專(zhuān)利名稱(chēng)：連接軸向?qū)?zhǔn)的透平機(jī)轉(zhuǎn)子的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接透平轉(zhuǎn)子軸的相鄰端部的裝置和方法，并且特別地涉及以減少支承與支承的跨度的方式在軸向?qū)?zhǔn)的蒸汽透平機(jī)轉(zhuǎn)子軸之間的連接，增加轉(zhuǎn)子剛性并且能夠增加轉(zhuǎn)子的級(jí)或減少轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度。
背景技術(shù)：
在透平機(jī)中，特別是蒸汽透平機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)組中，由于受到材料特性限制經(jīng)常需要在給定的蒸汽通道內(nèi)將轉(zhuǎn)子軸在軸線(xiàn)上與的另一個(gè)轉(zhuǎn)子軸對(duì)準(zhǔn)地進(jìn)行連接。該連接要求軸向空間，該空間給支承與支承的長(zhǎng)度附加了跨度。在典型的由于對(duì)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子軸的軸向連接中，所述軸向連接的轉(zhuǎn)子軸端部具有帶有對(duì)準(zhǔn)的螺栓孔的法蘭，該螺栓孔使該法蘭直接地與另一個(gè)栓在一起。因此，應(yīng)該明白安裝法蘭的軸的端部要求相當(dāng)大的附加軸向長(zhǎng)度以接納它們的連接件。這樣會(huì)增加在支承之間的總的跨度長(zhǎng)度并且不希望地減低了轉(zhuǎn)子的剛性。因此發(fā)現(xiàn)，最好是以減少支承與支承的跨度的方式將相鄰的轉(zhuǎn)子軸與另一個(gè)連接起來(lái)，從而加強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子，并且能夠使間隙更緊密且附加透平機(jī)的級(jí)或減少轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供基本上不增加轉(zhuǎn)子的軸向跨度將透平機(jī)轉(zhuǎn)子軸的相鄰的軸向?qū)?zhǔn)的端部進(jìn)行連接的裝置和方法。為了完成上述內(nèi)容，一轉(zhuǎn)子端部包括一個(gè)常規(guī)的法蘭，該法蘭具有周向布置的孔，用于接納固定元件，如螺栓。然而，相對(duì)的端部上包括一個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子葉輪，該葉輪具有周向布置的開(kāi)口，即孔，從該孔通過(guò)與穿過(guò)所述相鄰軸的法蘭的孔對(duì)準(zhǔn)。因此，所述轉(zhuǎn)子葉輪與所述相鄰的轉(zhuǎn)子軸端部的法蘭直接地被相互固定，所述緊固元件被穿過(guò)所述對(duì)準(zhǔn)的孔而被接納。
附加地，多個(gè)在遠(yuǎn)離所述法蘭的所述轉(zhuǎn)子葉輪的一側(cè)的扇形體，用于與所述緊固元件連接，以將所述法蘭和轉(zhuǎn)子葉輪相互夾緊。所述扇形體也形成與所述徑向面對(duì)的隔膜的密封。所述扇形體具有一個(gè)或多個(gè)孔，以接納將所述軸端部相互連接的所述緊固元件從該孔穿過(guò)。所述扇形體還包括徑向地面對(duì)的弧形密封表面，該表面徑向地對(duì)著隔膜密封，該隔膜密封位于在所述轉(zhuǎn)子葉輪和在相同軸上的相鄰轉(zhuǎn)子葉輪之間的軸向位置上。因此，所述扇形體具有密封表面，其配合所述徑向地相對(duì)布置的隔膜密封的迷宮齒。作為這樣布置的結(jié)果，得到的附加的軸向空間用于附加的級(jí)，減少了軸向支承與支承的跨度并且增強(qiáng)剛性，使透平機(jī)的性能有明顯的加強(qiáng)。
