CN103174463A - 涡轮转子插入件和相关的安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡轮转子插入件和相关的安装方法，公开了适于使涡轮动叶组件容易安装在转子周围并减少转子中的相关应力集中的系统、方法和装置。在一个实施例中，插入件包括：基部，其适于补足涡轮转子中的进入槽；以及颈部，其从基部径向向外延伸，该颈部适于补足转子的支柱以在转子周围形成基本连续的燕尾件。
Description
技术领域
本文公开的主题涉及涡轮，且更特定地涉及涡轮转子中的切向燕尾动叶(dovetail bucket)的安装和保持。
背景技术
一些动力设备系统例如某些核能、简单循环和联合循环动力设备系统在它们的设计和操作中采用涡轮。这些涡轮中的一些包括采用多个切向燕尾动叶的转子(例如，鼓形转子、叶轮和隔膜转子等)。这些动叶经由转子支柱(post)中的一组进入槽周向地安装在转子周围。一旦安装好，由于在操作期间存在于涡轮内的极端环境状况，必须固定这些动叶且必须密封进入槽。一些系统依赖于封闭动叶来将涡轮动叶固定在转子周围的合适位置并密封进入槽。在安装期间，该封闭动叶是要安装在每个给定级中的最末动叶。一旦封闭动叶在进入槽中处于合适位置，便使用一组平头螺钉将封闭动叶固定地附连至转子，从而锁定在其它涡轮动叶中并密封进入槽。然而，这些平头螺钉可能难以安装和/或拧紧，并且，必须形成于转子中以容纳这些平头螺钉的必需的平头螺钉孔可引起转子中的应力集中。
参照图1，示出连接到转子20的已知封闭动叶92的示意图。图1所示的封闭动叶92可包括动叶柄部(shank)90和静叶/叶片91。封闭动叶92可经由一组平头螺钉97连接到转子20，平头螺钉适于补足(complement)转子20中的一组孔21并与其连接，从而将封闭动叶92固定至转子20。
发明内容
公开了适于使涡轮动叶组件容易安装在转子周围并减少转子中的相关应力集中的系统和装置。在一个实施例中，一种插入件包括：基部，其适于补足涡轮转子中的进入槽；以及颈部，其从基部径向向外延伸，该颈部适于补足转子的支柱以在转子周围形成基本连续的燕尾件。
本公开的第一方面提供了一种插入件，该插入件包括：基部，其适于补足涡轮转子中的进入槽；以及颈部，其从基部径向向外延伸，该颈部适于补足转子的支柱以在转子周围形成基本连续的燕尾件。
第二方面提供了一种涡轮，该涡轮包括：定子；基本上被定子包围的工作流体通路；以及转子，其构造在工作流体通路的径向内部并限定一组进入槽和一组周向槽。转子包括：一组涡轮动叶，其经由一组周向槽连接到转子；以及一组插入件，其适于补足该组进入槽并基本上固定该组涡轮动叶在该组周向槽中的位置。
第三方面提供了一种方法，该方法包括：经由第一进入槽将第一组涡轮动叶安装在转子的第一周向槽中；将第一插入件安装在第一进入槽中；经由第二进入槽将第二组涡轮动叶安装在转子的第二周向槽中，该第二周向槽在轴向上与第一周向槽相邻；经由最后进入槽将最后一组涡轮动叶安装在转子的最后周向槽中；以及将最后插入件安装在最后进入槽中。
附图说明
从结合附图对本发明的各个方面的以下详细描述，本发明的这些和其它特征将更容易理解，附图描绘了本发明的各种实施例，其中：
图1示出根据现有技术的已知封闭动叶的局部剖视示意图。
图2示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的三维透视图。
图3示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的三维透视图。
图4示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的三维透视图。
图5示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的三维透视图。
图6示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的三维透视图。
图7示出根据本发明的一实施例的插入件的部分的三维透视图。
图8示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的三维透视图。
图9示出根据本发明的一实施例的涡轮的部分的剖视示意图。
图10示出根据本发明的一实施例的插入件的部分的三维透视图。
图11示出说明根据本发明的实施例的过程的方法流程图。
图12示出说明根据本发明的实施例的联合循环动力设备系统的部分的示意性框图。
图13示出说明根据本发明的实施例的单轴联合循环动力设备系统的部分的示意性框图。
应该指出，本公开的附图不一定按比例绘制。附图仅意图描绘本公开的典型方面，且因此不应被认为限制了本公开的范围。在附图中，附图之间相似的标号代表相似的元件。
附图标记：
82 喷嘴
86 可磨耗(abradable)涂层
87 喷嘴
89 喷嘴密封齿
