CN102301095A - 涡轮机叶片系统 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机叶片系统(1)，所述叶片涡轮机系统包括彼此相邻布置的第一涡轮机叶片(2)和第二涡轮机叶片(4)，所述涡轮机叶片系统适于允许涡轮机的特别安全且可靠的操作。为此，涡轮机叶片在第一表面区域(6)中接触并且在第二表面区域(8)中彼此分离，其中，所述第一涡轮机叶片(2)在所述第二表面区域(8)中包括容纳减振件(12)的凹入部(10)。

Description

涡轮机叶片系统
技术领域
本发明涉及一种包括彼此相邻布置的第一涡轮机叶片和第二涡轮机叶片的涡轮机叶片系统。本发明还涉及蒸汽涡轮机和燃气涡轮机。
背景技术
涡轮机是一种从流体流动中获取能量的旋转发动机。最简单的涡轮机具有一个运动部分——转子组件，其是延其周向附连有多个叶片的轴。运动的流体作用于叶片上，或叶片反作用于流体，从而使得它们旋转并且赋予转子能量。
发电厂通常使用连接于发电机的蒸汽涡轮机或燃气涡轮机用以产生电能。燃气涡轮机通常具有耦联于下游涡轮的上游燃烧器以及位于其间的燃烧室。将能量加至燃烧器中的气体蒸汽，在燃烧器中压缩气体与燃料混合并被点燃。燃烧使气流的温度、速度和体积增加，随后气流被引到涡轮机的叶片上，从而使涡轮机旋转并且向燃烧器以及任何连接的设备提供动力。
蒸汽涡轮机使用来自于例如蒸汽发生器的加压蒸汽作为其工作流体。为了增加热效率，蒸汽能够在多个涡轮机级中进行膨胀。此处，蒸汽流从涡轮机的高压区离开并且返回至蒸发器，在蒸发器中增加额外的过热。蒸汽然后返回至涡轮机的中等压力区并继续它的膨胀。
特别是在涡轮机的低压区，大的后端叶片易受到激振。为了限制在各种情况下产生的振幅并且阻止由于强烈的振动导致的破坏，在一些设计中使用减振器。这可以通过例如叶片之间的固体摩擦减振来实现，这样限制了所述振动。然而，允许摩擦减振需要相邻涡轮机叶片的相对松动的接触，从而降低了涡轮机叶片系统的稳定性。
发明内容
因此，本发明的技术问题是提供一种前述类型的涡轮机叶片系统，其适于允许涡轮机的特别安全且可靠的操作。
根据本发明通过如下方式解决该技术问题，即：相邻涡轮机叶片分别具有围带(shrouding band)，并且相邻涡轮机叶片在围带的第一表面区域中接触而在围带的第二表面区域中彼此分离，其中，第一涡轮机叶片在围带的第二表面区域中包括容纳减振件的凹入部。
本发明基于如下考虑，即：如果在允许通过固体摩擦来衰减激振的同时能够生成稳定且刚性的涡轮机叶片系统的组件，则能够实现涡轮机的特别安全且可靠的操作。然而，利用设计特征使成列的所有叶片进行耦联——例如使在末端处、中等高度处或在该两个位置处的相邻叶片接触——的解决方案起到两个相反的作用，即：组件的刚性以及通过在接触界面中的摩擦分散振动能量的能力。刚性需要具有较大压力的表面适当接合以确保不出现颤动或大的滑动。减振的能力需要具有相对较低压力的相对松动的接触，这样进而导致叶片组件中的不受控制的固有频率。
为了实现这两个相反的子功能，建议将两个功能分给叶片表面的不同区域，即：紧密、适当地接合接触的第一表面区域，其确保组件的刚性；以及松动接触的第二表面区域，其允许通过摩擦减振。为此，在第二表面区域中涡轮机叶片彼此分离并且第一涡轮机叶片包括凹入部，该凹入部容纳减振件，减振件适当地布置以允许产生摩擦，从而产生机械减振。
在有利的实施方式中，第一表面区域相对于第二表面区域倾斜。于是，每个表面区域的压力彼此不平行并且因此能够容易地进行独立地调节。这样允许对于每个表面进行特别精确的压力调节并且有助于稳定性和减振的分离。
