CN101845971A - 用于涡轮的基于管部件的喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮的基于管部件的喷嘴，具体而言，用于涡轮(12)的喷嘴(20)包括具有大体上均匀的壁厚的管部件(102)。可使用由不同材料制成的喷嘴(20)。

Description

用于涡轮的基于管部件的喷嘴
技术领域
本发明一般地涉及涡轮技术。更具体地，本发明涉及包括管部件的喷嘴，具有大体上均匀的壁厚的该管部件代替用于涡轮的传统翼型件喷嘴。
背景技术
当前涡轮发展的一个目标是评估用复合基质材料(CMM)部件代替金属部件。在评估期间，通常CMM部件代替其中一个类似结构的金属部件，然后测试机器。然而，在某些场合用CMM部件代替单个金属部件并且操作带有两种类型的部件的机器是困难的，因为材料具有根本不同的物理特性，例如强度、弹性等。特别是，在某些环境中CMM部件的使用导致机器故障。另一个挑战是CMM部件的适用性的评估可能某些时候在机器的适当位置上需要该部件的改变。
已经被确定用于对被CMM部件代替进行评估的一个涡轮部件是涡轮喷嘴或导叶，它们被用来将气流引向在燃气涡轮机上的转子轮叶。各喷嘴具有翼型件或叶片形状，其构造成使得当一组喷嘴安置在涡轮机的转子周围时，它们引导气流沿最理想的方向并以最理想的压力撞击转子轮叶。金属部件为了运转具有非常特殊的物理特性，而用CMM喷嘴代替一个金属喷嘴导致机器故障。因此，在一组金属喷嘴中使用CMM喷嘴代替一个金属喷嘴的机器运转的有意义的评估几乎是不可能的。另一个挑战是传统喷嘴典型地不可轻易地接近，使得在评估期间不能容易地进行改变，例如，改变可能要求拆卸涡轮以及可能要求移除喷嘴。
发明内容
本发明公开的第一方面提供用于涡轮的喷嘴，该喷嘴包括：具有大体上均匀的壁厚的管部件。
本发明公开的第二方面提供涡轮，该涡轮包括：旋转轴；从旋转轴延伸的多个轮叶；以及喷嘴组，其邻近该多个轮叶，用来将流体流引向该多个轮叶，喷嘴组的各喷嘴均包括具有大体上均匀的壁厚的管部件。
附图说明
图1显示了传统涡轮的横截面图。
图2显示了传统喷嘴组的一部分的透视图。
图3和图4显示了根据本发明公开的实施例的喷嘴的透视图。
图5显示了根据本发明公开的实施例的喷嘴组的一部分的透视图。
图6显示了图5的喷嘴组的一部分的俯视图。
部件列表
10传统喷嘴组
12涡轮
14旋转轴
15流体流
16轮叶
20喷嘴
22翼型件部件
24外护罩
26内护罩
102管部件
104相对侧
106、108相对的弓形侧
115流体流
116上游端
118下游端
120、122弯曲侧
140接合部件
150盖罩
152间隙
具体实施方式
参考附图，图1显示了涡轮12内的传统喷嘴组10的一部分的横截面图。如所理解的，涡轮12包括转子，转子包括旋转轴14，旋转轴14在不同级处具有从旋转轴延伸的多个轮叶16(显示了两组)。轮叶16从旋转轴14径向地延伸，并在流体流15的力量下，起作用以旋转旋转轴14。喷嘴组10安置在各级多个轮叶16之前以将流体流15以适当的迎角和压力引向该多个轮叶。如在图2中所示，在一组内的各个喷嘴20均包括翼型件部件22，翼型件部件22在它们的径向内端和径向外端处固定地联接到其它转子结构上，即径向外护罩24和径向内护罩26上。在径向内护罩26处的喷嘴20之间的间隔可由于使翼型件表面配合而不存在，或者可由径向内护罩26的板部分提供。在径向外护罩24处的喷嘴20之间的间隔可由径向外护罩24的板部分提供。
转向图3-6，现在将描述根据本发明公开的实施例的喷嘴100。如图3和图4中所示，喷嘴100包括管部件102，该管部件102安装到涡轮的护罩24、26上且具有大体上均匀的壁厚。管部件102还可包括至少一个曲线的向内侧104，即相对于管部件102的其余部分。如将在本文中描述的，在涡轮中围绕旋转轴14提供一组喷嘴100(图1)并且代替传统喷嘴20(图2)。曲线的向内侧104可成形成、弯曲成和/或尺寸设置成提供与传统喷嘴20(图2)的翼型件大体相同的对流体流115(图3)(例如气体或蒸汽)的定向聚焦(directional focus)。在所示的示例中，管部件102包括两个相对的曲线向内侧104，其可提供对流体流15(图1)的控制。然而，不是在所有的场合中都必需两个相对的曲线侧104。各个内曲线侧104的弯曲可具有或可不具有一个以上的弯曲，并且可匹配或可不匹配相对的内侧104。
如在图5中最佳所示，各管部件102还分别包括一对相对的径向内弓形侧106和径向外(相对于旋转轴14(图1))弓形侧108。包括侧104以及相对的弓形侧106、108的管部件102提供整体的多边形通路，流体流115(图3)可以以受控制的方式穿过该通路。喷嘴100可给流体流115提供转向构件，以便在轮叶16(图1)上产生适当的迎角，并且可提供压缩或扩散。如在图3和图4中所图示的，由于多边形通路的上游端116大于(面积上)多变形通路的下游端118，喷嘴100提供压缩以帮助增压流体流115。可容易地理解，沿相反方向放置喷嘴100以使得端部116处在下游，将给流体流115提供扩散。
喷嘴100可包括多种不同材料，例如复合基质材料(CMM)或者单片金属复合物，它们中的每一种均降低制造成本。CMM材料可包括但不限于：陶瓷基质复合物、金属基质复合物以及有机基质复合物。单片金属复合物可包括但不限于：薄片金属、从锭铁形成的锻件、由浇铸金属形成的铸件、由粉末金属复合物形成的锻件或者由杆或棒毛坯制成的直机械材料。在一个备选的实施例中，各喷嘴100可使用传统铸造技术形成。另外，喷嘴100可用单片材料或复合材料制成。该喷嘴可制作成整体的，或者最终形状可由一组形状制成以形成最终喷嘴。喷嘴100的形状在制作过程期间能支承复合纤维绕组，以减少在制造周期期间使用预制带和合成层板的需要。该大体上均匀的壁厚通过薄片金属或纤维绕组的使用支持高水平的非破坏性评估和制造轻易性。
