CN101144391A - 涡轮机喷嘴组件 - Google Patents
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Abstract
一种用于涡轮机的喷嘴组件,包括:喷嘴叶片(43),具有内侧壁(44)和外侧壁(46),并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;外环(20);分流器(11),具有水平延伸部(21);外环(20)和外侧壁(46)之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件(48、76、78);(ii)凸形/凹形界面(54、82、84);或者(iii)凹形凹口(106),在外侧壁(46)的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面(108)邻接;以及水平延伸部(21)和内侧壁(44)之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件(48、76、78);或者(ii)凸形/凹形界面(54、82、84);或者(iii)凹形凹口(106),在内侧壁(44)的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面(108)邻接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的喷嘴组件。更特别是,但不作为限制,本发明涉及双重流动蒸气涡轮机的第一级的单件(singlet)式喷嘴组件。
背景技术
蒸气涡轮机通常包括将蒸气流引导到连接在转子上的涡轮机叶片或浆片上的静态喷嘴部段。在蒸气涡轮机中,可以形成翼面件或叶片的喷嘴通常称为隔膜级。
通常,隔膜级使用两种方法之一来构造。第一种方法使用带/环构造,其中翼面件首先焊接在延伸大约180°的内带和外带之间。具有焊接的翼面件的这些弧形带接着组装并焊接在涡轮机的定子的内和外承载环之间。第二种构造方法包括使得喷嘴的翼面件或叶片直接焊接在内和外环上。以此方法,喷嘴通常具有用来与内和外环界面的整体侧壁。这种方法通常用于可以进行焊接的较大的蒸气涡轮机单元。
使用带/环的构造方法具有固有的局限性。带/环组装方法的主要局限性是由于使用焊接造成的流路所出现的变形。即,用于这些组装的焊接件具有相当大的尺寸和热量输入。焊接需要高热量输入和大量金属填料,或者是非常深的电子束焊接。在任何情况下,材料或热量输入造成流路显著变形。例如,材料收缩造成翼面件从其所设计的形状向外拱起到流路内。在许多情况下,喷嘴组件的翼面件需要在焊接之后调节或进行应力释放。
蒸气流路变形的结果(即使在采取正确的组装后方法也会在某种程度上存在)减小了隔膜级的效率。内和外带的表面轮廓也会由于将喷嘴焊接在定子组件上而变化,进一步造成不规则的流路。更特别是,喷嘴和带通常由于传统的安装方法而弯曲和变形。这需要喷嘴构造进行大量精加工以便使其达到设计规格。在许多情况下,喷嘴组件的总体构造的成本的大约30%花费在变形喷嘴组件上,包括焊接之后和应力释放,使其回到其原来的设计构造上。
第二种喷嘴构造方法(即使得喷嘴的翼面件或叶片的侧壁直接焊接在内和外环上)也具有相当大的问题和不足。例如,使用焊接在环内的单个喷嘴构造的传统组装方法缺乏适当的构造来在界面处增强确定的焊接深度,这通常造成问题出现。另外,传统系统缺乏位于内和外环上的有助于安装的组装对准结构。同样,传统系统缺乏在焊接部失效时将所安装的喷嘴保持就位的保持结构。最后,传统系统在喷嘴内环界面和喷嘴外环界面处需要耗时的焊接操作。
另外,在双重流动蒸气涡轮机的第一级中,会加剧与喷嘴组件的构造相关的许多问题。但是,通常指的是筒级的第一级的某些特征提供了设计机会,可以用来简化该级内的喷嘴组件,并且使得组装过程更加有效。例如,分流器代替第一级内的内环,并且具有可以使用的有利特征。如下面更加详细描述那样,传统喷嘴结构不能利用这些机会。
因此,需要一种第一级喷嘴,该喷嘴设计成通过喷嘴滑动就位安装或者通过低热量焊接安装或者通过两者安装。在任何情况下,这种组件将减小或消除由于传统焊接工艺造成的蒸气路径变形,以及通过使得组装更加有效,改善制造和循环成本。另外,需要一种第一级喷嘴组件,该喷嘴组件有助于喷嘴组件在安装过程中对准,并且形成机械锁定,以便防止喷嘴组件在焊接部失效的情况下向下游运动。在下游级中未发现的第一级的某种独特特征可以利用第一喷嘴结构,以便有效地满足这些所述需要。
发明内容
本发明因此描述一种用于涡轮机的喷嘴组件,该喷嘴组件包括(1)喷嘴叶片,具有内和外侧壁,并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;(2)外环;(3)分流器,具有水平延伸部;(4)外环和外侧壁之间的界面,具有如下的至少一种(i)凸形/凹形界面,或者(ii)径向互锁件;以及(5)水平延伸部和内侧壁之间的界面,具有如下的至少一种(i)凸形/凹形界面,或者(ii)径向互锁件。在某些实施例中,外环和外侧壁之间的界面以及水平延伸部和内侧壁之间的界面之一包括焊接部,并且外环和外侧壁之间的界面和水平延伸部和内侧壁之间的界面之一没有焊接部。
