CN101016846A - 叠置的反作用式蒸汽涡轮机的定子组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于蒸汽涡轮机的定子组件(96)。该组件(96)包括一个叠置的定子区段(98)和一个保持装置。该叠置的定子区段(98)有多个相邻地设置的定子板(80)。该定子装置使相邻的定子板(80)保持互相邻接。

Description

叠置的反作用式蒸汽涡轮机的定子组件

技术领域

本发明涉及一种用于反作用式蒸汽涡轮机的定子组件，尤其涉及该反作用式蒸汽涡轮机的定子组件的叠置的定子板。

背景技术

反作用式蒸汽涡轮机通常包括多重定子级和相应的转子级。每个定子级设置成靠近相应的转子级而引导蒸汽流流向转子级。定子级包括引导蒸汽流的喷嘴级。转子级包括接受从喷嘴级来的蒸汽流的叶片。蒸汽流在转子级的叶片上施力而造成转子组件转动，后者转化为(例如)有用的功或电能。

当前的整体盖的反作用式喷嘴级包括大量的单个的反作用式喷嘴，它们利用单个的径向的加载销装配成一个机加工的定子内壳。这样一种构造方法增加铸造定子组件的时间和费用。同样，当前的整体盖反作用式叶片级包括大量的单个的反作用式叶片，它们利用单个的径向的加载销装配成一个机加工转子组件。这样一种构造方法增加铸造机加工的转子组件的时间和成本。

发明简述

本文公开一种用于蒸汽涡轮机的定子组件。该定子组件包括一个叠置的定子区段和一个保持装置。该叠置的定子区段有多个相邻地安置的定子板。该保持装置使相邻的定子板互相靠近地保持。

本文还公开一种蒸汽涡轮机。该蒸汽涡轮机包括一个定子组件和一个转子组件。该定子组件有引导蒸汽流的喷嘴。该转子组件有接受蒸汽流的叶片。该定子组件有一叠置的定子区段，该区段包括多个设置成互相邻接的定子板。

本文又公开一种蒸汽涡轮机。该蒸汽涡轮机包括一个涡轮壳、一个形成的入口屏蔽区和一个叠置的定子组件。该形成的入口屏蔽区设置在该涡轮壳内。该叠置的定子组件设置成邻接该形成的入口屏蔽区。该叠置的定子组件可以滑动地连接到该涡轮壳。

结合附图阅读下列描述将清楚本发明的上述和其它目的、特点和优点，附图中相同的标号表示相同的部件。

附图简述

现在参照附图，其中各图中相同的部件有相同的标号。

图1是一种传统的反作用式蒸汽涡轮机的侧视图；

图2是一种按照一个示范实施例的转子板的透视图；

图3是一种按照一个示范实施例的转子组件的透视图；

图4是图3的转子组件的保持部分的透视图；

图5是表示按照一个示范实施例的混合式转子组件的图；

图6是表示按照另一示范实施例的混合式转子组件的图；

图7是一种按照一个示范实施例的定子板的侧视图；

图8是图7中定子板的透视图；

图9是一种按照一个示范实施例的定子组件的图；

图10是一种按照另一示范实施例的定子组件的图；

图11是一种按照又一示范实施例的定子组件的图；

图12是一种按照一个示范实施例的轴向表面密封件的图；

图13是一种按照另一示范实施例的轴向表面密封件的图；以及

图14是一个设置在涡轮壳内的示范的叠置的定子组件的四分之三区段图。

发明详述

图1表示一种传统的反作用式蒸汽涡轮机的透视图。该涡轮机包括一个有定子级12的传统定子10和有转子级22的传统转子20。传统转子20设置在传统定子10的附近，使得每个定子级12靠近转子级22的相应一级。每个定子级12包括多个单个的翼面或喷嘴14。每个转子级22包括多个单个的翼面或叶片24。定子级12的喷嘴14设置在转子级22的相应一级的叶片24附近，以引导工作流体如蒸汽向着叶片24流动。叶片24沿周边设置在每个转子级22的外缘处。喷嘴14沿周边设置在每个定子级12的内缘处。叶片24和喷嘴14两者例如通过一个燕尾组件分别固定在传统的转子级22和定子级12处。在该燕尾组件中，一个燕尾凸出部设置在每个叶片24的底部上，而喷嘴14分别安置在每个转子级22的外缘和每个定子级12的内缘中设置的相应的槽中。这样一种连接叶片24和喷嘴14的机构被称为燕尾装配过程。

