專利名稱：一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于汽輪機(jī)的裝置。該裝置能減小汽輪機(jī)葉頂間隙泄漏和汽流激振力，提高汽輪機(jī)性能。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外公認(rèn)，葉頂間隙內(nèi)工質(zhì)泄漏所引起的損失是影響汽輪機(jī)效率的主要因素之一。葉頂間隙泄漏還會(huì)產(chǎn)生汽流激振力，誘發(fā)汽流激振故障，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。隨著汽輪機(jī)向著大容量、高參數(shù)方向發(fā)展以及現(xiàn)代社會(huì)對大型設(shè)備節(jié)能、減排要求的不斷提高，減小汽輪機(jī)葉頂間隙泄漏及其誘發(fā)的汽流激振力就顯得越來越重要。目前，國內(nèi)外減小葉尖泄漏的主要措施包括2方面(1)葉頂形狀改進(jìn)設(shè)計(jì)。對于含有圍帶的葉片，將葉頂圍帶外表面形狀由光滑形改為非光滑形，如在圍帶上開凹槽來增大泄漏流動(dòng)阻力等；對于不含圍帶的葉片，將其頂部外表面形狀由光滑平面改為蜂窩狀平 面等。(2)汽缸內(nèi)表面改進(jìn)設(shè)計(jì)。最常見的方法是在汽缸內(nèi)表面和葉頂圍帶之間布置梳齒型密封。總的趨勢是密封齒數(shù)越來越多，密封形式越來越復(fù)雜。近些年來，也出現(xiàn)了一些新技術(shù)，如在汽缸內(nèi)表面增設(shè)導(dǎo)流環(huán)，汽缸內(nèi)表面和葉尖之間采用非均勻間隙設(shè)計(jì)等。減小汽流激振力的主要措施包括2方面(I)減小葉頂泄漏量。泄漏量小了，汽流激振力也就小了；(2)減少泄漏量沿圓周方向上的不均勻性，如調(diào)整轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)的偏心等。上述技術(shù)對于減小葉頂間隙泄漏和汽流激振力是有效的，但是其效果在很大程度上取決于葉頂間隙的大小。葉頂間隙越小，效果越好。對于汽輪機(jī)而言，為了防止動(dòng)靜摩擦以及由此可能產(chǎn)生的葉片斷裂等事故，葉尖間隙不可能取得很小。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實(shí)用新型提出一種新的能夠減小汽輪機(jī)葉尖泄漏和汽流激振力的裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，包括葉頂圍帶及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼，其特征在于在所述的支撐外殼內(nèi)設(shè)置一環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室，在葉頂圍帶上設(shè)有阻流盤，該阻流盤的外端位于所述的支撐外殼的環(huán)形凹槽內(nèi)，在支撐外殼上設(shè)有阻流環(huán)且阻流環(huán)位于阻流盤的兩側(cè)，所述的阻流環(huán)通過一彈性連接件連接在環(huán)形凹槽內(nèi)。所述的阻流環(huán)還具有以與所述的環(huán)形凹槽側(cè)面平行的受力板，在所述的環(huán)形凹槽側(cè)面還設(shè)置有一壓力調(diào)節(jié)腔室，在該壓力調(diào)節(jié)腔室內(nèi)通調(diào)壓汽體，所述的阻流環(huán)的受力板設(shè)置在所述的壓力調(diào)節(jié)腔室內(nèi)并在調(diào)壓汽體的作用下調(diào)整阻流環(huán)與阻流盤之間的距離。所述的彈性連接件為軸向彈簧。所述的阻流環(huán)還包括彈簧安裝板，所述的軸向彈簧的兩端分別固定在彈簧安裝板和環(huán)形凹槽的側(cè)面上。[0011]本實(shí)用新型裝置在葉尖圍帶上設(shè)置阻流盤，在阻流盤的兩側(cè)設(shè)置阻流環(huán)。阻流環(huán)通過軸向彈簧與支撐外殼相連，支撐外殼安裝在汽缸內(nèi)表面。阻流環(huán)與支撐外殼之間設(shè)計(jì)有壓力調(diào)節(jié)腔室。機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，通過引入壓力汽體到調(diào)節(jié)腔室內(nèi)來調(diào)節(jié)阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙。