CN101508063A - 用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置 - Google Patents

用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例可提供用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置。在一个实施例中，提供了一种用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法，其中，转子盘可包括基部和至少一个位于一对燕尾壁之间的燕尾槽。该方法可包括在转子盘基部上识别一个或多个裂纹，以及通过在转子盘的基部上设置一个或多个倒角来除去一个或多个裂纹。此外，该方法可包括在至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间设置一个或多个锥形切口到转子盘的基部上。

Description

用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置
技术领域
[0001]本发明大体涉及燃气涡轮机，且更具体地涉及一种用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置。
背景技术
[0002]通常，燃气涡轮机的压缩机转子叶轮组件可包括转子盘和多个转子叶片。转子盘可设有围绕其外周的多个燕尾槽，并且该多个转子叶片中的每一个均设有燕尾部。多个转子叶片中每一个转子叶片的燕尾部可轴向地插入转子盘的多个燕尾槽的一个燕尾槽中，以完成压缩机转子叶轮组件。在有些情况下，这种压缩机转子叶轮组件的应用场合并不限于燃气涡轮机。压缩机转子叶轮组件还可用于其它发电应用场合和推力产生应用场合。
[0003]在转子盘装入燃气涡轮机之后，可根据工作流体的流向来限定前侧和后侧。燃气涡轮机中的工作流体可从转子盘的前侧进入，并从转子盘的后侧流出。此外，转子盘的多个燕尾槽中的每一个均可包括一对燕尾壁以及转子盘的基部。多个燕尾槽中的每一个均可在转子盘前侧和后侧上包括位于转子盘基部上的多个尖锐角部。
[0004]在工作状态期间，转子盘的高转速和/或热梯度可造成多个尖锐角部经受高的切向应力和径向应力，这可导致在多个燕尾槽的多个尖锐角部处引发一个或多个裂纹。此外，各裂纹可随着转子盘的运行而增大。
[0005]用于修理燃气涡轮机的转子盘的常规方法涉及长度小于约0.1英寸(2.5mm)的裂纹。然而，如果裂纹的长度大于约0.1英寸(2.5mm)，则不限定选择修理，且转子盘可报废。
[0006]由于拆卸相关的涡轮机和移除转子盘需要停机时间和/或维修时间，故转子盘的报废可直接增加燃气涡轮机的运行成本。鉴于上述问题，就需要一种用于具有长度大于约0.1英寸的一个或多个裂纹的转子盘的修理工艺。此外，需要用于燃气涡轮机的转子盘修理方法及装置。
发明内容
[0007]本发明的实施例可解决上述需要的一些或全部。本发明的实施例可提供用于燃气涡轮机的转子盘修理方法及装置。在一个实施例中，提供了一种用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法，其中，转子盘可包括基部和至少一个位于一对燕尾壁之间的燕尾槽。在该实施例中，在转子盘的基部上可识别到一个或多个裂纹。识别到的一个或多个裂纹可被除去，并且可在转子盘的基部上设置一个或多个倒角。此外，一个或多个锥形切口可设置在位于至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间的转子盘基部上。
[0008]在本发明的另一个实施例中，提供了一种容许在燃气涡轮机中重复使用转子盘的方法。该方法可包括在转子盘基部上识别长度大于约0.1英寸(2.5mm)且在大约0.25英寸(6.4mm)内的一个或多个裂纹。识别到的一个或多个裂纹可从转子盘的基部上除去，并且可在基部上设置一个或多个倒角。设置在基部上的一个或多个倒角，其半径可为大约0.1英寸(2.5mm)。此外，可在至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间设置rho值(也称为凸出判别式)小于约0.5的一个或多个锥形切口。一个或多个锥形切口的深度可约为0.45英寸(11.4mm)，并且一个或多个锥形切口的对应长度可约为0.55英寸(14.0mm)的尺寸。
