專利名稱：汽輪機的自鎖噴嘴組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用在軸流汽輪機中的自鎖噴咀組。
軸流汽輪機裝有一個轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子定位在一個汽缸中，或在一對由一個外缸和一個裝有該轉(zhuǎn)子的內(nèi)缸的相隔開的汽缸中。在內(nèi)缸中，裝設(shè)有噴咀室，它使人口蒸汽方向從徑向改變到軸向，然后通過噴咀組，將蒸汽引導(dǎo)到汽輪機的動葉片和靜葉中。
在軸流汽輪機工作時，主蒸汽通過入口噴咀注入到一個裝有許多噴咀組的噴咀環(huán)。噴咀組裝有將蒸汽引導(dǎo)到蒸汽膨脹的調(diào)節(jié)級或第一級的葉片。重要的是噴咀組被牢固地定位在噴咀環(huán)中並防止噴咀組振動。使用螺紋緊固件將噴咀組固定在噴咀環(huán)中。當(dāng)螺紋緊固件松動時，和/或在大的振動或高溫下螺紋緊固件損壞時，會造成許多問題。這種螺紋緊固件承受著危險的應(yīng)力，且因為他們的膨脹系數(shù)不同于那些噴咀組和噴咀環(huán)，從而易發(fā)生故障。損壞后的緊固件會引起諸如噴咀組松動和其它異物碎片問題。振動可以引起噴咀組松動，使轉(zhuǎn)子損壞，而斷裂的緊固件的碎片可以使任何毗連的材料遭到損壞並轉(zhuǎn)移成其他的損壞。
其他的鎖定部件，諸如固定鍵一直被用做噴咀組或圍帶就位用。例如在美國3021.110號專利中，固定到汽輪機汽缸殼體上的一種鍵，其熱膨脹系數(shù)與汽輪機缸體相差很大。該鍵用一個定位螺絲固定到缸體上，鍵在高溫下較大的膨脹使鍵和缸體相配合的表面之間的縫隙距離消失，將汽輪機噴咀環(huán)卡住並把它固定在適當(dāng)位置。在那樣的系統(tǒng)里，需要有一個螺絲固定件將膨脹鍵固定在適當(dāng)位置，這個螺絲固定件承受著與將噴咀組直接固定到噴咀環(huán)中所用的螺絲固定件相似的應(yīng)力和損壞的可能性，如果鍵本身松動或破損就可能發(fā)生外加的損壞。在那種系統(tǒng)中的膨脹鍵裝配在噴咀環(huán)或室表面和噴咀組表面之間，且在膨脹時兩者楔合在一起，因此建議只用在外圍帶上，用一些將噴咀組固定到內(nèi)圍帶上所用的普通螺栓。這種螺栓承受著如前面所述一樣的應(yīng)力和損壞的可能性。另外，當(dāng)使用這樣一種膨脹鍵時，要求將噴咀環(huán)加工帶有相當(dāng)大的突出部分，該突出部分會造成過量的振動。
本發(fā)明的主要目的是提供一種裝置，這種裝置可以在高溫下將噴咀組鎖定在噴咀環(huán)中，在某種意義上不需要使用螺絲固定件，焊接或其他機械鎖定裝置。
為此目的，本發(fā)明屬于裝有一個轉(zhuǎn)子，一個汽缸和一個在上述汽缸內(nèi)沿圓周圍繞著上述轉(zhuǎn)子裝設(shè)的進(jìn)口噴咀環(huán)的軸流汽輪機。上述進(jìn)口噴咀環(huán)包括徑向相間隔、設(shè)有在其中構(gòu)成的相對的開槽，構(gòu)成了具有相對面的前后弧形段的內(nèi)、外、圍帶，並包括定位在上述進(jìn)口噴咀環(huán)的上述前后弧形段之間的上述相對開槽中的徑向向內(nèi)和外伸出的凸緣。上述進(jìn)口噴咀環(huán)特征在于許多開孔通過上述噴咀環(huán)的前弧形段延伸;在它的后弧形段中構(gòu)成一些同軸的內(nèi)孔，並具有一預(yù)定的深度，以構(gòu)成一個端壁，和一個熱膨脹系數(shù)比進(jìn)口噴咀環(huán)大的鎖定銷裝設(shè)在后弧形段中的內(nèi)孔中。上述銷的第一端與上述端壁接觸，而上述銷子具有的第二端在室溫下與上述后弧形段的上述面相貼平，但在汽輪機運行溫度下使上述噴咀組嚙合。
在汽輪機運行情況下，由于蒸汽通過而加熱噴咀組件引起溫度升高，從而使鎖定銷子膨脹，並迫使噴咀組的凸緣與噴咀環(huán)的第一弧形段成密封接合，因而防止了噴咀環(huán)中的噴咀組松脫或振動。
從以下僅作為舉例示出的一個最佳實施例的說明，本發(fā)明將變得更為清楚，在這些附圖中，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的軸流汽輪機的局部斷面圖;