继续参照图1，传统的转子20可以包括(例如)一个有一单一的轴的锻造的转子，该轴有围绕其外表面沿周缘设置的槽。每个槽通过该燕尾装配过程装入一个叶片。或者是，传统的转子20例如可以包括对应于转子级22之一的单个轮子，它们设置成互相靠近并一起组合在轴26上而形成一个传统的转子20。

图2是按照一个示范的实施例的转子板30的透视图。转子板30对应于一个单独的转子级。转子板30可以是盘子形状。转子板30包括一个单件的金属坯料。该金属坯料进行机加工而产生安装细部和翼面。换句话说，与传统转子20的转子级22不同，转子板30在其主体31和翼面之间没有接头。因此，转子板30在翼面和转子板30的主体31之间包括无接头的连接。这些安装细部包括一中心孔32、固定孔34和配合部分36。在一示范实施例中，转子板30可以靠近地设置而形成一个转子组件，这将在下面更详细地描述。

这些翼面包括叶片38，后者围绕对应于转子板30外缘的转子板30的一部分而沿周边设置。叶片38从金属坯料机加工，使得叶片38与转子板30的边缘隔开且与转子板30的轴向中心等距离。叶片38彼此靠近地重复形成而完全伸出，形成一个环状叶片区40，该叶片区40围绕对应于转子板30外缘的转子板30的一部分而同心地延伸。因为叶片38是用金属坯料机加工的，所以每个叶片38附接在转子板30的主体31上而设有接头机构。此外，在用金属坯料机加工叶片38后，保留金属坯料的外环39。外环39界定转子板30的外缘。因此，叶片38设置在环状叶片区40中，叶片区40设置在转子板30的外环39和主体31之间。

中心孔32是一圆形通孔，它从每个转子板30的第一轴向表面通到转子板30的第二轴向表面。第二轴向表面与第一轴向表面对置。中心孔32相对于转子板30同心地设置。每个转子板30的中心孔32能装入该转子组件的轴。

保持孔34是圆形通孔，它从转子板30的第一轴向表面通到第二轴向表面。保持孔34是设置在转子板30的主体31上。换句话说，保持孔34设置在转子板30的位于中心孔32和环形叶片区40之间的部分上。保持孔34沿圆周互相间隔地设置，使得每个保持孔34与转子板30的轴向中心等距离。在一示范的实施例中，保持孔34互相等距离。保持孔34装入一个保持装置如保持杆42(见图3)，该杆的作用是使相邻的转子板30互相保持接近。此外，应当注意，保持杆34可以设置在转子板30的外面。

装配部分36包括任何合适的机构来固定相邻的转子板30。在一个示范的实施例中，装配部分36包括一种榫接配合，其中每个转子板30包括一个凸出部136，后者伸入相邻转子板30的相应的凹部138中。

图3是一种按照一个示范实施例的转子组件50的透视图。图4是图3的转子组件50的保持部分54的透视图。转子组件50包括设置在保持部分54的对置端部处的轴端部52。保持部分54包括端板56和保持杆42。应当注意，虽然图3和4表示圆柱形的保持杆42，但可以考虑任何合适的形状，如六角形或方形保持杆42。此外，也可考虑不是保持杆42的保持机构。如图4中所示，保持部分54包括相邻设置的转子板30，后者通过每个转子板的保持孔设置的保持杆42，用于固定转子板30。每个保持杆42包括(例如)一个啮合在每个保持杆42的螺纹部分上的螺母，以便将转子板30固定在保持部分54上。从保持部分54的对置两侧伸出的轴端部52允许通过轴端部52的转动而从叶片38将转动能传送到外部装置上。

