CN102588001A - 用于涡轮机叶片柄的销覆盖板和密封配置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机叶片柄的销覆盖板和密封配置。所述涡轮机包括叶片对，所述叶片对包括具有一个翼片和一个柄的第一叶片；具有第二翼片和与所述第一柄相邻的第二柄的第二相邻叶片；所述第一柄中的第一轴向槽；以及一个适合设置在所述第一轴向槽中的细长且笔直的阻尼器销，所述阻尼器销具有倾斜前端面和后端面。

Description

用于涡轮机叶片柄的销覆盖板和密封配置
技术领域
本发明大体涉及涡轮机，确切地说，涉及设置在转子叶轮上的相邻叶片之间的阻尼器销和密封销。
背景技术
众所周知，涡轮机大体上包括转子，其包括多个转子叶轮，每个所述转子叶轮安装有多个在周向上相隔分布的叶片。每片叶片通常包括翼片(airfoil)、平台、柄(shank)和鸠尾榫，所述鸠尾榫可收纳于涡轮机叶轮的相应鸠尾槽中。翼片伸到涡轮机燃烧室下游的热气通道内，并将动能转化为转动机械能。在发动机运行过程中，涡轮机叶片中会出现振动，如果不消除，就会造成叶片过早损坏。
已经有很多不同形式的阻尼器被提议用于最小化或消除振动。振动阻尼器通常呈细长的阻尼器销的形状，所述阻尼器销固定在相邻叶片之间，并通过吸收因改变气动载荷而产生的谐波刺激能量来提供减振功能。阻尼器销通常设于凹槽中，所述凹槽沿着一个周向的“斜面”(slash face)形成于每对相邻叶片中的其中一片叶片的涡轮机叶片柄部中。阻尼器销在运行过程中受到离心负载力，并且为防止叶片与叶片之间粘合，必须对凹槽进行机加工，以使阻尼器销可在凹槽中相对自由地摆动/浮动(float)。同时，为了冷却涡轮机部件，通常需要从轴流式涡轮机的压缩机中抽出高度压缩的空气，尤其是在燃烧室下游的热气体通道中的空气。需要通过这种冷却空气来将涡轮机部件的温度维持在运行可接受的水平，但这会降低涡轮机的整体效率和产出。从涡轮机部件中漏出的任何冷却流基本上都浪费了。阻尼器销凹槽所形成的凹处是冷却流从叶片柄部中大量泄漏的通道。冷却效率还会因为热气体从热气体通道进入叶片柄部而降低。
在所属领域已知的一种配置中，阻尼器销的末端具有缩减的截面，所述末端由形成于叶片柄中的侧翼支撑，所述阻尼器销的具有缩减截面的末端与主体部分之间的接口处设有环形密封件，以最小化阻尼器销凹槽沿侧的漏流。
对于使用较长叶片柄的工业燃气涡轮机，为了进一步对跨柄的漏流进行密封，在相邻叶片的柄之间、柄的前侧和后侧，且位于轴向延伸的阻尼器销下方的位置设置了径向的密封销。与阻尼器销相似，径向的密封销设置在密封销凹槽中，所述密封销凹槽形成于与阻尼器销凹槽相同的斜面上，且大致与相邻叶片的柄的平坦的侧面相配合。为了通过最小化热应力来延长叶片的工作寿命，其中一个重要因素是这些跨柄的密封件的密封效果。即使同时使用了阻尼器销和径向的密封销，但径向的密封销与轴向的阻尼器销的具有缩减截面的末端之间仍然存在间隙，因此再次形成了极易导致流过叶片的热燃烧气体漏出的泄漏通道。
因此，需要提供更可靠的密封部件来防止、最小化或控制冷却流从受压式柄腔中泄露，在使用非受压式柄腔的情况下，防止或最小化冷却流跨过涡轮机叶片从前轮空间泄露到后轮空间，和/或防止热气通道中的气体进入柄部。
发明内容
在示例性但非限制性实施例中，本发明提供了涡轮机中的叶片对，所述叶片对包括具有翼片和柄的第一叶片；具有第二翼片和与第一柄相邻的第二柄的第二相邻叶片；第一柄中的第一轴向槽；以及适合设置在第一轴向槽中的细长、且笔直的阻尼器销，所形成的阻尼器销具有轴向倾斜的前端和后端。
所述叶片对进一步包括一个位于所述第一柄的一端上的第一大致径向设置的槽；以及一个具有径向内端和外端的第一密封销，其适于设置在所述第一大致径向设置的槽中，所述径向外端至少部分地与所述倾斜端中的一端重叠。所述阻尼器销具有大致一致的圆形截面。所述叶片对进一步包括一个位于所述第一和第二柄的一个相对端上的第二大致径向设置的槽，以及一个适合设置于所述第二大致径向设置的密封槽中的第二密封销，其中，所述第二密封销的径向外端至少部分地与所述倾斜端的另一端重叠。所述倾斜的前端和后端分别设置在所述柄中形成的配对的倾斜表面上。所述倾斜前端和后端朝相反的方向倾斜。所述第二密封销的长度小于所述第一密封销的相应长度。
