專利名稱：用于改進(jìn)汽輪機(jī)的方法和裝置及改進(jìn)的汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于改進(jìn)汽輪機(jī)的裝置和方法及改進(jìn)的汽輪機(jī)。具體地說，本發(fā)明涉及用于將基本上為反擊級結(jié)構(gòu)的大直徑蒸汽通道更換為基本上為沖擊級結(jié)構(gòu)的小直徑蒸汽通道，并同時將某些部件包括原始汽輪機(jī)的外殼保持在改進(jìn)的汽輪機(jī)中的方法。
背景技術(shù)：
在汽輪機(jī)技術(shù)中，普遍流行的是兩條不同的蒸汽通道結(jié)構(gòu)。在反擊級渦輪結(jié)構(gòu)中，大約50％的級壓力降發(fā)生在經(jīng)過旋轉(zhuǎn)葉片的時候，并增大了蒸汽的速度和通過反作用和動量轉(zhuǎn)化將能量傳給葉片。在沖擊級渦輪結(jié)構(gòu)中，理論上說，整個級的壓力降都在噴嘴中轉(zhuǎn)化為速度。在經(jīng)過旋轉(zhuǎn)葉片時沒有壓力降通過動量轉(zhuǎn)化來改變蒸汽的方向并吸收能量。
在沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道中，葉輪和導(dǎo)流隔板式機(jī)械結(jié)構(gòu)是典型的結(jié)構(gòu)，而在反擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道中是鼓式結(jié)構(gòu)。但是，沖擊級結(jié)構(gòu)可采用葉輪和導(dǎo)流隔板式或鼓式結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)和效率的改進(jìn)可在不顯著增加級反作用力的情況下增大沖擊級結(jié)構(gòu)的根部反作用力。也就是，通過增大沖擊級結(jié)構(gòu)的反作用力但反作用力基本上小于反擊級結(jié)構(gòu)的反作用力來提高汽輪機(jī)的效率。在該改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道中，尺寸和結(jié)構(gòu)基本上不同于反擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道。例如，改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的葉片根部直徑和長度比反擊級結(jié)構(gòu)的相應(yīng)尺寸小，小大約50％的量級。因此，改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道的內(nèi)殼直徑比反擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道的內(nèi)殼的相應(yīng)直徑要小得多。沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道通常還具有一個較小直徑的外殼。雖然這些尺寸和結(jié)構(gòu)不同，但最好將具有現(xiàn)有反擊級蒸汽通道的汽輪機(jī)改進(jìn)成使其具有改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道，從而形成一種改進(jìn)的高效汽輪機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，提供用于將作為反擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道特征的大直徑蒸汽通道改造成作為改進(jìn)的高效沖擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道特征的小直徑蒸汽通道的方法?？梢岳斫猓谧鳛楦倪M(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道特征的小直徑轉(zhuǎn)子和內(nèi)殼代替反擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道的相應(yīng)的內(nèi)部部件的同時，仍然需要利用現(xiàn)有汽輪機(jī)的外殼并具有改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道以及其它部件。也就是，簡單地將反擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道替換為改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道需要內(nèi)殼結(jié)構(gòu)具有長且厚的支承延伸部來適應(yīng)現(xiàn)有汽輪機(jī)的大的外殼，而這是不理想的。