圖2是取自圖1Ⅱ-Ⅱ斷面的剖面圖;
圖3是從圖1中的汽輪機的相對側(cè)看的一張放大剖面圖，示出在環(huán)境條件下的噴咀環(huán)和噴咀組范圍;
圖4是與圖3相似的示圖，示出在汽輪機的溫度升高到相似于運行溫度時的噴咀環(huán)和噴咀組;
圖5是相似于圖3，在加工開槽壁鎖定銷子前和噴咀組插入到噴咀環(huán)以前的情況。
現(xiàn)在參考這些附圖，圖1示出一臺軸流汽輪機1的局部斷面圖，該汽輪機有一個外缸或圓筒體3和一個內(nèi)缸或圓筒體5。在內(nèi)缸中裝有一個轉(zhuǎn)子7。在一些汽輪機實施例中只裝設(shè)外圓筒體或汽缸3，也適用于本發(fā)明中。然而以下將涉及到這樣一個實施例，其中在外汽缸3和轉(zhuǎn)子7之間裝有一個內(nèi)缸5，裝設(shè)多個進(jìn)口噴咀9與進(jìn)口噴咀環(huán)11相連通。該噴咀環(huán)11圍繞轉(zhuǎn)子7沿圓周向定位，它包括多個與進(jìn)口噴咀9相連通的進(jìn)口噴咀室13，它與噴咀組15一樣，在徑向隔開的噴咀環(huán)的內(nèi)和外段17、19中，在相對于轉(zhuǎn)子7的軸線方向終止。噴咀室13通常有約4或6或更多個，大量的蒸汽通過進(jìn)口噴咀9注入噴咀組15，通過噴咀組15蒸汽開始膨脹，每個噴咀組15都包括多個靜葉21(圖3)。噴咀組15隨同靜葉21一起控制著蒸汽的膨脹，並在蒸汽引入和接著發(fā)生的通過調(diào)節(jié)級與轉(zhuǎn)子7相連的轉(zhuǎn)動葉片23膨脹之前使蒸汽以指定的方向流動。在噴咀環(huán)11和轉(zhuǎn)子7之間裝有迷宮密封25，以使噴咀環(huán)和轉(zhuǎn)子間的泄漏蒸汽減到最小。
作為通過汽輪機1的蒸汽流動的一個舉例，蒸汽從進(jìn)口噴咀9流到噴咀組15，並通過噴咀組15流到調(diào)節(jié)級旋轉(zhuǎn)葉片23。正如箭頭所表示(圖1)，蒸汽流隨后轉(zhuǎn)向並通過一組交替的靜葉27和可轉(zhuǎn)動的汽輪機葉片29傳送，以致使轉(zhuǎn)子7轉(zhuǎn)動。而后，蒸汽通過出口導(dǎo)管31排出汽缸被再熱，而且在再熱后通過進(jìn)口導(dǎo)管33返回。再熱后的蒸汽流動通過又一組交替的靜葉35和動葉37，進(jìn)一步促使轉(zhuǎn)子7運動。然后蒸汽作為一種冷卻介質(zhì)通過外缸3和內(nèi)缸5之間的空間39，通過排汽導(dǎo)管41最終從汽輪機排出。
現(xiàn)在參考圖3，對本發(fā)明的系統(tǒng)作了更詳細(xì)的表示。進(jìn)口噴咀環(huán)11以兩個環(huán)塊形式裝設(shè)，一個內(nèi)圍帶43構(gòu)成的區(qū)段47和外圍帶45構(gòu)成的區(qū)段19。內(nèi)圍帶43有一個在其間構(gòu)成的開槽47，而外圍帶45有一個在其間構(gòu)成的相對的開槽49。開槽47、49使噴咀環(huán)11上形成一個前弧形段51和一個后弧形段53。與前弧形段51上的平面55和后弧形段上的平面57一起，兩平面跨過開槽47和49彼此相面對，在噴咀環(huán)11中由開槽47構(gòu)成底面59，和由開槽49構(gòu)成底面61。正如所示，噴咀組15具有一個徑向向內(nèi)延長的、適應(yīng)于安置在內(nèi)圍帶43的開槽47中的凸緣63，和一個徑向向外延長、適應(yīng)于安置在外圍帶45的開槽49中的凸緣65。
通過噴咀環(huán)11的前弧形段51構(gòu)成多個孔口67，它與在噴咀環(huán)11的后弧形段53中構(gòu)成的多個內(nèi)孔69同軸心。內(nèi)孔69構(gòu)成一個端壁面71。鎖定銷子73定位在內(nèi)孔69中，銷子73具有一個內(nèi)側(cè)或第一端75，和一個外側(cè)第二端77，第一端75與由內(nèi)孔69構(gòu)成的端壁71接碰，第二端77與噴咀環(huán)11的后弧形段53的平面57相齊平(圖3)。最好內(nèi)側(cè)或第一端75具有一個斜切邊79。