图4中示出的转子组件50包括按照一个示范实施例的转子板30。或者是，可以利用一个混合转子。图5是表示按照一个示范实施例的混合转子组件的图。图6是表示按照另一示范实施例的混合转子组件。

参照图5，一个混合转子60包括一个叠置的转子区段62，该区段有至少一个转子板30和一个锻造的转子区段64。该锻造的转子区段64包括一个锻造的转子部分66和锻造的转子级68，它们通过燕尾装配过程而固定在锻造的转子部分66上。虽然图5表示该锻造的转子区域64设置在一个转子端部上，但应当注意，该锻造的转子区段64和叠置的转子区段62可以以任何合适的顺序设置。此外，虽然图5示出三个锻造的转子级68和四个转子板30，但应当注意，按照操作和设计的考虑，锻造转子级68的数目和转子板30的数目均可变化。

或者是，如图6中所示，混合转子60’包括叠置的转子区段62，后者包括至少一个转子板30和一个转子轮区段70，区段70包括至少一个转子轮72，其中通过燕尾装配过程附接了转子轮72的叶片。每个转子轮72对应于混合转子60’的一级。虽然图6表示转子轮区段70设置在转子端部处，但应当注意，转子轮区段70和叠置转子区段62可以以任何合适的顺序设置。此外，虽然图6示出三个转子轮72和四个转子板30，但应当注意，按照操作和设计的考虑，转子轮72的数目和转子板30的数目均可变化。也应当注意，也可考虑包括叠置转子区段62、转子轮区段70和锻造的转子区段64的任何区段组合。

图7是按照一个示范实施例的定子板80的侧视图。图8是图7中定子板的透视图。定子板80对应于一个单独的定子级。定子板80的形状可以像一个盘子。定子板80包括单独一件金属坯料。该金属坯料接受机加工而产生安装细部和翼面。换句话说，与传统定子10的定子级12不同，定子板80在其主体81和翼面之间没有接头。因此，定子板80在其主体81和翼面之间包括无接头的附接。安装细部包括一个中心孔82和保持孔84。在一示范的实施例中，定子板80可以邻接地设置而形成一个定子组件，它将在下面更详细地描述。此外，定子板80可以包括一个类似于上面参照图2、12、13描述的装配部分36。

这些翼面包括围绕转子板30的对应于定子板80内缘的一部分的沿周边设置的喷嘴88。喷嘴88用金属坯料机加工而成，使得喷嘴88与定子板80的内缘隔开并离定子板80的轴向中心等距离。喷嘴88彼此邻接地重复形成而完全伸出，从而形成一个围绕定子板82的对应于其内缘的部分的同心地伸出的环状喷嘴区90。因为喷嘴88是用金属坯料机加工而成，所以每个喷嘴88附接在定子板80的主体81上而没有接头机构。此外，在用金属坯料机加工制成喷嘴88后，保留金属坯料的内环89。内环89界定定子板80的内缘。因此，喷嘴88设置在环状喷嘴区90中，喷嘴区90设置在定子板80的主体81和内环89之间。

中心孔82为从每个定子板80的第一轴向表面通到定子板80的第二轴向表面的圆形通孔。该第二轴向表面与第一轴向表面对置。中心孔82相对于定子板80同心地设置。每个定子板80的中心孔82装入转子组件的轴。

