專利名稱：用于軸流式汽輪機的圍帶的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于密封汽輪機動葉片和殼體間間隙的裝置，該汽輪機的外殼具有錐形的輪廓，所述的動葉片設有環形的圍板，該圍板在構成徑向間隙的同時相對設有密封條的殼體形成密封。
這種裝置已經公知，其形成一種具有純徑向間隙的平滑或階梯形半曲徑式密封。這種密封在后面根據圖2予以描述。
由于具有較好的效率和較高的可靠性，這種形式的間隙密封現在也已經用于冷凝式汽輪機倒數第二級的動葉片。這里，在450米/秒的圓周速度下對力學性能的要求是相當高的，而在約90℃下的熱條件則是合適的。對幾何形狀要求的問題是一方面，由于大的錐度，使得殼體壁中的前述公知密封裝置具有深的空腔，另一方面，由于轉子和殼體間較大的膨脹差，導致上述半曲徑式密封具有寬的空腔。
在密封的入口區域形成大的空腔會導致在葉片通道中主流介質不期望的橫向交換。這種橫向交換因在葉片前棱平面內兩相鄰葉片間壓差的巨大波動而加劇。此外，在該區域主流和圍帶的側壁會激發一種強烈的渦流。
其密封條設在殼體上并相對環形圍帶形成密封的半曲徑式密封不太有效，因為在這種條件下工作間隙必須具有約自由空腔高度三分之一的尺寸，所以，即使是多個密封條也不比單獨一個密封條有效多少。
最后，密封出口區域較大的空腔也會在葉片通道中產生不期望的主流橫向交換，因為在此兩相鄰葉片尖端間的壓差也會產生較大的渦流。此外，在該區域完全失去了對主流的導引。
此外，這種密封的缺點是在外密封條后面形成較大的渦流空間，該空間會造成出口側間隙流的大量消耗。
本發明的目的是對開始所述類型的葉片提供一種具有新的圍帶幾何形狀的密封，該密封在滿足所有邊界條件的同時，具有較好的效用。
本發明的上述目的由權利要求1限定的特征達到。
可以理解，本發明的優點是，新型的密封僅出現較小的間隙量，此外，間隙流可有效地匯入主流。
附圖表示本發明的軸流冷凝式汽輪機末級的一個實施例。


圖1是帶有圍板密封的低壓汽輪機的部分縱向剖視圖；圖2是現有技術帶有圍板密封的末級動葉片尖端的部分縱向剖視圖；圖3是本發明帶有圍板密封的末級動葉片尖端的部分縱向剖視圖；圖4和圖5是帶有變型結構圍板的末級動葉片尖端的部分縱向剖視圖；圖6是帶有變型結構圍板的、一具有弱錐度級的動葉片尖端的部分縱向剖視圖；圖7是帶有變型結構圍板的、一具有大錐度級的動葉片尖端的部分縱向剖視圖。
附圖中僅示出了用于理解本發明的主要部件。工作介質的流動方向以箭頭表示。
圖1表示了一個低壓葉片組的三個中間級，其每級由一個導引列Le和一個轉動列La組成。在此，級Le3/La3相應于倒數第二級。根部21嵌入轉子9環形槽內的轉動葉片La在其葉片端部設有圍板16，該圍板的徑向外部輪廓根據轉動列而呈不同幾何形狀的階梯狀。在形成曲徑式密封15的同時，它們的階梯相對于以適當方式設置在轉子9中的密封條密封。根部13嵌入定子8環形槽內的導向葉片Le在其葉片端部設有圍板20。在形成曲徑式密封19的同時，它們也相對于以適當方式設置在轉子9中的密封條密封。
在初始狀態，通流通道50在定子上具有錐形伸展的外輪廓51，在轉子上具有圓柱形伸展的內輪廓11，但兩者并非絕對如此。不管側壁的實際輪廓如何，在轉動葉片區域的外限流輪廓10總是由轉動葉片La的面向通道的圍板16所構成。直接位于圍板16、20上游的是軸向間隙18，它構成曲徑式密封的出口40。直接位于圍板16、20下游的是軸向間隙26，它構成曲徑式密封的出口42。原則上所述的間隙由定子部分于另一側予以限定，該定子部分用于在沒有葉片的平面內導流。
圖2表示了開頭所述現有技術中轉動列La3的圍板密封，它主要包括圍板16A，圍板16A在整個葉片寬度上伸展，并借助其外經和四個插入定子8A中的密封條17A而形成一個具有純徑向間隙的半曲徑式密封。可以看到大空間的曲徑式密封入口40A和結構不合理的曲徑式密封出口42A。通道側壁在通入排泄孔時用標號54表示。
如圖3所示，根據本發明，現在以三重方式來改善圍帶的幾何形狀和其在定子中的嵌置。