再次参考图5，图示了当喷嘴组可围绕旋转轴14(图1)并且邻近轮叶16(图1)放置时，例如在多级涡轮的第二级或更后的级中该喷嘴组的一部分。各管部件102通过一对相对的弓形侧106、108安装到定子结构上(例如，径向外护罩24和径向内护罩26(图1))。参考图3-5，例如100A的各个喷嘴可包括一对相对的向外侧120、122，用于与邻近的管部件100B、100C的向外侧配合。如图5中所示，对于喷嘴100A和100C之间的界面，侧120和122可包括第一向外曲线侧120和相对的第二向外曲线侧122，它们可不同地弯曲。在该情况下，虽然侧120、122不是被相同地弯曲，但它们大体上平行以便允许没有干涉的配合。在一个备选的实施例中，显示了喷嘴100A和100C之间的界面，可提供接合部件140用于第一管部件100A的第一向外曲线侧122和邻近的第二管部件100C的相对的第二向外曲线侧120的配合。接合部件140可包括例如允许各个喷嘴100A、100C的适当定位的支架或者用于配合侧120、122的特殊成形的材料块。在备选的实施例中，如在图6的俯视图中所示，可提供覆盖邻近管部件100A、100B、100C之间的间隙152的盖罩150。盖罩150可在喷嘴的上游侧116和/或下游侧118上提供。接合部件140和盖罩150可由与管部件102相同的材料或其它适当的材料制成。
由于喷嘴100可用金属之外的材料例如CMM制成，一个喷嘴100A可整个地由CMM制成而其它喷嘴100B、100C可整个地由CMM之外的材料例如金属制成。因此，能较少担心机器故障而执行测试，因为物理特性不会如用常规金属翼型件喷嘴20(图2)那样有差异。喷嘴100还可构造成包括许多材料，例如CMM弓形侧106、108和金属侧120、122。喷嘴100还允许在现场放置由已知的可接受的材料例如金属制成的不同形式的喷嘴100，以及用由不同材料例如CMM制成的喷嘴代替喷嘴。以该方式，可执行技术升级而无需大量改变。喷嘴100还允许更容易的检查，因为它不要求破坏，由于它更开放，所以允许执行更有揭示作用的非破坏性的检查技术并且可被轻易地修改(可不需要拆卸涡轮机)。
本文中的用语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用它们来区分一个元件和另一个元件，本文中的用语“一”和“一个”不表示数量的限制，而是表示至少一个所指项目的存在。联系数量使用的修饰词“大约”包含所述值且具有由上下文规定的意义(例如，包括与特定数量的测量相关的误差程度)。在本文中使用的“(多个)”意图包括其所修饰的项目的单数和复数，从而包括一个或多个该项目(例如，“(多种)金属”包括一种或多种金属)。
虽然在本文中描述了各种实施例，但从说明书中将要理解的是本领域技术人员可在其中做出元件的各种组合、变型或改进，且它们处在本发明的范围内。另外，可做出许多修改以使特定状况或材料适于本发明的教导而不脱离它的本质范围。因此，本发明意在不限于考虑作为用来实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例，相反本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于涡轮(12)的喷嘴(20)，所述喷嘴(20)包括：
管部件(102)，其联接到所述涡轮(12)的护罩上且具有大体上均匀的壁厚。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述管部件(102)包括单片金属复合物。
3.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述管部件(102)包括复合基质材料。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述管部件(102)具有曲线向内侧(104)。
5.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述管部件(102)包括多边形通路。
6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述管部件(102)包括一对相对的外侧，用于与邻近的管部件(102)的外侧配合。
7.一种涡轮(12)，包括：
旋转轴(14)；
多个轮叶(16)，其从所述旋转轴(14)延伸；以及
喷嘴(20)组，其邻近所述多个轮叶(16)，用于将流体流(115)(15)引向所述多个轮叶(16)，所述喷嘴(20)组的每个喷嘴(20)均包括具有大体上均匀的壁厚的管部件(102)。
8.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，至少一个管部件(102)包括单片金属复合物。
9.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，至少一个管部件(102)整个地由复合基质材料制成。
10.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，各管部件(102)包括多边形通路，所述多边形通路具有比所述多边形通路的下游端(118)大的所述多边形通路的上游端(116)。
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