为了允许减振件朝向相邻涡轮机叶片的运动，减振件有利地具有柱形形状。该柱的横截面能够是任意几何形状，例如圆形以便易于该件的生产，或任何多边形以用于减振件进入凹入部中的适当配合以及其稳定性。柱形形状允许减振件进入和移出表面的运动。叶片组件的振动将导致减振件和相邻叶片之间的相对运动并且由于减振件在凹入部中的可移动性还将导致减振件和凹入部壁之间的相对运动，从而通过摩擦允许特别好的振动能量的分散。
在另一有利的实施方式中，柱形形状的轴线相对于在凹入部区域中的表面的垂线倾斜。通过适当地选择相对于转子运动的倾斜角和方向，该倾斜允许减振件在离心力的作用下径向向外地滑出凹入部。由此，在离心力充当压力的情况下，其接触相邻的涡轮机叶片，从而形成摩擦表面以进行减振。于是，通过选择倾斜角能够容易地调节压力的强度。而且，通过由于减振件和前缘以及减振件和凹入部壁之间的相对运动而产生的摩擦，可衰减激振(vibrational excitation)。
为了增加减振件和凹入部壁之间的摩擦，凹入部的内部形状有利地与减振件的外部形状配合。这样还在平行于表面区域的方向上提供了减振件的适当保持，而同时在柱形减振件的情况下允许在柱轴线方向上的运动。
为了进一步改善减振件在凹入部内的保持和稳定性并且防止减振件从凹入部滑出，在凹入部的区域中的表面的垂线方向上减振件的尺寸有利地大于涡轮机叶片在所述区域中的间隔。
在特别有利的实施方式中，涡轮机叶片的叶片列中的每对相邻的涡轮机叶片以如上所述的方式布置，即：在第一表面区域中接触并且在第二表面区域中彼此分离，并且其中，一个涡轮机叶片在所述第二表面区域中包括容纳减振件的凹入部。这样导致涡轮机中整个叶片列的特别良好的减振和稳定性。
有利地，上述类型的涡轮机叶片系统是蒸汽涡轮机和/或燃气涡轮机的一部分。涡轮机叶片系统中的稳定性和减振的结合允许涡轮机的特别安全且稳定的操作。
此外，联合循环发电厂有利地包括具有所述涡轮机叶片系统的蒸汽涡轮机和/或燃气涡轮机。
通过本发明实现的优点特别地包括：通过将涡轮机叶片系统的两个涡轮机叶片布置成使得它们在第一表面区域中接触并且在第二表面区域中彼此分离，其中，第一涡轮机叶片在第二表面区域中包括容纳减振件的凹入部，能够实现稳定性和减振，从而导致涡轮机的特别安全且可靠的操作。凹入部的适当的倾斜允许减振件在离心力的作用下抵靠相邻的涡轮机叶片滑动，从而通过减振件和相邻叶片以及减振件和凹入部壁之间的摩擦产生机械减振。此处，选择该件的材料使其防止腐蚀和磨损。所需的刚性是通过与相邻叶片接触的第一表面区域来提供。此外，减振件特征能够用于例如互锁叶片和自由叶片的各种涡轮机叶片设计。
附图说明
在下面的附图中详细地图示出了本发明的实施方式。
图1示出了径向视图中的涡轮机叶片系统，以及
图2示出了圆周切向视图(circumtangential view)中的涡轮机叶片系统。
具体实施方式
在两个附图中，所有部分具有相同的附图标记。
根据图1的涡轮机叶片系统包括彼此紧邻布置的第一涡轮机叶片2和第二涡轮机叶片4。图1示出了在朝向涡轮机轴线的径向方向上观察的涡轮机叶片2、4的横截面。图1示出了第一涡轮机叶片2和第二涡轮机叶片4的围带。
为了确保在涡轮机的操作过程中的涡轮机叶片系统1的稳定性，涡轮机叶片2、4的围带布置成在第一表面区域6中紧密接触。此处，相对较大的压力冲击在表面区域6上，这样确保了涡轮机叶片2、4的适当接合以及涡轮机叶片系统1的刚性以便避免在涡轮机操作过程中的颤动和滑动。
涡轮机叶片2、4在第一表面区域6中的紧密接触使涡轮机叶片系统1产生不受控制的激振的危险。为了避免这个问题，涡轮机叶片2、4在第二表面区域8中彼此分离并且第一涡轮机叶片包括容纳减振件12的凹入部10。减振件12具有与凹入部10的壁14配合的柱形形状，从而使得减振件12可以在凹入部10内运动。然而，选择减振件12的长度使其足够长以便确保减振件12适当地保持在凹入部10中。选择减振件12的材料使其防止腐蚀和磨损。