90 动叶柄部
93 涡轮动叶
102 径向槽
110 转子
111 切向燕尾槽
114 钩槽
115 前部切向燕尾槽
120 支柱
122 进入槽
123 端柱
124 内轴向面
125 轴向脊部
127 平坦轴向面
140 插入件
141 基部
142 凸缘
143 单向插入件
144 脊面
145 动叶脊部
146 颈部
147 平坦面
149 密封齿
160 周向槽
176 密封构件
186 堵缝线(caulking wire)
200 涡轮
507 平头螺钉
740 分段插入件
742 第一分段
744 第二分段
746 第一配合表面
748 第二配合表面
800 涡轮
810 转子
820 支柱
822 进入槽
823 第二进入槽
840 密封插入件
847 径向表面
900 循环动力设备
902 燃气涡轮
904 热交换器
906 蒸汽涡轮
907 轴
908 发电机
990 动力设备。
具体实施方式
如文中指出，本发明的方面提供了适于使涡轮动叶组件容易安装在转子周围并减少在操作期间可在转子中发展的相关应力集中的系统、方法和装置。这些系统的涡轮动叶经由进入槽安装在转子周围的周向槽中，且然后通过适于补足进入槽的插入件被固定到位。
在动力产生系统(包括例如核反应堆、蒸汽涡轮、燃气涡轮等)的领域中，常常采用由高温流体(例如蒸汽)驱动的涡轮作为系统的一部分。一些涡轮包括涡轮动叶组件作为部分用于产生动力的转子构件的一部分。这些组件中的涡轮动叶包括动叶柄部和叶片(翼型件)，并经由适于补足周向槽的一组燕尾件装配到转子周围的周向槽中。在装配期间，经由轴向或径向的进入槽将涡轮动叶顺次插入周向槽中，直到给定周向槽仅具有一个剩余的动叶槽。要安装在给定级中的最末涡轮动叶然后穿过进入槽插入并经由一组平头螺钉附连至转子。该最末涡轮动叶用于填充进入槽并将所有其它涡轮动叶在转子周围固定到位。然而，这些平头螺钉的使用可能使维护和安装过程变复杂，并且在转子上引起许多应力集中。
当前发明的实施例提供了适于使涡轮动叶维护和安装变容易并通过使用插入件固定涡轮动叶在转子周围的位置来减少转子中的应力集中的系统、方法和装置。插入件适于补足进入槽并在转子周围形成基本连续的周向支柱。插入件在径向和周向上被转子支柱约束，并且在轴向上被轴向相邻的涡轮动叶和/或转子支柱约束。该插入件减少了使安装可靠所需的平头螺钉的数量并减少了应力集中。
转到附图，示出包括插入件的系统和组件的实施例，其中插入件可影响转子装配过程并通过减少应力集中而增加转子、涡轮和整个动力产生系统的寿命预期。附图中的每个构件均可如图2至13中所示经由常规装置(例如经由共用管道或其它已知装置)来连接。具体而言，参照图2，示出根据本发明的实施例的包括带一组支柱120的转子110的涡轮200的部分的三维透视图。该组支柱120限定一组周向槽160，其适于将多个涡轮动叶93(在图9中示出)固定在转子110周围。该组支柱120从转子110径向向外延伸并限定涡轮200的级。该组支柱120包括一组轴向脊部125，其通过在一组周向槽160中限定一组钩槽114来将涡轮动叶93进一步固定至转子110。在一个实施例中，该组钩槽114可包括后部切向燕尾槽111和前部切向燕尾槽115两者。在一个实施例中，转子110上的端柱123可包括基本平坦的轴向面127。在一个实施例中，至少一个支柱120可包括进入槽122(以虚线示出)，其适于使涡轮动叶93的部分能够插入一组周向槽160中。在一个实施例中，涡轮动叶93的动叶柄部90穿过进入槽122插入并由周向槽160滑动地接纳。在一个实施例中，插入件140可插入进入槽122中，从而在转子110周围形成基本连续的周向支柱120。在一个实施例中，插入件140和支柱120可在转子110周围形成基本连续的轴向脊部125，其形成燕尾件以容纳动叶柄部90和涡轮动叶93。在一个实施例中，插入件140可经由轴向燕尾件保持在进入槽122中。
转到图3，示出根据本发明的实施例的包括带支柱120的转子110的涡轮200的部分的三维透视图。应该理解，图2与图3之间标号类似的元件可与参考图2所述的基本上类似。此外，在参考图2至图13所示出和描述的实施例中，相似的标号可代表相似的元件。为了清楚，已省略对这些元件的多余解释。最后，应该理解，图2至图13的构件及其附带的描述可适用于文中所述的任何实施例。
回到图3，在该实施例中，插入件140可包括基部141和从基部141径向向外延伸的颈部146。在一个实施例中，颈部146可补足转子110的支柱120。在一个实施例中，支柱120还可限定形成于进入槽122中的一组径向槽102。在一个实施例中，径向槽102可适于滑动地接纳插入件140上的一组凸缘142(例如，钩、柄脚等)，从而固定插入件140在支柱120中的位置。在一个实施例中，一组径向槽102可具有燕尾形状且一组凸缘142可具有互补的燕尾形状。在一个实施例中，插入件140可包括一组动叶脊部145，其适于补足轴向脊部125以便在转子110周围形成基本连续的周向表面。在一个实施例中，插入件140和一组动叶脊部145匹配支柱120的形状。在一个实施例中，插入件140可使后部切向燕尾槽111和前部切向燕尾槽115两者基本完整。在一个实施例中，插入140可插入进入槽122中以完成给定级的装配。