[0009]在本发明的另一个实施例中，可提供一种用于燃气涡轮机的转子盘修理装置，其中，转子盘可包括基部和至少一个位于一对燕尾壁之间的燕尾槽。该装置可包括在基部上的一个或多个倒角，其中，从转子盘的基部上除去了一个或多个裂纹。此外，一个或多个锥形切口可设置在至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间的转子盘上，其中，一个或多个锥形切口可包括小于约0.5的rho。
附图说明
[0010]现通过参照附图，以举例的方式来更详细地论述本发明的实施例，在附图中：
[0011]图1示出了燃气涡轮机的示例性转子盘的一部分。
[0012]图2为图1中的转子盘的至少一个燕尾槽的示例性视图，并且一个或多个示例性裂纹位于至少一个燕尾槽的基部上。
[0013]图3a至图3e为在根据本发明实施例的转子盘上的、具有一个或多个倒角和一个或多个锥形切口的至少一个燕尾槽的示例性视图。
[0014]图4a至图4b示出了设置在根据本发明实施例的转子盘的至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间的一个或多个锥形切口的示例性几何形状。
[0015]图5示出了用于修理根据本发明实施例的转子盘的示例性方法。
具体实施方式
[0016]图1示出了燃气涡轮机的示例性转子盘100的一部分。转子盘100可包括基部102以及用于附接转子叶片的至少一个燕尾槽104。通常，转子盘包括多个转子叶片或转子叶片阵列。转子叶片设有各自的燕尾部，其可轴向地插入至少一个燕尾槽104中，以将转子叶片装配到转子盘100上。在燃气涡轮机运行期间，转子盘100可围绕轴向106旋转。此外，转子盘100可包括前侧112以及后侧。在本发明的一个方面，压缩机转子叶轮组件中的工作流体可从转子盘100的前侧112进入相关的转子叶片阵列，并且可从转子盘100的后侧自该阵列流出。
[0017]在本发明的实施例中，转子盘100可用于燃气涡轮机的压缩机转子叶轮组件。然而，转子盘100的应用场合并不限于燃气涡轮机的压缩机转子叶轮组件，而是能够用于其它应用场合，例如发电和产生推力。
[0018]图2为图1中所示出的转子盘100的至少一个燕尾槽104的示例性视图。转子盘100的各燕尾槽104均可包括一对燕尾壁202a和202b。在图2中可看到转子盘100的基部102的一部分，其中，基部102可包括宽度204和深度205。因此，各燕尾槽104均可包括可通称为基部102的基部部分。此外，基部102可沿转子盘100的圆周延伸。图2还示出了形成在前侧112和后侧处的多个尖锐角部206，其中，各对燕尾壁202a和202b均可与基部102相接。
[0019]在转子盘100的运行期间，多个尖锐角部206可能会经受高的切向应力和径向应力，而高的切向应力和径向应力又可能会引起一个或多个裂纹208。裂纹208可能在转子盘100的一定数目的工作循环(在运行期间的启动和/或旋转)之后出现。在裂纹208可开始出现之后的工作循环数目称为裂纹萌生寿命。在裂纹萌生寿命之后，裂纹208的长度‘C’可随着工作循环数目而连续地增大，且因此裂纹208的长度‘C’可取决于或换句话讲至少部分地基于在裂纹萌生寿命之后且在检查转子盘100以识别裂纹208之前所发生的工作循环数目。在有些情况下，裂纹208的长度‘C’可在一个或多个其它方向上延伸，包括向上、横向以及向下。
[0020]图3a至图3e为具有一个或多个倒角302和一个或多个锥形切口304的燕尾槽104的示例性视图。图3e示出了至少一个倒角302的半径‘ΦR’和轴向延伸深度‘L1’。图3b、图3c和图3d为取自不同角度的至少一个燕尾槽104的示例性视图，以示出一个或多个倒角302和一个或多个锥形切口304的示例性形状。
