專利名稱：蒸汽渦輪中噴嘴開槽表面的密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及在蒸汽渦輪中位于噴嘴部段的沿圓周向?qū)?zhǔn)定位的開槽表面之間的密封件并且具體地涉及位于噴嘴部段的開槽表面間的塞片式密封件。
背景技術(shù)：
在蒸汽渦輪中，設(shè)置的噴嘴包括定子葉片亦即葉型，它們沿周向相互間隔安置并位于裝有圓周向間置葉片的轉(zhuǎn)子的附近。每組噴嘴和葉片形成渦輪機(jī)級。該噴嘴將該蒸汽流導(dǎo)入所述葉片中，其又從該蒸汽流中汲取功能。在蒸汽渦輪中，關(guān)鍵在于，要盡可能地減少或消除在渦輪的蒸汽流路中的許多泄漏路徑和任何次級的回路。對于沖動式蒸汽渦輪一般具有輪和導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，而反作用蒸汽渦輪通常應(yīng)用鼓形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在沖動式結(jié)構(gòu)方案中，該分級壓力降主要發(fā)生在橫過該靜止的噴嘴隔板中，而在反作用結(jié)構(gòu)方案中，該壓力降大致相等地分配在該靜止的和旋轉(zhuǎn)的葉片中。
在該反作用式鼓形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，該裝有所述隔板或定子葉片的噴嘴是作為單獨的噴嘴部段可滑動地接納在沿周向延伸的燕尾形溝槽中。這就是說，該噴嘴部段沿周向相互疊置。該噴嘴部段在相對的端部具有開槽表面亦即端表面，它們通常相對該轉(zhuǎn)子軸線有一夾角以適應(yīng)該噴嘴的掠過的葉型扭轉(zhuǎn)形狀。該開槽表面是在高壓和中壓蒸汽渦輪部分的所有級上都有的。因此在該開槽表面之間也都存在間隙，這些間隙實質(zhì)上是由于該部段和殼體鉤部的機(jī)加工誤差、組裝方法和操作壓力和溫度造成的。這種開槽表面間隙可以相當(dāng)大從而在該噴嘴的前和后的不同壓力區(qū)域之間產(chǎn)生顯著的泄漏。由于與沖動式渦輪結(jié)構(gòu)相比普通的反作用式渦輪結(jié)構(gòu)方案中有更大數(shù)目的噴嘴部段，故上述問題就復(fù)雜化了。于是，在相鄰的噴嘴部段的開槽表面之間的間隙就總合成很大的泄漏的面積，如果對此不考慮的話則導(dǎo)致增大的效率損失。由此，就需要減少或消除在蒸汽渦輪中相鄰噴嘴部段的開槽表面之間的蒸汽泄漏流路。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供了沿周向延伸的噴嘴部段，它們安置在具有沿周向延伸的圓弧狀燕尾形溝槽的渦輪殼體中。每個噴嘴部段包括底部和至少一隔板或噴嘴葉片。該噴嘴部段在該殼體的燕尾形溝槽中相互疊置。該噴嘴部段的底部的開槽表面或端表面具有塞片密封件以使通過該開槽表面的蒸汽泄漏流最小化。相鄰噴嘴部段的對準(zhǔn)的開槽表面設(shè)有用于接納該塞片密封件部分的溝槽。每個塞片密封件可以包括平片金屬板，其延伸在沿周向?qū)?zhǔn)的溝槽中，這些溝槽既可以配置在基本軸向上以便消除徑向的蒸汽泄漏流或者可以配置在徑向往外傾斜的下游方向上以消除通過該噴嘴部段的軸向蒸汽泄漏流。該塞片密封件的每個可包裹了金屬織物或者可以在相對的端部上具有增大部以座置在該對準(zhǔn)溝槽的底部中。在該后者的塞片密封件中，橋跨該位于部段之間間隙的中央部分與溝槽的側(cè)邊間置以及能允許該部段在垂直于該塞片密封件的方向上相對運動而不會使該塞片密封件粘住或撕裂。