為了減小流動介質的橫向交換和渦流強度，徑向空腔在曲徑式密封入口在其徑向伸展方向分成兩個軸向相互交錯的空腔，即呈實例中的鋸齒形。為此，在定子中環形槽的輪廓首先向內朝著流動介質伸展、然后再軸向向外伸展而形成一個伸入空腔的齒41。圍板16的輪廓與此相適應。圍板16設有與所述齒的形狀相對應的后切口43。后切口43的軸向走向部分的直徑尺寸應使得圍板和定子在裝配和非穩態運行中不相互接觸。與圖2比較表明，在運行位置，定子和圍板之間具有一個很小的出入間隙18。所以，間隙流量由該新方案而得以顯著減小。
此外，用一個全曲徑式密封取代公知的半曲徑式密封。為此，圍板的外側直徑呈階梯狀，并且只設兩個節流位置。兩個插入定子內并總是作用在一個級的密封條17限定了一個良好作用的渦流腔22。通過所述節流位置由于其徑向交錯而不會相互影響。利用該全曲徑式密封進一步減小了間隙流量。
第三個措施是改善曲徑式物流向主通道內的再次流入。為此，將曲徑式密封出口42處的空腔在徑向方向減小至允許的最小程度。間隙流由相對通常錐度向外彎曲的定子側壁立即接收，因此可以大大減少流動介質有害的橫向交換，并可大幅度避免高能間隙流不必要的消耗。此外，主流的總壓力分布也受到彎曲定子側壁的有利影響。
為此，通道50的限流側壁直接在轉動葉片La3的出口處設有一個彎曲角A，該角度的大小應使得從轉動葉片的外流是均勻的，而不管總壓力和外流的角度如何。在該實例中，這意味著角度A被限定為正的(positiv)。所述的彎曲側壁部分沿徑向向外伸展，即，其走向離開機器的軸線(未示出)。這種結構減小了依賴于間隙的壓力區所引起的流動介質橫向交換。這是因為所述的橫向交換可能是由于在葉片特別敏感的抽吸側所存在的分離造成的。
彎曲角的選擇基于下述考慮在轉動葉片的出口具有均勻的流動，而在柱面處具有渦流。至少在徑向外部區域中的流動具有比徑向內部轉子區域的流動高得多的能量，這以在徑向外部區域中非常高的總壓力形式表現出來。根據彎曲角的方案，現在需要將葉片高度上的總壓力及流出角的不均勻性降到可能的最低幅度。徑向平衡方程式指出，這可以首先借助流線的子午線曲率來達到。所以，必須首先通過調整彎曲角來影響子午線曲率，然后，當相應的彎曲角A相對于通道的錐形輪廓總是向外打開時，則可以在外邊側壁得到一種均勻的壓力分布。這樣就有利地降低了該區域的總壓力。
要完全實現彎曲角方案需要在一個特定區域精確地導引流動，這可以由這樣的認識來達到，即，由葉片回轉所產生的流動不均勻性會逐漸在一個距離上消失，該距離對應于由葉片分布所確定的轉動葉片出口和導向葉片入口之間的一半距離。
有利是，所述的側壁還在下游、至少大約在下級(未示出)導向葉片的入口區域設有一個徑向向內的彎曲角B。
具有彎曲角B的側壁在下游導向葉片的根部區域于相對的彎曲角之后重又徑向向內伸展，這樣，在導向葉片根部和后面的轉動葉片圍板之間由軸向間隙18分開而產生的限流側壁就具有一個公共點P，該點至少在大致所述下級轉動葉片入口的平面內具有初始的直通道輪廓。這些情況都示于有關該側壁的圖3中，該側壁位于空腔的上游可以成為前面導向葉片根部的限流部分。
在上游側壁的相對彎曲角增加下游曲徑式密封上的負壓或減小其正壓，這可以進一步減小間隙流量。
在下面描述的典型實施例中，起相同作用的部件具有與圖3相同的標號。
圖4表示了一個方案，其中圍帶具有與圖2和圖3相同的約25°的錐度。空腔在曲徑式密封入口沿其徑向伸展而分成三個軸向交錯的空腔40a、40b、40c。三個插入定子中定位的密封條17布置在曲徑式密封的出口。
同樣，為了改善曲徑式物流再次流入主通道，在緊靠最后密封條之后的曲徑式密封出口42處，所述的空腔在徑向收縮到一個允許的最小尺寸。原則上該最小尺寸也配置在前面的空腔中。為此，圍板16成階梯狀結構。各空腔由在第一段大致水平伸展然后彎曲的密封條52密封。這些密封條52最好靠其水平伸展段插在軸向伸展的殼體部分之中。顯然也能夠使用其他固定方法和幾何形狀。
圖4所示的圍板處于正常的工作位置。前密封條52作用在圍板水平階梯的前邊緣，后密封條17作用在最后的水平圍板階梯上。
