一种烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术

技术领域

本发明涉及冷却保护技术领域，具体为一种烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术。

背景技术

烟气轮机是一个透平装置，用于回收炼油厂催化裂化装置高温带压烟气中的压力势能和热能，转变为机械能。其中主要部件转子、静叶的结构直接影响到烟机的安全使用及运行寿命。烟气轮机在工作时介质为600-700℃含有固体颗粒的高温烟气，其通过静叶后由动叶片将热能及压力能转换为机械能，驱动转子做功。

高温烟气过流部分主要由静叶片及装在轮盘上的转子动叶片等组成，静叶为静止件，转子上的动叶片与轮盘为转动件，两者之间为间隙配合，由于过流介质的温度很高，故在轮盘中心部前端通有冷却蒸汽，对轮盘、动叶片与轮盘连接的部分冷却保护。

高温烟气过流主要经过静叶片及装在轮盘上的动叶片，由于在使用过程中动叶片会将流道内的高温传递至轮盘，会导致动叶片叶根及轮盘榫齿受高温影响，塑性降低、应力不均、承载力下降等问题的出现，会造成叶片叶根断裂，轮盘榫齿开裂等事故，对烟气轮机的安全使用有很大影响。

在现有的结构中，叶根与榫齿的间隙通道与烟机的流道直接相连，通常在运行过程中蒸汽与烟气混合，造成动叶片长柄部分及叶根部分温度过高，降低动叶片材料的使用强度，发生叶片叶根的断裂事故。同时大量的蒸汽进入流道，动叶片叶身部位产生涡流，加剧叶片磨损，降低转子使用寿命，同时也降低了烟气轮机的效率。

另由于国内锻压机能力的限制，进一步制造大直径高温合金轮盘，用于开发及制造特大型烟气轮机，已是十分困难。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是发明了一种烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术，将轮盘冷却蒸汽稳定在包括动叶长柄段、动叶叶根与轮盘榫齿在内的空间内，从而有效的隔离烟气，冷却动叶叶根和轮盘榫齿及长柄段，提高叶片使用的安全系数，最大限度的减少冷却蒸汽对流道流场的影响，避免了涡流带来的摩擦热对于轮盘的超温损害，同时动叶片增加长柄段，并配合使用长柄动叶片叶根保护技术，在现有可制造轮盘直径的基础上即可解决大直径高温合金轮盘制作困难的问题，对于现有烟气轮机改造也是有利的，可以采用原有小型轮盘改造成更大型烟机如φ830mm直径轮盘双级烟机，利用原有φ830mm直径轮盘，开发成φ900mm轮盘机型的单级烟机轮机，利用φ 1380mm直径轮盘，改造开发成φ1500mm轮盘机型烟机轮机。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明属于烟气轮机转子长柄动叶片长柄部分、叶根及轮盘榫槽冷却保护技术，涉及长柄动叶片与静叶组件装配的保护结构，具体说是一种烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护装置，包括静叶组件、轮盘、长柄动叶片，其特征在于：

所述动叶片与静叶组件之间设有气封环，静叶组件与动叶片及轮盘安装后形成两个密封环腔。

优选的，所述气封环包含上气封和下气封，且是由镍基合金制造密封形式为蜂窝形式密封，采用一体式靠背制造形式，可将冷却蒸汽阻止在环腔内。

优选的，所述密封环腔是将长柄动叶片设计成上辐板、下辐板的幅板外伸，凸出于动叶片与轮盘装配后的端面，在所有动叶片与轮盘装配后形成两个密封环状台面，上辐板环状台面的内侧设有2-6道密封齿；

优选的，所述长柄动叶片，由叶身，上辐板，长柄段，下辐板，圆弧过渡段及叶根组成，在叶片长柄段上辐板轴向设有密封齿使其与相邻的叶片辐板处密封齿相互啮合，形成梳齿状的密封通道。

