轉子冷卻的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]鄰近轉子動葉的第一輪間隙的冷卻已經在包括蒸汽渦輪的許多渦輪機中采用。典型地，這種冷卻采用從高壓區段的較后級至中壓區段的第一輪間隙的蒸汽的轉移。但是，已經發現在操作狀態下，冷卻流的渦流比-定義為由轉子的速度除以冷卻蒸汽的周向速度-在提供高效冷卻和延長轉子壽命中很重要。同樣重要的是在冷卻蒸汽源與該蒸汽向輪間隙釋放處的點之間的壓降。本發明的實施例描述了渦流比和壓降兩者的改進和/或相互作用以提供更高效的冷卻流。
【發明內容】
[0002]在一個實施例中，本發明提供了渦輪，其包括:轉子，其包括第一動葉根部；和定子構件；該定子構件具有:轉子孔，在其內布置轉子的至少一部分；面向端部，其鄰近轉子的第一動葉根部；多個密封件，其在轉子孔內以用于抵靠轉子密封，該多個密封件包括最接近面向端部的第一密封件和鄰近第一密封件的第二密封件；以及多個通路，每個通路均在第一密封件和第二密封件之間的點處從轉子孔的表面延伸并延伸穿過面向端部。
[0003]在另一實施例中，本發明提供了用于渦輪的定子構件，該定子構件包括:伸長主體；轉子孔，其在伸長主體內并沿著該伸長主體的縱向軸線；至少一個通路，其具有在轉子孔的表面上的第一開口并延伸穿過伸長主體至在伸長主體的面向端部上的第二開口，面向端部沿著基本垂直于伸長主體的縱向軸線的平面安放；以及第一凹部，其沿著轉子孔的表面以用于容納密封裝置，第一凹部布置在面向端部和至少一個通路的第一開口之間。
[0004]本發明的第一技術方案為一種渦輪，其包括:轉子，其包括第一動葉根部；以及定子構件。該定子構件具有:轉子孔，在其內布置轉子的至少一部分；面向端部，其鄰近轉子的第一動葉根部；多個密封件，其在轉子孔內以用于抵靠轉子密封，多個密封件包括最接近面向端部的第一密封件以及鄰近第一密封件的第二密封件；以及多個通路，每個通路在第一密封件與第二密封件之間的點處從轉子孔的表面延伸并延伸穿過面向端部。
[0005]本發明的第二技術方案為，在本發明的第一技術方案中，第一密封件選自由刷式密封件和填密環組成的組。
[0006]本發明的第三技術方案為，在本發明的第二技術方案中，第一密封件是填密環且第二密封件是填密環。
[0007]本發明的第四技術方案為，在本發明的第一技術方案中，渦輪還包括附連至面向端部的導流板，導流板包括多個通路，其從鄰近面向端部的第一表面延伸穿過至基本平行于第一表面的第二表面，其中導流板的多個通路中的至少一個與定子構件的多個通路中的一個連通。
[0008]本發明的第五技術方案為，在本發明的第四技術方案中，導流板的多個通路中的至少一個在轉子的旋轉方向上成角度。
[0009]本發明的第六技術方案為，在本發明的第四技術方案中，導流板的多個通路中的至少一個在導流板內成角度在大約45度與大約90度之間。
[0010] 本發明的第七技術方案為，在本發明的第六技術方案中，導流板的多個通路中的至少一個在導流板內成角度在大約60度與大約85度之間。
[0011 ] 本發明的第八技術方案為，在本發明的第七技術方案中，導流板的多個通路中的至少一個在導流板內成角度在大約80度的角度。
[0012]本發明的第九技術方案為，在本發明的第一技術方案中，在操作狀態下，一定量的蒸汽從第一密封件與第二密封件之間轉移穿過定子構件的多個通路并進入面向端部與第一動葉根部之間的輪間隙空腔中。
[0013]本發明的第十技術方案為，在本發明的第九技術方案中，定子構件的多個通路在一定量的蒸汽上賦予高于約1.6的渦流比。
[0014]本發明的第i^一技術方案為，在本發明的第十技術方案中，渦流比在大約1.7與大約2之間。
[0015]本發明的第十二技術方案為，在本發明的第九技術方案中，一定量的蒸汽在第一密封件與第二密封件之間的點處具有第一壓力，其比在輪間隙空腔內的第二壓力至少高50ps1
[0016]本發明的第十三技術方案為，在本發明的第十二技術方案中，第一壓力比第二壓力高大約80psi。
[0017]本發明的第十四技術方案為一種用于渦輪的定子構件，該定子構件包括:伸長主體；轉子孔，其在伸長主體內并沿著伸長主體的縱向軸線；至少一個通路，其在轉子孔的表面上具有第一開口并且延伸穿過伸長主體至在伸長主體的面向端部上的第二開口，面向端部沿著基本垂直于伸長主體的縱向軸線的平面放置；以及第一凹部，其沿著轉子孔的表面以用于容納密封裝置，第一凹部布置在面向端部與至少一個通路的第一開口之間。
[0018]本發明的第十五技術方案為，在本發明的第十四技術方案中，定子構件還包括第二凹部，其沿著轉子孔的表面以用于容納第二密封裝置，第二凹部布置為鄰近至少一個通路的第一開口并與第一凹部相對。