厚的延伸部難于進(jìn)行鑄造并會在改進(jìn)的蒸汽通道升溫和降溫過程中產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。因此，本發(fā)明在改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的替換蒸汽通道和從前容納反擊級結(jié)構(gòu)蒸汽通道的渦輪外殼之間設(shè)置一個連接裝置。該連接裝置還可保持沿軸向、豎直方向和徑向的定位，同時使內(nèi)殼厚度保持最小以避免在不穩(wěn)定工作過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力。
為了將反擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道改造成本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道，卸下反擊級結(jié)構(gòu)的內(nèi)殼和轉(zhuǎn)子，并更換為改進(jìn)的沖擊級結(jié)構(gòu)的內(nèi)殼和轉(zhuǎn)子。由于原先渦輪外殼和沖擊級結(jié)構(gòu)替換的蒸汽通道的內(nèi)殼之間存在間隙，因此，在新的內(nèi)殼和舊的外殼之間設(shè)置一個連接或橋接件。具體地說，在新的內(nèi)殼和原始外殼之間插入對分的承載部件或環(huán)半部，并使直徑減小的蒸汽通道可安裝到具有原先的大直徑蒸汽通道的渦輪外殼中。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種通過改進(jìn)第一汽輪機(jī)而形成一個改進(jìn)的第二汽輪機(jī)的方法，所述第一汽輪機(jī)具有外殼和具有第一直徑的第一蒸汽通道，所述外殼包括一對上半和下半外殼，第一蒸汽通道部分地由第一內(nèi)殼和第一轉(zhuǎn)子構(gòu)成，所述方法包括以下的步驟(a)從第一汽輪機(jī)的下半外殼卸下上半外殼、第一內(nèi)殼和第一轉(zhuǎn)子，(b)將下承載部件插入到下半外殼中，(c)提供第二轉(zhuǎn)子和第二內(nèi)殼，第二轉(zhuǎn)子和第二內(nèi)殼部分地構(gòu)成具有第二直徑的第二蒸汽通道，第二直徑小于第一蒸汽通道的第一直徑，(d)將第二內(nèi)殼的下半內(nèi)殼設(shè)置在下承載部件中，(e)將第二轉(zhuǎn)子設(shè)置在第二內(nèi)殼的下半內(nèi)殼中，(f)將第二內(nèi)殼的上半內(nèi)殼設(shè)置在第二轉(zhuǎn)子周圍，(g)將上承載部件設(shè)置在第二內(nèi)殼的上半內(nèi)殼周圍，(h)將上半外殼固定到第一汽輪機(jī)的下半外殼上，從而形成一個具有直徑減小的第二蒸汽通道的改進(jìn)的第二汽輪機(jī)。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種通過改進(jìn)第一汽輪機(jī)而形成一個第二汽輪機(jī)的方法，所述第一汽輪機(jī)具有基本上為反擊級結(jié)構(gòu)的第一蒸汽通道，所述第二汽輪機(jī)具有基本上為沖擊級結(jié)構(gòu)的第二蒸汽通道，所述方法包括以下的步驟(a)從第一汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)的外殼上卸下構(gòu)成基本上為反擊級第一汽輪機(jī)的第一蒸汽通道部件的第一內(nèi)殼和第一轉(zhuǎn)子，(b)在第一汽輪機(jī)的外殼中設(shè)置一個具有第二汽輪機(jī)沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道，該蒸汽通道包括第二內(nèi)殼和第二轉(zhuǎn)子，將所述承載部件設(shè)置在第二內(nèi)殼和第一汽輪機(jī)的外殼之間來橋接它們之間的間隙。
在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種改進(jìn)的汽輪機(jī)，其包括一個圍繞轉(zhuǎn)子并確定蒸汽通道的內(nèi)殼、一個圍繞內(nèi)殼和轉(zhuǎn)子的外殼和一個位于內(nèi)殼和外殼之間來橋接內(nèi)殼與外殼之間間隙的橋接結(jié)構(gòu)件。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的雙流式汽輪機(jī)的局部橫截面圖；圖2是圖1所示汽輪機(jī)的橫截面圖，其示出了從虛線表示的汽輪機(jī)中取出且根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例可對圖1所示汽輪機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的部件；圖3-8示出了對圖1所示汽輪機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的各個步驟；圖9是與圖1類似的視圖，其示出了改進(jìn)后的汽輪機(jī)；圖10是根據(jù)本發(fā)明改進(jìn)的汽輪機(jī)去除上部外殼后的透視圖。