优选的，所述圆弧过渡段是动叶片在下辐板与叶根榫齿间选取较大的圆弧过渡，可以加大叶根齿中第一齿的承载条件，改善叶根应力不均匀程度。

优选的，所述动叶片长柄段长柄部分可以由I字型、H字型和口字型组成。

优选的，所述静叶组件包括静叶片和静叶环及在气封环上装有两道蜂窝型密封环，蜂窝型密封环与动叶片幅板凸出的环状台面相配。

优选的，所述静叶片幅板与动叶片上幅板之间的间隙通道为一顺主气流倾斜的锥形环状通道。

优选的，所述锥形环状通道角度为5°-45°。

(三)有益效果

本发明提供了一种烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术，具备以下有益效果：

1、长柄动叶片叶根冷却保护的作用可以有效减少在使用过程中叶片对轮盘的传热，可以大幅度降低叶根与轮盘榫齿的工作温度，可以加大叶根齿中第一齿的承载条件，改善叶根应力不均匀程度，提升了烟气轮机运转的安全性。

2、长柄动叶片叶根冷却保护的采用有利于提高烟气轮机入口温度，对于节能有利。

3、采用长柄动叶片叶根保护技术在设计和制造时结合气动设计通过调整长柄长度，在现有可制造轮盘直径的基础上即可解决大直径高温合金轮盘制作困难的问题。

4、该烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术，静叶片幅板与动叶片幅板之间的间隙通道为一顺主气流倾斜的锥形环状通道。避免了轮盘冷却蒸汽延90°方向垂直进入到烟气轮机烟气主流场，使得主气流受到蒸汽的影响改变了主流场流线，一方面降低了烟气轮机效率，另一方面造成催化剂的局部集中，加重了烟机结垢的倾向。而倾斜的锥形环状通道减小了这种影响，提高了效率，降低烟机结垢倾向。

5、长柄动叶片叶根保护技术在静叶环、下气封与叶根、轮盘形成了蒸汽腔，在这个蒸汽腔内可以保持较高压力，其轮盘冷却蒸汽被分为两路，一路通过叶根榫齿及轮盘榫齿的间隙流过冷却叶根，另一路通过下气封进入到下辐板、下气封、上气封、上辐板组成的蒸汽腔内，并通过轴向梳齿状密封后冷却叶片长柄使叶身传导到叶根的热量更少，最终只有极少量的蒸汽进入到烟气轮机主流道，这样使得进入到主流道的蒸汽量更少，对提高烟机效率和减少催化剂结垢有利。

6、动叶片增加长柄采用叶根保护技术后，其叶根及长柄部分都得到了有效冷却，其许用强度超过了传统叶根，更趋于安全。

7、由于采用两道密封具有更好的蒸汽密封效果，冷却蒸汽控制可以从轮盘温度控制改变为流量控制，节约蒸汽用量。

8、可以减少使用材料，因为高温镍基合金，在500-700℃之间出现“塑性低谷”，传统叶片叶根第一齿正好出现在“塑性低谷”区域，于承载不利，采用长柄机构后，该现象正好落在长柄区，由于长柄部分比叶根部分简单，又不承受冲击载荷，材料韧性差些问题不大，长柄采用有利于提高烟气轮机入口温度，对于节能有利。

9、动叶片长柄部分的作用可以有效减少在使用过程中叶片对轮盘的传热，可以大幅度降低叶根与轮盘榫齿的工作温度，可以加大叶根齿中第一齿的承载条件，通过调整下辐板与叶根榫齿间选取较大的圆弧过渡值提升改善叶根应力不均匀程度。

10、对于现有烟气轮机改造也是有利的，可以采用原有小型轮盘改造成更大型烟机如φ830mm直径轮盘双级烟机，利用原有φ830mm直径轮盘，开发成φ900mm轮盘机型的单级烟机轮机；利用φ1380mm直径轮盘，改造开发成φ1500mm轮盘机型烟机轮机.

