CN102165141A - 用于蒸汽涡轮机的末级的叶片组 - Google Patents

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Abstract

一种用于蒸汽涡轮机的末级的旋转叶片组，包括具有一体形成的挡板(18)的叶片(10)。根据本发明，每个叶片(10)的挡板(18)分别在其压力侧(14)上具有沿轴向(A)的突出部(20)，所述突出部防止蒸汽涡轮机的工作流体中的液体到达沿流向对应下一个叶片(10)的挡板圆角(19)。因此，挡板圆角(19)被保护免受由液体冲击腐蚀所造成的腐蚀损害。突出部(20)被定位并尺寸设置成在挡板的吸入侧与压力侧之间确保质量均衡，并且在压力侧上的突出部与吸入侧挡板之间确保了应力均衡。此外，突出部(20)具有位于其最大轴向延伸部(Emax)与前边缘(16)之间的凹部(21)。

Description

用于蒸汽涡轮机的末级的叶片组
技术领域
本发明涉及用于蒸汽涡轮机的末级的旋转叶片组，并且更具体地涉及用于末级叶片的挡板。
背景技术
蒸汽涡轮机、更确切地说低压蒸汽涡轮机具有位于末级中的末级叶片的叶片组，所述末级叶片与其它级的叶片相比由于更大的长度和质量而在涡轮机运行的过程中经受相应更大的离心力和振动。为了使得这些振动衰减，在该叶片组中的每个末级叶片大体上具有挡板，其中所述挡板在朝向沿周向相邻的叶片的侧上被构造成，该挡板在相邻的叶片的挡板内接合。此外，各个挡板被设计成并且尺寸被设置成尽可能多地限制离心力，并且负载被尽可能均匀地分布。具体地，末级叶片的挡板与涡轮机中的其它级中的挡板相比具有更小的悬伸部。
通常，末级叶片附加地具有位于叶片中间高度处的减振器，以便进一步使得振动衰减。
由于湿蒸汽环境，所以由液滴冲击所造成的腐蚀损害经常出现在末级叶片上。由专利公开文献EP1609951和JP2005133543可知用于减少或防止这种损害的各种不同的措施。专利公开文献EP1609951公开了一种具有一体挡板的末级叶片，其中所述一体挡板具有位于受到腐蚀危害影响的叶片前边缘的区域内的台阶，所述台阶沿叶片根部的方向径向向内延伸，并且所述一体挡板包括沿挡板的侧部的弯曲表面。这些技术措施减少了问题区域，同时降低了水分聚集的可能性。
专利公开文献JP2005133543公开了旋转叶片，其也用于末级，所述旋转叶片的入口边缘具有防腐蚀部，其中所述防腐蚀部包括加硬区，该加硬区沿叶片根部的方向从叶片末端延伸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于蒸汽涡轮机末级的旋转叶片组，降低了该旋转叶片组易受腐蚀损害的可能性，尤其是在叶片吸入侧上的挡板圆角上，也就是说在挡板的吸入侧与气翼的朝向前边缘的吸入侧之间的过渡区域中。
该目的通过独立权利要求所要求保护的旋转叶片组来实现。本发明的具体的实施例在从属权利要求中规定。
用于蒸汽涡轮机末级的旋转叶片组包括叶片，每个叶片具有一体形成的挡板，各挡板从叶片组中的相邻的叶片的气翼悬伸，在它们的后和前边缘的区域内彼此相互接合。根据本发明，叶片组中的每个叶片的挡板在其压力侧上具有突出部，所述突出部防止蒸汽涡轮机的工作流体中的液滴到达沿流向下一个叶片的挡板圆角，也就是说防止蒸汽涡轮机的工作流体中的液滴到达吸入侧挡板与朝向前边缘的吸入侧气翼之间的过渡区域。突出部屏蔽每个叶片的吸入侧挡板圆角免受由液滴冲击腐蚀所造成的对应损害的影响。
根据本发明的位于挡板上的突出部沿与蒸汽涡轮机转子轴线平行的方向延伸成，至少某些水滴、尤其较大的水滴通过突出部被偏转，由工作流携带，并沿涡轮机工作流的流向或者在涡轮机工作流的流向周围的角度范围内移动。如果没有根据本发明的突出部，则这些液滴将到达沿流向下一个叶片的挡板圆角。
用于屏蔽沿流向下一个叶片的吸入侧挡板圆角的突出部尤其在每个叶片的前边缘所在的区域内设置，因而确保了挡板的吸入侧与压力侧之间的挡板质量均衡。另外，突出部被设置成在压力侧上的突出部与吸入侧挡板之间出现应力均衡。因为由于质量与应力均衡使得突出部在离叶片的后边缘一距离处并靠近前边缘地设置，所以突出部必须是较大的，这是因为突出部沿轴向进一步延伸，也就是说与蒸汽涡轮机的转子轴线平行地进一步延伸，从而确保沿流向下一个叶片的吸入侧挡板元件的屏蔽。
为了避免强度问题，突出部被设置成在其朝向叶片根部的径向延伸部中相应地较大设置，也就是说在突出部所在的区域中，挡板具有与挡板的其余区域相比更大的径向延伸部。
大体上，蒸汽涡轮机的末级中的叶片的前边缘被加硬。为了允许在叶片的前边缘上进行加硬加工处理，突出部在其最大轴向延伸部与叶片的前边缘之间具有凹部。
附图说明
在图中：
图1示出了传统叶片组的一部分的透视图，所述叶片组根据现有技术在蒸汽涡轮机的末级中旋转；
图2a示出了根据现有技术的一组末级叶片的挡板的俯视图；
图2b示出了根据本发明的一组末级叶片的俯视图；并且
图3示出了位于蒸汽涡轮机的一组末级叶片上的根据本发明的挡板。
具体实施方式
图1示出了传统的旋转末级叶片1，其如现有技术可知用于蒸汽涡轮机，所述旋转末级叶片在蒸汽涡轮机的未示出的转子上的一叶片组内布置。叶片根部2、气翼3、气翼的压力侧4、吸入侧5、前边缘6、后边缘7以及与气翼3一体形成的挡板8分别被示出。在所述组中的相邻叶片1上的挡板8被设置成所述挡板在它们的前和后边缘6、7的区域内彼此相互接合，因而在运行的过程中尽管可能多地衰减振动。为了将挡板的质量以及相应地离心力保持尽可能的小，挡板大体上被设置成缩窄地延伸，具有受限的总质量以及在叶片末端处超过气翼的轮廓的延伸部的尽可能小的悬伸部。