在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，提供一個(gè)透平機(jī)，該透平機(jī)包括具有一個(gè)中心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)子并且包括分開(kāi)的第一和第二軸向?qū)?zhǔn)的軸，在所述軸的軸向相鄰端部之間的連接包括在一個(gè)軸上的法蘭和在另一個(gè)軸上的轉(zhuǎn)子葉輪，所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪具有周向分開(kāi)的相互軸向地對(duì)準(zhǔn)的孔和被接納在所述對(duì)準(zhǔn)的孔內(nèi)將所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪相互固定的緊固元件，因此將所述第一和第二軸向?qū)?zhǔn)的軸相互固定。
在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的進(jìn)一步實(shí)施例中，提供一個(gè)具有一個(gè)流動(dòng)通路的透平機(jī)，該透平機(jī)包括一個(gè)具有一中心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)子并且包括分開(kāi)的第一和第二軸向?qū)?zhǔn)的軸，所述第一軸具有一端部法蘭，該法蘭包括多個(gè)穿過(guò)所述法蘭在周向上分開(kāi)的孔，所述第二軸包括一轉(zhuǎn)子葉輪，該轉(zhuǎn)子葉輪具有多個(gè)與所述法蘭的孔對(duì)準(zhǔn)的周向分開(kāi)的孔，螺母與所述孔對(duì)準(zhǔn)并且位于遠(yuǎn)離所述法蘭的所述葉輪的一側(cè)并且螺旋擰入的緊固元件穿過(guò)所述對(duì)準(zhǔn)孔而延伸并且與所述螺母螺旋地嚙合以相互連接所述法蘭和轉(zhuǎn)子葉輪。
在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的進(jìn)一步實(shí)施例中，提供一個(gè)相互連接透平機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向?qū)?zhǔn)的軸的方法，包括穿過(guò)在一個(gè)所述軸的一端部法蘭上和另一個(gè)所述軸的轉(zhuǎn)子葉輪上的對(duì)準(zhǔn)的孔延伸緊固元件并且固定所述緊固元件到所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪上以相互將所述軸固定的步驟。
圖1為表示根據(jù)已有技術(shù)將一個(gè)分開(kāi)的透平機(jī)的軸與另一個(gè)連接的透平機(jī)的一部分的局部剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例表示對(duì)相鄰的透平機(jī)分開(kāi)的軸之間進(jìn)行連接的局部剖面圖；
圖3表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的與圖2類(lèi)似的視圖；圖4為形成在相鄰轉(zhuǎn)子軸之間連接的部件的扇形體的斜視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1，其中表示一個(gè)透平機(jī)，通常表示為10，且包括一個(gè)通過(guò)軸向?qū)?zhǔn)并分別連接分開(kāi)的轉(zhuǎn)子軸14和16而形成的轉(zhuǎn)子12。轉(zhuǎn)子軸14形成一部分上游透平機(jī)段并且包括多個(gè)形成透平機(jī)10的多級(jí)并布置在一個(gè)熱氣體通路22內(nèi)的葉片18和噴嘴20。所述葉片18被安裝在轉(zhuǎn)子葉輪24上，而噴嘴20從一個(gè)給定的殼體26上徑向地向內(nèi)延伸。同樣地，轉(zhuǎn)子軸16包括多個(gè)在透平機(jī)下游段的葉片28和噴嘴30，所述噴嘴30被安裝在所述靜止的殼體32上。葉片28被布置在所述透平機(jī)葉輪34上。
