不断泄压后排出。如图1和图2所示，本实施例的旋转轴100上优选设置了五个叶轮本体202，五个叶轮本体202与套筒固接配合形成蒸汽通道，该蒸汽通道由第一空间和第二空间组成，其中，第一空间为底板201与第一个叶轮本体202之间的空间，以及相邻两个叶轮本体202之间的空间；第二空间为每个叶轮本体202与转子保护层203连接位置进气空间；高压蒸汽由蒸汽入口进入后，依次交替经过第一空间和第二空间，不断泄压后排出乏汽。

需要强调的是，本发明提供的汽轮机的转子，每个叶轮本体202与转子保护层203连接位置的蒸汽通道的截面积即为第二空间，该第二空间由靠近底板201的一端到远离底板201的一端逐渐增大。高压蒸汽通入后，首先进入到底板201与第一个叶轮本体202之间形成的第一空间内，沿着第一个叶轮本体202与转子保护层203形成的第二空间继续流动，继续泄压，推动第一个叶轮本体202上的叶片2022转动；如此交替进入后续的第一空间和第二空间，直至乏汽排出，蒸汽利用率高。

另外，底板201与转子保护层203形成的套筒与叶片2022及旋转轴100相互配合，将高温高压蒸汽封闭蒸汽通道内，使其只能够沿蒸汽通道流动而不发生其他部位的汽体泄漏，底板201与转子保护层203需要承受高压蒸汽作用于其上的压力。基于此，选取底板201与转子保护层203的材料为合金钢，且对二者进行加厚处理，具体厚度大小可依据进入汽轮机的高温高压蒸汽的最大压力进行设定。叶轮本体202通过轮毂2021将叶片2022固定于旋转轴100上，便于叶片2022的更换，还便于调节第二空间的大小。

基于此，本发明较之原有技术，具有蒸汽利用率高、结构刚度好和便于更换叶片2022的优点。

本实施例的可选方案中，所述叶片2022为反动式叶片、冲动式叶片、轴流式叶片和辐流式叶片中的一种或多种。

具体的，每个叶轮本体202上的叶片2022可为反动式叶片、冲动式叶片、轴流式叶片或辐流式叶片。同一个旋转轴100上的各个叶轮本体202可以采用前述的一种或多种叶片2022。

需要强调的是，上述叶片2022可为实心叶片或空心叶片，本实施例中优选为空心叶片。空心叶片采用焊接形成，加工方便，并且能够大大减少汽轮机的体积。

本实施例的可选方案中，所述叶轮本体202与所述转子保护层203连接位置的所述蒸汽通道的截面积的增大方式为增加相邻两个所述叶片2022之间的间隙、增加所述叶片2022的长度和增加叶片2022的数量的一种或多种来实现。

结合前述技术方案可知，叶轮本体202与转子保护层203连接位置的蒸汽通道的截面积为第二空间，增大第二空间的方式包括三种：第一种是增加相邻两个叶片2022之间的间隙，设置在旋转轴100上的五个叶轮本体202，第二个叶轮本体202上叶片2022之间的间隙大于第一个叶轮本体202上叶片2022之间的间隙，第三个叶轮本体202上叶片2022之间的间隙大于第二个叶轮本体202上叶片2022之间的间隙，依此类推；第二种是增加叶片2022的长度，第二个叶轮本体202上叶片2022的长度大于第一个叶轮本体202上叶片2022的长度，第三个叶轮本体202上叶片2022的长度大于第二个叶轮本体202上叶片2022的长度，依此类推；第三种是增加叶片2022的数量，即第二个叶轮本体202上叶片2022的数量大于第一个叶轮本体202上叶片2022的数量，第三个叶轮本体202上叶片2022的数量大于第二个叶轮本体202上叶片2022的数量，依此类推。

逐渐增大第二空间有利于高压蒸汽顺利通过蒸汽通道。

本实施例的可选方案中，所述底板201与所述转子保护层203配合形成一端开口的套筒呈圆筒状或喇叭状。

具体的，叶轮本体202上的叶片2022与转子保护层203形成的蒸汽通道的外轮廓不仅仅限于圆筒状，还可以是不规则的形状，如叶片2022匝道的直径逐级增大，转子保护层203包裹上述叶，形成一个前端窄后端大的喇叭状筒，也可以是逐级增大的阶梯状或其他不规则形状。

实施例二

图4为本发明实施例提供的汽轮机第一视角的结构示意图；图5为本发明实施例提供的汽轮机第二视角的结构示意图；图6为图5中a-a处的剖视图。

如图4、图5和图6所示，在本实施例中提供了一种汽轮机的转子，所述汽轮机包括缸体300、设置在旋转轴100两端的轴承500，以及实施例一所述的汽轮机的转子，实施例一所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一已经描述的技术方案不再重复描述。

所述旋转轴100贯穿所述缸体300，所述轴承500分别设置在所述旋转轴100与所述缸体300连接的位置；

所述缸体300上设置有乏汽出口301，以及对应乏汽出口301的管道接口。

具体的，由于旋转轴100在叶片2022的带动下高速旋转，旋转轴100与缸体300连接的位置容易发生磨损，所以在旋转轴100与缸体300连接处安装了两个承重轴承500。

进一步的，本实施例的可选方案中，还包括两个止推轴承500；

两个所述止推轴承500分别设置在所述旋转轴100与所述缸体300连接的位置。

为了防止旋转轴100在转动时发生轴向位移，在旋转轴100与缸体300连接的位置还设置了止推轴承500。

本实施例的可选方案中，还包括用于向所述叶轮结构200通气的进汽管道400，所述进汽管道400通过转轴中心高压汽管与所述蒸汽入口连通；

所述转轴中心高压汽管的一端开口设置在所述旋转轴100的端面上，另一端开口设置在所述底板201靠近所述底板201的第一个所述叶轮本体202之间。

在上述技术方案中，进一步的，所述进汽管道400与所述旋转轴100连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封601；远离所述进汽管道400与所述旋转轴100连接的位置设有用于防止汽体从所述轴承500与所述旋转轴100排出的第二气封602。

为了防止锅炉排出的高压蒸汽在进汽管道400与旋转轴100连接的位置发生泄漏，在该位置设有用于防止连接处漏汽的第一气封601；此外，为了防止缸体300内远离输入端的乏汽泄漏而不便于排汽管道进行乏汽的排出与利用，在远离所述输出端的位置设有用于防止汽体从所述承重轴承500与所述旋转轴100排出的第二气封602。

在上述技术方案中，进一步的，所述进汽管道400与所述缸体300具有一体式结构；或者，

所述进汽管道400与所述缸体300可拆卸连接。

进汽管道400与缸体300为可拆卸连接，连接方式可为螺纹连接，或其他密封连接的方式。进汽管道400与缸体300也可为一体式的结构，该结构使得高压整体从进汽管道400进入后，若第一气封601处发生泄漏，高压蒸汽也能够直接进入到缸体300内，防止了能量的损失和实现近零泄漏。

在上述技术方案中，进一步的，所述缸体300的外表面设有保温层。

根据实际需求，为防止蒸汽的能量通过缸体300的壁面散发出去，在缸体300的外表面还设置了保温层。如果蒸汽通道内通过的气体为二氧化碳或氮气等低温气体，该保温层还能够防止外部能量进入到缸体300内。

实施例三

本实施例提供的所述原动机设备，包括了实施例二提供的所述汽轮机，实施例二所描述的技术方案也属于该实施例，实施例二已经描述的技术方案不再重复描述。

具体的，本实施例中，所述蒸汽通道可用于通过高压气体、气液混合体或液体。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。