专利名称：汽轮机的自锁喷嘴组的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种用在轴流汽轮机中的自锁喷咀组。
轴流汽轮机装有一个转子，该转子定位在一个汽缸中，或在一对由一个外缸和一个装有该转子的内缸的相隔开的汽缸中。在内缸中，装设有喷咀室，它使人口蒸汽方向从径向改变到轴向，然后通过喷咀组，将蒸汽引导到汽轮机的动叶片和静叶中。
在轴流汽轮机工作时，主蒸汽通过入口喷咀注入到一个装有许多喷咀组的喷咀环。喷咀组装有将蒸汽引导到蒸汽膨胀的调节级或第一级的叶片。重要的是喷咀组被牢固地定位在喷咀环中並防止喷咀组振动。使用螺纹紧固件将喷咀组固定在喷咀环中。当螺纹紧固件松动时，和/或在大的振动或高温下螺纹紧固件损坏时，会造成许多问题。这种螺纹紧固件承受着危险的应力，且因为他们的膨胀系数不同于那些喷咀组和喷咀环，从而易发生故障。损坏后的紧固件会引起诸如喷咀组松动和其它异物碎片问题。振动可以引起喷咀组松动，使转子损坏，而断裂的紧固件的碎片可以使任何毗连的材料遭到损坏並转移成其他的损坏。
其他的锁定部件，诸如固定键一直被用做喷咀组或围带就位用。例如在美国3021.110号专利中，固定到汽轮机汽缸壳体上的一种键，其热膨胀系数与汽轮机缸体相差很大。该键用一个定位螺丝固定到缸体上，键在高温下较大的膨胀使键和缸体相配合的表面之间的缝隙距离消失，将汽轮机喷咀环卡住並把它固定在适当位置。在那样的系统里，需要有一个螺丝固定件将膨胀键固定在适当位置，这个螺丝固定件承受着与将喷咀组直接固定到喷咀环中所用的螺丝固定件相似的应力和损坏的可能性，如果键本身松动或破损就可能发生外加的损坏。在那种系统中的膨胀键装配在喷咀环或室表面和喷咀组表面之间，且在膨胀时两者楔合在一起，因此建议只用在外围带上，用一些将喷咀组固定到内围带上所用的普通螺栓。这种螺栓承受着如前面所述一样的应力和损坏的可能性。另外，当使用这样一种膨胀键时，要求将喷咀环加工带有相当大的突出部分，该突出部分会造成过量的振动。
本发明的主要目的是提供一种装置，这种装置可以在高温下将喷咀组锁定在喷咀环中，在某种意义上不需要使用螺丝固定件，焊接或其他机械锁定装置。
为此目的，本发明属于装有一个转子，一个汽缸和一个在上述汽缸内沿圆周围绕着上述转子装设的进口喷咀环的轴流汽轮机。上述进口喷咀环包括径向相间隔、设有在其中构成的相对的开槽，构成了具有相对面的前后弧形段的内、外、围带，並包括定位在上述进口喷咀环的上述前后弧形段之间的上述相对开槽中的径向向内和外伸出的凸缘。上述进口喷咀环特征在于许多开孔通过上述喷咀环的前弧形段延伸;在它的后弧形段中构成一些同轴的内孔，並具有一预定的深度，以构成一个端壁，和一个热膨胀系数比进口喷咀环大的锁定销装设在后弧形段中的内孔中。上述销的第一端与上述端壁接触，而上述销子具有的第二端在室温下与上述后弧形段的上述面相贴平，但在汽轮机运行温度下使上述喷咀组啮合。
在汽轮机运行情况下，由于蒸汽通过而加热喷咀组件引起温度升高，从而使锁定销子膨胀，並迫使喷咀组的凸缘与喷咀环的第一弧形段成密封接合，因而防止了喷咀环中的喷咀组松脱或振动。
从以下仅作为举例示出的一个最佳实施例的说明，本发明将变得更为清楚，在这些附图中，其中
图1是根据本发明设计的轴流汽轮机的局部断面图;
图2是取自图1Ⅱ-Ⅱ断面的剖面图;
图3是从图1中的汽轮机的相对侧看的一张放大剖面图，示出在环境条件下的喷咀环和喷咀组范围;
图4是与图3相似的示图，示出在汽轮机的温度升高到相似于运行温度时的喷咀环和喷咀组;
图5是相似于图3，在加工开槽壁锁定销子前和喷咀组插入到喷咀环以前的情况。
现在参考这些附图，图1示出一台轴流汽轮机1的局部断面图，该汽轮机有一个外缸或圆筒体3和一个内缸或圆筒体5。在内缸中装有一个转子7。在一些汽轮机实施例中只装设外圆筒体或汽缸3，也适用于本发明中。然而以下将涉及到这样一个实施例，其中在外汽缸3和转子7之间装有一个内缸5，装设多个进口喷咀9与进口喷咀环11相连通。该喷咀环11围绕转子7沿圆周向定位，它包括多个与进口喷咀9相连通的进口喷咀室13，它与喷咀组15一样，在径向隔开的喷咀环的内和外段17、19中，在相对于转子7的轴线方向终止。喷咀室13通常有约4或6或更多个，大量的蒸汽通过进口喷咀9注入喷咀组15，通过喷咀组15蒸汽开始膨胀，每个喷咀组15都包括多个静叶21(图3)。喷咀组15随同静叶21一起控制着蒸汽的膨胀，並在蒸汽引入和接着发生的通过调节级与转子7相连的转动叶片23膨胀之前使蒸汽以指定的方向流动。在喷咀环11和转子7之间装有迷宫密封25，以使喷咀环和转子间的泄漏蒸汽减到最小。