與常規(guī)的相同，所述兩個(gè)透平轉(zhuǎn)子軸14和16通過(guò)將一對(duì)法蘭36和38相互在它們的接合處夾緊而被相互在軸向?qū)?zhǔn)地連接在一起。所述法蘭36和38的每個(gè)具有用于接納緊固元件42、如雙端螺栓或螺栓的相互對(duì)準(zhǔn)的孔40。所示的雙端螺栓在相對(duì)的螺紋端具有螺母44并且應(yīng)該明白可以使用一端帶有螺紋和在相反端有一螺栓頭的螺栓。如所表示的，所述兩個(gè)法蘭軸向地相互連接要求相當(dāng)大的相互的透平機(jī)段的軸向空間，導(dǎo)致低效率和性能的下降。特別地，所述轉(zhuǎn)子的支承到支承的跨度增加，因此使所述轉(zhuǎn)子更柔軟并且限制了透平機(jī)的級(jí)。
根據(jù)如圖2和3所示的本發(fā)明，其中以減少支承到支承跨度，增加轉(zhuǎn)子的剛性并且能夠附加轉(zhuǎn)子級(jí)或降低轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度的方式，提供用于將相鄰的轉(zhuǎn)子軸的端部相互連接的獨(dú)特的裝置和方法。為了完成如上所述并且參考與圖1類(lèi)似的圖2，其中表示一個(gè)轉(zhuǎn)子50分別包括上游和下游透平段51和53，它們分別具有軸向相互連接的轉(zhuǎn)子軸52和54。軸52和54將葉片56和58分別裝配在轉(zhuǎn)子葉輪60和62上。透平段51包括被固定在靜止殼體66上的噴嘴64，而透平段53將噴嘴68裝配到靜止部分70上。在圖2所示的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子軸54的上游端部上設(shè)置一個(gè)常規(guī)法蘭72，用于與轉(zhuǎn)子軸52的相對(duì)的端部連接。所述法蘭72上沿周向分開(kāi)設(shè)置的軸向延伸的開(kāi)口74。
與圖1所示已有技術(shù)相反，轉(zhuǎn)子軸52不包括相鄰的法蘭。而是所述轉(zhuǎn)子軸52的端部以一個(gè)該透平段的最后級(jí)的葉輪60為終點(diǎn)。葉輪60包括多個(gè)周向分開(kāi)的軸向延伸的孔76，該孔76與穿過(guò)軸54的法蘭的孔74對(duì)準(zhǔn)。為了將軸52和54相互固定，緊固元件78穿過(guò)所述對(duì)準(zhǔn)的孔74和76。每個(gè)緊固元件78可以包括一螺栓或雙端螺栓，以至少一端部80具有螺紋用于與在螺母上或扇形體82上的內(nèi)螺紋螺旋嚙合，所述扇形體被設(shè)置在相鄰所述透平軸52端部的所述最后級(jí)的葉輪60和所述透平段52的下一個(gè)上游葉輪84之間。應(yīng)該明白所述螺母或扇形體82在周向相互分開(kāi)，位于在相鄰?fù)钙蕉?2的葉輪60和84之間，并且當(dāng)所述緊固元件78的一端被螺旋地接納時(shí)，有利于將所述法蘭72和所述葉輪60相互夾住。所述緊固元件的相反的一端可以包括一個(gè)螺母86或一螺栓頭。結(jié)果，以這樣的布置，通過(guò)穿過(guò)在一個(gè)軸上的法蘭和相鄰軸上的轉(zhuǎn)子葉輪的緊固元件的嚙合而將所述軸52和54相互連接在一起。
參考圖4，每個(gè)扇形體82，除了一個(gè)帶有內(nèi)螺紋92的插孔90外，具有一徑向外側(cè)的密封表面94和一個(gè)從所述中心軸90軸向伸出的法蘭96。應(yīng)該明白當(dāng)所述扇形體82被安裝到所述葉輪60上時(shí)，所述扇形體在周向地相互對(duì)準(zhǔn)。所述扇形體82的所述密封表面94形成繞所述轉(zhuǎn)子軸52延伸360度的圓形密封表面95。所述密封表面94放置在徑向上相對(duì)于由所述靜止部分的所述隔膜100支持的密封環(huán)扇形體98。所述密封環(huán)扇形體98裝配提供級(jí)間密封的迷宮密封齒102(圖4)。結(jié)果，所述扇形體82有利于所述相鄰的軸52和52的相互夾緊，以及在相鄰的葉輪之間承擔(dān)部分的級(jí)間密封。而且，在所述扇形體82上的軸向延伸的法蘭96覆蓋在下一個(gè)相鄰上游葉輪84上形成的肩部或邊緣部106。所述法蘭96和所述肩部106相互配合連同所述緊固元件78以防止所述扇形體82繞所述緊固元件78的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述肩部106優(yōu)選地，但不是必需地為繞所述透平轉(zhuǎn)子的軸的圓。因此，所述法蘭96和肩部106配合表面為每個(gè)扇形體82設(shè)置一防轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)造。