在某些情况下,径向互锁件可包括任何的(i)从内侧壁轴向伸出到水平延伸部内的第一凸形台阶,第一凸形台阶在其最向外的径向侧上侧面邻接从水平延伸部轴向伸出到内侧壁内的第二凸形台阶,或者(ii)第一凸形台阶从外侧壁轴向伸出到外环内,第一凸形台阶在其最向内的径向侧上侧面邻接从外环轴向伸出到外侧壁内的第二凸形台阶。凸形/凹形界面可包括任何的(i)位于外侧壁上的径向凹形凹口,与外环上的径向凸形台阶相对应,或者(ii)内侧壁内的径向凹形凹口,与水平延伸部上的径向凸形台阶相对应。
在某些实施例中,外环和外侧壁之间的界面可以包括定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面。水平延伸部和内侧壁之间的界面可包括定位在内侧壁的导前边缘处的径向互锁件。定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面可以焊接。焊接可包括对焊,使得焊接部沿着凸形/凹形界面的轴向长度大致局限于外侧壁和外环之间的区域。定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面的轴向长度可以小于外环和外侧壁之间的重合轴向长度的大约1/4。
水平延伸部还包括下游凸唇。下游凸唇可覆盖内侧壁的下游边缘,使得下游凸唇防止内侧壁在下游方向上轴向移位。
在某些实施例中,外环和外侧壁之间的界面可包括定位在外侧壁的导前边缘和拖尾边缘处的径向互锁件之一。水平延伸部和内侧壁之间的界面可包括定位在内侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面。定位在内侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面可使用对焊界面来焊接,使得焊接部大致沿着凸形/凹形界面的轴向长度局限于内侧壁和水平延伸部之间的区域。定位在内侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面的轴向长度可以小于内侧壁和水平延伸部之间的重合轴向长度的大约1/4。
本发明还描述一种用于涡轮机的喷嘴组件,该喷嘴组件包括喷嘴叶片,具有内和外侧壁,并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;外环;分流器,具有水平延伸部;外环和外侧壁之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件;(ii)凸形/凹形界面;或者(iii)凹形凹口,在外侧壁的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面邻接;以及水平延伸部和内侧壁之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件;(ii)凸形/凹形界面;或者(iii)凹形凹口,在内侧壁的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面邻接。
在某些实施例中,径向互锁件可包括任何的(i)从内侧壁轴向伸出到水平延伸部内的第一凸形台阶,第一凸形台阶在其最向外径向侧上通过从水平延伸部轴向延伸到内侧壁的第二凸形台阶侧面邻接,或者(i i)从外侧壁轴向伸出到外环内的第一凸形台阶,第一凸形台阶在其最向内径向侧上通过从外环轴向延伸到外侧壁内的第二凸形台阶侧面邻接。凸形/凹形界面可包括任何的(i)位于外侧壁上的径向凹形凹口,与外环上的径向凸形台阶相对应,或者(ii)内侧壁内的径向凹形凹口,与水平延伸部上的径向凸形台阶相对应。
外环和外侧壁之间的界面可包括定位在外侧壁的导前边缘和拖尾边缘处的径向互锁件之一。水平延伸部和内侧壁之间的界面可包括通过位于内侧壁的拖尾边缘处的径向伸出凸形台阶侧面邻接的凹形凹口。内侧壁的拖尾边缘处的凸形台阶和水平延伸部之间的界面可以被焊接。焊接可包括对焊,使得焊接部沿着内侧壁的拖尾边缘处的凸形台阶的轴向长度大致局限于内侧壁和水平延伸部之间的区域。定位在内侧壁的拖尾边缘处的凸形台阶的轴向长度可以小于内侧壁和水平延伸部之间的重合轴向长度的大约1/4。内侧壁还可通过螺栓栓接到水平延伸部上。螺栓可以定位成使得螺栓径向延伸通过水平延伸部到内侧壁内。
