专利名称：改进转子稳定性在曲径汽封中的汽流挡板的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及到用于汽轮机上为使汽轮机转子延伸通过的不同压力区之间的漏汽减至最小的曲径汽封装置，特别是涉及到在这种汽封装置中通过附加汽流挡板(flowdams)，从而使汽轮机中蒸汽涡流作用减至最小的方法和装置。
众所周知，非接触密封环曲径汽封通常用在汽轮机中沿其转子长度方向所选择的轴向位置上，以减少不同压力区之间的蒸汽泄漏。这种密封环曲径汽封典型地包括多个相间隔的称之为汽封片的环形齿。这些环形齿从悬在汽轮机壳上的汽封托架径向向内延伸。为了提供漏汽最小的密封，每个汽封片的末端都设置得很靠近转子的转动表面，两者之间仅留有十分小的间隙。这些类型的密封十分有效，它们不仅用来防止汽轮机轴四周漏汽，而且也用来防止在汽轮机轴穿过隔板处的汽轮机各级之间的漏汽。
众所周知，一定量的蒸汽连续地进入和流出汽封环结构，具有一个沿汽轮机轴的轴流分量。然而，蒸汽流进入和流出汽封环结构时还有一个圆周方向的分量，一般称其为涡流(swirl)。
一般公认的看法是，涡流是由两个基本原因产生的(1)由最靠近的汽轮机上一级所给予的旋转(whirling)或环流分量;(2)由回转轴的拖动效应所产生的环流分量。虽然后者这样的分量总是在转子回转的方向上，前者这样的涡动分量可能是在其任一方向上，该方向取决于最靠近的汽轮机上一级的运行参数。例如，已经知道，在具有双流第一级的汽轮机中，把蒸汽送至汽轮机端头汽封上的级，在高负荷时产生一向前运动的涡流(即在轴旋转的方向上)。
在低负荷时，或转子在低于全速运行的情况下，试验表明，当环流方向与转子旋转方向相同时，这个位于汽封腿(seallegs)之间、转子之上空间的环流将对转子的旋转产生一高度不稳定的作用，另一方面，在同一汽封空间中，与转子旋转反向的汽流，对转子旋转具有稳定的作用。由此显然可见，主要的旋转不稳定性是由涡流产生的，涡流导致了上述转子涡动的不稳定后果。
已经知道，在汽封结构中的蒸汽流，由于在汽封室中产生的不对称压力梯度，而对汽轮机转子产生横向力。在轴端汽封中具有很强的向前涡流的某些情况下，汽轮机转子开始经受与其蒸汽涡动条件相关的旋转不稳定。特别是，例如上面已讨论过的双流式汽轮机，当高负荷且在汽封中又伴有向前涡流时，对这种旋转不稳定性是敏感的。然而，往往在汽轮机的安装已经完成后，这种旋转不稳定性才能被发现，同时，在导致产生涡流的条件下试图达到满负荷时，将由于通常经受到的振动而不能达其目的。因此，要求提供一种用于将汽轮机中蒸汽涡动减至最小的方法和装置，它可以在现场安装，作为对现有设备的改型。用这样的方式，可以将安装这种装置的停运时间减至最少，同时，可避免诊断与维修与涡流所导致的转子不稳定有关的问题所需的停运时间。
1981年6月16日颁发给Ambrosch等人的美国专利第4，273，510号中，公开了一个处理上述问题的尝试，不过从改型的观点来看没有必要。在这篇专利中，Ambrosch等人公开了一种避免转子不稳定性的方法和装置，以增加如汽轮机或压缩机等旋转流体机械的动态功率极限。这些机械在旋转体和非旋转体之间的间隙中具有无接触的密封。在这些机械中，空隙中的旋转流体通过空隙中的轴向导流片或把流体介质导入空隙中被改变，从而减少、消除或甚至把作用在旋转体上并超前旋转体的振动偏转方向90°的分力反向。然而，这种设计的问题是，它复杂而且不易适于在已安装好的汽轮机上改型。特别是，Ambrosch等人的方法和装置需要把另一种流体介质引入空隙中，以减少、消除甚至使作用在旋转体上的分力反向。要提供这第二种流体使其很好地发挥作用是有困难的。
另一种探讨承受蒸汽涡动的汽轮机转子稳定性的现有技术是通过改变转子曲径汽封，它公开在1983年12月13日颁发给Miller的美国专利第4，420，161号中。Miller提出使用一排沿圆周固定相间隔的导流叶片环绕转子，安装在多个固定的、间隔的环形齿上流侧。这些齿环绕着汽轮机轴，每个齿的径向内缘几乎紧靠到转子表面上。叶栅(rOW)的每个叶片径向向内延伸到十分靠近正对着叶栅在轴表面凸起的环形台阶。Miller进一步指出，该导流叶栅及凸台基本上使全部进入汽封的蒸汽通过导流叶栅，借此在汽封中的蒸汽流产生一与轴旋转方向相反的逆转成分，它在转子上产生了稳定力，以抵销由涡流所产生的不稳定力。