图2a示出了具有前边缘6、后边缘7、压力侧4和吸入侧5的已知的挡板8的外形的俯视图，所述挡板具有部分6′和6″，所述部分6′和6″在靠近前边缘的吸入侧上和在靠近后边缘的压力侧上从气翼的轮廓悬伸。此外，在前边缘6所在的区域内，所述部分具有位于叶片的吸入侧5上的挡板圆角(shroud fillet)9。该挡板圆角9位于从靠近前边缘6的气翼的吸入侧至挡板的该部分6′的过渡区域中，其中该部分6′悬伸超过吸入侧并且与相邻的挡板的压力侧上的悬伸的部分6″接触。由于蒸汽涡轮机的工作流而被拖拽的水滴冲击挡板元件9，因此腐蚀损害在由阴影所表示的区域E中出现。在这种情况中，相对小的水滴由于蒸汽流而比更大的水滴更多地拖拽。相对小的水滴例如沿接近流向的路径W0移动，而较大的水滴由于其质量而比较小的水滴更低程度地被拖拽，较大的水滴沿路径W1移动。
图2b以如图2a俯视图所述的那种形式示出了用于蒸汽涡轮机的末级的叶片组中的叶片10，每个叶片具有根据本发明的挡板18，所述挡板与气翼一体地形成。该图再次示出了前边缘16、后边缘17、压力侧14、吸入侧15和挡板的部分16′和16″，其中所述部分16′和16″形成了在吸入侧上靠近气翼的前边缘以及在压力侧上靠近气翼的后边缘的悬伸部。挡板圆角19位于挡板的吸入侧悬伸部分16′与气翼的朝向前边缘16的吸入侧之间的过渡区域内。在挡板的压力侧14上并在其前边缘16的区域内，挡板18具有突出部20，其中所述突出部20用于屏蔽沿流向下一个叶片挡板的吸入侧15上的挡板圆角19免于水滴影响。突出部20在前边缘16所在的区域内并至少在叶片挡板18的朝向前边缘16的前半部中的设置避免了后边缘区域内的附加的悬伸并且避免了与此相关的针对挡板的强度问题的可能性。针对突出部的沿轴向A、即与涡轮机转子轴线平行的方向的延伸部，突出部20被设置成沿工作流被拖拽的至少最大的液滴被偏转。由于这种偏转，液滴沿涡轮机壳体的方向流动，并且经由那里的抽吸系统离开涡轮机的流道。叶片组中的前边缘16和每个挡板18的挡板圆角19因此通过沿流向下一个叶片挡板上的突出部20被保护免受液滴冲击腐蚀影响。突出部20沿轴向A的最大延伸部基于这样的标准被限定，即旋转方向C与从叶片的前边缘16引至突出部20的最大轴向延伸部Emax的直线之间的角度α是尽可能的小。
此外，突出部其特征在于设有两个侧翼，突出部的朝向前边缘16的侧翼具有凹部21。所述凹部因此位于叶片的前边缘16与突出部的最大轴向延伸部Emax之间。这确保了挡板质量的降低并且尤其确保了触及到前边缘以使得沿前边缘16的气翼材料加硬。突出部20的朝向后边缘的后侧翼22被设置成它相对于挡板的压力侧轮廓线以锐角延伸，也就是说，一方面，该后侧翼并不相对于旋转方向C陡峭地倾斜，而另一方面该后侧翼倾斜成足以使得突出部的质量得到限制。
图2b还示出了由突出部20所实现的屏障作用。突出部并且尤其该突出部的轴向延伸部确保了至少最大的水滴被偏转并且不会冲击到叶片组内的沿流向下一个叶片挡板的挡板圆角。线W0代表相对小的水滴的流动路径，而线W1代表较大的水滴的流动路径。前期相对小的液滴并未通过突出部从它们的流动路径被偏转，并且像以前那样冲击下一个叶片的挡板圆角。然而，由于它们较小的质量，所以相对小的液滴仅仅在该区域内造成受限的腐蚀损害。相反地，大多数较大的液体通过突出部20被偏转。较大的水滴仅仅冲击下一个叶片的前边缘16。然而，因为该边缘被加硬，所以在那里不会出现损害。
图3示出了用于蒸汽涡轮机的末级的叶片组中的叶片10，每个叶片具有根据本发明如图2b所示的挡板18。该图附加地示出了挡板18的径向延伸部。具体地，挡板在叶片的后边缘17所在区域内的悬伸部具有径向厚度rt1，而在突出部20所在的区域内，挡板的标为rt2的径向厚度大于后边缘区域内的rt1。这样做是必要的，从而确保将沿流向的下一个叶片的挡板圆角屏蔽免受大水滴影响。出于强度的原因，突出部20不再设置在后边缘所在的区域内，这是因为已经在那里出现的悬伸部将会伸出超过气翼13的压力侧太多，并且将会导致挡板强度的过高的危险性。因为除此以外突出部在前边缘所在的区域内设置，所以突出部的径向延伸部和轴向延伸部相应地被设置成足够大，以使得获得所期望的屏蔽。
附图标记列表
1 叶片组中的末级叶片
2 叶片根部
3 气翼
4 压力侧
5 吸入侧
6 前边缘
6′ 挡板的吸入侧部分
6″ 挡板的压力侧部分
7 后边缘
8 挡板
9 吸入侧挡板圆角
10 叶片
13 气翼
14 压力侧
15 吸入侧
16 前边缘
16′ 挡板的吸入侧部分
16″ 挡板的压力侧部分
17 后边缘
18 挡板
19 吸入侧挡板圆角
20 突出部
21 凹部
22 后侧翼
α 周向与从前边缘至突出部最大部分的直线之间的角度
A 与涡轮机转子轴线平行的轴向
B 经过前边缘的最大延伸部和突出部的最大延伸部的直线
C 周向、旋转方向
Emax 突出部的最大轴向延伸部
W 水滴的路径
W0 相对大的水滴的流动路径
W1 相对小的水滴的流动路径
rt1 挡板在后边缘处的悬伸部的径向延伸度
rt2 挡板在突出部中的径向延伸度