在某些实施例中,外环和外侧壁之间的界面可包括定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面。水平延伸部和内侧壁之间的界面可包括通过位于内侧壁的导前和拖尾边缘处的径向伸出凸形台阶侧面邻接的凹形凹口。内侧壁的拖尾边缘处的凸形台阶和水平延伸部之间的界面可以被焊接。焊接可包括对焊,使得焊接部沿着内侧壁的拖尾边缘处的凸形台阶的轴向长度大致局限于内侧壁和水平延伸部之间的区域。定位在内侧壁的拖尾边缘处的凸形台阶的轴向长度可以小于内侧壁和水平延伸部之间的重合轴向长度的大约1/4。定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面可以被焊接。焊接包括对焊,使得焊接部沿着凸形/凹形界面的轴向长度大致局限于外侧壁和外环之间的区域。定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面的轴向长度可以小于外侧壁和外环之间的重合轴向长度的大约1/4。
在某些实施例中,分流器包括单件。与外侧壁和外环之间的上游界面的向外径向高度相比,分流器的垂直延伸部可具有更大的向外径向高度。在某些实施例中,外环可包括实体环以及外承载环组件。
本发明还描述一种用于涡轮机的喷嘴组件,该喷嘴组件可包括喷嘴叶片,具有内和外侧壁,并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;外环;分流器,具有水平延伸部;用于提供机械接合的装置,包括焊接止挡和外环和外侧壁之间的界面之间的失效保障装置;以及用于提供机械接合的装置包括内环和水平延伸部之间的界面之间的径向互锁件。
在某些实施例中,焊接止挡包括确定外环和外侧壁之间的界面处的焊接部深度的后止挡。失效保障装置包括防止外侧壁下游轴向移位的机械止挡。在某些实施例中,用于提供机械接合的装置包括焊接止挡,并且失效保障装置可包括任何的(i)凸形/凹形界面,或者(ii)通过外侧壁的导前边缘和拖尾边缘处的径向伸出凸形台阶侧面邻接的凹形凹口。凸形/凹形界面可包括位于外侧壁上的径向凹形凹口,与外环上的径向凸形台阶相对应。
用于提供机械接合的包括径向互锁件的装置包括从内侧壁轴向伸出到水平延伸部内的第一凸形台阶。第一凸形台阶可在其最向内径向侧通过从水平延伸部轴向延伸到内侧壁内的第二凸形台阶侧面邻接。
本发明还描述一种用于涡轮机的喷嘴组件,该喷嘴组件可包括喷嘴叶片,具有内和外侧壁,并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;外环;分流器,具有水平延伸部;用于提供机械接合的装置,包括外环和外侧壁之间的界面之间的径向互锁件,以及用于提供机械接合的装置,包括内环和水平延伸部之间的界面之间的失效保障装 置。
在某些实施例中,用于提供机械接合的包括径向互锁件的装置包括从外侧壁轴向伸出到外环内的第一凸形台阶。第一凸形台阶可在其最向内径向侧通过从外环轴向延伸到外侧壁内的第二凸形台阶侧面邻接。
本发明还描述一种用于涡轮机的喷嘴组件,该喷嘴组件包括喷嘴叶片,具有内和外侧壁,并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;外环;分流器,具有水平延伸部;外环和外侧壁之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件;(ii)凸形/凹形界面;或者(iii)凹形凹口,在外侧壁的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面邻接;以及水平延伸部和内侧壁之间的界面,具有钩子和细槽连接件。钩子和细槽连接件可包括从内侧壁的导前边缘径向延伸的钩子以及位于水平延伸部内的相应周向细槽。
在某些实施例中,外环和外侧壁之间的界面可包括定位在外侧壁的导前和拖尾边缘处的凸形/凹形界面。定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面可以被焊接。焊接可包括对焊,使得焊接部沿着凸形/凹形界面的轴向长度局限于外侧壁和外环之间的区域。定位在外侧壁的拖尾边缘处的凸形/凹形界面的轴向长度可小于外环和外侧壁之间的重合轴向长度的大约1/4。外环可包括实体环以及外环承载环组件。
在接合附图和所附权利要求时,本发明的这些和其它特征将从优选实施例的详细描述中显而易见。
附图说明
图1是表示穿过按照现有技术的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图;
图2是表示穿过按照本发明的实施例结合喷嘴组件的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图;
图3是表示穿过按照本发明的可选择实施例结合喷嘴组件的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图;
图4是表示穿过按照本发明的可选择实施例结合喷嘴组件的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图;
图5是表示穿过按照本发明的可选择实施例结合喷嘴组件的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图;
图6是表示穿过按照本发明的可选择实施例结合喷嘴组件的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图;以及