[0021]在本发明的实施例中，提供了一种修理具有一个或多个裂纹208的转子盘100的方法。在本发明的一个方面，在转子盘100的基部102前侧112的多个尖锐角部206上可识别到一个或多个裂纹208。此外，裂纹208的长度‘C’可大于约0.1英寸(2.5mm)并且小于约0.25英寸(6.4mm)，或换句话讲，在大约0.25英寸(6.4mm)内。短语“大约0.25英寸(6.4mm)”旨在包括达到大约0.30英寸(7.6mm)的尺寸。在一些情况下，裂纹208的长度‘C’可在一个或多个其它方向上延伸，包括向上、横向，以及向下。此后，在转子盘100的前侧112经过基部102的宽度204和/或深度205的一部分可除去一个或多个裂纹208，用以提供一个或多个倒角302。沿转子盘100的圆周经过基部102的宽度204和/或深度205的该部分可设置一个或多个倒角302。在本发明的一个方面，一个或多个倒角302可通常为圆形，并且假定位于转子盘100基部102上的一个或多个倒角302可包括设置有半径‘ΦR’约为0.1英寸(2.5mm)且深度‘L1’约为0.1英寸(2.5mm)至大约0.25英寸(6.4mm)之间的一个或多个倒角302。然而，由于人们可根据本发明的实施例按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多个倒角302的半径‘ΦR’和深度‘L1’以除去裂纹208，故一个或多个倒角302的半径‘ΦR’和深度‘L1’不必局限于这些值。此外，在转子盘100的基部102的前侧112，位于燕尾槽104的一对燕尾壁202a和202b之间可设置一个或多个锥形切口304。在本发明的一个方面，一个或多个锥形切口304可设置在转子盘100基部102的前侧112和后侧。结合图4a至图4b，详细地说明并示出了一个或多个锥形切口304的示例性形状。
[0022]现参看图4a至图4b，根据本发明的实施例而示出了设置在转子盘100的至少一个燕尾槽104的一对燕尾壁202a和202b之间的一个或多个锥形切口304的示例性几何形状。图4a示出了一个或多个锥形切口304的俯视图，而图4b示出了一个或多个锥形切口304的示例性几何形状。图4a还示出了一个或多个锥形切口304的深度‘D’和长度‘L’。图4b中的实线表示二次曲线402，并且二次曲线402的端点称为开始边缘曲线404和结束边缘曲线406。源自开始边缘曲线404和结束边缘曲线406的相应虚线表示在这些点处的切线，并且它们在称为顶点曲线408的点处相交。此外，沿连结开始边缘曲线404和结束边缘曲线406的直线的方向称为x轴410，而与x轴410垂直的方向称为y轴412。顶点416的距离D1可限定为沿y轴412从x轴410到顶点416的距离。同样地，距离D2可限定为沿y轴412从x轴410到顶点曲线408的距离。通过限定这些示例性参数，亦称为凸出判定式的rho值可限定为距离D1与距离D2的比率。对于锥形形状可限定rho值，并且rho值可在大约0至大约1之间的范围内取值。在一些情况下，如果rho值小于约0.5，则可表示椭圆，如果约等于0.5，则可表示抛物线，并且如果大于约0.5，则可表示双曲线。在其它实施例中，rho值可在大约0至大约1之间的范围内取值。
[0023]在本发明的一个方面，假定一个或多个锥形切口304可包括设置有椭圆形或类似几何形状的一个或多个锥形切口，则该锥形切口对应于小于约0.5的rho值，并且保持大约0.45英寸(11.4mm)的深度和大约0.55英寸(14.0mm)的长度。
[0024]重新参看图3a至图3e，本发明的另一个实施例可包括用于修理具有一个或多个裂纹208的转子盘100的方法，其中，在转子盘100的基部102前侧112的多个尖锐角部206中可识别到一个或多个裂纹208。而且，该一个或多个裂纹208的长度‘C’可大于约0.1英寸(2.5mm)且在大约0.25英寸(6.4mm)之内。此后，在转子盘100的前侧112经过基部102的宽度204和/或深度205的一部分可除去该一个或多个裂纹208，以在转子盘100的基部102上设置一个或多个倒角302。在本发明的一个方面，一个或多个倒角的半径‘ΦR’可为大约0.1英寸(2.5mm)，并且深度‘L1’可为大约0.25英寸(6.4mm)。经过基部102的宽度204和/或深度205的该部分并且沿着转子盘100的圆周，可设置一个或多个倒角302。
[0025]在本发明的一个方面，一个或多个倒角302可为圆形，并且假定转子盘100的基部102上的一个或多个倒角302可包括设置有半径‘ΦR’约为0.1英寸(2.5mm)且深度‘L1’为大约0.1英寸(2.5mm)至大约0.25英寸(6.4mm)之间的一个或多个倒角302。然而，由于人们可按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多个倒角302的半径‘ΦR’和深度‘L1’，以除去根据本发明实施例的一个或多个裂纹208，故一个或多个倒角302的半径‘ΦR’和深度‘L1’不必局限于这些值。