具體實(shí)施方式圖1和2示出了汽輪機(jī)10，該汽輪機(jī)包括裝有渦輪葉片或轉(zhuǎn)子葉片13的轉(zhuǎn)子12、裝有定子葉片15的內(nèi)殼14和分別包括上和下兩半外殼17和19(圖2)的外殼16。汽輪機(jī)10是雙流式汽輪機(jī)，流經(jīng)徑向入口的蒸汽通常變?yōu)檩S向流動并沿箭頭18所示的蒸汽通道沿相反的方向流動。汽輪機(jī)10是反擊式汽輪機(jī)，其具有如圖所示的鼓形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。通常，與類似尺寸的沖擊級渦輪結(jié)構(gòu)相比，基本上反擊式汽輪機(jī)具有從葉片的根部直徑到葉片的外頂端的大致徑向的長度?？梢岳斫?，轉(zhuǎn)子由實(shí)心的整體長形軸構(gòu)成，該軸沿雙流式汽輪機(jī)的兩個相對的渦輪區(qū)段例如圖示的兩個相對的第一和第二渦輪區(qū)段22和24延伸。另外，內(nèi)殼14由通常通過螺栓連接在一起的上半內(nèi)殼21和下半內(nèi)殼23(圖2)構(gòu)成。外殼16通常由完全包圍內(nèi)殼的上半外殼和下半外殼構(gòu)成，這兩半外殼通過螺栓相互連接在一起。
蒸汽通道被定義為包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子葉片和裝有定子葉片的內(nèi)殼。因此，圖1所示的反擊式汽輪機(jī)的蒸汽通道26包括轉(zhuǎn)子12、渦輪葉片13、內(nèi)殼14和定子葉片15。人們已發(fā)現(xiàn)最好將汽輪機(jī)10(反擊級式)改進(jìn)成具有一個新改進(jìn)的但還具有增大的反擊級的沖擊式蒸汽通道主體結(jié)構(gòu)。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的反擊式汽輪機(jī)的蒸汽通道相比，該改進(jìn)的蒸汽通道基本上具有減小的直徑。根部直徑和葉片到其頂端的長度一起使蒸汽通道的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)汽輪機(jī)的蒸汽通道直徑，例如，小大約50％的量級。如前所述，為了對具有較小直徑蒸汽通道的汽輪機(jī)10進(jìn)行改進(jìn)，要求內(nèi)殼徑向增大以便溝通外部和蒸汽通道之間的間隙。蒸汽通道的尺寸和結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致內(nèi)殼的外徑遠(yuǎn)小于外殼的內(nèi)徑。用于溝通現(xiàn)有技術(shù)汽輪機(jī)的外殼和其蒸汽通道之間間隙的較厚內(nèi)殼結(jié)構(gòu)會在蒸汽通道升溫和降溫過程中產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。在內(nèi)殼和外殼之間設(shè)置一個隔離件或承載件。隔離件或承載件可保持軸向和徑向定位，同時使內(nèi)殼厚度保持到改進(jìn)的沖擊式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)蒸汽通道所要求的最小程度。
圖9示出了利用改進(jìn)的蒸汽通道所獲得的改進(jìn)的汽輪機(jī)28，其所提供的渦輪結(jié)構(gòu)可保持一個適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)的蒸汽通道內(nèi)殼厚度，同時可將蒸汽通道改進(jìn)成現(xiàn)有技術(shù)汽輪機(jī)10的外殼16。通常，改進(jìn)的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)包括裝有轉(zhuǎn)子葉片或渦輪葉片31的轉(zhuǎn)子30、由上半和下半內(nèi)殼34和36構(gòu)成且裝有定子葉片33的內(nèi)殼32、包括至少一對上半和下半承載部件38和40的承載部件或結(jié)構(gòu)橋接件37以及由包括上半和下半外殼17和19的現(xiàn)有技術(shù)的汽輪機(jī)10的外殼16構(gòu)成的外殼。改進(jìn)的汽輪機(jī)28包括改進(jìn)的蒸汽通道44，其包括轉(zhuǎn)子30、轉(zhuǎn)子葉片或渦輪葉片31、內(nèi)殼32和定子葉片33。改進(jìn)的汽輪機(jī)28可以是一種雙流式汽輪機(jī)，其中，蒸汽分別經(jīng)第一和第二渦輪區(qū)段46和48沿箭頭45所示的兩個相反方向流動，但本發(fā)明也可用于雙流式汽輪機(jī)以外的其它類型的汽輪機(jī)。