图7是表示穿过按照本发明的可选择实施例结合喷嘴组件的双重流动蒸气涡轮机的第一级的截面的示意图。
部件列表
现有技术第一级喷嘴组件10、分流器11、叶片12、内带14、外带16、外环20、水平延伸部21、垂直延伸部22、入口蒸气钵23、栓接连接件24、浆片26、焊接部30、高热量输入焊接部31/32、第一级喷嘴组件40、整体形成的第一级单件42、翼面件43、内侧壁44、外侧壁46、细槽47、径向互锁件48、凸形台阶50、第二凸形台阶52、下游凸唇58、细槽53、凸形/凹形界面54、低热量输入类型焊接部59、第一级喷嘴组件70、第一级单件72、径向互锁件76/78、凸形/凹形界面82/84、低热量输入类型焊接部86、第一级喷嘴组件100、凹形凹口106、凸形台阶108。低热量输入类型焊接部109、螺栓112、第一级喷嘴组件120、第一级单件122、第一喷嘴组件150、第一级单件152、环156、外承载环157、凸形/凹形界面162/163、钩子和细槽连接件166、钩子168、周向细槽170、低热量输入类型焊接部175。
具体实施方式
参考图1,表示双重流动蒸气涡轮机中的通常标示为10的现有技术的第一级喷嘴组件,包括位于分流器11的每侧上的喷嘴组件10。喷嘴组件10可包括在内带14和外带16之间的相对端处焊接的多个周向隔开的翼面件或叶片12。外带16可焊接到外环20上。内带14可焊接到分流器11的水平延伸部21上。分流器11还可具有变窄到入口蒸气钵的大致中心内的峰顶的垂直延伸部22。注意到水平延伸部21和垂直延伸部22通常表示公知分流器11内的传统部件,并且不打算表示分流器11的特殊部件或构造。采样这种构造,分流器11的垂直延伸部22可将经过入口蒸气钵23的蒸气流分离,将该流的大致一半引导到每个喷嘴组件10。分流器11可构造成使其包括通过螺栓连接件24连接在一起的两个半件。还表示的是安装在转子(未示出)上的多个涡轮机叶片或浆片26。将理解到与浆片26相结合的喷嘴组件10可形成蒸气涡轮机的一级。
翼面件12单独焊接在内带和外带14和16内的总体相对应成形的孔内(未示出)。内带和外带14和16通常在两个部段内延伸,部段各自包括180度。在翼面件12焊接在内带14和外带16之间之后,接着使用非常高热量的输入和深度焊接,将此组件焊接在外环20和分流器11的水平延伸部21之间。例如,内带14可通过从下游位置的焊接部30焊接在水平延伸部21上。焊接部30可使用大量金属填料或者需要非常深的电子束焊接,以便进行充分连接。类似地,可包括大量金属填料和非常深的电子束焊接的高热量输入焊接部31、32需要在相对的轴向位置处(即从上游和下游位置)将外带16焊接在外环20上,如图所示。因此,在翼面件12开始焊接到内带14和外带16上并随后焊接到水平延伸部21和外环20上时,由于金属材料的高热量输入和收缩,这些大的焊接部可造成流路的显著变形,造成翼面件从其设计构造变形。同样,内带和外带14和16的形状可变得不规则,偏离其设计形状,进一步扭曲了流路。因此,经过耗时的焊接和应力释放,喷嘴组件必须重新回到其设计构造,如上所述可造成喷嘴组件的总体构造成本的30%。最后,如果使用电子束焊接,必须从一个方向一直到相对侧来完成,造成多达4英寸厚的焊接部。除了与热量输入相关的变形问题之外,这种类型的大焊接部在界面处造成不一致性和连接问题。
另外,对于如上所述的传统组装方法来说,具有使用位于界面处的大致为电子束焊接部的焊接部,将喷嘴组件直接焊接在水平延伸部21和外环20上。更特别是,由于喷嘴单件和环的侧壁之间的间隙不一致,传统系统中的焊接部深度通常变化。由于加工误差范围,在间隙变大时,焊接部深度和焊接部性能变化。紧密的焊接部间隙可形成短于所需的焊接部。较大的焊接部间隙使得焊接或束更深,并且造成焊接部的不希望的空穴。另外,包括内侧壁和外侧壁的当前的喷嘴结构还使用位于界面处的焊接预制件,这需要使用不希望的较高热量输入填料。较高热量可造成不希望的流路变形。另外,如上所述,传统组件缺乏有助于在安装过程中将喷嘴对准在适当位置上的对准结构以及可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴保持就位的保持结构,并且在喷嘴水平延伸部界面和喷嘴外环界面处需要耗时的焊接。
现在参考图2,表示按照本发明利用第一级单件的第一级喷嘴组件40的实施例。如这里使用那样,第一级单件是在每端处具有侧壁或例如通过低热量输入焊接部或通过滑动接合或栓接可以附接在分流器11的水平延伸部21和外环20之间的其它附接装置的单个喷嘴翼面件。如这里描述那样,第一级单件可具有提供改善的可靠性并消除危险的机械结构(例如位于单件和水平延伸部21和/或外环20之间的机械锁定件,以便在焊接部失效的情况下将安装后的单件保持就位)。如这里进一步描述那样,第一级单件具有有助于安装的对准结构和增加单件和水平延伸部21和外环20之间的界面处的确定焊接部深度的构造。还注意到图2-6表示传统外环组件。如这里使用那样,外环广义地限定以便还包括实体环或带/外承载环组件,例如图7所示。这里描述的实施例能够用于外环组件,并且不局限于图2-6的传统外环组件。