然而，使用这种导流或“预涡流”(Preswirl)叶片的装置有两个主要的缺点。首先，由导流叶片所获得的预涡流能够容易地被蒸汽通过转子和汽封间窄缝时产生的转子对流体的粘滞阻力所克服。此外，蒸汽通过预涡流叶片的速度必须小，因为曲径汽封被设计为利用转子和汽封腿之间小的径向间隙来减小轴流，而且因为预涡流叶片径向高度相对较大。因此更要求提供一种能够把汽封腿间空穴中沿圆周方向的流体流量减至十分小的方法和装置。
以此为目的，1983年1月23日颁发给Ambrosch等人的美国专利第4，370，094号披露了以偏转板、隔板、叶片、叶型、通道等形式的导流结构的部件，它们安置在汽封前或汽封之中的间隙区内。根据Ambrosch等人的专利，导流结构件的安置要使得隙流的平均圆周分量减少，至使超前转子振动偏转90°的压力分布的分力减少、消除、或反向。特别是，导流结构件6a(见Ambrosch等人专利中图4)，它们每一个都放置在汽封腿之间，它们在间隙内的向内径向延伸程度稍小于汽封腿的径向延伸程度，这显然减小了间隙周围的流体压力差，由此导致减少转子的自激振荡，而且允许增加作用在汽轮机叶片上的动力。然而，Ambrosch等人提出的导流构件ba，仍然不可能充分减少称之为涡流的环流，因为它们不足以复盖汽封腿之间的空穴。因此，还需要提供一种稳定汽轮机转子的方法和装置，它应基本上复盖汽封腿之间的空穴，由此来减少产生涡流的环流。
因此，本发明的目的是提供一种稳定汽轮机转子的汽封装置，它利用曲径汽封使转子延伸所通过的不同压力区之间的蒸汽泄漏减至最小。
根据这个目的，本发明属于一种改进型曲径汽封，它可以使沿汽轮机轴的蒸汽泄漏减至最小，该轴在汽轮机的高、低压区之间延伸。它具有多个间隔的环形齿，这些齿固定在汽轮机压力区之间静止的部位上，它们实际上同心地围绕着轴，以此限定了齿之间的空穴。上述齿径向向内朝轴延伸，十分靠近轴，其特征是，至少一个汽流挡板附着在汽轮机的静止部分上，并垂直于齿设置;至少上述一个汽流挡板横穿过每个空穴延伸，该汽流挡板从汽轮机的静止部分径向向内与每个齿同样程度地朝着轴延伸，由此基本阻断了上述空穴中沿圆周方向的蒸汽流。
从下面对本发明的一个较佳实施例的叙述中，本发明将更易明白，该实施例仅作为示例在附图中示出，其中
图1是根据本发明，包含一个汽流挡板的垂直于汽轮机旋转轴的剖面图。
图2是一放大的，沿图1中2-2线所取的简化的汽流挡板局部剖视图。
图3是根据本发明第二实施例的另一种汽流挡板的剖面图。
现在参照附图，其中同一个数字标志了几个视图中同一或相关的零件。图1中示出一个汽轮机转子，包括一转轴10，它通常延伸通过不同压力区域，即高压区和低压区。图中未表示整个转子，但可以理解，轴10只不过是转子的一部分，转子包含有全套导流部件(例如旋转叶片)，以从运动流体中获取转动功率。
图2中更详细地表示出，沿轴10轴向设置了多个汽封环12，所用汽封环的准确数量取决于一些因素，包括汽封的压力和所要求的汽封效率。但是，由于所用汽封环的数量对于透彻理解本发明不是主要的，因此，在此处及后面的说明中仅表示了两个该类型的汽封环12。
每个汽封环12包括多个汽封托架14，它们装设在汽轮机静止部分18中所设的相应的槽16中，以便环形地围绕着轴10，并使轴10延伸所通过的不同压力区之间的流体泄漏减至最小。例如，汽封环12可用于一般汽轮机的高压端，构成轴端汽封。
和通常结构一样，每个汽封托架14都包括一弹簧底板(未示出)，用来迫使汽封架14径向向内朝着轴10，相应地，汽封架14还包括一凸出部14a，以限制它们向内移动。
每个汽封托架14的径向内侧14b上装有多个间隔的环形齿20，也称之为“汽封腿”，它们环绕轴10。与该类曲径汽封中传统结构相同，齿20可以相应地对着凸台安装(未示出)，以便改善整个汽封装置的密封效果。此外，齿20不与轴10表面相接触，但尽管如此，它仍是径向向内延伸，以至十分靠近轴，在轴10和齿20之间保持一小的工作间隙，由此提供一对蒸汽流的有效密封。一个环形空间，或称之为室或空穴的22，在各对齿20之间限定。