本發(fā)明的特別優(yōu)點在于，能夠?qū)⑷芊饧难b到現(xiàn)有的蒸汽渦輪中而成為改進(jìn)整體機(jī)器性能的手段。為了實現(xiàn)這一點并且在用于維修的正常的停工期間，可將噴嘴部段拆卸亦即從該渦輪殼體中滾出。可在該開槽表面中加工出縫槽以接納該塞片密封件。然后將該部段與插入到相對的開槽表面間的塞片密封件一起滾回到上和下殼體中，依此在改裝后的現(xiàn)有渦輪中減少蒸汽泄漏流路。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，設(shè)置了蒸汽渦輪，其包括轉(zhuǎn)子，它載有多個沿周向間置的葉片并形成蒸汽渦輪部分的機(jī)級；靜止殼體環(huán)繞著該轉(zhuǎn)子并包括多個噴嘴部段，其載有多個噴嘴并形成該蒸汽渦輪部分的另一機(jī)級；每個所述部段具有端表面并分別地沿周向與在周向相鄰部段的相對端表面對準(zhǔn)；每個端表面包括至少一個在基本周向上開口并且在周向上與沿周向相鄰端表面的所述縫槽相對準(zhǔn)的第一縫槽以及延伸在沿周向相鄰部段的每個相鄰端表面之間并位于該縫槽中以減少或消除通過該對準(zhǔn)的端表面的蒸汽泄漏流的第一塞片密封件。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，提供蒸汽渦輪，其包括多個沿周向間置的葉片和形成載有蒸汽渦輪部分的轉(zhuǎn)子的機(jī)級；靜止殼體環(huán)繞著該轉(zhuǎn)子并包括多個載有多個噴嘴的噴嘴部段和構(gòu)成該蒸汽渦輪部分的另一機(jī)級；噴嘴部段包括載有至少一個定子葉片以形成該噴嘴的至少一部分的燕尾形底部；該殼體具有沿周向延伸的燕尾形溝槽并接納所述噴嘴部段的燕尾形底部；每個所述部段底部具有端表面，其分別地在周向上與沿周向相鄰部段底部的相對的端表面對準(zhǔn)；該端表面包括沿周向上開口并基本上相互對準(zhǔn)的縫槽以及延伸在沿周向相鄰部段底部的每個相對端表面之間并位于該縫槽中以減少或消除通過該對準(zhǔn)端表面的蒸汽泄漏流的塞片密封件。
在本發(fā)明的另外優(yōu)選實施例中，設(shè)置渦輪，其具有轉(zhuǎn)子，環(huán)繞該轉(zhuǎn)子的靜止的殼體和多個位于沿周向圍繞殼體延伸的溝槽中沿周向延伸的噴嘴部段；一種改裝該噴嘴部段以在相鄰噴嘴部段的相對的端表面之間提供密封的方法包括步驟如下從該渦輪上拆卸該噴嘴部段；在該拆卸的噴嘴部段的每個端表面中形成至少一個縫槽；將塞片密封件安置在該噴嘴部段的相對的端表面縫槽中并將該噴嘴部段插入到該殼體的溝槽中，依此該塞片密封件延伸在相鄰部段之間以減少或消除在相鄰的部段間的蒸汽泄漏流。


圖1是通過轉(zhuǎn)子和蒸汽渦輪殼體的局部放大橫截面圖，以便說明按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的噴嘴部段的開槽表面中的塞片式密封件，圖2是相鄰噴嘴部段的局部徑向視圖，以便說明在該開槽表面之間具有塞片式密封件的傾斜開槽表面，圖3是應(yīng)用在該開槽表面之間的塞片式密封件的平面圖，圖4是不同形式的塞片式密封件的局部橫截面示意圖，圖5是塞片式密封件的另一形式的示意圖，以及圖6是塞片式密封件并表明覆蓋其中的金屬織物的放大橫截面示意圖。
零件編號表蒸汽渦輪10、轉(zhuǎn)子12、葉片14、旋轉(zhuǎn)軸線16、溝槽18，24、殼體20、噴嘴部段22、底部26、28葉片、鉤件30、凸緣32、箭頭34、端表面40、縫槽44，52，54、塞片密封件46，50，56，56，60，70，80、間隙48、密封件本體62，72、增大的端部64，69，76、彎曲部74、邊緣78、中央芯82、織物84。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，具體是圖1，其中表明總體表示為10的蒸汽渦輪的一部分，其包括轉(zhuǎn)子12并圍繞該轉(zhuǎn)子的周邊安裝了多個在圓周向上間置的葉片14，該轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線16。