[0026]此外，在转子盘100基部102的前侧112，位于至少一个燕尾槽104的一对燕尾壁202a和202b之间可设置具有椭圆形状的一个或多个锥形切口304。在本发明的一个方面，一个或多个锥形切口可具有大约0.45英寸(11.4mm)的深度‘D’和大约0.55英寸(14.0mm)的长度‘L’。在本发明的另一个方面，一个或多个锥形切口304可设置在转子盘100基部102的前侧112和后侧上。该方法还可包括在燃气涡轮机中安装经修理的转子盘。
[0027]图5示出了修理根据本发明实施例的转子盘的示例性方法。在图5所示的实施例中，提供了一种用于修理转子盘以便在燃气涡轮机中重复使用的方法500。该方法500可始于方框502，其中，在转子盘100的基部102上识别到一个或多个裂纹208。一个或多个裂纹208的长度‘C’可大于约0.1英寸(2.5mm)且在大约0.25英寸(6.4mm)之内。在本发明的一个方面，至少在转子盘100的基部102的前侧112或后侧上可识别到裂纹。
[0028]方框502之后紧跟着方框504，其中，为除去一个或多个裂纹208，可在转子盘100的基部102上设置一个或多个倒角302。
[0029]在本发明的一个方面，经过基部102的宽度204和/或深度205的一部分并沿着转子盘100的圆周，可设置一个或多个倒角302。在本发明的一个方面，一个或多个倒角302可为圆形，并且假定转子盘100的基部102上的一个或多个倒角302可包括设置有半径‘ΦR’为大约0.1英寸(2.5mm)且深度‘L1’为大约0.1英寸(2.5mm)至大约0.25英寸(6.4mm)之间的一个或多个倒角302。然而，由于人们可按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多个倒角302的半径‘ΦR’和深度‘L1’以除去根据本发明实施例的一个或多个裂纹208，故该一个或多个倒角302的半径‘ΦR’和深度‘L1’并不限于这些值。
[0030]方框504后面紧跟着方框506，其中，一个或多个锥形切口304可设置于转子盘100的至少一个燕尾槽中的一对燕尾壁202a和20b之间。至少在转子盘100基部102的后侧或前侧112上，可在该对燕尾壁202a和202b之间设置一个或多个锥形切口304，以促进或换句话讲在至少一个燕尾槽104的多个尖锐角部206中的一些或全部上使得一些或全部的切向应力和/或径向应力松弛。较高的应力值可不利地影响转子盘100的使用寿命。相对较低的应力值可增加转子盘100的寿命。裂纹萌生寿命为转子盘100寿命的一个度量标准。因此，使应力的一些或全部松弛可使得转子盘100裂纹萌生寿命的提高，并且可避免或换句话讲可最大限度地减少具有一个或多个裂纹208的转子盘100的报废。
[0031]在本发明的一个方面，位于一对燕尾壁202a和202b之间的一个或多个锥形切口304可包括大约0.45英寸(11.4mm)的深度‘D’和大约0.55英寸(14.0mm)的长度‘L’。然而，由于人们可根据本发明的实施例按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多个锥形切口304的深度‘D’和长度‘L’，故一个或多个锥形切口304的深度′D′和长度′L′并不限于这些值。为限定一个或多个锥形切口304的几何形状，可选择亦称为凸出判别式的rho值。设置一个或多个锥形切口304的方法可包括保持切口的形状或几何形状的rho(凸出判别式)值为小于约0.5，且由此控制或换句话讲确定该一个或多个锥形切口304的几何形状为椭圆形。
[0032]该方法500在方框506后结束。在其它实施例中，示例性方法可具有更少或更多的要素，其可以与上述相同或不同的顺序来实施。
[0033]在本发明的实施例中，提供了一种重复使用具有一个或多个倒角302和一个或多个锥形切口304的、经修理过的转子盘的方法。在修理转子盘100之后，该转子盘100可装入燃气涡轮机中。在一些情况下，可在相关的燃气涡轮机的装置外进行修理，并因此可使得转子盘100的一些或全部运输成本减到最少。在经修理的转子盘100中可设置一个或多个锥形切口304，其可在运行状态或冷启动状态期间减小一些或全部的切向应力和/或径向应力，这继而可提高至少一个燕尾槽104的多个尖锐角部206中的一些或全部上的一个或多个裂纹208的裂纹萌生寿命。所提供的本发明的实施例并不限于燃气涡轮机的转子盘的修理方法。人们可认识到，应用于具有至少一个燕尾槽104的转子盘100上的修理工艺的适用性可适用于许多类似的转子应用场合，包括发电以及产生推力。本发明的方面可包括减少在多个角部处具有一个或多个裂纹的转子盘的报废。此外，根据本发明实施例的修理工艺可在安装现场或客户现场处较为容易地进行。