减振件12与第二涡轮机叶片4接触，然而，由于减振件12的可移动设计，因此该接触相对松动。涡轮机叶片系统1的激振将导致减振件12和第二涡轮机叶片4在它们的接触面16处的相对运动以及减振件12和凹入部壁14的相对运动。由此产生的摩擦导致振动能量的分散并且由此衰减振动。
表面区域6、8相对于彼此倾斜，从而使得垂直于表面区域6的力不必意味着在表面区域8上的相同的力。因此，能够独立地选择用于表面区域6、8的压力。
图2示出了第一涡轮机叶片2的圆周切向视图，其示出了表面区域6、8、凹入部10和柱形减振件12。柱形减振件12的轴线18相对于在凹入部10的区域中的涡轮机叶片2的表面的垂线倾斜。因此，当涡轮机运动时，减振件在离心力的作用下滑出凹入部10。该离心力使减振件10压靠第二涡轮机叶片4。选择倾斜的角度使得期望的力作用在接触表面16上。
在如上所示的涡轮机叶片系统1中，将稳定性和减振功能分在不同的表面区域6、8上。这样导致能够涡轮机叶片系统1的较好的刚性，而同时允许通过固体摩擦来减振，从而允许涡轮机的更安全且更可靠的操作。

Claims (10)

1.一种涡轮机叶片系统(1)，其包括第一涡轮机叶片(2)和第二涡轮机叶片(4)，所述第一涡轮机叶片(2)和所述第二涡轮机叶片(4)分别具有彼此相邻布置的围带，所述第一涡轮机叶片(2)和所述第二涡轮机叶片(4)在所述围带的第一表面区域(6)中接触并且在所述围带的第二表面区域(8)中彼此分离，
其中，所述第一涡轮机叶片(2)在所述第二表面区域(8)中包括容纳减振件(12)的凹入部(10)。
2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片系统(1)，其中，所述第一表面区域(6)相对于所述第二表面区域(8)倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机叶片系统(1)，其中，所述减振件(12)具有柱形形状。
4.根据权利要求3所述的涡轮机叶片系统(1)，其中，所述柱形形状的轴线(18)相对于在所述凹入部(10)的区域中的表面的垂线倾斜。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机叶片系统(1)，其中，所述凹入部(10)的内部形状与所述减振件(12)的外部形状配合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮机叶片系统(1)，其中，所述减振件(12)在所述凹入部(10)的区域中的表面的垂线方向上的尺寸大于所述涡轮机叶片(6，8)在所述区域中的间隔。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮机叶片系统(1)，其中，叶片列中的每对相邻的涡轮机叶片在第一表面区域(6)中接触并且在第二表面区域(8)中彼此分离，并且其中，一个涡轮机叶片(2)在所述第二表面区域(8)中包括容纳减振件(12)的凹入部(10)。
8.一种蒸汽涡轮机，其包括根据权利要求1至7所述的涡轮机叶片系统(1)。
9.一种燃气涡轮机，其包括根据权利要求1至7所述的涡轮机叶片系统(1)。
10.一种联合循环发电厂，其包括根据权利要求8所述的蒸汽涡轮机和/或根据权利要求9所述的燃气涡轮机。
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