作为通过汽轮机1的蒸汽流动的一个举例，蒸汽从进口喷咀9流到喷咀组15，並通过喷咀组15流到调节级旋转叶片23。正如箭头所表示(图1)，蒸汽流随后转向並通过一组交替的静叶27和可转动的汽轮机叶片29传送，以致使转子7转动。而后，蒸汽通过出口导管31排出汽缸被再热，而且在再热后通过进口导管33返回。再热后的蒸汽流动通过又一组交替的静叶35和动叶37，进一步促使转子7运动。然后蒸汽作为一种冷却介质通过外缸3和内缸5之间的空间39，通过排汽导管41最终从汽轮机排出。
现在参考图3，对本发明的系统作了更详细的表示。进口喷咀环11以两个环块形式装设，一个内围带43构成的区段47和外围带45构成的区段19。内围带43有一个在其间构成的开槽47，而外围带45有一个在其间构成的相对的开槽49。开槽47、49使喷咀环11上形成一个前弧形段51和一个后弧形段53。与前弧形段51上的平面55和后弧形段上的平面57一起，两平面跨过开槽47和49彼此相面对，在喷咀环11中由开槽47构成底面59，和由开槽49构成底面61。正如所示，喷咀组15具有一个径向向内延长的、适应于安置在内围带43的开槽47中的凸缘63，和一个径向向外延长、适应于安置在外围带45的开槽49中的凸缘65。
通过喷咀环11的前弧形段51构成多个孔口67，它与在喷咀环11的后弧形段53中构成的多个内孔69同轴心。内孔69构成一个端壁面71。锁定销子73定位在内孔69中，销子73具有一个内侧或第一端75，和一个外侧第二端77，第一端75与由内孔69构成的端壁71接碰，第二端77与喷咀环11的后弧形段53的平面57相齐平(图3)。最好内侧或第一端75具有一个斜切边79。
为了使喷咀组15插入到喷咀环11中，它将设有一个宽度W稍比开槽47和49的宽度小的凸缘63和65，凸缘63和65的长度也应比开槽47和49的长度稍短，以允许在其间径向膨胀。本发明通过对不同部件使用不同的热膨胀系数的材料，用作在开槽47和49中固定凸缘63和65。装设的进口喷咀环11具有第一热膨胀系数，喷咀组15和锁定销73由一种材料制成，它具有第二热膨胀系数，第二热膨胀系数比第一热膨胀系数大得多。由于第二热膨胀系数很大，这意味着第二热膨胀系数至少比第一热膨胀系数大约为2.8×10-6米/每米·每摄氏度(在540℃)。
如具有理想的热膨胀系数的材料例子，喷咀环可以由具有14.1×10-6米/米/℃的热膨胀系数(在540℃)的2.25%铬、1%钼的铁合金(SA-217，WC9级;美国材料试验(ASTM)规范)或具有14.45×10-6米/米/℃热膨胀系数(在540℃下)的9%铬-1%钼的铁合金(SA-217，C12级ASTM规范)制成，与之相比，锁定销和喷咀组由热膨胀系数明显大的材料构成，例如喷咀组可以由316不锈钢制成，这种铜材的热膨胀系数为18.3×10-6米/米/℃(在540℃时)，而锁定销例如可以由A286不锈钢制成，这种钢的热膨胀系数为17.5×10-6米/米/℃(在540℃时)。喷咀组和锁定销可以由热膨胀系数符合要求的用一种材料制成，最好具有类似的热膨胀系数，即约在10.8×10-6米/米/℃之内(540℃)。
作为本发明的一个实施例，喷咀环由SA-217，WC9合金钢构成，开槽47和49深约为2.5厘米，且宽约为3.8厘米，构成的第一弧形段宽约为3.3厘米。喷咀组由316不锈合金钢构成，它有凸缘63、65，装配在开槽47、49内，在常温下凸缘和开槽壁面之间有0.076～0.127毫米的小间隙。间隙的精确度对本发明的成功的运行是重要的、销子73应由A286不锈钢制成，装配在直径约为1.3厘米、长约为6.3厘米的内孔中。
