CN101956575B - 涡轮轮叶安全锁线旋转预防 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮轮叶安全锁线旋转预防。一种用于位于涡轮转子叶轮(10)中的相应的匹配槽口(12)中的多个涡轮轮叶(16)的固持系统，包括形成于涡轮叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口(26)，以及形成于轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口(34)。第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口。安全锁线(36)位于环形固持槽口内，该安全锁线具有接合的自由端(38，40)。多个沿轴向定向的固持销(56)固定在转子叶轮中，以将安全锁线保持在环形固持槽口中，而且采用了各种技术以至少限制或基本防止安全锁线在环形槽口内的周向旋转。

Description

涡轮轮叶安全锁线旋转预防
技术领域
本发明涉及用来防止涡轮轮叶鸠尾榫在涡轮转子叶轮中的对应的鸠尾榫槽口中的轴向运动的安全锁线固持系统，且更具体地，涉及用于防止安全锁线本身在涡轮转子叶轮中的环形凹槽内的周向旋转的技术。
背景技术
在传统的涡轮和/或涡轮压缩机构件中，借助于槽口式连接(例如所谓的杉树或圣诞树布置)将轮叶(或叶片或翼型件)保持在转子叶轮中，在槽口式连接中，在轮叶的径向内端处的向内渐缩的外凸式连接器部分接收在转子叶轮中的互补的内凹式槽口中。这种连接一般也称为“鸠尾榫”连接，包括沿径向和周向方向将轮叶锁到叶轮上以便适应由涡轮转子的旋转产生的高离心力的各种互补形状。
叶片鸠尾榫和鸠尾榫槽口之间的配合是有点松散的，以允许组装和容差。因此，如果没有恰当地固持住叶片，该松散配合就可允许轮叶或叶片沿着槽口沿轴向运动，导致过度磨损或者甚至导致与相邻构件碰撞。过度磨损可最终使部件发生故障，使得需要关断该设备直到进行了修理为止。轮叶平移对于被冷却的轮叶来说是特别烦恼的。少量的轴向移位可阻挡空气流入到部件中，且可导致过早的故障。
根据一种已知的实践，通过安全锁线来防止轮叶或叶片在提供于转子叶轮中的鸠尾榫槽口中沿轴向运动，该安全锁线穿过形成于叶轮的径向外周边中的环形槽口、桥接鸠尾榫槽口且穿过相应的轮叶的鸠尾榫部分中的沿周向对准的槽口。线的自由端成形成使它们在交迭接头处会合，从而当翼型件在相应的鸠尾榫槽口内沿径向运动时允许有较小的直径变化。交迭接头更加允许线和转子两者在瞬变时期期间进行热膨胀/收缩。安全锁线由在该安全锁线的径向内侧安装在涡轮叶轮中的销保持就位。已经发现，安全锁线在转子叶轮中的环形槽口中的旋转(随着时间的过去而发生)可导致安全锁线的一端接合销，且向下(沿径向向内)弯曲到销的下面且离开环形槽口。在没有安全锁线的情况下，翼型件能够沿着鸠尾榫槽口自由地沿轴向移动，从而产生如上所述的过度磨损和干涉的可能性。另外，在依靠用来提供内部冷却的轮叶的基部中的孔的第一级轮叶中尤其是这样的结果。当这些孔由于轮叶的轴向运动而被阻塞时，轮叶可沿着前缘迅速氧化。
仍然存在对用于防止安全锁线在其环形槽口内旋转从而防止安全锁线离开转子叶轮的可靠技术的需要。
发明内容
在一个示例性实施例中，本发明涉及一种用于位于涡轮转子叶轮中的相应的匹配槽口中的多个涡轮轮叶的固持系统，该固持系统包括：形成于涡轮叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口；形成于所述轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口，所述第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在所述转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口；位于所述环形固持槽口内的安全锁线，所述安全锁线具有接合的自由端；固定在所述转子叶轮中的、将所述安全锁线保持在所述环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；以及用于至少限制安全锁线在环形槽口内的周向旋转的机构。
