專利名稱：導(dǎo)流隔板組件的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及汽輪機，更具體地涉及用于蒸汽輪機的導(dǎo)流隔板組件。
背景技術(shù)：
至少一些已知的蒸汽輪機包括導(dǎo)流隔板組件，這些導(dǎo)流隔板組件將流體流動引導(dǎo)向下游以使汽輪機葉片旋轉(zhuǎn)。已知的導(dǎo)流隔板組件是靜止的，包括多個在周向上間隔開的隔片(partitions)，每個隔片總體上在外環(huán)(outer band)和內(nèi)環(huán)(inner band)之間徑向延伸。至少一些已知的環(huán)形成有貫穿環(huán)的開口，開口的橫截面形狀基本上與隔片的橫截面外形相似。
在導(dǎo)流隔板組件的組裝過程中，使每個隔片與相應(yīng)的環(huán)開口對齊，然后將隔片插入經(jīng)過以便將隔片保持在環(huán)之間的位置中。然而，因為已知的汽輪機和導(dǎo)流隔板使用先進(jìn)的流線形隔片，如弓形隔片，所以將隔片插入經(jīng)過可能是個困難的任務(wù)。具體地說，隔片的弓形橫截面形狀可能使得難以將隔片與開口對齊。當(dāng)弓形件的數(shù)量增加和/或環(huán)的厚度增加時，被稱為配裝問題的這種對齊問題總體上增加。
為了便于減少配裝問題，至少一些已知的汽輪機使用“形成靴形的隔片”以減少各環(huán)與隔片之間在組裝過程中發(fā)生干涉的可能性。更具體地說，在這種汽輪機內(nèi)，增大在至少一個環(huán)中形成的開口的輪廓尺寸以便在隔片和各環(huán)之間確定一間隙，靴形件結(jié)合在隔片周圍以封閉該間隙。然而，形成靴形的隔片使得一徑向臺階形成在鞋形件和環(huán)之間的交界面處。該徑向臺階引起流動擾動，降低了總的級效率，并且這種隔片一般在汽輪機內(nèi)需要較大的投影覆蓋區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，提供了一種裝配蒸汽輪機導(dǎo)流隔板組件的方法，該方法包括在徑向外環(huán)內(nèi)形成至少一個開口和在徑向內(nèi)環(huán)內(nèi)形成至少一個開口，該方法還包括使至少一個隔片與徑向外環(huán)內(nèi)的至少一個開口結(jié)合，該徑向外環(huán)包括徑向內(nèi)表面和徑向外表面，其中至少一個開口至少部分地由在外環(huán)徑向內(nèi)表面和外環(huán)徑向外表面之間傾斜延伸的壁來確定。該方法另外還包括使至少一個隔片與徑向內(nèi)環(huán)內(nèi)的至少一個開口結(jié)合，其中至少一個隔片在至少一個徑向外環(huán)開口和至少一個徑向內(nèi)環(huán)開口之間延伸。
在另一個方面中，提供了一種用于蒸汽輪機的導(dǎo)流隔板組件，該導(dǎo)流隔板組件包括徑向內(nèi)環(huán)，該徑向內(nèi)環(huán)包括徑向內(nèi)表面、相反的徑向外表面和在它們之間延伸的多個開口。導(dǎo)流隔板組件還包括徑向外環(huán)，該徑向外環(huán)包括相反的徑向內(nèi)表面、徑向外表面和在它們之間延伸的多個開口。導(dǎo)流隔板組件另外還包括至少一個在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間延伸的隔片，其中徑向外環(huán)開口中的至少一個至少部分地由在外環(huán)徑向內(nèi)表面和外環(huán)徑向外表面之間傾斜延伸的壁來確定。
在又一個方面中，提供了一種蒸汽輪機，該蒸汽輪機包括內(nèi)托架(inner carrier)、外托架(outer carrier)和用于蒸汽輪機的導(dǎo)流隔板組件(diaphragm assembly)，導(dǎo)流隔板組件包括徑向內(nèi)環(huán)，該徑向內(nèi)環(huán)包括徑向內(nèi)表面、相反的徑向外表面和在它們之間延伸的多個開口。導(dǎo)流隔板組件還包括徑向外環(huán)，該徑向外環(huán)包括相反的徑向內(nèi)表面、徑向外表面和在它們之間延伸的多個開口。導(dǎo)流隔板組件另外還包括至少一個在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間延伸的隔片，其中徑向外環(huán)開口中的至少一個至少部分地由在外環(huán)徑向內(nèi)表面和外環(huán)徑向外表面之間傾斜延伸的壁來確定。


圖1是示例性蒸汽輪機的示意圖；圖2是可以用于圖1中所示蒸汽輪機的示例性導(dǎo)流隔板組件的分解圖；圖3是用于圖2中所示的導(dǎo)流隔板組件的隔片的透視圖；圖4是(圖3中所示的)隔片的一部分的橫截面圖，隔片與用于圖2中所示的導(dǎo)流隔板組件的外環(huán)相結(jié)合；和圖5是圖4中所示的外環(huán)的一部分的示意圖。
具體實施例方式