為了使噴咀組15插入到噴咀環(huán)11中，它將設(shè)有一個寬度W稍比開槽47和49的寬度小的凸緣63和65，凸緣63和65的長度也應(yīng)比開槽47和49的長度稍短，以允許在其間徑向膨脹。本發(fā)明通過對不同部件使用不同的熱膨脹系數(shù)的材料，用作在開槽47和49中固定凸緣63和65。裝設(shè)的進(jìn)口噴咀環(huán)11具有第一熱膨脹系數(shù)，噴咀組15和鎖定銷73由一種材料制成，它具有第二熱膨脹系數(shù)，第二熱膨脹系數(shù)比第一熱膨脹系數(shù)大得多。由于第二熱膨脹系數(shù)很大，這意味著第二熱膨脹系數(shù)至少比第一熱膨脹系數(shù)大約為2.8×10-6米/每米·每攝氏度(在540℃)。
如具有理想的熱膨脹系數(shù)的材料例子，噴咀環(huán)可以由具有14.1×10-6米/米/℃的熱膨脹系數(shù)(在540℃)的2.25%鉻、1%鉬的鐵合金(SA-217，WC9級;美國材料試驗(ASTM)規(guī)范)或具有14.45×10-6米/米/℃熱膨脹系數(shù)(在540℃下)的9%鉻-1%鉬的鐵合金(SA-217，C12級ASTM規(guī)范)制成，與之相比，鎖定銷和噴咀組由熱膨脹系數(shù)明顯大的材料構(gòu)成，例如噴咀組可以由316不銹鋼制成，這種銅材的熱膨脹系數(shù)為18.3×10-6米/米/℃(在540℃時)，而鎖定銷例如可以由A286不銹鋼制成，這種鋼的熱膨脹系數(shù)為17.5×10-6米/米/℃(在540℃時)。噴咀組和鎖定銷可以由熱膨脹系數(shù)符合要求的用一種材料制成，最好具有類似的熱膨脹系數(shù)，即約在10.8×10-6米/米/℃之內(nèi)(540℃)。
作為本發(fā)明的一個實施例，噴咀環(huán)由SA-217，WC9合金鋼構(gòu)成，開槽47和49深約為2.5厘米，且寬約為3.8厘米，構(gòu)成的第一弧形段寬約為3.3厘米。噴咀組由316不銹合金鋼構(gòu)成，它有凸緣63、65，裝配在開槽47、49內(nèi)，在常溫下凸緣和開槽壁面之間有0.076～0.127毫米的小間隙。間隙的精確度對本發(fā)明的成功的運行是重要的、銷子73應(yīng)由A286不銹鋼制成，裝配在直徑約為1.3厘米、長約為6.3厘米的內(nèi)孔中。
由于噴咀組15和鎖定銷73熱膨脹系數(shù)比噴咀環(huán)11的大得多，當(dāng)汽輪機運行和用環(huán)繞的蒸汽加熱組件時，噴咀組15和銷子73大得多的膨脹將使噴咀組15和凸緣63和65和開槽47和49的壁面之間在常溫下存在的小間隙密合。在出現(xiàn)重大擾動時，銷73的膨脹將使銷的第二端77延伸超過后弧形段53的平面57(圖4)並與凸緣63和65接觸，從而迫使凸緣緊緊地靠到噴咀環(huán)11的第一弧形段51上的平面55上，于是在未加束縛的開槽內(nèi)不會存在撞擊聲響，且噴咀組的振動響應(yīng)將被較好控制。
使噴咀組鎖定在噴咀環(huán)的本方法需要以鎖定銷子為條件，即要求銷子具有的熱膨脹系數(shù)比噴咀環(huán)的熱膨脹系數(shù)要高得多?，F(xiàn)在參考圖5，通過由開槽47和49構(gòu)成的噴咀環(huán)11的前弧形段構(gòu)成孔口67、內(nèi)孔69與孔口67同軸構(gòu)成的噴咀環(huán)11的后弧形段中。具有比噴咀環(huán)11的材料熱膨脹系數(shù)高得多的一種材料制成的鎖定銷73，通過前弧形段51中的孔口67插入到后弧形段53中的內(nèi)孔69中。鎖定銷其長度是足夠的，在銷的第一端75與內(nèi)孔69的端壁71相接觸時，第二端77的段79將延伸超過后弧形段53的平面57，進(jìn)入開槽47和49。于是開槽47和49假定最終機加工到要求的寬度，以及銷的外露段79加工光滑，並向前面向噴咀環(huán)11的第二弧形段53的平面57。在加工時可以用一個粘性的或別的固定裝置將銷73緊固在內(nèi)孔69中，然后噴咀組15隨著它的凸緣63、65分別座落到開槽47、49中而被插入到噴咀環(huán)11中，為軸流汽輪機提供了具備自鎖的噴咀組結(jié)構(gòu)。