[0019]本發明的第十六技術方案為，在本發明的第十四技術方案中，定子構件還包括固連至面向端部的導流板，導流板包括至少一個通路，其從鄰近面向端部的第一表面延伸穿過至基本平行于第一表面的第二表面，至少一個通路與定子構件的至少一個通路連通。
[0020]本發明的第十七技術方案為，在本發明的第十六技術方案中，定子構件導流板的至少一個通路在導流板內成角度在大約45度與大約90度之間。
[0021 ] 本發明的第十八技術方案為，在本發明的第十七技術方案中，定子構件導流板的至少一個通路在導流板內成角度在大約60度與大約85度之間。
[0022]本發明的第十九技術方案為，在本發明的第十八技術方案中，定子構件導流板的至少一個通路在導流板內成角度在大約80度。
[0023]本發明的第二十技術方案為，在本發明的第十六技術方案中，定子構件導流板的至少一個通路在轉子的旋轉方向上成角度。
【附圖說明】
[0024]本發明的這些和其它特征將從結合繪出本發明的各種實施例的附圖做出的本發明的各種方面的下列詳細描述而更容易理解，其中: 圖1根據本發明的實施例顯示了渦輪的一部分的示意性剖面側視圖。
[0025]圖2根據本發明的另一實施例顯示了渦輪的一部分的示意性剖面側視圖。
[0026]圖3根據本發明的實施例顯示了導流板的正視圖。
[0027]圖4顯示了圖3的導流板的側視圖。
[0028]圖5根據本發明的另一實施例顯示了渦輪的一部分的示意性剖面側視圖。
[0029]圖6根據本發明的另一實施例顯示了渦輪的一部分的示意性剖面側視圖。
[0030]圖7根據本發明的各種實施例顯示了作為渦流比的函數的相對熱交換和壓差的圖示。
[0031]注意到，本發明的圖不按照比例。附圖意圖僅繪出本發明的典型方面，并因此不應視為限制本發明的范圍。在圖中，相同的標號代表圖中相同的元件。
[0032]附圖標記:
100、200、300、400 渦輪 10定子
12面向端部
16、18密封空腔
20轉子孔
26、28密封件
30、130第一通路
32第一開口
34第二開口
38、138第二通路
40轉子
50、52動葉
60,62非旋轉噴嘴
60第一輪間隙
61第二輪間隙 66 蒸汽路徑
70第一動葉根部
72第二動葉根部
90附加通路
92、185、187開口
110,310定子
112,312面向端部
134流離開開口
136導流通路
180、380導流板
182、184、186、188 通路 182主體
182A第一面 182B第二面
226第一密封件。
【具體實施方式】
[0033]圖1根據本發明的一個實施例顯示了渦輪100的一部分的示意性剖面側視圖。在圖1中，轉子40位于定子構件10的轉子孔20內。第一輪間隙60存在于定子10的面向端部12和動葉50的第一動葉根部70之間。如圖1中可見，動葉50是固連于轉子40的多個動葉50、52中的一個，該轉子40交替多個非旋轉噴嘴60、62，這對于諸如渦輪100的渦輪機是典型的。本領域技術人員應理解，術語“葉片”通常用于航空渦輪，而術語“動葉”典型地在描述用于陸基渦輪的相同類型部件時使用。但是，為了簡潔，在本文中應當使用術語“動葉”以共同地指代動葉或葉片。
[0034]多個密封件26、28分別位于定子10的密封空腔16、18內并用于將轉子40抵靠定子10密封。如圖1所示，第一密封件26是刷式密封件，而第二密封件28是填密環。其它的密封構造和組合當然是可能的且在本發明的范圍內。
[0035]在圖1的實施例中，第一通路30從第一密封件26和第二密封件28之間的第一開口 32延伸穿過第二通路38和定子10至在定子10的面向端部12上的第二開口 34。冷卻蒸汽因此被允許從第一密封26和第二密封28之間傳至第一輪間隙60，從而冷卻第一動葉根部70。如下面將更詳細地描述的，第二通路38相對定子10的縱向軸線切向地(周向地)成角度，使得冷卻蒸汽以一角度接觸第一動葉根部70。但是，第一通路30也可可選擇地相對定子10的縱向軸線切向地成角度。典型地，這種角度將在轉子40的旋轉方向上，使得冷卻蒸汽的渦流比和伴隨的熱提取效率提高。第二通路38可包括或包含會聚或會聚-分散的區段以加速流離開開口 34。
[0036]如圖1所示，可選擇的附加通路90可提供在第一動葉根部70中，使得引導進入第一輪間隙60的冷卻蒸汽可繼續流動穿過動葉根部70并進入在第一動葉根部70和第二動葉根部72之間的第二輪間隙61。再者，進入第二輪間隙61的附加通路90和/或其開口92可相對定子10的縱向軸線成角度。這種成角度可