為了對具有蒸汽通道44的汽輪機(jī)10進(jìn)行改進(jìn)，如圖2-8所示。圖2是汽輪機(jī)10的橫向截面圖，其示出了將蒸汽通道26替換為蒸汽通道44的方法。首先卸掉現(xiàn)有技術(shù)汽輪機(jī)10的外殼16的上半外殼17。然后卸掉內(nèi)殼14的上半內(nèi)殼21。
通過卸掉上半外殼和上半內(nèi)殼，露出轉(zhuǎn)子12，并將轉(zhuǎn)子12從汽輪機(jī)中取出。然后，將下半內(nèi)殼23從下半外殼19上卸下。在圖2中，下半外殼19作為蒸汽通道44的導(dǎo)入起始點(diǎn)，被卸下的部件由虛線表示。
為了安裝新的蒸汽通道44，如圖3所示，將下內(nèi)承載部件40設(shè)置在汽輪機(jī)10的下半外殼19中。在圖示情況下，由于改進(jìn)的汽輪機(jī)是與原始汽輪機(jī)10相同的雙流式汽輪機(jī)，因此，將兩個下承載部件40在沿軸向基本上與汽輪機(jī)10的第一和第二渦輪區(qū)段22和24的軸向位置相應(yīng)的軸向間隔位置上設(shè)置在汽輪機(jī)10的下半外殼19中。然后，如圖4所示，使包括蒸汽通道44的定子葉片33的下半內(nèi)殼36降低到下承載部件40中。然后如圖5所示，將蒸汽通道44的轉(zhuǎn)子30降低到該組件中。在進(jìn)行了為最終安裝作準(zhǔn)備的轉(zhuǎn)子對中和其它維護(hù)之后，如圖6所示，將上半內(nèi)殼34安裝到下半內(nèi)殼36上，并通過螺栓將兩半內(nèi)殼連接在一起。然后，將兩個上半承載部件38安裝在上半內(nèi)殼34周圍，并通過螺栓連接到下半承載部件36上而形成一個剛性組件。采用未示出的定位鍵使內(nèi)殼32相對于承載部件38和40定位，并使承載部件相對于外殼16定位。然后如圖8所示安裝汽輪機(jī)10的上半外殼17，并通過螺栓連接到下半外殼19上。因此，承載部件38和40就在現(xiàn)有技術(shù)汽輪機(jī)10的外殼16的內(nèi)徑和構(gòu)成蒸汽通道44部件的內(nèi)殼32的外徑之間形成一個連接裝置。圖10局部地示出了改進(jìn)的汽輪機(jī)，出于圖示的目的，取掉了上半外殼。
盡管上面已結(jié)合被認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，這并不是要將本發(fā)明局限在所述的實(shí)施方式中，正相反，這是為了能夠覆蓋所有符合本發(fā)明所附權(quán)利要求書所限定技術(shù)方案的宗旨和范圍的各種變型和等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種通過改進(jìn)第一汽輪機(jī)(10)而形成一個改進(jìn)的第二汽輪機(jī)(28)的方法，所述第一汽輪機(jī)具有外殼(16)和具有第一直徑的第一蒸汽通道(18)，所述外殼包括一對上半和下半外殼(17、19)，第一蒸汽通道部分地由第一內(nèi)殼(14)和第一轉(zhuǎn)子(12)構(gòu)成，所述方法包括以下的步驟從第一汽輪機(jī)的下半外殼(19)上卸下上半外殼(17)、第一內(nèi)殼(14)和第一轉(zhuǎn)子(12)；將下承載部件(40)插入到下半外殼中；提供第二轉(zhuǎn)子(30)和第二內(nèi)殼(32)，第二轉(zhuǎn)子和第二內(nèi)殼部分地限定具有第二直徑的第二蒸汽通道(44)，第二直徑小于所述第一蒸汽通道的第一直徑；將所述第二內(nèi)殼的下半內(nèi)殼(36)設(shè)置在下承載部件中；將所述第二轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述第二內(nèi)殼的下半內(nèi)殼中；將所述第二內(nèi)殼的上半內(nèi)殼(34)設(shè)置在第二轉(zhuǎn)子周圍；將上承載部件(38)設(shè)置在第二內(nèi)殼的上半內(nèi)殼周圍；將上半外殼(17)固定到第一汽輪機(jī)的下半外殼(19)上，從而形成一個具有直徑減小的第二蒸汽通道的改進(jìn)的第二汽輪機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括將所述第二內(nèi)殼的所述上半內(nèi)殼(34)和所述下半內(nèi)殼(36)相