圖5以略微縮小的比例表示圍板處于其極限位置，即機器開動前或停車時的非穩態位置。可以看到，在點劃線所示的位置，密封條52接合在軸向和徑向階梯部分的交點處。特別是為了方便，將所述的徑向階梯部分設計得相對于流動方向傾斜。此外，密封條的曲率可以使之在圍板仍處于極限位置的時候方便地脫離。此外，在該位置，最前面的密封條17相對水平伸展的后圍板部分形成密封。在虛線所示的位置，密封條52不再處于接合狀態，在此，僅最后的密封條17形成密封并由此而防止工作介質無控制地流過間隙42。
圖6所表示的新方案中，圍板具有大約10°的錐度，其用于汽輪機低壓部分的前級。在此，空腔被分成兩個分空腔40a和40c，這兩個分空腔由一個在第一段大致水平伸展然后彎曲的密封條52隔開。該密封條作用在一個單一階梯結構的圍板16上。其余密封條17的設置方式應使得即使在極限位置也至少有一個密封條52或17起作用。
最后，在圖7表示的新方案中，圍板具有約45°的錐度，其用于汽輪機的后低壓級。在此可以看到，即使在這樣的極限通道開口的情況下圖4的方案也可以方便地加以應用。此外，該方案的優點是可以避免上述在入口處向內指向并對流體力學性能有害的彎曲角B，也就是說圍帶的輪廓在此與整個預定的通道輪廓相對應。
與現有技術相比，本發明上述表示及描述方案的優點是，由于階梯狀結構、特別是傾斜伸展的徑向部分，大大增加了可用的密封長度。此外，根據圖4、6、7，至少圍板具有小的重量。
權利要求
1．用于密封汽輪機轉動葉片和具有錐形輪廓(51)的定子(8)之間間隙的裝置，所述的轉動葉片(La3)在頂端設有環形圍板(16)，該圍板伸入定子空腔中，其在形成徑向間隙的同時相對設有密封條(17)的定子密封，其特征在于，所述的空腔在曲徑式密封出口(40)處沿其徑向伸展分成至少兩個軸向相互交錯的空腔，并且圍板(16)呈階梯狀，其至少具有兩個相對定子的節流點，密封條(17)封閉一個渦流腔(22)并各自作用在一個階梯上。
2．根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在曲徑式密封入口(40)處，所述的定子(8)中的空腔輪廓首先向流料內伸展，然后再沿軸向向外伸展，并形成突入空腔的齒(41)，圍板(16)設有一個后切口(43)，該切口與齒(41)的形狀相對應。(圖3)
3．根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，圍板(16)為階梯狀，在每個階梯上至少作用一個大致水平伸展的彎曲密封條(52)。(圖4、6、7)
4．根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述圍板階梯徑向向外指向的表面相對于流動方向傾斜。
5．根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在曲徑式密封出口處的空腔(42)被縮小，以形成一個具有最小尺寸的窄間隙。
6．根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，圍板(16)的內限流側壁緊靠葉片體的后棱設有一個徑向向外的彎曲角(A)。
7．根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，通道(50)的限流側壁緊靠曲徑式密封入口(40)處設有一個徑向向內指向的彎曲角(B)。
全文摘要
本發明涉及一種用于密封汽輪機轉動葉片和具有錐形輪廓(51)的定子(8)之間間隙的裝置,所述的轉動葉片(La3)在頂端設有環形圍板(16),該圍板伸入定子空腔中,其在形成徑向間隙的同時相對設有密封條(17)的定子密封,所述的空腔在曲徑式密封出口(40)處沿其徑向伸展分成至少兩個軸向相互交錯的空腔,并且圍板(16)呈階梯狀,其至少具有兩個相對定子的節流點,密封條(17)封閉一個渦流腔(22)并各自作用在一個階梯上。最好在圍板的每個階梯上作用至少一個大致水平伸展的彎曲密封條(52)。
文檔編號F01D11/08GK1212321SQ9811929
公開日1999年3月31日 申請日期1998年9月18日 優先權日1997年9月19日
發明者F·克雷特邁爾 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司