转到图4，示出根据实施例的带有设置在进入槽122内的插入件140的涡轮200的示意性三维透视图。在该实施例中，插入件140在进入槽122(其被插入件140阻塞)中的插入在转子110周围形成基本连续的周向钩槽114。在一个实施例中，插入件140可在径向和周向上被支柱120约束。
转到图5，示出根据本发明的实施例的包括转子110和端柱123的涡轮200的部分的三维透视图。在该实施例中，端柱123包括内轴向面124，其面向转子110上的其它组支柱120且包括轴向脊部125。端柱123还包括在形状上可为基本平坦的第二轴向面127。在一个实施例中，单向插入件143可安装在端柱123的进入槽122中。单向插入件143包括平坦面147和脊面144，脊面144包括动叶脊部145(例如，钩、柄脚等)。如图6中可见，单向插入件143在端柱123中的安装在转子110周围形成基本连续的周向端柱123。端柱123包括平坦表面127和适于固定涡轮动叶93的带脊表面125。在一个实施例中，单向插入件143可包括适于连接到转子110和/或支柱123的平头螺钉507(以虚线示出)。应该理解，可使用任何目前已知或今后发展的技术将单向插入件143保持在进入槽122中。
转到图7，示出根据实施例的分段插入件740的三维透视图。在该实施例中，分段插入件740可包括带第一配合表面746的第一分段742和带第二配合表面748的第二分段744。第一分段742和第二分段744可以是分段插入件740的截然不同的、可分离的部分，其可被单独安装在转子110中。在一个实施例中，第一分段742和第二分段744可经由相邻构件被保持在转子110和/或进入槽122中。在一个实施例中，第一分段742可包括适于面向工作流体流的上游区段，而第二分段744可包括适于背离工作流体流的下游区段。在一个实施例中，第一分段742和第二分段744可装配在进入槽122(在图2中示出)中以形成分段插入件740。在一个实施例中，第一配合表面746和第二配合表面748可直接连接。在一个实施例中，第一配合表面746和第二配合表面748可适于彼此补足。在一个实施例中，第一分段742和第二分段744的单独安装可使得分段插入件740能够安装到转子110上的支柱120中，该支柱120并不具有插入件可进入的进入槽122。在一个实施例中，分段插入件740可包括多个区段。在一个实施例中，分段742和/或746的轴向宽度“W”可小于支柱120之间的尺寸“d”(在图8中示出)，从而使分段插入件740能够插入并装配在进入槽822中。
转到图8，示出根据本发明的实施例的包括转子810的涡轮800的部分的三维透视图，转子810包括一组支柱820。在该实施例中，第一进入槽822与第二进入槽823轴向对准，使得插入件140可定位在转子810上的任何点和/或任何进入槽822或823中。这使插入件140能够安装到支柱820中，其中周向槽160具有小于插入件140的宽度W的宽度“d”。在该实施例中，插入件140经由安装路径“P”穿过进入槽122插入到进入槽123中。应该理解，插入件140可穿过任意数量的轴向对准的进入槽而安装。
转到图9，示出根据本发明的实施例的包括一组喷嘴82和87以及涡轮动叶93的涡轮800的部分的剖视侧视图。在该实施例中，喷嘴82可包括适于补足连接到支柱120的一组密封构件176的可磨耗涂层86。在一个实施例中，该组密封构件176可包括连接到支柱120的一组常规J形密封条。在一个实施例中，该组密封构件176可经由堵缝线186连接到支柱120。在一个实施例中，该组密封构件176可接触可磨耗涂层86。在另一实施例中，该组密封构件176可设置成基本上紧邻可磨耗涂层86。在一个实施例中，可磨耗涂层86和该组密封构件176可形成迷宫式密封和/或常规的J形密封。在一个实施例中，喷嘴87可包括适于补足和/或对抗该组密封构件176以便形成迷宫式密封的一组喷嘴密封齿89。
转到图10，示出根据本发明的实施例的密封插入件840的三维透视图。在该实施例中，密封插入件840包括在径向表面847上的一组插入件密封齿149。插入件密封齿149适于补足可磨耗涂层86和/或一组喷嘴密封齿89(在图9中示出)，以便形成轴向密封。在一个实施例中，密封插入件840可在转子110的周边周围基本上维持轴向密封。在一个实施例中，插入件密封齿149可接触可磨耗涂层86和/或一组喷嘴密封齿89。