圖1是示例性的相對流蒸汽輪機10的示意圖。汽輪機10包括第一和第二低壓(LP)段12和14。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，每個汽輪機段12和14都包括多個導(dǎo)流隔板的級(圖1中未示出)。轉(zhuǎn)子軸16貫穿段12和14延伸，每個LP段12和14包括噴嘴18和20。單個外殼或機殼22沿著水平面分開并在軸向上分別被分成上半段和下半段24與26，且橫跨LP段12和14。殼22的中央段28包括低壓蒸汽入口30。在外殼或機殼22內(nèi)，LP段12和14布置成在由軸頸軸承32和34支撐的單個軸承跨距內(nèi)。分流器40在第一和第二汽輪機段12和14之間延伸。
應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管圖1示出了雙流式低壓汽輪機，但如本領(lǐng)域的一個普通技術(shù)人員所理解的，本發(fā)明并不局限于用于低壓汽輪機，其能用于任何雙流式汽輪機，包括但不局限于中壓(IP)汽輪機或高壓(HP)汽輪機。另外，本發(fā)明并不局限于用于雙流式汽輪機，而是例如也可以用于單流式蒸汽輪機。
在工作過程中，低壓蒸汽入口30通過跨接管(未示出)從一個源，例如HP汽輪機或IP汽輪機，接收低壓/中溫蒸汽50。蒸汽50被引導(dǎo)通過入口30，在入口30中，分流器40將蒸汽流分成兩個相反的流動路徑52和54。更具體地說，蒸汽50按規(guī)定路線通過LP段12和14，其中由蒸汽產(chǎn)生作功使轉(zhuǎn)子軸16旋轉(zhuǎn)。蒸汽離開LP段12和14并按規(guī)定路線到達(dá)例如冷凝器。
圖2是可以用于(圖1中所示的)蒸汽輪機10的導(dǎo)流隔板組件100的分解圖。圖3是用于導(dǎo)流隔板組件100的隔片110的透視圖。圖4是隔片110的一部分的橫截面圖，隔片110與用于導(dǎo)流隔板組件100的外環(huán)108相結(jié)合。圖5是外環(huán)108的一部分的示意圖。
導(dǎo)流隔板組件100包括內(nèi)托架102和外托架104，導(dǎo)流隔板組件100還包括徑向內(nèi)環(huán)106、徑向外環(huán)108和多個在周向上間隔開的隔片110，隔片110總體上在內(nèi)托架104和外托架102之間徑向延伸。徑向外托架104從徑向外環(huán)108徑向向外并靠近徑向外環(huán)108，而徑向內(nèi)托架102處于徑向內(nèi)環(huán)106的徑向內(nèi)部并靠近徑向內(nèi)環(huán)106。
徑向內(nèi)環(huán)106包括多個開口112，開口112從內(nèi)環(huán)106的徑向內(nèi)表面114到內(nèi)環(huán)106的徑向外表面116延伸通過內(nèi)環(huán)106。開口112沿著內(nèi)環(huán)106在周向上間隔開，在示例性實施例中，每個開口112基本上都是相同的。徑向外環(huán)108也包括多個開口118，開口118從外環(huán)108的徑向內(nèi)表面120到外環(huán)108的徑向外表面122延伸通過外環(huán)108。在示例性實施例中，表面120和122基本上彼此平行。在示例性實施例中，每個開口118基本上都是相同的。開口118和112是按空氣動力學(xué)成形的且其輪廓形狀與由隔片110的外部表面124所確定的橫截面形狀基本上相同。照此，開口112和118的尺寸確定成接納隔片110。
更具體地說，在示例性實施例中，每個開口118和112基本上都是翼形的。在示例性實施例中，每個內(nèi)環(huán)開口112的尺寸與每個外環(huán)開口118的近似相同或稍小于每個外環(huán)開口118。
每個開口118由壁121來確定，壁121在外表面122和內(nèi)表面120之間延伸并形成確定開口118的界限的周邊119。此外，在示例性實施例中，壁121包括直紋曲面。壁121在至少一個開口118的周邊119的一部分周圍相對于表面120或122傾斜地取向。具體地說，在周邊119的一部分內(nèi)，壁121相對于外環(huán)108呈一傾斜角度β取向，角度β在周邊119周圍改變。更具體地說，沿著開口118的周向側(cè)123和125，角度β處于其最大傾斜角度，而在開口118的前緣側(cè)和后緣側(cè)127和129處，角度β處于其最小傾斜角度。因而，在示例性實施例中，因為壁121至少部分地在周邊119周圍面對一定方向，所以每個開口118靠近徑向外表面122的橫截面積152大于每個開口118靠近徑向內(nèi)表面120的橫截面積150。
每個隔片110分別在內(nèi)環(huán)和外環(huán)106和108之間延伸，并在周向上間隔開，如由總體上徑向的開口112和118確定的。在示例性實施例中，每個隔片110都具有基本上與開口118和112的橫截面形狀相同的空氣動力學(xué)橫截面形狀，隔片110可以具有任何幾何形狀，可以不定地選擇所述幾何形狀以幫助增加導(dǎo)流隔板組件100的性能和/或增加隔片110與內(nèi)環(huán)和外環(huán)106和108之間的結(jié)合(或連接)強度。在一個實施例中，隔片110是弓形的。
