CN102678191A - 用于涡轮机轮叶的阻尼器销和密封销布置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于涡轮机转子轮叶的阻尼器销和密封销布置，包括：一个翼片部分、一个柄部分和一个鸠尾榫部分，所述柄部分包括相对的侧面，所述侧面中的其中一个侧面具有大体成轴向设置的凹槽，所述大体成轴向设置的凹槽在所述柄部分的前端与后端之间延伸。所述相对的侧面的另一个侧面具有至少一个大体成径向设置的凹槽。所述大体成轴向设置的凹槽适用于收纳细长的阻尼器销，且所述至少一个大体成径向设置的凹槽适用于收纳细长的径向密封销。

Description

用于涡轮机轮叶的阻尼器销和密封销布置
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轮叶之间的阻尼器销和密封销。
背景技术
众所周知，涡轮机通常包括转子，其包括多个转子叶轮，每个转子叶轮中安装有多片周向排列的轮叶。每片轮叶通常包括翼片、平台、柄和鸠尾榫，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，涡轮机轮叶中会出现振动，如果不消除，就会造成轮叶过早损坏。
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轮叶之间，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)形成于每对相邻轮叶中的其中一片轮叶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，并且为防止轮叶与轮叶之间粘合，必须对凹槽进行机械加工，以使阻尼器销可在凹槽中相对自由地摆动。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。在运行过程中，需要通过这种冷却空气来将涡轮机部件的温度维持在可接受的水平，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构成了冷却流从轮叶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轮叶柄部分而降低。
在所属领域已知的一种布置中，阻尼器销的两端具有缩小的截面，所述端由形成于轮叶柄中的凸肩支撑，所述阻尼器销的具有缩小截面的端部与主主体部分之间的接口处设有或不设有环形密封设备，以便最大限度地减少阻尼器销凹槽沿侧的漏流。
对于使用较长轮叶柄的工业燃气涡轮机，为了进一步对跨柄的漏流进行密封，在相邻轮叶的柄之间、柄的前端和后端，以及轴向延伸的阻尼器销下部的位置设置了径向的密封销。与阻尼器销相似，径向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，且大体上与相邻轮叶的柄的平坦侧面相接合/配合。为了通过最小化热应力来延长轮叶的工作寿命，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小截面的各端之间仍然存在间隙，因此再次形成了极易导致流过轮叶的热燃烧气体漏出的泄漏通道。
因此，需要提供更为可靠的密封特征设计，用以通过减小相邻轮叶的轴向的阻尼器销与径向的密封销之间的间隙，来进一步阻止冷却流从加压的柄腔中泄漏。
发明内容
根据一个示例性但非限制性方面，本发明涉及涡轮机中的轮叶对，包括：具有第一翼片部分和第一柄部分的第一轮叶；具有第二翼片部分和与所述第一柄部分相邻的第二柄部分的第二相邻轮叶；设于所述第一柄部分中的大体成轴向设置的凹槽；设于所述第二柄部分中的至少一个大体成径向设置的凹槽；细长的阻尼器销，其设置于所述第一柄部分中的所述大体成轴向设置的凹槽中；以及细长的径向密封销，其设置于所述第二柄部分中的所述至少一个大体成径向设置的凹槽中。
所述阻尼器销具有大体上均匀的圆形截面。所述至少一个径向密封销具有大体上均匀的圆形截面。所述阻尼器销包括具有大体均匀的圆形截面的中间部分，以及具有缩小截面的相对端部分；所述具有缩小截面的相对端具有大体上为半圆形的截面。所述径向密封销位于所述第二柄部分的前端；所述径向密封销与所述第一柄部分的大体平坦的表面配合。所述细长的阻尼器销可与以下项中的每一项的倾斜楔形表面配合：所述第一柄部分和所述第二柄部分。在使用中，所述细长的阻尼器销可与以下项中的每一项上的倾斜楔形表面配合：所述第一柄部分和所述第二柄部分；所述细长的阻尼器销可与所述第一柄部分上的倾斜楔形表面接合，且可与所述第二柄部分上的平坦表面接合。