在又一方面，本发明提供了用于涡轮机转子叶轮的叶片，所述叶片包括翼片部分、柄部分和鸠尾榫安装部分，所述柄部分包括相对的侧面，其中一个侧面具有一个在柄部分的前端和后端之间延伸的轴向的槽；具有一致的横截面的细长阻尼器销设置在轴向的槽中，细长的阻尼器销具有倾斜的前端面和后端面；其中柄部分的前端和后端包括大致覆盖倾斜的前端和后端的材料；且其中第一和第二大致径向设置的凹槽形成于柄部分的前端和后端上，第一和第二密封销定位于第一和第二大致径向设置的凹槽中。
所述第一密封销和第二密封销的径向外端分别至少部分地与所述倾斜端和所述细长阻尼器销重叠。所述倾斜前端和后端朝相反的方向倾斜。所述前端和后端的倾斜角度为约45°。所述第二密封销的长度小于所述第一密封销的相应长度。所述阻尼器销具有大致一致的圆形截面。
在另一示例性实施例中，本发明提供了用于涡轮机转子叶轮的叶片，所述叶片包括翼片部分、柄部分和鸠尾榫安装部分，所述柄部分包括相对的侧面，其中一个侧面具有在柄部分的前端和后端之间延伸的轴向的槽；一个具有一致的横截面的细长阻尼器销设置在轴向的槽中，细长的阻尼器销具有轴向倾斜的前端和后端。
本发明进一步提供一种用于涡轮机转子叶轮的叶片，其包括：一个翼片部分、一个柄部分和一个鸠尾榫安装部分，所述柄部分包括相对的侧面，所述侧面中的一个侧面具有一个在所述柄部分的前端和后端之间延伸的轴向槽；一个具有一致的截面且设置于所述轴向槽中的细长阻尼器销，所述细长阻尼器销具有倾斜的前端面和后端面；其中，所述柄部分的所述前端和后端包括大致覆盖所述倾斜前端和后端的材料；以及其中，第一大致径向设置的凹槽和第二大致径向设置的凹槽形成于所述柄部分的前端和后端上，所述第一密封销和第二密封销位于所述第一大致径向设置的凹槽和第二大致径向设置的凹槽中。
所述第一密封销和第二密封销的径向外端分别至少部分地与所述倾斜端和所述细长阻尼器销重叠。所述倾斜前端面和后端面朝相反的轴向方向倾斜。所述第二密封销的长度小于所述第一密封销的相应长度。所述前端和后端朝相反的轴向方向倾斜的角度为约45°。
现在将结合下文的附图说明本发明。
附图说明
图1为燃气涡轮机叶片和阻尼器销组件的透视图；
图2是显示一对在周向上相邻的叶片的局部侧视图，其中阻尼器销位于这对相邻叶片之间；
图3是另一个燃气涡轮机叶片和阻尼器销组件的局部透视图，其中所述阻尼器销配备有所属领域已知的一种配置中的严密的密封元件；
图4是连接有图3所示的那种严密的密封元件的阻尼器销的透视图；
图5是包括图3和图4所示的那种阻尼器销/密封件的相邻的叶片对的局部端视图；
图6是根据本发明的第一示例性但非限制性实施例的阻尼器销和径向密封销配置的局部侧视图；
图7是包括图6所示的阻尼器销和径向密封销配置的相邻的叶片对的局部端视图；
图8是将阻尼器销设置于其上的涡轮机柄部分的局部透视图；以及
图9是根据本发明的另一示例性但非限制性实施例的包括阻尼器销和径向密封销配置的叶片的局部侧视图；
元件符号列表：
Figure BSA00000663703200051
具体实施方式
图1和图2所示为包括翼片12、平台14、柄16和鸠尾榫18的传统叶片10。正如所属领域的一般技术人员所了解，鸠尾榫17用于将叶片10紧固到转子叶轮(未图示)的外围。阻尼器销20沿着与叶片平台14相邻(即径向向内)的一个轴向边缘(或斜面(slash face))22定位，所述阻尼器销20的前端24位于叶片的前缘附近，后端26位于叶片的后缘附近。