這種裝置的具體原理分析如下(I)阻流環(huán)和阻流盤的組合增加了汽體泄漏流動(dòng)過程中的阻力，腔室內(nèi)渦旋較多，能量耗散大，減少了汽體泄漏量； (2)阻流環(huán)和阻流盤的組合改變了汽流激振力的方向，并減小了其對轉(zhuǎn)子的作用面積，從而可以有效地緩解汽流激振問題；(3)阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙可以通過改變調(diào)節(jié)腔室內(nèi)汽體壓力來自適應(yīng)調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提出的減小葉頂間隙汽體泄漏和汽流激振力裝置的有益效果如下(I)通過在圍帶上設(shè)置阻流盤以及在阻流盤和支撐外殼之間設(shè)置阻流環(huán)，增大了汽體泄漏過程中的阻力。除了傳統(tǒng)能量耗散機(jī)理外，本實(shí)用新型裝置流體泄漏路徑上增加了多個(gè)90度的直角轉(zhuǎn)彎，此過程中會(huì)形成多個(gè)漩渦，能量耗散大，湍流增阻效果明顯，泄漏量也因此而較小。用流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，與傳統(tǒng)葉尖安裝梳齒式密封裝置相比，本實(shí)用新型裝置泄漏量減少了 30% 50%。(2)阻流盤兩側(cè)汽體泄漏流動(dòng)的方向相反，兩側(cè)汽流激振力可以部分抵消。此外，汽流激振力主要作用在沿軸線方向，徑向汽流力的作用面積也較小。因此，汽流激振力會(huì)很小。CFD數(shù)值模擬結(jié)果表明，與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封相比，本實(shí)用新型裝置葉頂間隙激振力大幅減小。(3)引入壓力汽體到調(diào)節(jié)腔室后，阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙可以根據(jù)需要自適應(yīng)調(diào)整，避免了摩擦，且間隙可以調(diào)節(jié)到很小，從而大大提高密封效果。

圖I是本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型裝置局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型阻流環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置葉頂間隙流體泄漏量占主流比例隨轉(zhuǎn)速變化趨勢；圖5是本實(shí)用新型裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置葉頂間隙流動(dòng)損失隨轉(zhuǎn)速變化趨勢。圖I中，I是支撐外殼，2是環(huán)形凹槽，3是葉頂圍帶，4是阻流環(huán)，5是阻流盤,6是流體耗散腔室；圖2中，I是支撐外殼，7是壓力調(diào)節(jié)腔室，8是彈簧，9是壓力調(diào)節(jié)閥門，10是受力板，11是彈簧安裝板；圖3中，10是受力板，11是彈簧安裝板。
具體實(shí)施方式
一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，包括葉頂圍帶3及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼I，支撐外殼I內(nèi)設(shè)置一環(huán)形凹槽2,在支撐外殼I內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室6，在葉頂圍帶3上設(shè)有阻流盤5，在環(huán)形凹槽2內(nèi)設(shè)有阻流環(huán)4且阻流環(huán)4位于阻流盤5的兩側(cè)。阻流環(huán)4上設(shè)有與環(huán)形凹槽2側(cè)面平行的受力板10，受力板10與環(huán)形凹槽2側(cè)面形成壓力調(diào)節(jié)腔室7，通過壓力調(diào)節(jié)閥門9引入汽體到壓力調(diào)節(jié)腔室7內(nèi)，并作用于受力板10上，從而調(diào)整阻流環(huán)4與阻流盤5之間的距離。阻流盤5與阻流環(huán)4之間構(gòu)成流體耗散腔室6。阻流環(huán)4上還設(shè)有彈簧安裝板11。軸向彈簧8兩端分別固定在彈簧安裝板11和環(huán)形凹槽2的側(cè)面上。如圖I所示，在葉頂圍帶上設(shè)計(jì)了阻流盤，阻流盤兩側(cè)設(shè)計(jì)了阻流環(huán)。阻流盤/阻流環(huán)的組合能有效減少汽輪機(jī)葉尖泄漏量，并能大幅減小汽流激振力，達(dá)到增效減振效果。如圖2所示，在阻流盤阻隔下，本實(shí)用新型裝置內(nèi)汽體泄漏主要沿葉片徑向流動(dòng)。