Claims (5)

1.一种用于蒸汽涡轮机的末级的旋转叶片组，包括叶片(10)，所述叶片分别具有一体形成的挡板(18)，其特征在于，所述叶片组中的每个叶片(10)的挡板(18)具有位于其压力侧(14)上的突出部(20)，以便屏蔽在流向上的下一个叶片的吸入侧挡板圆角(19)使其免受至少一部分水滴的影响。
2.根据权利要求1所述的旋转叶片组，其特征在于，所述突出部(20)从所述挡板(18)的压力侧沿与所述蒸汽涡轮机的转子轴线平行的轴向(A)延伸。
3.根据权利要求1所述的旋转叶片组，其特征在于，所述突出部(20)与所述叶片的后边缘(17)足够远地设置在所述挡板(18)上，以使得所述挡板的质量均衡在所述挡板(18)的吸入侧与压力侧之间得以确保。
3.根据权利要求3所述的旋转叶片组，其特征在于，所述突出部(20)在所述挡板(18)的朝向前边缘(16)的那半部中设置。
4.根据权利要求2所述的旋转叶片组，其特征在于，在所述叶片(10)的前边缘(16)与所述突出部(20)的沿与所述蒸汽涡轮机的转子轴线平行的轴向(A)的最大延伸部(Emax)之间设置凹部(21)。
5.根据权利要求1所述的旋转叶片组，其特征在于，所述突出部(20)的径向延伸部(rt2)大于所述挡板(18)在所述叶片(10)的后边缘(17)所在的区域内的径向延伸部(rt1)。
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