[0034]上述书面说明使用了实例来描述本发明的各种实施例。本领域的技术人员将认识到，在不背离上述实施例的原理的情况下，可对上述实施例做出修改。本发明并不限于所公开的具体实施例，而是旨在将所有修改涵盖于本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于修理燃气涡轮机的转子盘(100)的方法(500)，其中，所述转子盘(100)包括基部(102)和至少一个位于一对燕尾壁(202a，202b)之间的燕尾槽(104)，所述方法(500)其特征在于：
在所述转子盘(100)的基部(102)上识别(502)一个或多个裂纹(208)；
通过除去所述一个或多个裂纹(208)，在所述转子盘(100)的基部(102)上设置(504)一个或多个倒角(302)；以及
在至少一个燕尾槽(104)的所述一对燕尾壁(202a，202b)之间设置(506)一个或多个锥形切口(304)。
2.根据权利要求1所述的方法(500)，其特征还在于，将经修理的转子盘(100)安装到所述燃气涡轮机中。
3.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，识别(502)一个或多个裂纹(208)其特征在于，识别(502)具有大于约0.1英寸并在大约0.25英寸内的长度的一个或多个裂纹(208)。
4.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(504)一个或多个倒角(302)其特征在于，在所述转子盘(100)的后侧经过所述基部(102)的宽度(204)或深度(205)的一部分除去一个或多个裂纹(208)。
5.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(504)一个或多个倒角(302)其特征在于，在所述转子盘(100)的前侧(112)经过所述基部(102)的宽度(204)或深度(205)的一部分除去一个或多个裂纹(208)。
6.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(504)一个或多个倒角(302)其特征在于，设置(504)具有大约0.1英寸的半径和大于约0.1英寸并在大约0.25英寸内的深度的一个或多个倒角(302)。
7.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(506)一个或多个锥形切口(304)其特征在于，在所述转子盘(100)的前侧(112)上设置(506)一个或多个锥形切口(304)。
8.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(506)一个或多个锥形切口(304)其特征在于，设置(506)具有小于约0.5的rho值的一个或多个锥形切口(304)。
9.根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(506)一个或多个锥形切口(304)其特征在于，设置(506)具有大约0.05英寸至大约0.45英寸之间的深度和大约0.05英寸至大约0.55英寸之间的长度的一个或多个锥形切口(304)。
10.一种用于燃气涡轮机的转子盘(100)，其中，所述转子盘(100)其特征在于基部(102)和至少一个位于一对燕尾壁(202a，202b)之间的燕尾槽(104)，所述转子盘(100)其特征在于：
一个或多个倒角(302)，其设置在所述转子盘(100)的基部(102)上，以从所述转子盘(100)的基部(102)除去一个或多个裂纹(208)；以及
一个或多个锥形切口(304)，其位于所述至少一个燕尾槽(104)的一对燕尾壁(202a，202b)之间设置在所述转子盘(100)的基部(102)上。
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