在另一个示例性但非限制性方面中，本发明涉及用于涡轮机转子轮叶的轮叶，包括：翼片部分、柄部分，以及鸠尾榫安装部分，所述柄部分包括相对的侧面，所述侧面中的其中一个侧面具有大体成轴向设置的凹槽，所述大体成轴向设置的凹槽在所述柄部分的前端与后端之间延伸，且所述侧面中的另一个侧面具有至少一个大体成径向设置的凹槽，所述大体成轴向设置的凹槽适用于收纳细长的阻尼器销，且所述至少一个大体成径向设置的凹槽适用于收纳细长的径向密封销。
所述大体成轴向设置的凹槽具有凸起的支撑表面，位于所述大体成轴向设置的凹槽的相对端上。所述至少一个大体成径向设置的凹槽包括第一大体成径向设置的凹槽以及第二大体成径向设置的凹槽，位于所述柄部分的前端和后端，适用于收纳第一径向密封销和第二径向密封销。所述大体成径向设置的凹槽位于所述柄部分的所述前端。所述柄部分具有大体平坦的表面，位于所述大体成轴向设置的凹槽的径向内部。所述大体成轴向设置的凹槽包括平坦的支撑表面和倾斜楔形表面。
在另一个示例性但非限制性方面中，本发明涉及用于涡轮机转子叶轮的轮叶和销组件，包括：轮叶，所述轮叶具有翼片部分、柄部分，以及鸠尾榫安装部分，所述柄部分包括相对的侧面，所述侧面均适用于在安装到转子叶轮上时，面对相应的相邻轮叶，所述柄部分的所述相对的侧面中的一个侧面具有大体成轴向设置的凹槽，所述大体成轴向设置的凹槽在所述柄部分的前端与后端之间延伸，且所述相对的侧面中的另一个侧面具有至少一个大体成径向设置的凹槽，所述至少一个大体成径向设置的凹槽位于所述轮叶的前端；细长的阻尼器销，其设置于所述大体成轴向设置的凹槽中，以及径向密封销，位于所述至少一个大体成径向设置的凹槽中。
所述大体成轴向设置的凹槽具有凸起的支撑表面，位于所述大体成轴向设置的凹槽的相对端上。所述柄部分具有大体平坦的表面，位于所述大体成轴向设置的凹槽的径向内部。所述大体成轴向的凹槽包括平坦的支撑表面和倾斜楔形表面。
现在将结合下文及图片来详细说明本发明。
附图说明
图1是燃气涡轮机轮叶和阻尼器销的透视装配视图；
图2是显示一对在周向上相邻的轮叶的局部侧视图，其中阻尼器销位于这对相邻轮叶之间；
图3是另一个燃气涡轮机轮叶和阻尼器销组件的局部透视图，其中阻尼器销和径向密封销位于轮叶柄的相同侧面上；
图4是根据本发明的示例性实施例的轮叶柄的局部透视图，其中所述轮叶柄的一个侧面上具有阻尼器销槽；
图5是图4所示轮叶的相对侧面的局部透视图，其中径向密封销凹槽形成于轮叶柄的所述相对侧面中；
图6是包括根据所属领域已知的一种配置的阻尼器销和径向密封销布置的轮叶对的示意图；
图7是包括根据本发明的示例性但非限制性实施例的阻尼器销和径向密封销布置的轮叶对的示意图；
图8是包括根据所属领域已知的另一种配置的阻尼器销和径向密封销布置的轮叶对的示意图；以及
图9是包括根据本发明的示例性但非限制性实施例的阻尼器销和径向密封销布置的轮叶对的示意图。
元件符号列表：
  参考标号   部件   参考标号   部件
  (12)   翼片部分   (20)   细长的阻尼器销
  (38，40)   径向密封销   (56)   轮叶
  (58，60)   相对的侧面   (62)   柄部分
  (64，80)   轴向的凹槽   (66，68)   支撑表面
  (70，72，106)  径向凹槽   (74)   阻尼器销
  (76)   端部分   (88)   密封销
  (102，140)   第一柄部分   (104)   第一轮叶
  (108，146)   第二柄部分   (110)   第二相邻轮叶
  (112，150)   平坦的表面   (112，114)   楔形表面
  (124)   倾斜楔形表面
具体实施方式
图1所示的是传统涡轮机叶片或轮叶10，包括翼片12、平台14、柄16和鸠尾榫18。如所属领域的一般技术人员所了解，鸠尾榫18用于将轮叶10固定到转子叶轮(未在图中显示)外围。阻尼器销20沿着与轮叶平台14相邻(即径向向内)的一个轴向边缘(或斜面)22定位，其中阻尼器销20的前端24位于轮叶的前缘附近，后端26位于轮叶的后缘附近。