因此,图2的第一级喷嘴组件的示例性实施例可包括整体形成的第一级单件42,可包括内侧壁44和外侧壁46之间的单个翼面件或叶片43。翼面件43和侧壁44、46可由精制锻造件或原材料加工而成。内侧壁44可插入分流器11的水平延伸部21内的细槽47。细槽47/内侧壁44界面的上游侧可包括径向互锁件48。如这里使用那样,径向互锁件限定为一对轴向重叠的凸形台阶,防止单件径向运动。如所述,这可以通过提供从内侧壁44轴向伸出到水平延伸部21内的凸形台阶50以及从水平延伸部21轴向延伸到内侧壁44内的重叠第二凸形台阶52来形成。凸形台阶52可侧面邻接凸形台阶50,并且凸形台阶52可进一步径向向外,使其大致将内侧壁44锁定在细槽47内,并且防止第一级单件42径向运动。注意到在径向互锁件定位在外侧壁46上时,如下面可选择实施例中描述那样,与外侧壁46的凸形台阶相比,外环20的重叠的凸形台阶将进一步径向向内。细槽47还可包括覆盖内侧壁44的下游边缘的下游凸唇58,因此防止内侧壁44在下游方向上的轴向移位。因此,由于细槽47的构造,内侧壁44可通过滑动到细槽47内而接合水平延伸部21。
外侧壁46可插入外环20内的细槽53。在细槽53的下游侧,可以形成径向凸形/凹形界面54,如下面更加详细描述那样,可以提供焊接止挡(可以增加确定的浅深度焊接以便将外侧壁46有效地附接在外环20上)以及失效保障装置(即可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴轴向保持就位的机械止挡或保持结构)。凸形/凹形界面54可包括外侧壁46内的径向凹形凹口,与外环20内的径向凸形台阶相对应。
第一级喷嘴组件40的构造可使得第一级单件42有效安装,如下所述。第一级单件42可滑动到细槽47内,并且因此经由径向互锁件48和下游凸唇58的构造来接合水平延伸部42。外侧壁46接着可引入对准的外环20和凸形/凹形界面54。注意到细槽47和细槽53的结构(即径向互锁件48、下游凸唇58、凸形/凹形界面54等)可用于第一级单件42在安装过程中的适当轴向和径向对准。
第一级单件42接着可通过凸形/凹形界面54处的低热量输入类型的焊接部59在水平延伸部21和外环20之间固定在就位。例如,低热量输入类型的焊接部59可使用对焊界面,并且最好采用浅电子束焊接部或浅激光焊接部或者TIG或GTAW焊接工艺。通过使用这种焊接工艺和多种类型的焊接部,焊接部59可沿着凸形/凹形界面54的轴向长度局限于外侧壁46和外环20之间的区域。即,凸形/凹形界面54的径向偏移造成限制焊接部长度的所谓“后止挡”。因此,焊接部59可只出现短而确定的轴向距离,并且不超过凸形/凹形界面54的轴向长度。焊接部59还可在不使用填料焊接材料的情况下进行。如上所述,小于横跨外侧壁46的轴向距离的大约1/4可用于焊接部59,以便将第一级单件42焊接在外环20上。
因此,通过从外侧壁46和外环20之间的界面的下游侧在轴向上使用电子束焊接,外侧壁46和环20的材料熔合的焊接部的轴向长度小于其轴向界面的长度的大约1/4。在没有凸形/凹形界面54的焊接止挡的传统系统中,如果使用电子束焊接部,焊接部需要在侧壁46和环20之间重合的完整轴向长度(即界面长度)上延伸。如上所述,这可造成变形和与焊接相关的问题出现。
如上所述,在第一级中,单件42通过分流器11的水平延伸部21轴向支承或保持就位。由于这种另外的轴向支承,通过内侧壁44和水平延伸部21之间的径向互锁件48和下游凸唇58的非焊接连接可以是足够的。在其它随后的涡轮机级中,喷嘴和内环组件基本上从外环悬臂,并因此由于蒸气的高速交叉流动,受到很大应力和变形。这些情况通常使得内侧壁44有必要焊接在内环上,在将内侧壁44焊接在分流器11的水平延伸部21上时,这是在第一级中还要完成的操作。在第一级中,虽然水平延伸部21能够为内侧壁44提供轴向支承(在此实施例中通过下游凸唇58来实现),抵消蒸气交叉流动产生的应力和变形。因此,在第一级中提供的另外的轴向支承使得第一级单件42进行充分的非焊接连接,如图1对于水平延伸部21和内侧壁44之间的非焊接界面描述那样。因此,如下面示例性实施例更加详细描述可通过在其侧壁界面(与两者相对)上的单个焊接部或者在某些实施例中根本没有焊接部,第一级单件42可以有效地安装。
所述设计和组装方法的另一优点是使得分流器11的设计具有灵活性。通常,在传统系统中,并图1所示为焊接部31,焊接部需要位于外侧壁46和外环20之间的上游界面处。由于需要轴向间隙来形成此焊接部,分流器11的垂直延伸部22的向外径向高度必须小于外侧壁46和外环20之间的上游界面的向外径向高度。由于不再需要上游焊接部,不再需要轴向间隙,使得分流器21的径向高度增加,改善了入口蒸气钵23的流动性能。另外,由于在外侧壁46和外环20之间的上游界面之间形成上游焊接部之间需要轴向间隙,在传统系统中,分流器11构造成两个部件,使得双重流动蒸气系统的每侧的组装可在分流器11通过螺栓连接件24连接之前分开进行。由于不再需要上游焊接部,两件式分流器11也不再需要,并且可以使用单件式分流器(未示出)。