汽體泄漏過程中由于被阻流盤阻礙，不存在泄漏流體螺旋形流動(dòng)現(xiàn)象。阻流盤兩側(cè)流體流動(dòng)方向相反，兩側(cè)汽流力可以部分抵消。由此，可以消除汽流激振力的主要來源，新裝置內(nèi)的汽流激振力會(huì)很小。圖3為阻流環(huán)結(jié)構(gòu)，壓力調(diào)節(jié)腔室內(nèi)汽體壓力通過作用于受力板上可以調(diào)整阻流環(huán)和阻流盤之間的距離。圖4給出了本實(shí)用新型裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置內(nèi)汽體泄漏量占主流比例隨轉(zhuǎn)速變化趨勢；圖5給出了本實(shí)用新型裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置內(nèi)間隙流動(dòng)損失隨轉(zhuǎn)速變化趨勢?？梢钥闯雠c傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封相比，本實(shí)用新型裝置泄漏量明顯降低，由于泄漏而帶來的流動(dòng)損失也相應(yīng)減小。表I給出了本實(shí)用新型裝置與傳統(tǒng)葉尖梳齒式密封裝置汽流激振力比較。表I
權(quán)利要求1.一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，包括葉頂圍帶(3)及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼(I)，其特征在于在所述的支撐外殼(I)內(nèi)設(shè)置一環(huán)形凹槽(2),在支撐外殼⑴內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室(6)，在葉頂圍帶(3)上設(shè)有阻流盤(5)，該阻流盤(5)的外端位于所述的支撐外殼(I)的環(huán)形凹槽(2)內(nèi)，在支撐外殼(I)上設(shè)有阻流環(huán)(4)且阻流環(huán)(4)位于阻流盤(5)的兩側(cè)，所述的阻流環(huán)(4)通過一彈性連接件連接在環(huán)形凹槽(2)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，其特征在于所述的阻流環(huán)(4)還具有以與所述的環(huán)形凹槽(2)側(cè)面平行的受力板(10)，在所述的環(huán)形凹槽(2)側(cè)面還設(shè)置有一壓力調(diào)節(jié)腔室(7)，在該壓力調(diào)節(jié)腔室(7)內(nèi)通調(diào)壓汽體，所述的阻流環(huán)(4)的受力板(10)設(shè)置在所述的壓力調(diào)節(jié)腔室(7)內(nèi)并在調(diào)壓汽體的作用下調(diào)整阻流環(huán)⑷與阻流盤(5)之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，其特征在于所述的彈性連接件為軸向彈簧(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，其特征在于所述的阻流環(huán)還包括彈簧安裝板(11)，所述的軸向彈簧(8)的兩端分別固定在彈簧安裝板(11)和環(huán)形凹槽⑵的側(cè)面上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置，包括葉頂圍帶及固定在汽缸內(nèi)表面上的支撐外殼，其特征在于在所述的支撐外殼內(nèi)設(shè)置一環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有流體耗散腔室，在葉頂圍帶上設(shè)有阻流盤，該阻流盤的外端位于所述的支撐外殼的環(huán)形凹槽內(nèi)，在支撐外殼上設(shè)有阻流環(huán)且阻流環(huán)位于阻流盤的兩側(cè)，所述的阻流環(huán)通過一彈性連接件連接在環(huán)形凹槽內(nèi)。本實(shí)用新型裝置內(nèi)泄漏汽體沿葉片徑向流動(dòng)，消除了軸向螺旋形流動(dòng)現(xiàn)象，阻流盤兩側(cè)汽體流動(dòng)方向相反，汽流力部分抵消，汽流力較小。本實(shí)用新型裝置通過引入壓力汽體到調(diào)節(jié)腔室內(nèi)調(diào)整阻流環(huán)與阻流盤之間的間隙，間隙調(diào)整方便。
文檔編號(hào)F01D11/08GK202510172SQ20122013992
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者張萬福, 曹浩, 楊建剛, 郭瑞 申請人:東南大學(xué)