CN103195495A - 带槽的涡轮翼型件 - Google Patents

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CN103195495A CN2013100016467A CN201310001646A CN103195495A CN 103195495 A CN103195495 A CN 103195495A CN 2013100016467 A CN2013100016467 A CN 2013100016467A CN 201310001646 A CN201310001646 A CN 201310001646A CN 103195495 A CN103195495 A CN 103195495A
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Abstract

本发明涉及带槽的涡轮翼型件。更具体而言，本发明涉及一种带槽的涡轮静喷嘴翼型件。在一个实施例中，该涡轮静喷嘴翼型件包括：凹形压力壁，具有延伸穿过其的槽；凸形吸力壁，与凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及凹部，与槽流体连接且位于凸形吸力壁和凹形压力壁之间，其中，凸形吸力壁或凹形压力壁中的至少一个包括靠近相应端部接头之一的变薄区段，该变薄区段被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸凹部。

Description

带槽的涡轮翼型件
技术领域
本文所公开的主题涉及带槽的涡轮翼型件。更特定而言，本发明的方面包括涡轮翼型件，其具有用于增加包括该翼型件的涡轮级的效率的水分转向槽。
背景技术
在涡轮的一些级(例如低压蒸汽涡轮段的末级)中，穿过这些级的蒸汽的高速和局部的潮湿浓度可侵蚀旋转动叶的顶端区域以及静(static)喷嘴翼型件的壁。为了克服该区域中蒸汽的侵蚀效应，制造商通常硬化顶端区域附近的动叶翼型件前缘，或者用卫星带(satellite strip)屏蔽该区域。另一种常规方法涉及通过在喷嘴外侧壁(或端壁)中的疏水装置或通过在中空静喷嘴翼型件中制成的压力和/或吸力槽来去除积聚的水。然后将这种水分收集在涡轮隔板和涡轮壳体之间的周向腔中，其然后疏放到冷凝器或其它合适的压力泄放区(dump)(或室)。然而，这些常规方法都具有相应的缺点。在硬化或屏蔽的情况下，与此类保护相关联的成本可能是相当高的。在带有压力或吸力槽的常规中空翼型件的情况下，这些翼型件和槽可能难以制造，并且可能难以焊接到涡轮隔板环中而不在翼型件中导致变形。
发明内容
公开了一种带槽的涡轮静喷嘴翼型件。在一个实施例中，该涡轮静喷嘴翼型件包括：凹形压力壁，具有延伸穿过其的槽；凸形吸力壁，与凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及凹部(pocket)，与槽流体连接且位于凸形吸力壁和凹形压力壁之间，其中，凸形吸力壁或凹形压力壁中的至少一个包括靠近相应端部接头之一的变薄区段，该变薄区段被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸凹部。
本发明的第一方面包括涡轮静喷嘴翼型件，其具有：凹形压力壁，具有延伸穿过其的槽；凸形吸力壁，与凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及凹部，与槽流体连接且位于凸形吸力壁和凹形压力壁之间，其中，凸形吸力壁或凹形压力壁中的至少一个包括靠近相应端部接头之一的变薄区段，该变薄区段被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸凹部。
本发明的第二方面包括涡轮定子，其包括：用于引导工作流体的轴向分散的喷嘴的组，其中，轴向分散的喷嘴的组中的一个包括多个涡轮静喷嘴翼型件。涡轮静喷嘴翼型件中的每一个具有：凹形压力壁，具有延伸穿过其的槽；凸形吸力壁，与凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及凹部，与槽流体连接且位于凸形吸力壁和凹形压力壁之间，其中，凸形吸力壁或凹形压力壁中的至少一个包括靠近相应端部接头之一的变薄区段，该变薄区段被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸凹部。