虽然未示出,在可选择实施例中,内侧壁44和外侧壁46(如图2所示)的附接系统可以互换。因此,外侧壁46和外环20之间的界面可以具有径向互锁件48和下游凸唇58(如前面对于内侧壁44描述那样)。并且,内带44和水平延伸部21之间的界面可具有径向凸形/凹形界面52(如前面对于外侧壁46描述那样)。在这种实施例中,除了考虑附接系统的转换之外,组装方法可如上所述进行。
现在参考图3,表示本发明的可选择实施例,即利用第一级单件72的第一级喷嘴组件70。在此实施例中,外侧壁46和外环20之间的细槽53处的界面可包括位于外侧壁46的上游侧和下游侧处的径向互锁件76、78。径向互锁件76、78类似于相对于图2的实施例描述的径向互锁件48,并且因此可以在外侧壁46和外环20之间进行滑动接合,并且一旦接合,防止径向运动。水平延伸部21和内侧壁44之间的细槽4 7处的界面可包括径向凸形/凹形界面82、84。凸形/凹形界面82可不包括在某些实施例中。类似于凸形/凹形界面54,凸形/凹形界面84可提供焊接止挡(可以增加确定的浅深度焊接部,以便将内侧壁44有效地连接在水平延伸部21上)以及失效保障装置(即可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴轴向保持就位的机械止挡或保持结构)。凸形/凹形界面82、84可包括内侧壁44内的径向凹形凹口,与水平延伸部21上的的径向凸形台阶相对应。
第一级喷嘴组件70的构造可使得第一级单件72有效安装,如下所述。第一级单件72的外侧壁46可滑动到细槽53内,并且因此经由径向互锁件76、78的构造来接合外环20。内侧壁44接着可引入对准的水平延伸部21的细槽47和凸形/凹形界面82、84。细槽47和细槽53的结构(即径向互锁件76、78、凸形/凹形界面82、84)可用于第一级单件72在安装过程中的适当轴向和径向对准。类似于如上所述对于第一级单件42和凸形/凹形界面54描述那样,第一级单件72接着可以通过使用位于凸形/凹形界面84的低热量输入类型焊接部86在水平延伸部21和外环20之间固定就位。在某些实施例中,不使用凸形/凹形界面84处的焊接部,使得第一级单件72通过细槽47和细槽53的结构保持就位。
虽然未示出,在可选择实施例中,内侧壁44和外侧壁46(如图3所示)的附接系统可以互换。因此,外侧壁46和外环20之间的界面可以具有凸形/凹形界面82、84(如前面对于内侧壁44描述那样)。并且,内带44和水平延伸部21之间的界面可具有径向互锁件76、78(如前面对于外侧壁46描述那样)。在这种实施例中,除了考虑附接系统的转换之外,组装方法可如上所述进行。
现在参考图4,表示本发明的可选择实施例,即利用第一级单件102的第一级喷嘴组件100。在此实施例中,外侧壁46和外环20之间的细槽53处的界面可包括位于外侧壁46的上游侧和下游侧处的径向互锁件76、78。如上所述,这种界面可以在外侧壁46和外环20之间进行滑动接合,并且一旦接合,防止径向运动。水平延伸部21和内侧壁44之间的细槽47处的界面可包括通过内侧壁44的导前和拖尾边缘处的径向向内伸出凸形台阶108侧面邻接或横跨的凹形凹口106。类似于凸形/凹形界面54和84,凹形凹口106/凸形台阶108可提供焊接止挡(可以增加确定的浅深度焊接部,以便将内侧壁44有效地连接在水平延伸部21上)以及失效保障装置(即可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴轴向保持就位的机械止挡或保持结构)。
第一级喷嘴组件100的构造可使得第一级单件102有效安装,如下所述。第一级单件102的外侧壁46可滑动到细槽53内,并且因此经由径向互锁件76、78的构造来接合外环20。内侧壁46接着可引入对准的细槽47处的水平延伸部21和凹形凹口106/凸形台阶108。细槽47和细槽53的结构(即径向互锁件76、78、凹形凹口106/凸形台阶108)可用于第一级单件102在安装过程中的适当轴向和径向对准。类似于如上所述对于第一级单件42和凸形/凹形界面54描述那样,第一级单件102接着可以通过使用位于内侧壁44的下游边缘处的低热量输入类型焊接部109(即下游边缘处的凸形台阶108/水平延伸部21界面)在水平延伸部21和外环20之间固定就位。
在某些实施例中,可以不使用内侧壁44的下游边缘处的焊接部109,使得第一级单件102通过细槽47和细槽53的机械结构保持就位。另外,如图5所示,在可选择实施例中可引入螺栓112,以便增加机械(非焊接)连接。螺栓112可以是传统螺栓以便这种应用。螺栓112可在径向上延伸穿过分流器11的水平延伸部21并进入内侧壁44。在某些实施例中,螺栓112可终止于外侧壁112。在其它实施例中,如图所示,螺栓112可延伸到第一级单件102的翼面件43内。