在示例性實施例中，每個隔片110都包括一對相反的側(cè)壁140和142，它們在前緣132和后緣134處結(jié)合在一起。在示例性實施例中，側(cè)壁140是凸面，而側(cè)壁142是凹面。在示例性實施例中，每個隔片110都包括擴大部144和葉片部146，擴大部144從葉片部146伸展出，兩者交叉成一個傾斜角度θ。角度θ沿著一取向方向從前緣132到后緣134橫越側(cè)壁140和142改變，該取向方向基本上反映了外環(huán)108壁的角度β的取向。照此，在后緣134和前緣132處，角度θ處于其最小角度。
在組裝過程中，對齊每個隔片110以使得隔片110基本上與開口118對齊。在示例性實施例中，從外環(huán)108的徑向外表面122將隔片110插入經(jīng)過外環(huán)108。兩個擴大的側(cè)壁部和壁121的角取向的結(jié)合有利于在每個外環(huán)開口118的內(nèi)表面和每個隔片110的外表面之間形成一個滑配合。相似地，將隔片110與開口112對齊并將其插入經(jīng)過開口112，擴大的開口112和118與擴大的隔片110有利于將隔片110結(jié)合到開口112和118上并提供恰當(dāng)?shù)拈g隙以便隔片110能插入到開口112和118中。在替代實施例中，可以在隔片周邊136、138周圍將隔片110焊接到內(nèi)環(huán)和外環(huán)106和108上。在另一個實施例中，可以用機械結(jié)合將隔片110固定到內(nèi)環(huán)和外環(huán)106和108上。在將隔片110結(jié)合到內(nèi)環(huán)和外環(huán)106和108之后，隨后將徑向內(nèi)環(huán)和徑向外環(huán)106和108結(jié)合到徑向內(nèi)托架和徑向外托架102和104上。
在已知導(dǎo)流隔板組件的裝配過程中，被稱為配裝問題的對齊問題頻繁出現(xiàn)。在不在導(dǎo)流隔板組件中產(chǎn)生徑向臺階的情況下，擴大的隔片和擴大的開口減少了配裝問題。在已知的導(dǎo)流隔板組件中的徑向臺階引起流動擾動，流動擾動會降低總的級效率。通過消除徑向臺階，發(fā)動機更有效地工作。另外，帶有擴大的開口和隔片的導(dǎo)流隔板組件減小了裝配所需的軸向間隔，這是因為已知的隔片如弓形隔片在汽輪機內(nèi)需要很大的投影覆蓋區(qū)(signature footprint)。因為上述導(dǎo)流隔板組件的擴大部在隔片的前緣和后緣附近很淺，所以外環(huán)為恰當(dāng)?shù)妮S向系帶保持了足夠的材料并在每個開口與外環(huán)的前緣和后緣之間保持了結(jié)構(gòu)完整性。
上述導(dǎo)流隔板組件包括外環(huán)，外環(huán)包括至少部分地由傾斜壁確定的多個具有特定輪廓的開口。該組件還包括在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間延伸的隔片，且每個隔片都包括擴大的側(cè)壁部。傾斜的開口和隔片的擴大側(cè)壁部的結(jié)合有利于減少裝配導(dǎo)流隔板組件的困難。
上面詳細(xì)描述了導(dǎo)流隔板組件的示例性實施例，導(dǎo)流隔板組件不局限于用于這里描述的具體實施例，而是可以與這里描述的其它部件無關(guān)且獨立地使用導(dǎo)流隔板組件。此外，本發(fā)明并不局限于上面詳細(xì)描述的導(dǎo)流隔板組件的實施例，而是在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，可以使用導(dǎo)流隔板組件的其它變型。
盡管已經(jīng)按照各種具體的實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會懂得，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進(jìn)行改變。
零部件目錄10蒸汽輪機12低壓(LP)段14LP段16轉(zhuǎn)子軸18噴嘴20噴嘴22外殼或機殼24下半段26下半段28中央段30低壓蒸汽入口32軸頸軸承34軸頸軸承40分流器50蒸汽52流動路徑54流動路徑100 導(dǎo)流隔板組件102 內(nèi)托架104 外托架106 內(nèi)環(huán)108 外環(huán)110 隔片112 開口114 內(nèi)表面116 外表面
118開口119周邊120內(nèi)表面121壁122外表面123周向側(cè)124外表面125周向側(cè)127后緣側(cè)129后緣側(cè)132前緣134后緣136隔片周邊138隔片周邊140側(cè)壁142側(cè)壁144擴大部146葉片部150橫截面積152橫截面積
權(quán)利要求