在另一方面，本发明涉及一种用于位于涡轮转子叶轮中的相应的匹配槽口中的多个涡轮轮叶的固持系统，该固持系统包括：形成于涡轮叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口；形成于轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口，第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在所述转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口；位于环形固持槽口内的安全锁线，该安全锁线具有交迭的自由端；固定在转子叶轮中的、将安全锁线保持在环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；以及形成于安全锁线中的至少一个凹口，其与固持销中的一个接合，以从而基本防止安全锁线在环形槽口内的周向旋转。
在又一方面，本发明涉及一种用于位于涡轮转子叶轮中的相应的匹配槽口中的多个涡轮轮叶的固持系统，该固持系统包括：形成于涡轮叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口；形成于轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口，第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口；位于环形固持槽口内的安全锁线，该安全锁线具有相对的自由端；固定在转子叶轮中的、将安全锁线保持在环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；且其中，安全锁线的前自由端朝向转子叶轮的中心线向内弯曲，使得能够与固持销中相邻的一个接合，以从而限制安全锁线在环形固持槽口内的周向旋转。
在又一方面，本发明涉及一种用于位于涡轮转子叶轮中的相应的匹配槽口中的多个涡轮轮叶的固持系统，该固持系统包括：形成于涡轮叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口；形成于所述轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口，所述第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在所述转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口；位于所述环形固持槽口内的安全锁线，所述安全锁线具有接合的自由端；固定在所述转子叶轮中的、将所述安全锁线保持在所述环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；以及用于至少限制所述安全锁线在所述环形槽口内沿周向方向的旋转的机构。
现在将结合在以下标识的图对本发明进行详细描述。
附图说明
图1是显示了就位的安全锁线的、已知涡轮转子叶轮和轮叶组件的局部顶部透视图；
图2是图1所示的转子叶轮和轮叶组件的局部底部透视图；
图3是安全锁线的自由端的示意图，其中一端捕获在固持销的下面；
图4显示了根据本发明的第一个示例性实施例的、轮叶鸠尾榫和安全锁线之间的用以基本防止安全锁线的周向旋转的交互的示意图；
图5显示了根据本发明的第二个示例性实施例的、轮叶鸠尾榫和安全锁线之间的用以限制安全锁线的周向旋转的交互的示意图；
图6显示了根据本发明的第三个示例性实施例的、轮叶鸠尾榫和安全锁线之间的用以防止安全锁线的周向旋转的交互的示意图；以及
图7显示了根据本发明的第四个示例性实施例的、轮叶固持销和安全锁线之间的用以限制安全锁线的周向旋转的交互的示意图。
部件列表：
转子叶轮10
鸠尾榫槽口12
鸠尾榫部分14
涡轮轮叶或叶片16
柄部分18
翼型部分20
凸出部分24
第一安全锁线槽口26
径向外端28
径向内端30
偏置部分或锁突出部32
第二安全锁线槽口34
安全锁线36
自由端38
自由端40
销42
箭头44
径向槽口46
定位销48
面50
径向突出部52
安全锁线54
固持销56
定位销58
固持销60
转子叶轮62
安全锁线64
凹口66
弯曲部分68
箭头70
具体实施方式
图1和2示出了用于防止接收在涡轮转子叶轮中的槽口内的涡轮轮叶的轴向运动的已知技术。更具体地，涡轮转子叶轮10在叶轮的整个外周的周围形成有多个鸠尾榫槽口12，各个鸠尾榫槽口12接收轮叶或叶片16(图中仅显示了三个完整的槽口和一个轮叶)的互补的鸠尾榫部分14。将理解的是，轮叶或叶片16是传统的构造，包括柄部分18、翼型部分20和鸠尾榫部分(或简称鸠尾榫)14。
