CN102767399B - 涡轮导流片组件以及组装涡轮导流片组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种涡轮导流片组件，其具有静态叶片环，每个静态叶片包括至少一个翼面和外平台；以及用于保持静态叶片环的外平台环或环的部段；当在轴向方向被推动而形成接触时，所述外平台和环的面对面边缘利用设计成在组装涡轮的操作过程中承受导流片上的力的干涉配合保持。

Description

涡轮导流片组件以及组装涡轮导流片组件的方法

技术领域

本发明涉及一种在轴流式涡轮机中使用类型的新的导流片以及组装所述导流片的方法。本发明具体地但非仅仅关于汽轮机导流片。

背景技术

建造涡轮导流片的传统方法是在内环和外环之间安装翼面叶片环。每个叶片形成为叶片单元的一部分，叶片在叶片单元中在内平台和外平台之间延伸，所述叶片单元机加工为单个部件。每个平台的形式是一段圆柱，因而当组装所述叶片单元环时，所述内平台组合以构成内圆柱，所述外平台组合以构成外圆柱。所述外平台被焊接到为所述导流片提供支撑和刚性的外环。

所述内平台被焊接到内环，防止涡轮叶片轴向挠曲。在一些已知变型中，所述内环和外环分别沿着容纳所述导流片的轴线且穿过叶片单元的平面分成两个半圆形半环，从而所述整个导流片能够被分隔成围绕涡轮机的转子的组件的两个部分。当组装所述导流片时，所述外环的两个半环能够用螺栓固定在一起。所述内环的两个半环通常通过焊接到所述叶片单元来保持在合适的位置，所述叶片单元又被焊接到所述外环上。

已经公开的美国专利申请2008/0170939和已经公开的国际专利申请WO2011/018413公开了一款紧凑型涡轮导流片，该涡轮导流片去掉内环，藉此节约生产部件以及将部件焊接到叶片单元的成本。内环平台形成互锁以使得由内环平台产生的内圆柱用作内环目的。在组装过程中，叶片单元受到预加压力作用于其上的扭矩，促进导流片的刚度增加。

虽然根据‘939申请组装导流片在内环上不需要焊接操作，但外环仍然焊接到外导流片环。导流片的焊接是复杂并且成本高的工艺方法，这需要额外的焊接后热处理和最终机加工以校正扭曲。此外，只有少数工厂有资格制造这些导流片。机械组装将因免除焊接加工而减少成本，另外将允许来自大范围供应商的组件源。

这些问题，例如在已公开的美国专利申请2007/0292266中部分被解决。在公开的方法中，高热输入焊接由低热输入焊接或者浅焊接代替。并且，例如在美国专利7179052中描述了无焊接组装导流片的提议。

考虑到现有技术状况，可以看到便于组装涡轮导流片并且尽可能避免焊接同时保持组装的涡轮及其零件所要求的机械稳定性是工业的不断需求。

发明内容

根据本发明的一个方面提供了一种涡轮导流片，所述涡轮导流片包括静态叶片环，每个静态叶片包括内平台、翼面和外平台，其中，所述外平台具有设计成与外导流片环的部段上的边缘构成干涉配合的边缘，使得所述叶片被外导流片环和叶片的外平台形成的环的相对轴向运动锁定就位，并且其中，所述干涉配合足以在运行条件下维持所述导流片的整体性。也就是说，即使在运行条件下，所述边缘之间的界面能够保持基本上无焊接。

在本发明上述方面的第一实施例中，所述边缘沿着界面线的至少一部分具有径向锥形。

在本发明上述方面的第二实施例中，所述边缘具有匹配台阶或法兰部分。

在本发明上述方面的第三实施例中，所述边缘沿着界面线的至少一部分和匹配台阶或法兰部分具有径向锥形。

在本发明上述方面的第四实施例中，至少一些叶片具有额外的机械固定元件以防止在径向方向上的运动。这些元件能够例如是螺栓或定位销，当就位时它们穿过所述边缘之间的界面线，并且优选通过在轴向方向上施加力而可释放的。