1.一種用于蒸汽輪機(10)的導(dǎo)流隔板組件(100)，所述導(dǎo)流隔板組件包括徑向內(nèi)環(huán)(106)，它包括徑向內(nèi)表面(114)、相反的徑向外表面(116)和在它們之間延伸的多個開口(112，118)；徑向外環(huán)(108)，它包括相反的徑向內(nèi)表面(120)、徑向外表面(122)和在它們之間延伸的多個開口；和至少一個在所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)之間延伸的隔片(110)，所述徑向外環(huán)開口中的至少一個至少部分地由在所述外環(huán)的所述徑向內(nèi)表面和所述外環(huán)的所述徑向外表面之間傾斜延伸的壁(121)來確定。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)(106，108)中的所述多個開口(112，118)在周向上間隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述外環(huán)外表面(122)的所述多個開口(112，118)中的每一個的橫截面積(150，152)大于所述外環(huán)內(nèi)表面(120)的每一個開口的橫截面積。
4.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述至少一個隔片(110)包括凸面和凹面，所述凹面構(gòu)形成使得來自所述蒸汽輪機(10)的蒸汽沿著所述凹面流動。
5.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述外環(huán)的所述多個開口(112，118)中的每一個都由周邊(119)確定，且所述傾斜壁僅僅部分地在所述至少一個徑向外環(huán)開口的所述周邊周圍延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述徑向外環(huán)的壁(121)相對于所述外環(huán)(108)呈一傾斜角度(β)取向，所述角度(β)在所述周邊(119)周圍改變。
7.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述至少一個隔片(110)包括一對側(cè)壁(140，142)，所述對側(cè)壁在前緣(132)和后緣(127，129)處結(jié)合在一起，每個所述側(cè)壁都包括從其向外延伸的擴大部(140)以便于將所述至少一個隔片結(jié)合到所述徑向外環(huán)(108)上。
8.如權(quán)利要求7所述的導(dǎo)流隔板組件(100)，其特征在于，所述擴大部(140)在所述側(cè)壁(140，142)和所述外環(huán)徑向內(nèi)表面(120)之間延伸。
9.一種蒸汽輪機(10)，它包括內(nèi)托架(102)；外托架(104)；和用于蒸汽輪機的導(dǎo)流隔板組件(100)，所述導(dǎo)流隔板組件包括徑向內(nèi)環(huán)(106)，其包括相反的徑向內(nèi)表面(114)、徑向外表面(116)和在它們之間延伸的多個開口(112，118)；徑向外環(huán)(108)，其包括相反的徑向內(nèi)表面(120)、徑向外表面(122)和在它們之間延伸的多個開口；和至少一個在所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)之間延伸的隔片(110)，所述徑向外環(huán)開口中的至少一個至少部分地由在所述外環(huán)徑向內(nèi)表面和所述外環(huán)徑向外表面之間傾斜延伸的壁(121)來確定。
10.如權(quán)利要求9所述的蒸汽輪機(10)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)(106，108)中的所述多個開口(112，118)在周向上間隔開，所述內(nèi)環(huán)中的所述多個開口中的每一個小于所述外環(huán)中的所述多個開口中的每一個。
全文摘要
一種蒸汽輪機(10)的導(dǎo)流隔板組件(100)，導(dǎo)流隔板組件(100)還包括徑向內(nèi)環(huán)(106)，其包括徑向內(nèi)表面(114)、相反的徑向外表面(116)和在它們之間延伸的多個開口(112，118)。導(dǎo)流隔板組件(100)還包括徑向外環(huán)(108)，其包括相反的徑向內(nèi)表面(120)、徑向外表面(122)和在它們之間延伸的多個開口。導(dǎo)流隔板組件(100)還包括至少一個在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間延伸的隔片(110)，徑向外環(huán)開口中的至少一個至少部分地由在外環(huán)徑向內(nèi)表面和外環(huán)徑向外表面之間傾斜延伸的壁(121)來確定。
文檔編號F01D9/02GK101059083SQ20071009668
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者A·W·沃爾克曼, J·格拉爾德, R·耶西奧諾夫斯基, M·鮑恩, D·R·小福特 申請人:通用電氣公司