叶轮的限定了槽口12的沿径向凸出的部分24形成有第一安全锁线槽口26，第一安全锁线槽口26各自在其径向外端28处封闭且在其径向内端30处敞开。第一安全锁线槽口26形成于叶轮的一侧的附近，且在叶轮的周边的周围共同形成被鸠尾榫槽口12中断的环形的360°槽口。轮叶鸠尾榫22的沿轴向偏置的部分(或锁突出部)32限定了多个第二安全锁线槽口34，当将轮叶16引入鸠尾榫槽口12中之后，第二安全锁线槽口34可与第一安全锁线槽口26对准。然后可将安全锁线36(优选适当的金属合金)引入对准的安全锁线槽口26、34中，如图1和2所示，其中自由端38、40(见图3)成形成以便在正常安装的状况下彼此平滑地交迭。采用通过转子叶轮10的部分24插入的沿轴向定向的销42来将安全锁线36保持在安全锁线槽口26内。
图3示出了如上所述的安全锁线构造所经历的问题。特别地，已经发现安全锁线36也许由于热和/或机械棘轮效应而易于在涡轮操作期间进行周向旋转。所引起的安全锁线的自由端38、40的分离可导致一端(沿安全锁线旋转方向的后端)在销42中的一个的下面(即沿径向向内)移动，使得在叶轮沿由箭头44所示的方向旋转期间，安全锁线36可离开安全锁线槽口26、34，从而允许轮叶16在鸠尾榫槽口12内沿轴向运动。
图4示意性地示出了一种用于基本防止安全锁线36的旋转的示例性但非限制性的技术。在组装在涡轮转子叶轮上的完整的一组轮叶中，轮叶16(已知为锁定轮叶)中的一个包括形成于锁突出部32中的径向槽口46(为了使上下文容易理解，还在图2中以虚线示出)，该径向槽口46有利于安全锁线移除。用于防止安全锁线旋转的这个第一种技术利用了径向槽口46的存在。特别地，沿轴向定向的定位销48(类似于销42)插入形成于安全锁线36中的孔中(例如在安装安全锁线之前铜焊在埋头孔型的孔中)。在安全锁线36的安装期间，销48位于径向槽口46内，沿与锁突出部32的面50垂直的轴向方向延伸，从而限制和基本防止了安全锁线36在涡轮操作期间的任何旋转。
图5示意性地示出了用于限制安全锁线36的旋转的第二种示例性但非限制性技术。这里，沿周向隔开的径向突出部52代表类似于沿径向凸出的部分24的涡轮叶轮部分，安全锁线54穿过该部分。再次使用沿轴向定向的固持销56来将安全锁线保持在槽口内、突出部的后面。在这种情况下，以加工埋头孔的方式在安全锁线36中形成了基本横向于或垂直于安全锁线的小孔，且将定位销58铜焊(或以别的方式适当地固定)在该孔中，定位销58具有足以在安全锁线位于其环形槽口内时沿径向向内延伸超过固持销56的长度。这样，安全锁线36的任何旋转都将受定位销58与下一个相邻固持销56的接合的限制。当定位销58位于最大固持销密度的区域中时，实现了最大有效性。将理解的是不止一个定位销58可在绕着安全锁线的周向范围隔开的位置处通过安全锁线36而插入。当与防止安全锁线旋转相反地进行限制时，重要的是将周向旋转限制到小于安全锁线的自由端38、40处的交迭范围的程度。
图6示出了用于防止安全锁线36的旋转的又一个示例性但非限制性技术。在这种情况下，转子叶轮和轮叶构造与图5所示的相似，但是在此实例中，没有销通过安全锁线本身而插入。相反，固持销60中的一个在转子叶轮62上重新定位到剩余的固持销56的径向外侧的位置。同时，改造安全锁线64(例如通过机械加工)，以沿着径向内侧表面形成凹口66，以基本匹配固持销60的曲率。将理解的是安全锁线中可形成不止一个凹口66，且不止一个固持销可沿径向向外移位，以接合一个或多个凹口。在任何情况下，凹口或多个凹口66必须比定位销(一个或多个)60具有略微更大的半径，以允许热增长。当安全锁线凹口66与销60接合时，将基本防止安全锁线的周向旋转。
图7示出了用于防止安全锁线36旋转的又一种示例性技术。在此实例中，对于由箭头70所指示的安全锁线的顺时针旋转方向，前自由端40在沿周向介于相邻的固持销56之间的位置处向内弯曲(朝向涡轮转子中心线)。这里，如果安全锁线没有开始在任何涡轮速度处旋转，该安全锁线的弯曲部分68就将迅速地依靠在最近的固持销56上(或者挂在最近的固持销56上)。对于与图7所示的旋转方向相反的旋转方向，安全锁线36的相对的自由端38将向内弯曲，以实现相同的防旋转效果。
以上描述的示例性但非限制性的实施例中的各个防止了由于安全锁线脱开而引起的轮叶移动，轮叶移动事件可潜在地导致重大损伤，尤其是对第一级涡轮轮叶造成重大损伤。将理解的是本发明构想了用于限制或防止安全锁线在环形安全锁线槽口内的旋转运动的所有等效布置。
虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例的内容描述了本发明，但将理解的是本发明将不限于公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包括在所附的权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种用于位于涡轮转子叶轮(10)中的相应的匹配槽口(12)中的多个涡轮轮叶(16)的固持系统，所述固持系统包括： 