应了解，在涡轮机叶轮上的每对相邻叶片18、118之间都有一个类似的销20，如图2中明示。具体而言，阻尼器销20位于沿叶片118的整个斜面22延伸的凹槽或槽28中。阻尼器销20包括大致为圆柱形的主体部分30，所述主体部分30位于一对大致为半圆柱形的相对端24、26之间，并与相对端在其侧翼(shoulder)39处交界。这种配置形成了平坦的支撑表面32、34(图1中清晰可见)，所述支撑表面32、34适用于设置在机加工形成的叶片平台表面或侧翼(其中一个如图2中36所示)上，所述叶片平台表面或侧翼位于叶片斜面中所形成的凹槽28的相对端上，从而有效地支撑所述销，并在机器运行过程中防止发生意外的过度旋转情况。
图3和图4所示为较长的叶片37，其中径向的密封销38、40与阻尼器销42组合使用。在此情况下，阻尼器销42的相对端上具有或配备有“活塞环”密封件44、46，在所述相对端上阻尼器销过渡到具有缩减截面的端48、50。但需注意，密封销38、40的径向外端52、54与阻尼器销42的端48、50之间仍然存在较大的间隙。此外，如图5(其中可看见相邻叶片37、137之间的具有缩减截面的端48)中清晰所示，用于收纳阻尼器销的槽的两端均未封闭，从而允许冷却空气经由销与其所在凹槽之间的间隙空间逸出，尤其是沿着具有缩减截面的端48、50逸出。
应了解，用于收纳阻尼器销42和径向密封销38、40的凹槽仅设置在叶片的一个侧面上，且与相邻叶片上的平坦表面相配合。换言之，对于周向排列的叶片中的每片叶片，其中设置在所述叶片的一个侧面上的凹槽中的阻尼器销/密封销与相邻叶片的相对侧面的平坦表面相配合。
图6所示为根据本发明的示例性但非限制性实施例的具有阻尼器销/径向密封销配置的叶片56。具体而言，轴向延伸且大致为圆形的阻尼器销58具有倾斜的前端和后端，所述倾斜的前端和后端由设置在类似倾斜表面64、66上的例如倾斜角度为45°的表面60、62界定，所述倾斜表面64、66形成于柄的内部且位于其相对的前端和后端。具体而言，表面60、62在相对的直线或轴向方向上是倾斜的。采用这种设计则无需使用具有缩减截面的端和图4所示的“活塞环”密封件，并可缩短阻尼器销58的长度。倾斜端或表面60、62也使径向密封销68、70的长度在径向向外的方向上延伸，从而封闭径向密封销和阻尼器销之间的间隙。例如，在一个示例性实施例中，设于柄中径向阻尼器销的槽或凹槽72、74可径向向外(朝翼片的方向)延伸0.140英寸，以提高密封性能。还应注意，密封销的槽或凹槽72、74的上端或径向外的端至少部分地与阻尼器销58的倾斜端的表面60、62重叠。这种配置也使额外的柄材料保留在阻尼器销的凹槽表面62、64的端上，以如图7和图8所示充分覆盖阻尼器销58的端，从而进一步减小泄露通道的面积。在一个实例中，柄从阻尼器销58到柄的前面72之间的厚度为约0.320英寸，从而为“覆盖板”75(图7)提供了足够的材料。比较图7中的叶片76、176，图示说明由于添加覆盖板75而大大减小了泄露面积。因此，示例性设计的两个方面可减小每对相邻叶片的前端和后端中的每个端上的漏流。第一，可减小径向销68的上端和阻尼器销56(由实心连接件或连接板76构成)之间的间隙，第二，在阻尼器销凹槽78的相对端上增加柄的材料可使覆盖板75充分覆盖阻尼器销56的端。
在图9所示的另一示例性但非限制性实例中，可缩短前侧的径向销80的长度并使其朝阻尼器销82的方向的成角更明显，以使径向密封销80的外端位于阻尼器销82的倾斜表面的更上方，从而减小阻尼器销和密封销之间的泄露面积。因为在前侧柄部分的径向外端的压力较大，因此与柄的径向内部区域相比漏流更易发生在此区域。
对于上述两个实施例，所示密封销凹槽的径向外边缘(其中一个由图8中的数字84指代)大致平行于阻尼器销凹槽的倾斜表面(其中一个由图8中的数字86指代)。但应了解，这些表面无需平行。边缘84的角是径向销的接触角，且该角可根据包括各种运行条件下销上的载荷、销的直径等的各种参数进行优化。此外，阻尼器销和密封销凹槽的尺寸、阻尼器销和密封销的直径和长度也将是专用的(application specific)，同时结合考虑了热增长特性；阻尼器销与叶片的质量比以确保有效地减小振动；以及所属领域一般技术人员所理解的其他参数。