如表示的那樣，如這類結(jié)構(gòu)中所通用的該葉片排列配置在轉(zhuǎn)子上沿周向延伸的溝槽18中。蒸汽渦輪殼體20環(huán)繞著該轉(zhuǎn)子并包括多個噴嘴部段22，它們沿周向相互間置在殼體20的溝槽24中。每個噴嘴部段22包括底部26和從該底部26沿徑向往內(nèi)伸出的至少一隔板或定子葉片28，相鄰的葉片28則形成噴嘴。如傳統(tǒng)的那樣，可以理解，每個所述沿周向排列配置的噴嘴部段與接著沿周向排列配置的葉片14相結(jié)合構(gòu)成渦輪機(jī)級，在圖1中表明了兩個機(jī)級。
該噴嘴部段底部26一般是燕尾形結(jié)構(gòu)并在該底部26的軸向相對的側(cè)部上具有沿軸向延伸的鉤件30。該溝槽24則具有在軸向上互補(bǔ)的相對的鉤件或凸緣32以便位于該鉤件30之下。依此，該噴嘴部段保持在所述基本燕尾形的溝槽中。應(yīng)當(dāng)理解，該噴嘴部段在沿周向相互疊置在該溝槽24中。于是，該部段22的端表面40就處于相互對齊的狀態(tài)中。由于制造公差的原因以及運行條件下的熱力瞬變和其它因素，在該噴嘴部段的鄰接端面之間就產(chǎn)生間隙，如在圖2中以夸大方式表明的那樣。此外，也如圖2表示的那樣，該部段的端表面40相對于該軸向流動方向亦即該蒸汽流過該渦輪機(jī)級并實施做功的流動方向(如在圖1中通過箭頭34指示)傾斜一個角度。在該隔板28的前面的高壓區(qū)域中的蒸汽可以流過在該噴嘴部段22的底部26的端表面40之間形成的任何間隙，從而繞過通過該葉片的預(yù)定流路34。
為了使通過該部段22的開槽表面的泄漏流路最小化或消除掉，在該相鄰的噴嘴部段22的沿周向的對準(zhǔn)開槽表面40之間設(shè)置了塞片密封件，總體指示為46。例如，溝槽或縫槽44(圖2)設(shè)置在相鄰的沿周向延伸的噴嘴部段22的每個端表面中。這些縫槽沿周向相互對準(zhǔn)并且接納跨越該位于所述開槽表面之間間隙48的塞片密封件46。
如圖2和3所表明的，該塞片密封件46可包括具有基本平行四邊形的平金屬板。由于該噴嘴部段的小尺寸，該塞片密封件最好由例如具有0.010英寸厚度的薄的板金屬材料制成。如在圖1中所表明的，該塞片密封件46可包括第一塞片密封件50，其安置在位于所述噴嘴部段底部的對準(zhǔn)端表面中的沿軸向基本對準(zhǔn)的和沿周向延伸的縫槽52中。該第一塞片密封件50延伸在所述對準(zhǔn)縫槽52中從而將防止或減少在徑向往外方向上進(jìn)入該位于所述相鄰噴嘴部段底部26的開槽表面40之間間隙中的泄漏流。在該相鄰的噴嘴部段中的另外的或第二對縫槽54也相互對準(zhǔn)。該另外的或第二縫槽54接納第二塞片密封件56并在徑向向外的下游方向上傾斜以使在其間隙界面處進(jìn)入該位于噴嘴部段的相對的開槽表面40之間間隙48中的泄漏流消除或最小化。于是，每個在所述噴嘴部段開槽表面之間間隙設(shè)置了一對塞片密封件50，56以消除泄漏流或使其最小化。
應(yīng)當(dāng)理解，在相鄰的噴嘴部段22之間的端面間隙48可設(shè)置成初始設(shè)備制造的組成部分或者也可改裝到已有渦輪中。例如，將塞片密封件改裝到現(xiàn)有渦輪中，拆卸該渦輪亦即拆卸該上、外和內(nèi)殼體并且該噴嘴部段從該燕尾形溝槽24中滾出。然后在該噴嘴部段22的端表面40中形成該溝槽或縫槽52，54以分別地接納該塞片密封件50和56。采用這樣形成的溝槽，可使該部段滾回到該殼體的燕尾形溝槽中并使該塞片密封件50，56插入所述位于相鄰的端表面之間的端部縫槽中。作為選擇，可以應(yīng)用已經(jīng)形成有溝槽的新噴嘴部段來代替在所述拆卸的噴嘴部段中制造溝槽。
