[發(fā)明專利]一種抑制葉頂間隙泄漏和減小汽流激振力裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210097838.8
• 申請(qǐng)日: 2012-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN102619577A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張萬(wàn)福;楊建剛;郭瑞;曹浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D11/08
• 分類號(hào): F01D11/08;F01D25/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(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(guó)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(duì)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(lái)越重要。

目前，國(guó)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(duì)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(lái)增大泄漏流動(dòng)阻力等；對(duì)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(shì)是：密封齒數(shù)越來(lái)越多，密封形式越來(lái)越復(fù)雜。近些年來(lái)，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：(1)?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(duì)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(duì)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(duì)上述問題，本發(fā)明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。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

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)。

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。

本發(fā)明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(lái)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：

(1)?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(duì)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(lái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明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：

(1)?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，本發(fā)明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，本發(fā)明裝置泄漏量減少了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，本發(fā)明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。?

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明裝置局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明阻流環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；