应了解，在涡轮机叶轮上的每对相邻的轮叶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位于凹槽28(图1)中，凹槽28沿轮叶118的整个斜面22延伸。阻尼器销20包括大体为圆柱形的主体部分30，所述主体部分30位于大体为半圆柱形的一对相对端24、26之间，并与相对端在凸肩39处接合。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适用于设置在经过机械加工的轮叶平台表面或位于所述轮叶斜面中的凹槽28的相对端的凸肩(未在图1中显示，但其中一个为图2中所示的36)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所显示的是具有较长轮叶柄的轮叶37，其中径向的密封销38、40与阻尼器销42组合使用。但请注意，密封销38、40的径向外端52、54与阻尼器销42的两端48、50之间仍然存在较大的间隙。另请注意，用于收纳阻尼器销的凹槽或狭槽28的两端均未封闭，从而允许冷却空气经由销与所在凹槽之间的间隙空间逸出，尤其是沿着具有缩小截面的端48、50逸出。
应了解，在所属领域已知的此类布置中，用于收纳阻尼器销42和径向密封销38、40的凹槽仅设置在轮叶的一个侧面上，且与相邻轮叶上的平坦表面相接合(或称配合)。换言之，对于周向排列的轮叶中的每片轮叶，其中设置在所述轮叶的一个侧面上的凹槽中的阻尼器销/密封销与相邻轮叶的相对侧面的平坦表面相接合/配合。
根据本发明的示例性但非限制性实施例，已发现可通过以下方式来缩小阻尼器销和径向密封销之间的泄漏通道：将径向密封销重新定位在轮叶的相对侧面。因此，参阅图4和图5，经过改进的轮叶56(具有翼片部分12和鸠尾榫安装部分18)包括柄部分62的相对侧面58、60。侧面58经形成以包括大体上成轴向设置的阻尼器销凹槽64，所述阻尼器销凹槽64与阻尼器销凹槽28大体相同，其相对端具有平坦的支撑表面66、68，适用于收纳阻尼器销20，其中具有缩小截面的两端24、26适用于设置在支撑表面66、68上。如关于图7所示，设有位于轴向凹槽的径向向内的平坦表面112。柄部分62的相对侧面60具有径向密封销凹槽70、72，所述密封销凹槽70、72适用于收纳与密封销38、40相似的径向密封销。通过将阻尼器销凹槽与径向密封销凹槽分开设置在轮叶柄部分的相对侧面上，无需如图3中的位于阻尼器销凹槽与每个径向的密封销凹槽之间的结构性连接部分73。相应地，如下所述，与下述图7至图9所示的示意图进行比较后可明显看出，这可让径向密封销更加接近阻尼器销。
图6所示的是所属领域中已知的轮叶对配置，其中阻尼器销74具有圆形截面，且两端(其中一端为图中的76)具有缩小的截面，阻尼器销74相对松弛地设置在大体上成轴向设置的凹槽80中，所述凹槽80形成于第一轮叶84的柄部分82中(与图4所示的凹槽64类似)。凹槽80具有用于支撑所述销的端78的支撑表面86(与图4所示的表面68类似)。细长的径向密封销88(具有大体上均匀的环状截面)也相对松弛地设置在大体上成径向布置的凹槽90中，所述凹槽90形成于第一轮叶84的柄部分82的相同侧面上。在该特定实施例中，阻尼器销是双楔式阻尼器销，在实际使用中，阻尼器销74与第一轮叶的柄部分82上的倒扣或楔形表面79接合/配合，以及与第二相邻轮叶96的柄部分94上的倒扣或楔形表面92接合/配合。凹槽90中的径向密封销84与相邻轮叶96的柄部分94上的平坦表面98接合/配合。冷却流体泄漏通道为图中的100。
在图7中，阻尼器销74、凹槽80、缩小端78，以及支撑表面86设置在第一轮叶104的柄102中，与图6所示的阻尼器销布置相似。但是在图7中，大体上成径向设置的径向凹槽106形成于相邻第二轮叶110的柄部分108中。阻尼器销74伸出到凹槽80之外，且维持分别与相邻轮叶的柄部分上的楔形表面112、114接合/配合，且凹槽106中的径向密封销88与第一轮叶104的柄102上的平坦表面112接合/配合。这可让径向密封销88更加接近阻尼器销74，因此相对于图6所示的泄漏通道100而言，图7所示的冷却流体泄漏通道115较小。
图8和图9所示的是对“单楔形”配置进行的另一项比较。在图8中，阻尼器销116具有均匀且呈圆形的截面，且阻尼器销116相对松弛地设置在第一轮叶122的柄部分120中的大体上成轴向设置的凹槽118中。图中所示的销116处于运行时的方向上，与凹槽118的上部楔形表面124接合，且因离心力的作用，与凹槽的下表面126隔开。径向密封销128相对松弛地设在大体上成径向设置的凹槽130中，且与阻尼器销凹槽118相似，所述凹槽130同样形成于轮叶122的柄部分120的相同侧面上。在该单楔形布置中，阻尼器销116与相邻第二轮叶136的柄部分134上的平坦表面132接合，且径向密封销128同样与相同的平坦表面132接合。冷却流体泄漏通道为图中的138。