11、采用长柄动叶片在设计和制造时结合气动设计通过调整长柄长度，在现有可制造轮盘直径的基础上即可解决大直径高温合金轮盘制作困难的问题。

附图说明

图1为本发明烟气轮机整体剖面图；

图2为本实用烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术结构示意图；

图3为本实用长柄动叶片主视图。

图4为本实用长柄形式及梳齿密封示意图。

图中：静叶组件1、轮盘2、动叶片3、静叶片4、上气封5、静叶环6、底座7、动叶端面8、动叶叶身3.1、动叶片上幅板3.2、长柄部分3.3、动叶下幅板3.4、下辐板圆弧过渡段3.5、动叶叶根3.6、下气封9、A高温烟气、 B冷却蒸汽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术，包括静叶组件1、轮盘2、长柄动叶片3、静叶片4及静叶环6，且装置的底部固定连接有底座7。

长柄动叶片3的叶根3.6表面设有动叶端面8，长柄动叶片3与静叶组件 1之间设有两道密封环台，动叶下幅板3.4与轮盘2形成环腔，下气封9与动叶下幅板3.4将轮盘2的冷却蒸汽阻止在环腔内，冷却轮盘及叶根榫齿，部分冷却蒸汽通过动叶上幅板3.2及下气封9后进入到动叶上幅板3.2及上气封5组成的环腔内，由于冷却蒸汽通过轴向梳齿状密封冷却长柄动叶片3.3 使得叶身传导到叶根的热量更少；极少量的的通过动叶上幅板3.2与上气封气封5后，进入到烟气轮机主流道。叶片长柄段长柄部分3.3可以由I字型、 H字型和口字型组成且轴向上带有梳齿状密封。

密封环台是将长柄动叶片3设计成叶身3.1与长柄部分3.3之间的动叶上幅板3.2且带有一定角度，凸出于长柄动叶片3.3，长柄动叶片3.3与叶根 3.6之间的动叶下幅板3.4外伸与轮盘2装配后的端面8，在所有长柄动叶片 3与轮盘2装配后形成两个密封环状台面；

静叶组件1包括静叶片4、静叶环6、上气封5及下气封9，在静叶环6 上装有上气封5及下气封10，上气封5及下气封9与长柄动叶片3上凸出的动叶上幅板3.2及动叶下幅板3.4相配。

综上所述，该烟气轮机转子长柄动叶片叶根保护技术，密封冷却结构所需要的冷却介质为过热蒸汽、或热氮气。

烟气轮机在工作状态时，高温烟气A通过静叶片4、长柄动叶片3做功后排出。轮盘冷却蒸汽B进入轮盘2与动叶下幅板3.4及下气封9之间的空腔，冷却叶根，起到给轮盘2和动叶叶根3.6的冷却作用；后从长柄动叶片3.4 与下气封9之间的间隙流入动叶上幅板3.2与上气封5及动叶下幅板3.4形成的环腔内起到冷却长柄动叶片3.3及降低辐射热传递的作用。

通常轮盘2、动叶端面8、与静叶环6之间是开放式的，这样流道内的高温烟气对轮盘2和动叶叶根3.6及长柄部分3.3就存在温度辐射作用，使动叶叶根3.6及长柄部分3.3温度过高，降低动叶片的使用强度，同时轮盘冷却蒸汽B进入流到后会对烟气产生干扰，使动叶叶身3.1产生冲刷，影响烟气轮机的安全运行。

因此在轮盘2、动叶片3端面与静叶环6之间建立的密封结构使得动叶叶根3.6、长柄部分3.3、轮盘2被保护在轮盘冷却蒸汽腔中，使得轮盘冷却蒸汽B最大程度冷却了动叶叶根3.6、长柄部分3.3和轮盘2，又阻止了轮盘冷却蒸汽B流入流道，保证了烟气轮机的安全运行。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。