保持孔84是从定子板80的第一轴向表面通到定子板80的第二轴向表面的圆形通孔。保持孔84设置在定子板80的主体81上。换句话说，保持位孔84设置在定子板80的在其外缘和环状喷嘴区90之间的部分上。保持孔84互相间隔地沿周边设置，使得每个保持孔84与定子板80的轴向中心等距离。保持孔84能装入一个保持装置如保持螺栓92(见图9)，后者的作用是使相邻的定子板90互相靠近的固定。此外，应当注意，保持螺栓92可以设置在定子板80的外部上。

在2005年9月7日于美国专利和商标局申请的题为“用于反作用式蒸汽涡轮机静止部件的整体喷嘴轮”的待审查中的顺序号11/219,667的申请书中更详细地描述了上述特征的定子板。

图9～11每个为按照一个示范实施例的定子组件。参照图9，定子组件96包括一个有多个定子板80的叠置的定子区段98。应当注意，虽然每个图示的定子板有一相对于相邻的定子板80的台阶构形，但也考虑其中每个定子板80相对于相邻的定子板80形成光滑过渡的斜坡构形。定子板80用保持螺栓92互相固定，螺栓92设置成通过定子板80的保持孔84。可以用螺母啮合保持螺栓92的螺纹部分而将定子板80固定在一起。虽然图9示出五个定子板80，但也可使用更多或更少的定子板80。

参照图10，混合定子100包括有至少一个定子板80和一个铸造的定子区段104的叠置的定子区段98。铸造的定子区段104包括一个铸造的定子部分106和铸造的定子级108，它们用燕尾装配过程固定在铸造定子部分106上。虽然图10表示叠置的定子区段98设置在一个定子端部处，但应当注意，叠置的定子区段98和铸造的定子区段104可以以任何合适的顺序设置。此外，虽然图10表示叠置的定子区段98的三个定子板80和铸造的定子区段104的两个铸造的定子级104，但应当注意，按照操作和设计考虑，铸造的定子区段104的级数和定子板80的数目均可变化。

或者是，如图11中所示，混合转子100’包括叠置的定子区段98，后者包括至少一个定子板80和一个定子轮区段110，区段110包括至少一个定子轮112，其中通过燕尾装配过程附接了至少一个定子轮112的喷嘴。虽然图11表示定子轮区段110设置在定子端部处，但应当注意，定子轮区段110和叠置的定子区段98可以以任何合适的顺序设置。此外，虽然图11表示两个定子轮112和三个定子板80，但应当注意，按照操作和设计考虑，定子轮112的数目和定子板80的数目均可变化。也应当注意，还考虑包括叠置的定子区段98、定子轮区段110。和铸造的定子区段104的任何区段组合。

此外，按照图2～6的转子设计的任何示范实施例可以包括按照图7～11的定子设计的任何示范实施例。其次，按照图2～6的转子设计的任何示范实施例可以包括传统的定子10，而按照图7～11的定子设计的任何示范实施例可以包括传统的转子20。

为了防止蒸汽引入叠置的转子区段62的转子板30之间或叠置的定子区段98的定子板80之间，在相邻的转子板30或相邻的定子板80之间可以安装密封件。

图12是按照一示范实施例的一个轴向面对的密封件的图。图13是按照另一示范实施例的轴向面对的密封件的图。为清楚起见，图12和13两图中省去了翼面(也即叶片38或喷嘴88)。

图12示出了第一级120、第二级122和第三级124。第一、第二和第三级120、122和124对应于三个相邻的转子板30或三个相邻的定子板80。示于图12的隆起区126/128中的沿周边的填塞丝密封件130设置在每个第一、第二、第三级120、122、124之间的其翼面底部部分160(见图5和9)的边缘处，靠近相邻的第一、第二、第三级120、122、124中的相邻的一个的翼面底部部分160的边缘。如果第一、第二、第三级120、122、124对应于相邻的转子板30，那么沿周边的填塞丝密封件130设置在用隆起区126表示的相邻转子板30的翼面底部部分160的边缘的相交处。如果第一、第二、第三级120、122、124对应于相邻的定子板80，那么沿周边的填塞丝密封件130设置在用隆起区128表示的部分处的相邻定子板80的翼面底部部分160的边缘的相交处。虚线140对应于定子板80的翼面底部部分160的边缘。

