[发明专利]涡轮叶片环用的热变形隔离系统

说明书

本发明涉及核或矿物燃料蒸汽涡轮，具体地说，本发明涉及一种减小低压蒸汽涡轮静子叶片环的热变形的系统。

作为一种原动机，蒸汽涡轮具有广泛的用途，目前生产的有各种不同的形式和结构。使用中的大多数涡轮由多级组成，通常为4-12级。涡轮级由一组静子叶片（常称为喷管）和一组与其靠近的运动部件（称为叶片）即转子叶片组成。这些静止的和旋转的叶片（通常每个环上有60-140个）互相作用，使蒸汽流在转子上做功，这个功可通过安装转子组件的轴传送到负载上。

蒸汽涡轮虽然有许多优点，但也存在许多导致效率不高的因素，包括静子叶片的摩擦损耗、转子叶片的摩擦损耗、转子的旋转损耗、静子叶片的内缘和转子之间以及转子叶片尖和外壳体之间的渗漏损耗及湿气和趋饱和损耗（如果蒸汽是潮湿的）。这类涡轮遇到的另一个问题是热变形。大多数蒸汽涡轮的结构具有至少一个上壳体和一个下壳体，每个壳体有径向向内伸出的肋板和半个静子叶片环，以及一组静子叶片（其它类型则有双壳体系统）。当壳体的两半将带有旋转叶片的中央转子包含在内进行装配时，一般采用水平连接凸缘将其连接在一起。但是，静子环通常不用螺栓相互连接，而是固定在壳体上，并用金属（如钢）蒸汽密封键条来封闭叶片环两半之间的空隙。

用于连接壳体两部分的水平连接凸缘是在涡轮正常运转时造成非轴对称热变形的主要来源。在正常的热运转状态下，涡轮的热进气区在所有方向上对着壳体向外膨胀，壳体则对着水平连接凸缘膨胀。作为沿着壳体表面主要的不连续点的水平连接凸缘与壳体本身的变形不同，它与壳体的上下两部分连接，在壳体的端部向外拉，在中心区域则向内压。

除变形造成的低效率外，还有许多热损坏因素会引起疲劳裂纹和螺栓断裂问题。由于这些问题，需要尽可能把静子叶片环与内壳体隔离。当只有一个内壳体时尤其是这样，因为在这种情况下，与两个内壳体相比，叶片环更少隔离于有害的热梯度。

因此，本发明的主要目的是提供一种结构装置，它能把蒸汽涡轮中使用的静子叶片环与不应有的热变形隔离开来。

为了这一目的，本发明采用这样一种蒸汽涡轮，它包括至少一个内壳体，内壳体有几个级，每级有从一个转子伸出的交替旋转叶片和在上述涡轮内壳体内从一个叶片环径向向内伸出的静子叶片，其特征在于有一个上游静子叶片环，它单独支承在上述的内壳体上，还有一个下游静子叶片环，后者与上述的上游静子叶片环配接并用螺栓连接于上述的上游静子叶片环，以保持上述的上游和下游叶片环的相对位置。

通过下面对推荐实施例和附图的说明（通过例子），将会对本发明有更好的了解，其中：

图1是采用本发明装置的典型的低压蒸汽涡轮的一个端部的左上象限轴向剖面图。

图2为图1的一部分的放大图，主要用于展示本发明的各个部件。

下面详细介绍附图，其中相同的标号表示相同的部件，图1和图2表示的是一个典型的低压蒸汽涡轮10的左上象限轴向剖面图。这个典型的涡轮10含有由一个上半部分和一个下半部分组成的一个内壳体30，这个内壳体30围绕着由一个转子28及一组用叶根64固定在上面的转子叶片20、22、24和26所组成的涡轮中心部分。一组静子叶片12、14、16和18固定在静子叶片环32、34、36和38上，也安装在内壳体30中。它们直接或间接地通过径向壁70、72和74固定在内壳体30上。为了减少通过叶尖的蒸汽渗漏，叶片环32、34、36和38及转子28皆配置有与叶片接合的密封件。这类密封件可以是本专业人员所熟悉的任何类型的密封件，如迷宫式密封件66和68或回弹式叶片密封件78。

径向壁70、72和74起着蒸汽抽取通道壁的作用，上游静子叶片12一般用叶根60固定于一个单独的静子叶片环32上，叶片环32则通过槽榫接合、支承键和定位销（图中未示）通过径向壁70单独支承在内壳体30上。一对比普通的碳钢更耐用的蒙乃尔合金密封片58（一个装在榫舌上，另一个装在榫槽内），用于防止磨损。这种配合方式使上游静子叶片12不受由内壳体的非轴对称热变形引起的热变形问题的影响。

在涡轮10的下游端，静子叶片（如18）太大而不能固定在单独的叶片环上，因此连接到一个固定的静子叶片环38（通常装有嵌条54）上，通过径向壁74和与径向壁74成一整体的环40直接固定在内壳体上。由于是直接连接，这种叶片环38会出现上面谈到的热变形问题。最好是减少静子叶片环数，从而减少产生变形的静子叶片数。但是，如上所述，空间问题限制了装设单独的静子叶片的可能。本发明装置实现了静子叶片环36对系统热变形的隔离，而不需要占用一个单独的叶片环所需的空间。