转到图11，示出根据本发明的实施例的说明性方法流程图：在预备过程P1(以虚线示出)中，准备涡轮200和转子100以进行多个涡轮动叶93的安装和级装配。这可由技术人员和/或机械响应于计划好的或用户提示的装配过程来完成，并且可包括涡轮200的外壳的移除和/或分离。接着过程P1，在过程P2中，经由第一进入槽122将第一组涡轮动叶93安装在转子110中，第一进入槽122提供穿过支柱120到第一周向槽160的进入。具体而言，将第一组涡轮动叶93顺次安装在第一周向槽160中。在一个实施例中，第一组涡轮动叶93可由第一周向槽160滑动地接纳。第一组涡轮动叶93被放置成彼此相邻，使得第一组涡轮动叶93在第一周向槽160和转子110周围形成组件(例如，第一级)。接着过程P2，在过程P3中，将第一插入件140安装在第一进入槽122中，以固定第一组涡轮动叶93的位置并在转子110周围完成/形成基本上均匀的支柱120。在一个实施例中，第一插入件140可作为一组单独的区段(例如，上游区段142和下游区段144)安装。在另一实施例中，第一插入件140可经由穿过转子110上的一系列支柱120延伸的进入槽122而安装。在一个实施例中，第一插入件140可在径向和周向上由支柱120固定。接着过程P3，在过程P4中，将后续组涡轮动叶93顺次安装在转子110周围的后续周向槽160中。这些后续组涡轮动叶93由相应的插入件140固定并形成涡轮200的剩余级。在一个实施例中，所有级和/或涡轮动叶93可经由进入槽122安装在转子110中，该进入槽122形成穿过所有支柱120的线性对准的进入槽122。接着过程P4，在过程P5中，经由最后进入槽122将最后一组涡轮动叶93安装在最后一级周向槽160中。最后一组涡轮动叶93形成涡轮200的最后一级。接着过程P5，在过程P6中，将最后插入件143安装在最后进入槽122中以固定最后一组涡轮动叶93的位置。在一个实施例中，最后插入件143可包括平头螺钉507，其被调整以将最后插入件143固定至转子110和/或涡轮200。
附图中的数据流程图和框图说明了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方案的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的各框可代表模块、节段或代码部分，其包括用于实行(多个)指定逻辑功能的一个或更多可执行指令。还应该指出，在一些备选实施方案中，框中标注的功能可不按图中标注的次序发生。例如，连续示出的两个框事实上可基本上同时执行，或者框有时可以以相反次序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图的各框以及框图和/或流程图中框的组合可通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实行。
转到图12，示出多轴联合循环动力设备900的部分的示意图。联合循环动力设备900可包括例如可操作地连接到发电机908的燃气涡轮902。发电机908和燃气涡轮902可通过轴907机械地联接，该轴907可在燃气涡轮902的驱动轴(未示出)与发电机908之间传递能量。图12中还示出可操作地连接到燃气涡轮902和蒸汽涡轮906的热交换器904。热交换器904可经由常规管道(省略了标号)流体连接至燃气涡轮902和蒸汽涡轮906两者。燃气涡轮902和/或蒸汽涡轮906可包括图2的鼓形转子110和/或插入件140或者文中所述的其它实施例。热交换器904可以是常规的热回收蒸汽发生器(HRSG)，例如在常规联合循环动力系统中使用的。如在动力产生的领域中已知的，HRSG 904可与水供应结合地使用来自燃气涡轮902的热排气以形成供给至蒸汽涡轮906的蒸汽。蒸汽涡轮906可任选地联接到第二发电机系统908(经由第二轴907)。应理解，发电机908和轴907可为本领域中已知的任何尺寸或类型，并且可根据它们的应用或它们所连接的系统而不同。发电机和轴的共用标号是为了清楚，而并不一定暗示这些发电机或轴是等同的。在图13所示的另一实施例中，单轴联合循环动力设备990可包括经由单根轴907联接到燃气涡轮902和蒸汽涡轮906两者的单个发电机908。蒸汽涡轮906和/或燃气涡轮902可包括图2的鼓形转子110和/或插入件140或者文中所述的其它实施例。
本公开的插入件和转子并不限于任何一个特定的涡轮、动力产生系统或其它系统，并且可与其它动力产生系统和/或系统(例如、联合循环、简单循环、核反应堆等)联用。另外，本发明的插入件和转子可与可受益于文中所述的稳定性、安装容易性和固定能力的文中未描述的其它系统联用。
文中使用的用语仅仅出于描述特定实施例的目的，而并不意图为本公开的限制。如文中所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在用于该说明书中时表明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合的存在或增加。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性区别的等同结构元件，则此类其它示例意图在权利要求的范围内。