在转子板30或定子板80已分别通过保持杆42或保持螺栓92而固定在一起之后，沿周边的填塞线密封件130分别设置在相邻的转子板30或定子板80的翼面底部部分160的边缘的相交处。可以利用(例如)A14或A15填塞工具来安装沿周边的填塞线密封件130。

如图12中所示，第一、第二、第三级120、122、124每个包括设置在每个第一、第二、第三级120、122、124的第一轴向表面处的凸出部和设置在每个第一、第二、第三级120、122、124的第二轴向表面处的凹部138。第一、第二、第三级120、122、124之一的凸出部136插入相邻的第一、第二、第三级120、122、124之一的凹部138中而形成榫接配合。例如，第一级120和凸出部136装入第二级122的凹部138中，而第二级122的凸出部136装入第三级124的凹部138中。

参照图13，第一和第二级120和122每个包括一个设置在第一轴向表面上的第一环状凹部142和一个设置在第二轴向表面上的第二环状凹部144。第一级120的第一轴向表面的第一环状凹部142设置成对应于第二级122的第二轴向表面的第二环状凹部144。一个圆形绳索密封件150设置在第一和第二级120和122之间的由第一和第二环状凹部140和142形成的间隙中。在转子板30或定子板80已分别由保持杆42或保持螺栓92固定在一起之前，先安装圆形绳索密封件150。圆形绳索密封件150被压实在该间隙中并膨胀而完全填满该间隙。

应当注意，圆形绳索密封件150和沿周边的填塞丝130可以单个地或组合地用于转子组件或定子组件。使用圆形绳索密封件150和/或沿周边的填塞丝130能防止蒸汽暴露于转子板30或定子板80的轴向表面，由此减小该反应蒸汽涡轮机中的能量损失。其次，使用转子板30或定子板80能减少制造转子组件或定子组件的费用和时间。

图14是示范的叠置定子组件152的四分之三区段的透视图，该组件有设置在一涡轮壳154中的一个或多个定子板80。叠置定子组件152用多个保持螺栓92(为清楚起见，一些保持螺栓未示出)附接在一个形成的入口屏蔽区段156上，螺栓92通过每个定子板80的保持孔84而旋入设置在形成的入口屏蔽区段156的啮合表面上的多个沿周边隔开的螺孔158中。一个或多个定子板80还可以包括一沿径向凸出的部件162。部件162装入涡轮壳154内的轴向槽164中。沿径向凸出的部件162和涡轮壳的轴向槽164形成涡轮壳154和叠置的定子组件152之间的可以滑动的连接，该组件因此可以沿轴向调整。涡轮壳154和叠置的定子组件152之间的可滑动的连接可以用于相对于该转子区段精确地安置该定子组件，使得由于不同的热膨胀而引起的轴向移动受到控制，从而防止否则会由于干涉而引起的损伤，并因此尽可能有利于涡轮机的操作。

此外，也应当注意，可以将按照图9～14的定子组件的示范实施例装入一个蒸汽涡轮机而不需要内壳。

此外，虽然已参考示范实施例而描述了本发明，但该技术的专业人员将理解，可以进行各种变化和可以对其部件采用等效的替代而并不偏离本发明的范围。此外，可以进行许多修改而使特定的情况或材料适应本发明的说明，这并不偏离本发明的实质范围。因此，本发明不限于作为实施本发明的最佳方案而公开的特定实施例，相反，本发明将包括落入附属的权利要求书范围内的所有实施例。而且，术语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何顺序或重要性，而这些术语只用于互相识别一个部件。其次，使用术语“一个”并不表示量的限制，而只表示至少一个被参考的项目的存在。