虽然已结合目前被认为是最具实用性和较佳的实施例说明了本发明，但应了解本发明不限于已公开的实施例，而是应涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。

Claims (15)

1.一种涡轮机中的叶片对(76、176)，其包括：
具有翼片(12)和第一柄(16)的第一叶片(56)；
具有第二翼片(12)和与所述第一柄相邻的第二柄(16)的第二相邻叶片(56)；
位于所述第一柄中的第一轴向槽(28)；以及
一个适于设置在所述第一轴向槽中的细长且直的阻尼器销(58)，所述阻尼器销具有轴向倾斜的前端和后端(60、62)。
2.根据权利要求1所述的叶片对，其特征在于，进一步包括位于所述第一柄(16)的一端上的第一大致径向设置的槽(72)；以及
具有径向内端和外端的第一密封销(68)，其适于设置在所述第一大致径向设置的槽(72)中，所述径向外端至少部分地与所述倾斜端(60)中的一端重叠。
3.根据权利要求1所述的叶片对，其特征在于，所述阻尼器销(58)具有大致一致的圆形截面。
4.根据权利要求2所述的叶片对，其特征在于，进一步包括位于所述第一和第二柄的相对端上的第二大致径向设置的槽(74)，以及适合设置于所述第二大致径向设置的密封槽中的第二密封销(70)，其中，所述第二密封销(70)的径向外端至少部分地与所述倾斜端(62)的另一端重叠。
5.根据权利要求1所述的叶片对，其特征在于，所述倾斜前端和后端(60、62)分别设置在所述柄中形成的配对的倾斜表面上。
6.根据权利要求3所述的叶片对，其特征在于，所述倾斜的前端和后端(60、62)朝相反的方向倾斜。
7.根据权利要求4所述的叶片对，其特征在于，所述第二密封销(80)的长度小于所述第一密封销的相应长度。
8.一种用于涡轮机转子叶轮的叶片(56)，其包括：
一个翼片部分(12)、一个柄部分(16)和一个鸠尾榫安装部分(17)，所述柄部分包括相对的侧面，所述侧面中的一个侧面具有一个在所述柄部分的前端和后端之间延伸的轴向槽(28)；一个具有一致的截面且设置于所述轴向槽(28)中的细长阻尼器销(58)，所述细长阻尼器销具有轴向倾斜的前端和后端(60、62)。
9.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，所述柄部分(16)的所述前端和后端包括大致覆盖所述细长阻尼器销(58)所述倾斜前端和后端(60、62)的材料。
10.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，第一大致径向凹槽和第二大致径向设置的凹槽(72、74)形成于所述柄部分的前端和后端上，且其中第一密封销和第二密封销(68、70)位于所述第一大致径向设置的凹槽和第二大致径向设置的凹槽中。
11.根据权利要求10所述的叶片，其特征在于，所述第一密封销和第二密封销(68、70)的径向外端分别至少部分地与所述倾斜端(60、62)和所述细长阻尼器销重叠。
12.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，所述倾斜的前端和后端(60、62)朝相反的方向倾斜。
13.根据权利要求9所述的叶片，其特征在于，所述前端和后端(60、62)的倾斜角度为约45°。
14.根据权利要求10所述的叶片，其特征在于，所述第二密封销(80)的长度小于所述第一密封销的相应长度。
15.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，所述阻尼器销(58)具有大致一致的圆形截面。
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