由于喷咀组15和锁定销73热膨胀系数比喷咀环11的大得多，当汽轮机运行和用环绕的蒸汽加热组件时，喷咀组15和销子73大得多的膨胀将使喷咀组15和凸缘63和65和开槽47和49的壁面之间在常温下存在的小间隙密合。在出现重大扰动时，销73的膨胀将使销的第二端77延伸超过后弧形段53的平面57(图4)並与凸缘63和65接触，从而迫使凸缘紧紧地靠到喷咀环11的第一弧形段51上的平面55上，于是在未加束缚的开槽内不会存在撞击声响，且喷咀组的振动响应将被较好控制。
使喷咀组锁定在喷咀环的本方法需要以锁定销子为条件，即要求销子具有的热膨胀系数比喷咀环的热膨胀系数要高得多。现在参考图5，通过由开槽47和49构成的喷咀环11的前弧形段构成孔口67、内孔69与孔口67同轴构成的喷咀环11的后弧形段中。具有比喷咀环11的材料热膨胀系数高得多的一种材料制成的锁定销73，通过前弧形段51中的孔口67插入到后弧形段53中的内孔69中。锁定销其长度是足够的，在销的第一端75与内孔69的端壁71相接触时，第二端77的段79将延伸超过后弧形段53的平面57，进入开槽47和49。于是开槽47和49假定最终机加工到要求的宽度，以及销的外露段79加工光滑，並向前面向喷咀环11的第二弧形段53的平面57。在加工时可以用一个粘性的或别的固定装置将销73紧固在内孔69中，然后喷咀组15随着它的凸缘63、65分别座落到开槽47、49中而被插入到喷咀环11中，为轴流汽轮机提供了具备自锁的喷咀组结构。
围绕着喷咀环11装设的一组锁定销73，这些销每180弧段一般约为24～40个，这些销围绕喷咀组以大约5°的间距相隔开。在喷咀环11的前弧段51中的孔口67可以用填料充满，如果需要或可以保持开口状态。
本发明借助喷咀组为锁定装置的固定找准提供了锁定销，並避免锁定销松动和断裂。随同使用本方法，通过前弧形段中的孔口，提供了到喷咀环的后弧形段中内孔的通道。由于销是后被加工成与后弧形段的面对表面齐平，所以用现有的通道，为量将销的长度定为孔的长度提供了现存的简易的加工方法。
权利要求
1.一台轴流汽轮机(1)具有一个转子(7)，汽缸(3)和一个在上述汽缸内，圆周围绕着上述转子(7)装设的进口喷咀环(11)，上述进口喷咀环(11)包括径向相隔的内和外围带(43、45)，在围带中构成的面对视开槽(47、49)，构成了具有相对的平面(55、57)的前(51)和后(53)弧形段，並具有多个喷咀组(15)，喷咀组(15)设有径向向内和向外伸展的凸缘(63、65)，定位在上述进口喷咀环(11)的前、后弧形段(51、53)之间的上述面对的开槽(47、49)中；其特征在于多个孔口(67)通过上述喷咀环(11)的前弧形段(51)延伸；和在后弧形段(53)中构成的同轴内孔(69)，它具有预定长度，以构成一个端壁(71)，而一个锁定销定位在后弧形段(53)中的内孔(69)中，它的热膨胀系数比该进口喷咀环(11)的热膨胀系数大得多；上述销(73)具有与上述端壁(71)相接触的第一端(75)和在室温下与上述后弧形段(53)的上述平面(57)相齐平但在汽轮机运行温度时与上述喷咀组相接合的第二端。
2.根据权利要求1的一台轴流汽轮机，其特征在于上述第二膨胀系数至少比上述喷咀环的膨胀系数大2.8×10-6米/米/℃。
3.根据权利要求1或2的一台轴流汽轮机，其特征在于上述多个销(73)围绕上述喷咀环(11)以间距5°相间隔布置。
4.根据权利要求1、2或3的一台轴流汽轮机，其特征在于进口喷咀环(11)由内含重量为2.25%的铬和1%重量的钼的合金钢制成，上述喷咀组由316不锈合金钢制成，而上述销(73)由A286不锈合金钢制成。
5.根据权利要求2的一台轴流汽轮机，其特征在于上述喷咀组(15)的热膨胀系数是与锁定销(73)的热膨胀系数可比。
全文摘要
带有一种自锁喷嘴组的轴流汽轮机(1)，其中喷嘴组(15)设有定位在槽(47，49)中的径向向内和向外伸出的凸缘(63，65)，而槽构成了相间隔的喷嘴环(11)的围带(43，45)。在喷嘴环(11)的后弧形段(53)中的内孔(69)中装有锁定销(73)，它由具有比构成喷嘴环(11)所用的材料的热膨胀系数高得多的热膨胀系数的材料构成。在运行温度下，销(73)牢固地与喷嘴组(15)相啮合。
文档编号F01D9/04GK1053658SQ9110047
公开日1991年8月7日 申请日期1991年1月26日 优先权日1990年1月26日
发明者沃尔特·哈尔伯格 申请人:西屋电气公司