圍繞著噴咀環(huán)11裝設(shè)的一組鎖定銷73，這些銷每180弧段一般約為24～40個，這些銷圍繞噴咀組以大約5°的間距相隔開。在噴咀環(huán)11的前弧段51中的孔口67可以用填料充滿，如果需要或可以保持開口狀態(tài)。
本發(fā)明借助噴咀組為鎖定裝置的固定找準(zhǔn)提供了鎖定銷，並避免鎖定銷松動和斷裂。隨同使用本方法，通過前弧形段中的孔口，提供了到噴咀環(huán)的后弧形段中內(nèi)孔的通道。由于銷是后被加工成與后弧形段的面對表面齊平，所以用現(xiàn)有的通道，為量將銷的長度定為孔的長度提供了現(xiàn)存的簡易的加工方法。
權(quán)利要求
1.一臺軸流汽輪機(1)具有一個轉(zhuǎn)子(7)，汽缸(3)和一個在上述汽缸內(nèi)，圓周圍繞著上述轉(zhuǎn)子(7)裝設(shè)的進(jìn)口噴咀環(huán)(11)，上述進(jìn)口噴咀環(huán)(11)包括徑向相隔的內(nèi)和外圍帶(43、45)，在圍帶中構(gòu)成的面對視開槽(47、49)，構(gòu)成了具有相對的平面(55、57)的前(51)和后(53)弧形段，並具有多個噴咀組(15)，噴咀組(15)設(shè)有徑向向內(nèi)和向外伸展的凸緣(63、65)，定位在上述進(jìn)口噴咀環(huán)(11)的前、后弧形段(51、53)之間的上述面對的開槽(47、49)中；其特征在于多個孔口(67)通過上述噴咀環(huán)(11)的前弧形段(51)延伸；和在后弧形段(53)中構(gòu)成的同軸內(nèi)孔(69)，它具有預(yù)定長度，以構(gòu)成一個端壁(71)，而一個鎖定銷定位在后弧形段(53)中的內(nèi)孔(69)中，它的熱膨脹系數(shù)比該進(jìn)口噴咀環(huán)(11)的熱膨脹系數(shù)大得多；上述銷(73)具有與上述端壁(71)相接觸的第一端(75)和在室溫下與上述后弧形段(53)的上述平面(57)相齊平但在汽輪機運行溫度時與上述噴咀組相接合的第二端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一臺軸流汽輪機，其特征在于上述第二膨脹系數(shù)至少比上述噴咀環(huán)的膨脹系數(shù)大2.8×10-6米/米/℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一臺軸流汽輪機，其特征在于上述多個銷(73)圍繞上述噴咀環(huán)(11)以間距5°相間隔布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的一臺軸流汽輪機，其特征在于進(jìn)口噴咀環(huán)(11)由內(nèi)含重量為2.25%的鉻和1%重量的鉬的合金鋼制成，上述噴咀組由316不銹合金鋼制成，而上述銷(73)由A286不銹合金鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的一臺軸流汽輪機，其特征在于上述噴咀組(15)的熱膨脹系數(shù)是與鎖定銷(73)的熱膨脹系數(shù)可比。
全文摘要
帶有一種自鎖噴嘴組的軸流汽輪機(1)，其中噴嘴組(15)設(shè)有定位在槽(47，49)中的徑向向內(nèi)和向外伸出的凸緣(63，65)，而槽構(gòu)成了相間隔的噴嘴環(huán)(11)的圍帶(43，45)。在噴嘴環(huán)(11)的后弧形段(53)中的內(nèi)孔(69)中裝有鎖定銷(73)，它由具有比構(gòu)成噴嘴環(huán)(11)所用的材料的熱膨脹系數(shù)高得多的熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。在運行溫度下，銷(73)牢固地與噴嘴組(15)相嚙合。
文檔編號F01D9/04GK1053658SQ9110047
公開日1991年8月7日 申請日期1991年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月26日
發(fā)明者沃爾特·哈爾伯格 申請人:西屋電氣公司