图9描绘的是本发明的另一项示例性但非限制性实施例，其中第一轮叶142的柄部分140中的阻尼器销116和凹槽118与图7中相应的凹槽和销的布置相似。但在图9中，大体上成径向设置的凹槽144形成于相邻或第二轮叶148的柄部分146中。在使用中，阻尼器销116维持与楔形表面124接合(且与下部凹槽表面126隔开)，且与相邻或第二轮叶148上的平坦表面150接合，而径向密封销128与第一轮叶142上的平坦表面152接合。这种布置也可让径向密封销128更加接近阻尼器销116，因此与图8所示的泄漏通道138相比，图9所示的泄漏通道154更小。
因此，应了解，环状排列的相似轮叶中的每片轮叶均具有包括两个相对侧面的柄部分。其中一个侧面具有大体上成轴向设置的阻尼器销凹槽，且相对侧面具有至少一个(如果不是两个)大体上成径向设置的密封销凹槽(在某些涡轮机配置中，径向密封销可仅安装在叶片或轮叶的前缘上)。在这种方式中，任意轮叶对的相邻柄部分将与关于图4、图5、图7和图9进行显示和描述的相同。还应了解，本发明并不限于关于图6B和图7B描述的实例中的详情。相反，本发明可广泛适用于各种轮叶和柄的配置，不变的是阻尼器销和径向密封销在轮叶的柄部分的相对侧面上的位置。此外，本发明并不限于具体的阻尼器和/或密封销形状。
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)

1.一种涡轮机中的轮叶对，包括：
具有第一翼片部分和第一柄部分102的第一轮叶104；具有第二翼片部分和与所述第一柄部分相邻的第二柄部分108的第二相邻轮叶110；位于所述第一柄部分102中的大体成轴向设置的凹槽80；位于所述第二柄部分108中的至少一个大体成径向设置的凹槽106；细长的阻尼器销74，其位于所述第一柄部分102中的所述至少一个大体成轴向设置的凹槽80中；以及细长的径向密封销88，其位于所述第二柄部分108中的所述至少一个大体成径向设置的凹槽106中。
2.根据权利要求1所述的轮叶对，其特征在于，所述阻尼器销74具有大体上均匀的圆形截面。
3.根据权利要求2所述的轮叶对，其特征在于，所述至少一个径向密封销88具有大体上均匀的圆形截面。
4.根据权利要求1所述的轮叶对，其特征在于，所述阻尼器销74包括具有大体均匀的圆形截面的中间部分，以及具有缩小截面的相对端部分76。
5.根据权利要求4所述的轮叶对，其特征在于，所述具有缩小截面的相对端76具有大体上为半圆形的截面。
6.根据权利要求3所述的轮叶对，其特征在于，所述径向密封销88位于所述第二柄部分108的前端。
7.根据权利要求3所述的轮叶对，其特征在于，所述径向密封销88与所述第一柄部分102的大体平坦的表面112配合。
8.根据权利要求1所述的轮叶对，其特征在于，在使用中，所述细长的阻尼器销74可与以下项中的每一项上的倾斜楔形表面112、114配合：所述第一柄部分102和所述第二柄部分108。
9.根据权利要求7所述的轮叶对，其特征在于，在使用中，所述细长的阻尼器销74可与以下项中的每一项上的倾斜楔形表面112、114配合：所述第一柄部分102和所述第二柄部分108。
10.根据权利要求1所述的轮叶对，其特征在于，在使用中，所述细长的阻尼器销74可与所述第一柄部分140上的倾斜楔形表面124配合，且可与所述第二柄部分146上的平坦表面150配合。
11.一种用于涡轮机转子叶轮的轮叶56，包括：
翼片部分12、柄部分62，以及鸠尾榫安装部分18，所述柄部分62包括相对的侧面58、60，所述侧面中的其中一个侧面58具有大体成轴向设置的凹槽64，所述大体成轴向设置的凹槽64在所述柄部分62的前端与后端之间延伸，且所述侧面中的另一个侧面60具有至少一个大体成径向设置的凹槽70，所述大体成轴向设置的凹槽64适用于收纳细长的阻尼器销20，且所述至少一个大体成径向设置的凹槽70适用于收纳细长的径向密封销38。
12.根据权利要求11所述的轮叶，其特征在于，所述大体成轴向设置的凹槽64具有凸起的支撑表面66、68，位于所述大体成轴向设置的凹槽的相对端上。
13.根据权利要求11所述的轮叶，其特征在于，所述至少一个大体成径向设置的凹槽70包括位于所述柄部分的前端和后端的第一大体成径向设置的凹槽70以及第二大体成径向设置的凹槽72，适用于收纳第一径向密封销38和第二径向密封销40。
14.根据权利要求11所述的轮叶，其特征在于，所述大体成径向设置的凹槽70位于所述柄部分的所述前端。
15.根据权利要求11所述的轮叶，其特征在于，所述柄部分62具有大体平坦的表面112，位于所述大体成轴向设置的凹槽的径向内部。
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