形成于所述涡轮转子叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口(26)； 
形成于所述轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口(34)，所述第一固持槽口(26)和第二固持槽口(34)对准，以形成在所述转子叶轮(10)的周边部分的周围延伸的环形固持槽口； 
位于所述环形固持槽口内的安全锁线(36)，所述安全锁线具有接合的自由端； 
固定在所述转子叶轮中的、将所述安全锁线保持在所述环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；以及 
固定到所述安全锁线上且布置成以便接合所述轮叶中的一个上的突出部(32)的至少一个定位销，以限制所述安全锁线在所述环形固持槽口内的周向旋转。 
2.根据权利要求1所述的固持系统，其特征在于，所述突出部(32)包括沿径向延伸的锁定突出部，所述锁定突出部形成有沿径向延伸的凹槽(46)，其中，所述至少一个定位销沿轴向远离所述安全锁线而延伸且接合在所述凹槽内。 
3.根据权利要求1所述的固持系统，其特征在于，所述至少一个定位销从所述安全锁线沿径向向内延伸足以被所述沿轴向定向的固持销中的一个接合并且由此限制所述安全锁线在所述环形固持槽口内的旋转的长度。 
4.根据权利要求3所述的固持系统，其特征在于，所述至少一个定位销包括多个定位销。 
5.根据权利要求1所述的固持系统，其特征在于，所述安全锁线(36)包括具有自由端(38，40)的金属线，所述自由端(38，40)形成为以便在所述自由端接合时提供平滑的交迭。 
6.一种用于位于涡轮转子叶轮(10)中的相应的匹配槽口(12)中的多个涡轮轮叶(16)的固持系统，所述固持系统包括： 
形成于所述涡轮转子叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口(26)； 
形成于所述轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口(34)，所述第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在所述转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口； 
位于所述环形固持槽口内的安全锁线(36)，所述安全锁线具有交迭的自由端(38，40)； 
固定在所述转子叶轮中的、将所述安全锁线保持在所述环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；以及 
至少一个凹口(66)，该至少一个凹口(66)形成于所述安全锁线中，与所述固持销中的一个接合，以从而基本防止所述安全锁线在所述环形固持槽口内的周向旋转。 
7.根据权利要求6所述的固持系统，其特征在于，所述至少一个凹口(66)包括形成于所述安全锁线中的多个凹口，所述凹口由所述固持销中的一个或多个接合。 
8.根据权利要求6所述的固持系统，其特征在于，所述固持销(60)中的所述一个相对于所述固持销中剩余的一些定位在径向外侧。 
9.根据权利要求6所述的固持系统，其特征在于，所述安全锁线(36)包括具有自由端(38，40)的金属线，所述自由端(38，40)形成为以便在所述自由端接合时提供平滑的交迭。 
10.一种用于位于涡轮转子叶轮(10)中的相应的匹配槽口(12)中的多个涡轮轮叶(16)的固持系统，所述固持系统包括： 
形成于所述涡轮转子叶轮的外周部分中的多个第一固持槽口(26)； 
形成于所述轮叶的叶轮安装部分中的多个第二固持槽口(34)，所述第一固持槽口和第二固持槽口对准，以形成在所述转子叶轮的周边部分的周围延伸的环形固持槽口； 
位于所述环形固持槽口内的安全锁线(36)，所述安全锁线具有相对的自由端； 
固定在所述转子叶轮中的、将所述安全锁线保持在所述环形固持槽口中的多个沿轴向定向的固持销；以及 
其中，所述安全锁线(36)的前自由端(40)相对于所述转子叶轮的旋转方向朝向所述转子叶轮的中心线向内弯曲，使得能够与所述固持销中相邻的一个接合，从而限制所述安全锁线在所述环形固持槽口内的周向旋转。 
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