Claims (20)
1. 一种插入件，包括：
基部，其适于补足涡轮的转子中的进入槽；以及
颈部，其从所述基部径向向外延伸，所述颈部适于补足所述转子的支柱以在所述转子周围形成基本连续的燕尾件。
2. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，还包括从所述颈部径向向外延伸的一组密封齿，所述一组密封齿适于与喷嘴上的一组密封构件形成密封。
3. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，所述颈部包括在第一面和第二面两者上的一组动叶脊部，所述一组动叶脊部适于补足所述支柱上的一组脊部以形成用于一组涡轮动叶的一组周向钩。
4. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，所述基部的第一部分和所述颈部的第一部分形成所述插入件的分段，并且所述基部的第二部分和所述颈部的第二部分形成所述插入件的第二分段，其中，所述插入件的第一分段和第二分段是可分离的。
5. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，所述颈部或所述基部中的至少一个包括适于接纳平头螺钉的孔。
6. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，所述颈部包括带有基本平坦的表面的轴向面。
7. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，所述基部具有适于补足所述进入槽中的燕尾件的燕尾形状。
8. 一种涡轮，包括：
定子；
工作流体通路，其基本上被所述定子包围；以及
转子，其构成在所述工作流体通路的径向内部并限定一组进入槽和一组周向槽，所述转子包括：
一组涡轮动叶，其经由所述一组周向槽连接到所述转子；和
一组插入件，其适于补足所述一组进入槽且基本上固定所述一组涡轮动叶在所述一组周向槽中的位置。
9. 根据权利要求8所述的涡轮，其特征在于，所述一组插入件中的每个插入件包括：
基部，其适于补足所述一组进入槽中的一进入槽；以及
颈部，其从所述基部径向向外延伸，所述颈部适于补足所述转子的支柱以在所述转子周围形成基本连续的燕尾件。
10. 根据权利要求8所述的涡轮，其特征在于，所述一组插入件还包括径向向外延伸的一组密封齿，所述一组密封齿适于与喷嘴上的一组密封构件形成密封。
11. 根据权利要求8所述的涡轮，其特征在于，所述一组插入件包括在第一面和第二面两者上的一组动叶脊部，所述一组动叶脊部适于补足所述支柱上的一组脊部以形成用以固定所述一组涡轮动叶的一组周向钩。
12. 根据权利要求8所述的涡轮，其特征在于，所述一组插入件中的每个插入件包括可分离的第一分段和第二分段。
13. 根据权利要求8所述的涡轮，其特征在于，至少一个插入件经由螺钉连接到所述转子。
14. 根据权利要求8所述的涡轮，其特征在于，所述一组插入件中的至少一个插入件包括带有基本平坦的表面的轴向面。
15. 一种方法，包括：
经由第一进入槽将第一组涡轮动叶安装在转子的第一周向槽中；
将第一插入件安装在所述第一进入槽中；
经由第二进入槽将第二组涡轮动叶安装在所述转子的第二周向槽中，所述第二周向槽在轴向上与所述第一周向槽相邻；
经由最后进入槽将最后一组涡轮动叶安装在所述转子的最后周向槽中；以及
将最后插入件安装在所述最后进入槽中。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括将所述最后插入件连接到所述转子。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用螺钉来执行所述连接。
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一插入件的安装包括：
将所述第一插入件的上游区段安装在所述第一进入槽中；以及
将所述第一插入件的下游区段安装在所述第一进入槽中。
19. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一插入件的安装包括使所述第一插入件经由一组对准的进入槽滑动通过所述转子中的多个支柱。
20. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括将第二插入件安装在所述第二进入槽中。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160511 Termination date: 20211221 |
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