在圖2的實(shí)施例中，所述扇形體被置于所述上游端51和軸52上。在圖3的實(shí)施例中，所述扇形體被置于下游段的軸上。在圖3中，在圖3實(shí)施例中以相同的附圖標(biāo)記增加“100”用于表示與在前一實(shí)施例中相同的部件，所述上游透平段151和軸152配裝一常規(guī)徑向延伸的法蘭172，該法蘭172具有周向相互分開(kāi)的孔174。所述下游透平段153和軸154配裝一帶有在周向相互分開(kāi)并且與法蘭172的孔174對(duì)準(zhǔn)的孔120的第一級(jí)葉輪162。從而，為將所述軸152和154相互固定，所述緊固元件178穿過(guò)所述對(duì)準(zhǔn)的孔174和120。每個(gè)緊固元件178的螺紋端被螺旋進(jìn)入在扇形體82的內(nèi)螺紋插孔90，所述葉輪162和所述法蘭172相互夾緊并且因此將所述軸段152和154相互夾緊。所述緊固元件178的相反端可以如在前面的實(shí)施例一樣，包括一螺栓頭或一螺母186。以這樣的形式，所述扇形體82在軸向上的結(jié)構(gòu)被反轉(zhuǎn)使所述法蘭196在下游方向上繞所述透平段210的下一級(jí)轉(zhuǎn)子葉輪208覆蓋在所述邊緣206上。因此，圖3中的布置與圖中的相反。也要注意扇形體82的表面94在徑向相對(duì)于所述下游透平段153的隔膜上的密封環(huán)扇形體198設(shè)置，因此所述密封環(huán)扇形體和扇形體82形成級(jí)間密封。
當(dāng)接合目前認(rèn)為是最可行和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)該明白本發(fā)明不限于這些公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反，試圖涵蓋包括在后附的權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同物的布置。
權(quán)利要求
1.一透平機(jī)，包括一轉(zhuǎn)子(50)，其具有中心軸線(xiàn)并且包括分開(kāi)的第一(52)和第二(54)軸向?qū)?zhǔn)的軸；在所述軸的軸向相鄰端部之間的連接，其包括在一個(gè)所述軸上的法蘭(72)和在另一個(gè)所述軸上的轉(zhuǎn)子葉輪(60)，所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪具有周向上分開(kāi)的相互軸向地對(duì)準(zhǔn)的孔(74，76)；及緊固元件(78)，其穿過(guò)所述對(duì)準(zhǔn)孔被接納以相互固定所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪，因此將所述第一和第二軸向?qū)?zhǔn)的軸相互固定。
2.如權(quán)利要求1所述的透平機(jī)，其中包括隔膜(100)，該隔膜位于遠(yuǎn)離所述法蘭的所述轉(zhuǎn)子葉輪一側(cè)并且?guī)в懈裟っ芊?102)，多個(gè)靠近所述轉(zhuǎn)子葉輪側(cè)設(shè)置并且與所述緊固元件嚙合的密封扇形體(82)，所述密封扇形體具有與所述隔膜密封配合的密封表面(94)。
3.如權(quán)利要求2所述的透平機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子葉輪帶有延伸進(jìn)入沿所述透平機(jī)的流動(dòng)通道的葉片(56)，所述緊固元件包括雙端螺栓(78)，該螺栓的一端由用于與所述密封扇形體螺紋嚙合的螺紋以將所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪相互夾緊，因此將所述第一和第二軸相互固定。
4.如權(quán)利要求2所述的透平機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子葉輪(162)帶有多個(gè)延伸進(jìn)入沿所述透平機(jī)的流動(dòng)通道的葉片(58)，所述密封扇形體(82)和所述隔膜被布置在所述轉(zhuǎn)子葉輪的下游。