众所周知，空穴22中环绕着轴10的蒸汽流，当它与转子旋转方向相同时(如图1中箭头所示)，对转子旋转具有高度不稳定的作用。另一方面，同一密封空间(即空穴22)中的蒸汽流，当其与转子旋转方向反向时，则对转子的旋转具有稳定作用。在不稳定的情况下，转子会经受称之为涡流的转动不稳定，而利用下述的方法和装置可以避免涡流。
根据本发明的一个实施例，每个汽封托架14沿前沿14C(图1)均留有一缝隙24，在此缝隙中安装汽流挡板26。汽封托架14还包括多个螺纹孔28，用于与相应的螺纹紧固件，如图1和2中所示的平头机用螺钉30相啮合。每一个汽流挡板26垂直于汽封腿20，安装在其各自缝隙24中，并通过插入汽流挡板26上沉头孔26a中的螺钉30设置在汽封托架14上。然后紧固螺钉30把汽流挡板26固定就位，由此，基本上使在空穴22中的环流减为最小，这种环流经常导致所不希望的涡流状态。
现在参照图3，说明根据本发明提出的汽流挡板26的第二实施例。图3中所示的汽流挡板26，与图1和图2所示相同，被安装在每个汽封托架14的前沿14C上(如需要，也可安装在其它圆周位置上)，但是，它是以与安装汽封腿20所用的类似方法压装进槽32中。
很清楚，图1和图2所示的方法和装置宜适用于现场安装，因此有助于设备改装。而图3中所示的方法和装置更适用于在将汽封腿20装配到汽封托架14内时安装汽流挡板。无论那种情况，汽流挡板26都可使用与汽封腿20所用的类似材料制成(例如不锈钢)，并且具有类似的厚度，大致约2毫米的范围内。当然，每个汽流挡板26的长度取决于汽封托架14的宽度。
显而易见，根据上述，可以对本发明做出许多变型和改变。例如如，一个汽流挡板26可以不仅沿各汽封托架14前沿14c安装，而且另一汽流挡板26也可沿汽封托架14的后沿安装，或根据需要，可在前沿和后沿之间任何处安装。使用这种方式，在汽封腿20之间空穴22中的蒸汽环流基本减至最少，因此防止了由涡流所产生的旋转不稳定的发生。
权利要求
1.一种改进的曲径汽封用于使汽轮机沿轴的蒸汽泄漏减至最小，该轴从高压区延伸至低压区；在压力区之间汽轮机的静止部分上固定着一些间隔的环形齿(20)；它们同心地围绕着轴；齿(20)之间限定了空穴(22)，该齿(20)径向向内朝轴(10)延伸，十分靠近轴；其特征是至少有一个汽流挡板(26)附着在汽轮机静止部分(18)上，而且设置为垂直于齿(20)，至少上述一个汽流挡板(26)横穿过每个空穴(22)，该汽流挡板从汽轮机静止部分(18)径向向内朝轴(10)延伸，其延伸程度实际上与每个齿(20)相同，从而基本上阻塞了在上述空穴(22)内沿圆周方向的蒸汽流。
2.根据权利要求1所述的一种曲径汽封装置，其特征是该环形齿(20)安装在多个汽封托架(14)上，这些汽封托架则设置在汽轮机静止部分(18)上的一些轴向间隔槽(16)中，每个汽封托架(14)在径向内表面上具有多个轴向间隔的槽，是用来安装汽封腿(20)的。
3.根据权利要求1所述的一种曲径汽封装置，其特征是该汽封托架(14)是拱形截面，而且该汽流挡板(26)是条状物，它附着到该汽封托架截面相对于旋转方向的一个前沿上。
4.根据权利要求3所述的一种曲径汽封装置，其特征在于该条形物(26)也可以固定在上述各个汽封托架(14)相对于上述旋转方向的后沿上。
5.根据权利要求3所述的一种曲径汽封装置，其特征在于每个汽封托架(14)在其前沿上有一缝隙，该缝隙垂直于上述汽封齿，而上述汽流挡板(26)则插入此缝隙中。
6.根据权利要求5所述的一种曲径汽封装置，其特征是汽流挡板(26)是通过螺纹紧固件安装在所说的缝隙中。
7.根据权利要求5所述的一种曲径汽封装置，其特征是该汽流挡板(26)是安装在汽封托架(14)的槽(32)中，它紧靠托架的前沿，并被压装进槽(32)中。
全文摘要
一种曲径气封，适用于具有环形静止部分(18)且转轴(10)在不同压力区中穿过静止部分延伸的汽轮机，它包括与一些间隔的环形齿(20)相垂直设置的汽流挡板(26)，它从静止部分(18)径向向内朝轴(10)延伸，以阻断圆周方向的蒸汽流，从而防止产生涡流。
文档编号F16J15/44GK1035544SQ8910085
公开日1989年9月13日 申请日期1989年2月17日 优先权日1988年2月18日
发明者阿伯特·弗雷德里克·莱布里顿 申请人:西屋电气公司