互固定在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述上和下承載部件分別包括半承載部件(38、40)，并包括將所述上半承載部件和所述下半承載部件相互固定在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一汽輪機(jī)包括雙流式蒸汽通道，該蒸汽通道具有一個中間蒸汽入口，該入口可供蒸汽經(jīng)第一汽輪機(jī)的沿軸向間隔并可拆卸的第一和第二單獨(dú)渦輪區(qū)段(22、24)沿相反的軸向流動，其中，步驟(b)包括將單獨(dú)的下承載部件(40)在大致與拆卸下的第一和第二單獨(dú)渦輪區(qū)段的軸向位置相對應(yīng)的軸向間隔位置處插入到下半外殼(19)中，且步驟(g)包括將軸向間隔的單獨(dú)上承載部件(38)設(shè)置在第二內(nèi)殼的上半內(nèi)殼(34)周圍并與下承載部件對準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括順序地執(zhí)行步驟(a)、(b)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)。
6.一種通過改進(jìn)第一汽輪機(jī)(10)而形成一個第二汽輪機(jī)(28)的方法，所述第一汽輪機(jī)具有基本上為反擊級結(jié)構(gòu)的第一蒸汽通道(18)，所述第二汽輪機(jī)具有基本上為沖擊級結(jié)構(gòu)的第二蒸汽通道(44)，所述方法包括以下的步驟從第一汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)的外殼(16)上卸下構(gòu)成基本上為反擊級第一汽輪機(jī)的第一蒸汽通道部件的第一內(nèi)殼(14)和第一轉(zhuǎn)子(12)；在第一汽輪機(jī)的外殼(16)中設(shè)置一個具有第二汽輪機(jī)(28)沖擊級結(jié)構(gòu)的蒸汽通道(44)，該蒸汽通道包括第二內(nèi)殼(34、36)和第二轉(zhuǎn)子(30)，將所述承載部件設(shè)置在第二內(nèi)殼和第一汽輪機(jī)的外殼之間來橋接它們之間的間隙。
7.一種改進(jìn)的汽輪機(jī)，其包括一個圍繞轉(zhuǎn)子并確定蒸汽通道(44)的內(nèi)殼(34、36)；一個圍繞所述內(nèi)殼和所述轉(zhuǎn)子(30)的外殼(16)；一個位于所述內(nèi)殼和外殼之間來橋接內(nèi)殼與外殼之間間隙的橋接結(jié)構(gòu)件(38、40)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽輪機(jī)，其中，所述內(nèi)殼包括上半和下半內(nèi)殼(34、36)，所述外殼包括上半和下半外殼(17、19)，所述橋接件包括位于上半內(nèi)殼和上半外殼之間的上半承載部件(40)和位于下半內(nèi)殼和下半外殼之間的下半承載部件(40)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽輪機(jī)，其中，所述汽輪機(jī)包括雙流式蒸汽通道，該蒸汽通道具有中間蒸汽入口和一對位于所述入口的相反兩側(cè)并沿軸向間隔的渦輪區(qū)段(22、24)，所述上半承載部件包括一對軸向間隔并基本上在徑向與相應(yīng)的渦輪區(qū)段對準(zhǔn)的上半承載件(38)，所述下半承載部件(40)包括一對軸向間隔并基本上在徑向與相應(yīng)的渦輪區(qū)段對準(zhǔn)的下半承載件(38)。
全文摘要
通過利用與第一汽輪機(jī)共同的部件可將反擊級結(jié)構(gòu)的第一汽輪機(jī)改進(jìn)成基本上為沖擊級結(jié)構(gòu)的第二汽輪機(jī)。為了將新的蒸汽通道改進(jìn)到第一汽輪機(jī)中，將第一汽輪機(jī)的上半外殼、上半內(nèi)殼和轉(zhuǎn)子拆卸下來而留下下半外殼。將下承載部件安裝在下半外殼中。將構(gòu)成新的蒸汽通道部件的下半內(nèi)殼安裝在下承載環(huán)上。安裝構(gòu)成新蒸汽通道部件的轉(zhuǎn)子。將上半內(nèi)殼通過螺栓連接到下半內(nèi)殼上并圍繞轉(zhuǎn)子，將上承載部件通過螺栓連接到下承載部件上。最后，將上半外殼通過螺栓連接到下半外殼上。從而就利用現(xiàn)有汽輪機(jī)的外殼將直徑減小的新蒸汽通道改進(jìn)到原先的汽輪機(jī)中。
文檔編號F01D25/14GK1497134SQ20031010134
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者J·H·沃甘, J H 沃甘, D·A·卡魯索, 卡魯索 申請人:通用電氣公司