部件清单

10  传统的定子

12  定子级

14  翼面或喷嘴

20  传统的转子

22  转子级

24  翼面或叶片

26  轴

30  转子板

31  主体

32  中心孔

34  保持孔

36  装配部分

38  叶片

39  外环

40  环状叶片区

42  保持杆

50  转子组件

52  轴端部

54  保持部分

56  端板

60  混合转子

62  叠置的转子区段

64  锻造的转子区段

66  锻造的转子部分

68  锻造的转子级

70  转子轮区段

72  一个转子轮

80  定子板

81  主体

82  中心孔

84  保持孔

88   喷嘴

89   内环

90   环状喷嘴区

92   保持螺栓

96   定子组件

98   叠置的定子区段

100  混合定子

104  铸造的定子区段

106  铸造的定子部分

108  铸造的定子级

110  定子轮区段

112  定子轮

120  第一级

122  第二级

124  第三级

126  隆起区

128  隆起区

130  沿周边的填塞丝密封件

136  凸起部

138  凹部

140  虚线

142  第一环状区

144  第二环状区

150  圆形绳索密封区

152  叠置的定子组件

154  涡轮壳

156  入口屏蔽区段

158  沿周边间隔的螺孔

160  翼面底部部分

162  凸出部件

164  轴向孔

Claims (9)

1.一种用于蒸汽涡轮机的定子组件(96)，包括：

一个具有多个相邻设置的定子板(80)的叠置的定子区段(98)；以及

一个使相邻的定子板(80)保持互相紧接的保持装置。

2.权利要求1的定子组件(96)，其特征在于，每个定子板(80)还包括：

一个盘状的主体部分(31，81)；

一个环状的内环(89)，它相对于主体部分(31，81)同心地设置在主体部分(31，81)的内部处；以及

一个被设置在主体部分(31，81)和内环(89)之间的环状喷嘴区(90)，该环状喷嘴区(90)包括一些沿径向从主体部分(31，81)向内伸出到内环(89)的相邻地设置的喷嘴(14，88)。

3.权利要求1的定子组件(96)，其特征在于，定子组件(96)是在不需要内壳或内罩的情况下被安装的。

4.权利要求1的定子组件(96)，其特征在于，定子板(80)包括一个被设置在其第一轴向表面上的凸出部(136)和一个被设置在其第二轴向表面上的凹部(138)，其中，通过将第一定子板(80)的凸出部(136)插入第二定子板(80)的凹部(138)而将第一定子板(80)连接在第二定子板(80)上。

5.一种蒸汽涡轮机，包括：

一个包括引导蒸汽流的喷嘴(14，88)的定子组件(96)；以及

一个包括接受该蒸汽流的叶片(24，34)的转子组件(50)；

其中定子组件(96)包括一个叠置的定子区段(98)，后者包括多个彼此相邻地设置的定子板(80)。

6.权利要求5的蒸汽涡轮机，其特征在于，每个定子板(80)包括：

一个盘状的主体部分(31，81)；

一个环状的内环(89)，它相对于主体部分(31，81)被同心地设置在主体部分(31，81)的内部处；以及

一个被设置在主体部分(31，81)和内环(89)之间的环状喷嘴区(90)，该环状喷嘴区(90)包括一些沿径向从主体部分(31，81)向内伸出到内环(89)的相邻地设置的喷嘴(14，88)。

7.权利要求5的蒸汽涡轮机，其特征在于，定子组件(96)是在不需要内壳或内罩的情况下被安装的。

8.一种蒸汽涡轮机，包括：

一个涡轮壳(154)；

一个被设置在涡轮壳(154)内的形成的入口屏蔽区段(156)；以及

一个被设置成相邻于该形成的入口屏蔽区段(156)的叠置的定子组件(152)，其中，该叠置的定子组件(152)可以滑动地连接到涡轮壳(154)上。

9.权利要求8的蒸汽涡轮机，其特征在于，定子组件(96)是在不需要内壳或内罩的情部下安装的。

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