現(xiàn)在參照附圖4，表明了另外形式的塞片密封件44位于噴嘴部段22的沿周向相對的端表面40中的縫槽或溝槽如縫槽52中。該塞片密封件60可具有密封件本體62并沿著該密封件的相對的邊緣具有增大的端部69以便在該溝槽的底部的附近定位。于是，密封件本體62的中央部分66具有比該縫槽的寬度及該增大的端部64小的厚度尺寸以有助于該部段22的相對運動而不會導(dǎo)致該塞片密封件的損壞。塞片密封件60可以是在共同所有的US專利No.5,624,227中公開的那種類型，其公開內(nèi)容通過參考引證結(jié)合于本申請中。
參看附圖5，其中表示了其他形式的塞片密封件。圖5的塞片密封件70可由薄片金屬材料制成，其具有密封件本體72并在74處具有反向彎轉(zhuǎn)或彎曲的相對端部以便沿著該塞片密封件70的相對的側(cè)端形成增大的端部76。該反向彎曲部分的邊緣78面對該密封件本體的中央部分。和圖4的塞片密封件60的增大的端部64相同，增大的端部76配置在該縫槽的底部的鄰近并有助于該噴嘴部段的相對運動。這種類型的塞片密封件也公開在上述專利中。
在圖6中，表示了另外形式的塞片密封件46。在此，塞片密封件80具有由金屬制成的中央芯82并具有由織物84制成的覆蓋層84。該織物層可包括金屬，陶瓷和/或聚合物纖維，其進(jìn)行編織以形成一層織物。該覆蓋織物可由在共同-所有的US專利NO.5,934,687中公開的那種類型，其公開內(nèi)容通過參考引證結(jié)合在本申請中。
從上面描述可以理解到，塞片密封件設(shè)置在相鄰的噴嘴部段的開槽表面之間并且安置在該鄰接的開槽表面的溝槽中。該塞片密封件基本上軸向地延伸并且相對于該渦輪的軸線徑向上往外地和向下游傾斜地延伸以便防止或減少徑向和軸向上通過該噴嘴部段的底部的蒸汽泄漏。依此方式，縮短或消除了該泄漏路徑，從而提高通過這些機(jī)級的蒸汽流和由其完成的功。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合這些目前認(rèn)為是最實用和優(yōu)選的實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限在這些公開的具體實施例上，而是相反地意圖在于覆蓋那些包含在所附權(quán)利要求書的構(gòu)思和保護(hù)范圍內(nèi)的各種修改變型和等同配置方案。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽渦輪，其包括載有多個沿周向間置的葉片(14)并形成蒸汽渦輪部分的機(jī)級的一部分的轉(zhuǎn)子(12)；環(huán)繞著該轉(zhuǎn)子并包括多個噴嘴部段(22)的靜止的殼體(20)，其載有多個噴嘴以形成該蒸汽渦輪部分的機(jī)級的另一部分；每個所述部段具有端表面(40)，其分別與周向相鄰部段的相對端表面沿周向?qū)?zhǔn)，每個所述端表面包括至少一在基本周向上開口并與所述沿周向相鄰的端表面的縫槽在周向上對準(zhǔn)的第一縫槽(44，52，54)；以及延伸在周向相鄰的部段的每個所述相鄰端表面之間并位于所述縫槽中以用于使通過所述對準(zhǔn)的端表面的蒸汽泄漏流最小化或消除的第一塞片密封件(50；56)。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，每個所述塞片密封件(50)基本沿軸向和周向延伸以用于密封并防止該蒸汽在基本徑向上的泄漏流。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述塞片密封件(56)相對于所述通過所述渦輪機(jī)級的蒸汽流的方向在基本徑向向外向下游方向延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述相鄰端表面相互傾斜并相對于該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(16)傾斜，所述端表面相互位于基本平行。