本发明的这些和其他方面将从下面的详细描述和列出的附图变得明显。

附图说明

现在参照附图描述本发明的示例性实施例，在附图中：

图1表示（已知的）汽轮机的示意截面图，说明本发明要放置于其中的环境；

图2显示图1的叶片单元或者翼面的细节；

图3A-C显示根据本发明的实例的叶片单元或者翼面的变型；

图4说明使用销提供对叶片单元运动的额外保护的本发明的变型；以及

图5显示根据本发明的实例组装导流片的步骤。

具体实施方式

下面将首先参考如图1所示的所谓的“紧凑型导流片”设计的描述进一步详细地描述本发明的实例的方面和细节，其再现了共同拥有的已公开的美国专利申请No.2008/0170939的图2的相关特征。图1是轴流式涡轮机的局部径向截面示意图，显示了位于汽轮机内移动叶片的连续环形行12,13之间的完全组装的导流片。

每个所述移动叶片设置有位于在转鼓18轮缘上机加工的相应槽16,17内的径向内“T型榫头”部分14,15。每个所述移动叶片还设置有外屏蔽19,20，所述外屏蔽用密封件23,24密封外接分段环21,22。

所述涡轮的内壳10包括静态叶片的环形行，每个静态叶片具有翼面部分30,31，所述翼面部分的径向内端部和外端部分别与径向内平台32和外平台33成为一体。在制造过程中，平台33的径向外表面被焊接到实心（massive）外导流片环34的内直径上，所述外导流片环加强导流片，并且在涡轮运行过程中控制导流片的热膨胀和收缩。在预备焊接中，两个周缘凹槽或者台阶341,342机加工到所述外导流片上以在焊接过程中用金属填料进行填充。

图2显示的是基于单个翼面单元30的导流片环这部分的放大截面图。在图2中，如在整个附图中，类似的元件或者具有类似功能的元件，可能的话，将指定相同的附图标记。

在图3A中显示根据本发明的第一个实例。在所示实例中，翼面单元30通过机械固定紧固到外导流片环34。在图3A的实例中，所述机械固定通过沿着锥形或者倾斜的边缘330的干涉配合实现，在此处，外平台33与所述外导流片环34相交。在所述实例中，所述平台的外边缘在流动（如箭头所示）的轴向方向上相对于所述涡轮机的主轴减小其直径或者径向位置。这样，在轴向方向上作用到所述叶片上的力具有将外平台33的和外导流片环34的端面挤压成更紧密接触的分力。

而沿着边缘330的干涉配合可以被认为对一些应用来说是充分的，通过其他方式紧固所述干涉配合被认为是有利的。在图3B的实例中，径向延伸的圆周肩部331作为整体部分添加到外平台33，这样形成倒转的Ｌ形状。在组装过程中，肩部331勾到外导流片环34中的相应凹槽或者凹口343内。

在图3C中显示图3B的实例的另一变型，其中，肩部331和相应的凹槽343机加工为法兰类型的连接，具有额外的轮缘344以进一步紧固外平台33来防止其径向移动。

在组装的或部分组装的导流片结构已经在制造或组装过程中移动的情况中，设置另外的装置以防止所述组装好的装配再次拆解，已经发现这是有利的。多种这样的装置都是可行的，包括螺栓、螺钉或点焊。图4的实例显示一个穿过轮缘或肩部331的孔。所述孔延伸穿过界面与外导流片环34。在组装过程中，定位销346插入到孔345中。这个实例的销346还通过干涉配合固定，并因而所述整个结构保持在不进行机加工或切割步骤的条件下能够进行拆卸的优点。

在图5A-5C中显示使用上面图4的变型组装完整导流片的部分例示。

在已经准备子零件后，叶片环置于平坦外平台面D和平坦内平台面E上的平坦表面51上。外导流片环34的部段被夹紧或拧紧在一起，以形成完整的环，而这个完整的环又相对于中心涡轮机轴沿着轴向方向在叶片环上方被推动，如图5B中箭头所示。当外导流片环34沿着锥形的或倾斜的边缘330在所示叶片上滑动时，通过使内平台形成接触而构成界面。

在使用平台竖立构件51上的孔作为导向件组装之后钻定位销孔345，并且在移除所述组装板之后将保持定位销346插入所述孔中。利用定位销增加的稳定性，所述组装的环被分成部段。除所述销之外，在所述环的部段之间的接头处可以使用附加的止动板以确保所述叶片在此步骤过程中不会发生松动。然后所述部段能够分别移动到它们在所述涡轮机壳内部的位置，例如，在再次被固定到一起之前，分别移动到其顶部半部分和底部半部分中。