作为选择,虽然未示出,在可选择实施例中,内侧壁44和外侧壁46(如图4和5所示)的附接系统可以互换。因此,外侧壁46和外环20之间的界面可以具有凹形凹口106/凸形台阶108和/或螺栓112(如前面对于内侧壁44描述那样)。但是,注意到在某些应用中,螺栓112可比外环20更加有效地穿过分流器。并且,内带44和水平延伸部21之间的界面可具有径向互锁件76、78(如前面对于外侧壁46描述那样)。在这种实施例中,除了考虑附接系统的转换之外,组装方法可如上所述进行。
现在参考图6,表示本发明的可选择实施例,即利用第一级单件122的第一级喷嘴组件120。类似于图4的实施例,水平延伸部21和内侧壁44之间的细槽47处的界面可包括通过内侧壁44的导前和拖尾边缘处的径向向内伸出凸形台阶108侧面邻接或横跨的凹形凹口106。凹形凹口106/凸形台阶108可提供焊接止挡(可以增加确定的浅深度焊接部,以便将内侧壁44有效地连接在水平延伸部21上)以及失效保障装置(即可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴轴向保持就位的机械止挡或保持结构)。在图6的实施例中,外侧壁46和外环20之间的细槽53处的界面可类似于针对图2实施例描述。因此,在细槽53的下游侧,可以形成径向凸形/凹形界面54,提供焊接止挡(可以增加确定的浅深度焊接部,以便将内侧壁44有效地连接在水平延伸部21上)以及失效保障装置(即可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴轴向保持就位的机械止挡或保持结构)。凸形/凹形界面54可包括外侧壁46内的径向凹形凹口,与外环20上的凸形台阶相对应。
第一级喷嘴组件120的构造可使得第一级单件122有效安装,如下所述。第一级单件122可放置在对准的细槽53和凸形/凹形界面54内。内带46可引入对准的细槽47处的水平延伸部和凹形凹口106/凸形台阶108。细槽47和细槽53的结构(即凸形/凹形界面54和凹形凹口106/凸形台阶108)可用于第一级单件122在安装过程中的适当轴向和径向对准。以如上所述的方式,第一级单件122接着可以通过使用位于凹形凹口106/凸形台阶108的下游边缘处的低热量输入类型焊接部109以及凸形/凹形界面54处的低热量输入类型的焊接部59在水平延伸部21和外环20之间固定就位。
作为选择,虽然未示出,在可选择实施例中,内侧壁44和外侧壁46(如图6所示)的附接系统可以互换。因此,外侧壁46和外环20之间的界面可以具有凹形凹口106/凸形台阶108(如前面对于内侧壁44描述那样)。并且,内带44和水平延伸部21之间的界面可具有径向凸形/凹形界面54(如前面对于外侧壁46描述那样)。在这种实施例中,除了考虑附接系统的转换之外,组装方法可如上所述进行。
现在参考图7,表示本发明的可选择实施例,即利用第一级单件152的第一级喷嘴组件150。在外侧壁46处,此实施例表示如何将当前的概念适用于可包括安装在外承载环157内的实体带或环156的带/环构造。带/环构造可包括外侧壁46和实体环156之间的界面,类似于如上所述的实施例中的外侧壁46和外环20之间的界面。
如上所述,外侧壁46和实体环156之间的界面可包括位于外侧壁46的导前和拖尾边缘处的凸形/凹形界面162、163。在某些实施例中,只有一个凸形/凹形界面可以使用。类似于凸形/凹形界面54,凸形/凹形界面162、163可提供焊接止挡(可以增加确定的浅深度焊接部,以便将内侧壁44有效地连接在水平延伸部21上)以及失效保障装置(即可以在焊接部失效的情况下将安装后的喷嘴轴向保持就位的机械止挡或保持结构)。凸形/凹形界面162、163可包括位于外侧壁46内的径向凹形凹口,与实体环156上的径向凸形台阶相对应。
内侧壁44和水平延伸部21之间的界面可包括钩子和细槽连接件166。钩子和细槽连接件166可包括从内侧壁44的导前边缘径向延伸的钩子168。窄小周向细槽170可形成在分流器11的水平延伸部21内。细槽170可设置尺寸,使其通过钩子168接合。
第一级喷嘴组件150的构造可使得第一级单件152有效安装,如下所述。内侧壁44的钩子168可插入细槽170。外侧壁46接着可与实体环156对准,使得凸形台阶160/凹形凹口162对准。钩子和细槽连接件166和凸形台阶160/凹形凹口162可用于第一级单件102在安装过程中的适当轴向和径向对准。类似于如上所述的焊接工艺,第一级单件102接着可以通过使用位于实体环156和外侧壁46之间的界面的下游边缘处的低热量类型焊接部175在水平延伸部21和实体环156/外承载环157之间固定就位。注意到与如上所述的其它附接系统相反,可以使用钩子和细槽连接件,并不局限于相对于图7的实施例所述的相对带/环构造或特定的界面构造。