5.如權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述噴嘴(28)和葉片(14)部分地限定通過該渦輪機(jī)級的蒸汽流路，該塞片密封件(50)基本在軸向和周向延伸以密封并防止在基本徑向上的泄漏流，第二塞片密封件(56)在沿周向相鄰部段的相對的端表面之間延伸，所述第二塞片密封件相對于該通過所述渦輪級的蒸汽流的方向在基本沿徑向向外傾斜地向下游方向上延伸。
6.一種蒸汽渦輪，其包括多個沿周向間置的葉片(14)并構(gòu)成載有蒸汽渦輪部分的轉(zhuǎn)子(16)的機(jī)級的一部分；靜止的殼體(20)環(huán)繞著該轉(zhuǎn)子并包括多個載有多個噴嘴的噴嘴部段(22)且構(gòu)成該蒸汽渦輪部分的機(jī)級的另一部分；所述噴嘴部段包括燕尾形底部(26)，其載有至少一個定子葉片(28)并構(gòu)成所述噴嘴的至少一部分；所述殼體具有沿周向延伸的燕尾形溝槽(24)并接納所述噴嘴部段的該燕尾形底部；每個所述部段底部具有端表面(40)，其分別與周向相鄰的部段底部的相對端表面對準(zhǔn)，所述端表面包括沿周向開口并基本上相互對準(zhǔn)的縫槽(44，52，54)；以及延伸在所述沿周向相鄰的部段底部的每個相對端表面之間并位于所述縫槽中以使通過所述對準(zhǔn)的端表面的蒸氣泄漏流最小化或消除的塞片密封件(50，56)。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪，其特征在于，每個所述塞片密封件(52)基本在軸向和周向上延伸以用于密封并防止蒸汽在基本徑向上的泄漏流。
8.如權(quán)利要求6所述的渦輪，其特征在于，每個所述塞片密封件(50)基本在徑向往外傾斜地向下游方向延伸以用于密封并防止在基本軸向上的蒸汽泄漏流。
9.在一種渦輪中，該渦輪具有轉(zhuǎn)子(12)、環(huán)繞著該轉(zhuǎn)子的靜止殼體(20)以及多個沿周向延伸并位于圍繞所述殼體沿周向延伸的溝槽(24)中的噴嘴部段(22)，改裝該噴嘴部段以在相鄰的噴嘴部段的相對端表面之間提供密封的方法包括步驟如下從該渦輪上拆卸該噴嘴部段(22)；在該拆卸的噴嘴部段的每個端表面中形成至少一個縫槽(44，52，54)；將塞片密封件(50，56)安置在該噴嘴部段的相對端表面的縫槽中；以及將該噴嘴部段插入該殼體的溝槽(24)中，依此該塞片密封件在相鄰的部段之間延伸使得在所述相鄰部段之間的蒸汽泄漏流最小化或消除。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括在該拆卸的噴嘴部段的每個端表面中形成兩個縫槽(52，54)；并將塞片密封件(50，56)安置在該相對的端表面的每個縫槽中；依此該兩個塞片密封件就在該部段組裝于渦輪中情況下延伸在相鄰的噴嘴部段之間。
全文摘要
裝有葉片(28)的噴嘴部段(42)接納在蒸汽渦輪的外殼體(20)的周向延伸的基本燕尾形溝槽(24)中，該噴嘴部段與該蒸汽渦輪的旋轉(zhuǎn)葉片形成機(jī)級的一部分。該噴嘴部段的鄰接的底部(26)的傾斜端表面(40)設(shè)有周向開口的縫槽(52，54)以接納塞片密封件(50，56)。該塞片密封件使通過位于相鄰的噴嘴部段之間間隙(48)的蒸汽泄漏流最小化或消除，因此增強(qiáng)了通過該噴嘴的隔板的蒸汽流。
文檔編號F01D25/24GK1475654SQ0314368
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月30日
發(fā)明者S·S·博德吉克, S S 博德吉克 申請人:通用電氣公司