图5D中的涡轮机级的分解图说明在移除导流片夹紧螺栓55之后导流片结构分成顶部半部分53和底部半部分54的后面的步骤。通过利用销346阻止叶片运动的所述止动，所述导流片的底部半部分被置于内壳10的底部半部分51内。顶部半部分导流片54用螺栓固定到所述底部半部分并且置于内壳10的顶部半部分52内，此时所述涡轮被完全组装。

值得注意的是，根据本发明的导流片的组装因而能够在不用焊接步骤的条件下实现。特别地，当本发明使用例如‘939申请中所述的具有内平台叶片时，喷嘴导流片的完全无焊接结构是可能的，其中，所有部件通过所述叶片上而的预扭转和干涉配合基本上保持在合适的位置。

上面纯粹通过实例的方式描述本发明，并且能够在本发明的范围之内做各种变型。本发明也包括在此描述的或者隐含或者在附图中显示或者隐含的任何单个特征，或者这种特征的任何组合，或者任何这种特征或者组合的任何概括，延伸到它们的等同方案。这样，本发明的宽度和范围不应该受到任何上述示例性实施例的限制。除明确声明外，用于相同、等同或者类似目的的替代特征可以替代在本说明书（包括附图）中的公开的每个特征。

除非在此明确声明，在整个说明书中的现有技术的任何讨论不是承认该现有技术已经广为人知或者成为本领域公知常识的一部分。

附图标记列表

10壳体

101,102壳体顶部、底部半部分

12,13移动叶片

14,15径向内“T形榫头”部分

16,17转鼓槽

18转鼓

19,20屏蔽

21,22定子密封支撑环

23,24密封件/密封翅片

30,31静态叶片单元

33,34上游和下游导流片环

330锥形边缘

331周缘肩部

341,342周缘凹槽

343凹槽

344额外的轮缘

345孔

346定位销

50平坦的组装表面

51,52壳体底部和顶部半部分

53,54导流片底部和顶部半部分

55夹紧螺栓

Claims (9)

1.一种涡轮导流片组件，包括静态叶片环，每个静态叶片包括

至少一个翼面和外平台；以及

外导流片环或环的部段，用于保持所述静态叶片环；

其中，所述外平台和所述外导流片环或环的部段的面对面边缘通过设计成在已组装涡轮的操作过程中承受外导流片上的力的干涉配合而保持；

所述外平台和外导流片环或环的部段的面对面边缘是锥形的，使得所述干涉配合是通过所述外导流片环或环的部段与静态叶片在轴向方向上的相对运动接合而引起的。

2.根据权利要求1所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

所述外平台和外导流片环或环的部段的面对面边缘包括法兰或轮缘型廓。

3.根据权利要求1所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

所述外平台和外导流片环或环的部段的面对面边缘包括在径向方向上延伸的法兰或轮缘型廓。

4.根据权利要求1所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台之间的干涉配合被进一步紧固以防止所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台在组装过程中相对移动。

5.根据权利要求1所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台之间的干涉配合通过机械固定进一步紧固以防止所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台在组装过程中相对移动。

6.根据权利要求5所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台之间的干涉配合通过延伸穿过所述面对面边缘的销或螺栓进一步紧固以防止所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台在组装过程中相对移动。

7.根据权利要求6所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

所述销或螺栓延伸穿过所述面对面边缘进入盲孔中并且利用干涉配合保持就位。

8.根据权利要求6所述的涡轮导流片组件，其特征在于，

在由所述外导流片环或环的部段与静态叶片的外平台形成的界面处不用焊接。

9.一种组装涡轮导流片组件的方法，所述涡轮导流片组件包括静态叶片环，每个静态叶片至少具有翼面和外平台，所述方法包括以下步骤：

设置外导流片环或环的部段以用于保持所述静态叶片环；以及

通过所述外导流片环或环的部段与静态叶片之间在轴向方向上相对运动组装外导流片，藉此所述运动使所述外平台和外导流片环或环的部段的面对面边缘形成接触，从而已组装外导流片通过被设计成在已组装涡轮的操作过程中承受所述外导流片上的力的干涉配合而保持；

其中，所述外平台和外导流片环或环的部段的面对面边缘是锥形的，使得所述干涉配合是通过所述外导流片环或环的部段与静态叶片在轴向方向上的相对运动接合而引起的。