从本发明的优选实施例的以上描述中,本领域普通技术人员将理解到多种变型、改型和改进。本领域普通技术人员将理解到这种变型、改型和改进旨在通过所附权利要求来覆盖。另外,应该理解到以上描述只涉及本发明的所述实施例,并且可以进行多种变型和改型而不偏离由以下权利要求及其等同概念限定的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于涡轮机的喷嘴组件,包括:
喷嘴叶片(43),具有内侧壁(44)和外侧壁(46),并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路;
外环(20);
分流器(11),具有水平延伸部(21);
外环(20)和外侧壁(46)之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件(48、76、78);(ii)凸形/凹形界面(54、82、84);或者(iii)凹形凹口(106),在外侧壁(46)的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面(108)侧面邻接;以及
水平延伸部(21)和内侧壁(44)之间的界面,具有如下的至少一种(i)径向互锁件(48、76、78);或者(ii)凸形/凹形界面(54、82、84);或者(iii)凹形凹口(106),在内侧壁(44)的导前和拖尾边缘处通过径向伸出的凸形台阶侧面(108)侧面邻接。
2.如权利要求1所述的喷嘴组件,其特征在于,径向互锁件(48、76、78)包括任何的(i)从内侧壁(44)轴向伸出到水平延伸部(21)内的第一凸形台阶(50),第一凸形台阶(50)在其最向外的径向侧上侧面邻接从水平延伸部(21)轴向伸出到内侧壁(44)内的第二凸形台阶(52),或者(ii)第一凸形台阶(50)从外侧壁(46)轴向伸出到外环(20)内,第一凸形台阶(50)在其最向内的径向侧上侧面邻接从外环(20)轴向伸出到外侧壁(46)内的第二凸形台阶(52);以及
其中凸形/凹形界面(54、82、84)包括任何的(i)位于外侧壁(46)上的径向凹形凹口,与外环(20)上的径向凸形台阶相对应,或者(ii)内侧壁(44)内的径向凹形凹口(54、82、84),与水平延伸部(21)上的径向凸形台阶相对应。
3.如权利要求2所述的喷嘴组件,其特征在于,外环(20)和外侧壁(46)之间的界面包括定位在外侧壁(46)的导前边缘和拖尾边缘处的径向互锁件(48、76、78);以及
水平延伸部(21)和内侧壁(44)之间的界面包括通过位于内侧壁(44)的导前边缘和拖尾边缘处的径向伸出凸形台阶(108)侧面邻靠的凹形凹口(106)。
4.如权利要求3所述的喷嘴组件,其特征在于,内侧壁(44)的拖尾边缘处的凸形台阶(108)和水平延伸部(21)之间的界面被焊接,焊接部(109)包括对焊,使得焊接部(109)沿着内侧壁(44)的拖尾边缘处的凸形台阶(108)的轴向长度大致局限于内侧壁(44)和水平延伸部(21)之间的区域;
定位在内侧壁(44)的拖尾边缘处的凸形台阶(109)的轴向长度小于内侧壁(44)和水平延伸部(21)之间重合的轴向长度的大约1/4。
5.如权利要求3所述的喷嘴组件,其特征在于,内侧壁(44)通过螺栓(112)栓接到水平延伸部(21)上,螺栓(112)定位成使得螺栓(112)径向延伸穿过水平延伸部(21)进入内侧壁(44)。
6.如权利要求2所述的喷嘴组件,其特征在于,外环(20)和外侧壁(46)之间的界面包括定位在外侧壁(46)的拖尾边缘处的凸形/凹形界面(54、82、84);以及
水平延伸部(21)和内侧壁(44)之间的界面包括通过位于内侧壁(44)的导前和拖尾边缘处的径向伸出的凸形台阶(108)侧面邻接的凹形凹口(106)。
7.如权利要求6所述的喷嘴组件,其特征在于,内侧壁(44)的拖尾边缘处的凸形台阶(108)和水平延伸部(21)之间的界面被焊接,焊接部(109)包括对焊,使得焊接部(109)沿着内侧壁(44)的拖尾边缘处的凸形台阶(108)的轴向长度大致局限于内侧壁(44)和水平延伸部(21)之间的区域;
定位在内侧壁(44)的拖尾边缘处的凸形台阶(108)的轴向长度小于内侧壁(44)和水平延伸部(21)之间重合的轴向长度的大约1/4。
8.如权利要求6所述的喷嘴组件,其特征在于,定位在外侧壁(46)的拖尾边缘处的凸形/凹形界面(54、82、84)被焊接,焊接部(59)包括对焊,使得焊接部(59)沿着凸形/凹形界面(54、82、84)的轴向长度大致局限于外侧壁(46)和外环(20)之间的区域;
定位在外侧壁(46)的拖尾边缘处的凸形/凹形界面(54、82、84)的轴向长度小于外侧壁(46)和外环(20)之间重合的轴向长度的大约1/4。
9.如权利要求1所述的喷嘴组件,其特征在于,分流器(11)包括单件,并且与外侧壁(46)和外环(20)之间的上游界面的向外径向高度相比,分流器(11)的垂直延伸部(22)包括较大的向外径向高度。
10.如权利要求1所述的喷嘴组件,其特征在于,外环(20)包括实体环和外承载环(157)组件。
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