5.一透平機(jī)，具有流動(dòng)通道，該透平機(jī)包括一轉(zhuǎn)子(50)，其具有中心軸線(xiàn)并且包括分開(kāi)的第一和第二軸向?qū)?zhǔn)的軸(52，54，152，154)；所述第一軸(54，152)具有端部法蘭(72，172)，該法蘭包括多個(gè)周向分開(kāi)的貫通該法蘭的孔，所述第二軸(52，154)包括一轉(zhuǎn)子葉輪(60，162)，該轉(zhuǎn)子葉輪包括多個(gè)周向分開(kāi)的并與所述法蘭的所述孔對(duì)準(zhǔn)的孔(76，120)；螺母(82)與所述孔對(duì)準(zhǔn)并且位于遠(yuǎn)離所述法蘭的所述轉(zhuǎn)子葉輪一側(cè)；及螺旋擰入的緊固元件(178)，其延伸穿過(guò)所述對(duì)準(zhǔn)孔并且與所述螺母以螺紋方式嚙合，以將所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪相互連接在一起。
6.如權(quán)利要求5所述的透平機(jī)，其中包括由所述第二軸(154)的轉(zhuǎn)子葉輪的透平機(jī)軸向下游帶有的隔膜并且該隔膜帶有隔膜密封(198)和所述螺母(82)帶有密封表面，以用于與所述隔膜密封進(jìn)行密封配合。
7.如權(quán)利要求5所述的透平機(jī)，其中每個(gè)所述螺母(82)包括軸向延伸法蘭(196)以覆蓋在與所述第二軸的轉(zhuǎn)子葉輪軸向相鄰的下游的葉輪(210)上的肩部(206)。
8.將透平機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向?qū)?zhǔn)的軸相互連接的方法，包括以下步驟將緊固元件(78，178)延伸穿過(guò)在一個(gè)所述軸的端部法蘭(72，172)上和另一個(gè)所述軸(52，154)的轉(zhuǎn)子葉輪(60，162)上的軸向?qū)?zhǔn)的孔；及將所述緊固元件固定到所述法蘭和所述轉(zhuǎn)子葉輪上以將所述軸相互固定。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中包括將所述緊固元件和在遠(yuǎn)離所述法蘭的所述轉(zhuǎn)子葉輪一側(cè)的密封扇形體相互固定而使所述密封扇形體在徑向與透平機(jī)隔膜(100)對(duì)準(zhǔn)，并且在所述密封扇形體(94)和所述隔膜上提供共同作用的密封表面以用于它們之間的密封。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述密封扇形體繞所述轉(zhuǎn)子的軸線(xiàn)周向地相互被隔開(kāi)并且包括防止所述密封扇形體繞所述緊固元件轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
所述在分開(kāi)的軸線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的第一和第二透平機(jī)軸(52，54)之間的連接包括在一個(gè)軸(52，54)的端部的法蘭(72，172)和在另一個(gè)軸上的轉(zhuǎn)子葉輪(60，162)。穿過(guò)所述法蘭和轉(zhuǎn)子葉輪且在軸線(xiàn)上對(duì)準(zhǔn)的孔接納將所述轉(zhuǎn)子葉輪和法蘭相互固定的緊固元件(78)，因此所述軸段相互固定。所述緊固元件與在遠(yuǎn)離所述法蘭的所述轉(zhuǎn)子葉輪一側(cè)上的扇形體(82)嚙合以利于將所述法蘭和轉(zhuǎn)子葉輪相互夾緊。所述扇形體也包括外弧形表面(94)，該表面形成密封表面與形成一部分所述透平機(jī)隔膜的密封環(huán)的迷宮齒(102)徑向地相對(duì)。
文檔編號(hào)F16J15/447GK1573020SQ20041004208
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者吉恩·D·帕爾默, 斯蒂芬·R·斯旺 申請(qǐng)人:通用電氣公司