本发明的第三方面包括涡轮静喷嘴，其包括：一对端壁；以及喷嘴翼型件，分散在所述一对端壁中的每一个之间且与其连接。喷嘴翼型件包括：凹形压力壁，具有延伸穿过其的槽；凸形吸力壁，与凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及凹部，与槽流体连接且位于凸形吸力壁和凹形压力壁之间，其中，凸形吸力壁或凹形压力壁中的至少一个包括靠近相应端部接头之一的变薄区段，该变薄区段被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸凹部。
附图说明
根据结合附图的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，附图示出本发明的各种实施例，其中：
图1示出了根据本发明的方面的喷嘴翼型件的侧视剖面图；
图2示出了根据本发明的方面的图1的喷嘴翼型件的特写侧视剖面图；
图3示出了根据本发明的方面的涡轮的一部分的平面图。
应当指出，本发明的附图未按比例绘制。附图旨在仅仅示出本发明的典型方面，且因此不应视为限制本发明的范围。在附图中，相同的数字表示各图之间相同的元件。
具体实施方式
本文所公开的主题涉及带槽的涡轮翼型件。更特定而言，本发明的方面包括涡轮翼型件，其具有用于增加包括该翼型件的涡轮级的效率的水分转向槽。
在涡轮的一些级(例如低压蒸汽涡轮段的末级)中，穿过这些级的蒸汽的高速和局部的潮湿浓度可侵蚀旋转动叶的顶端区域以及静喷嘴翼型件的壁。为了克服该区域中蒸汽的侵蚀效应，制造商通常硬化顶端区域附近的动叶翼型件前缘，或者用卫星带屏蔽该区域。另一种常规方法涉及通过在喷嘴外侧壁(或端壁)中的疏水装置或通过在中空静喷嘴翼型件中制成的压力和/或吸力槽来去除积聚的水。然后将这种水分收集在涡轮隔板和涡轮壳体之间的周向空腔中，水分然后疏放到冷凝器或其它合适的压力泄放区(或室)。然而，这些常规方法都具有相应的缺点。在硬化或屏蔽的情况下，与此类保护相关联的成本可能是相当高的。在带有压力或吸力槽的常规中空翼型件的情况下，这些翼型件和槽可能难以制造，并且可能难以焊接到涡轮隔板环中而不在翼型件中导致变形。
蒸汽涡轮的低压(LP)段中的水分去除级起到多个有益作用。从该段去除水分减少了对末级旋转动叶的侵蚀。这延长了动叶的寿命且保留了动叶的轮廓形状。另外，水分去除通过去除可负面地影响冲击动叶的蒸汽轨迹的小水滴而提高了性能。较差的蒸汽轨迹可导致降低的级效率。
如本文所指出的，在LP涡轮的静喷嘴组件中的水分去除上的现有尝试在多个方面是不足的。其中涡轮喷嘴翼型件的壁具有大约4毫米(mm)的均匀厚度的现有“薄壁”设计允许水分去除槽靠近涡轮翼型件的后缘的放置。虽然槽在该“薄壁”设计中的位置有助于从喷嘴翼型件的面去除水分(因为其在前缘的下游很远处)，但“薄壁”设计易于出现可制造性问题，例如由其壁的单薄导致的变形。这种变形可导致较差的空气动力学轮廓，并且可进一步使最终隔板组件的焊缝变形，这负面地影响涡轮性能。相比之下，具有带大约6-8mm厚度的涡轮喷嘴翼型件壁的现有技术“厚壁”设计经受比“薄壁”设计更小的变形，但需要水分去除槽位于更靠近翼型件的前缘。槽在该设计中的位置在水分去除中不太有效。
相比这些现有技术，本发明的方面包括涡轮静喷嘴翼型件，其具有：凹形压力壁，具有延伸穿过其的槽；凸形吸力壁，与凹形压力壁在相应的端部接头处邻接；以及凹部，与槽流体连接且位于凸形吸力壁和凹形压力壁之间，其中凸形吸力壁或凹形压力壁中的至少一个包括靠近相应端部接头之一的变薄区段，该变薄区段被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸凹部。
转到图1，示出了根据本发明的实施例的涡轮静喷嘴翼型件(或翼型件)2的侧视剖面图。如图所示，涡轮静喷嘴翼型件2可包括凸形吸力壁4和凹形压力壁8，凹形压力壁8具有延伸穿过其的槽6。凹形压力壁8可以在相应端部接头10(例如焊缝)处与凸形吸力壁4邻接。还如图所示，翼型件2可包括凹部12(具体而言，子凹部12B)，其与槽6流体连接且位于凸形吸力壁4和凹形压力壁8之间。更特定而言，在一些实施例中，槽6靠近子凹部12B的后缘13流体连接到子凹部12B。另外，凸形吸力壁4或凹形压力壁8中的至少一个包括变薄区段14，其具有比凸形吸力壁4或凹形压力壁8中的至少一个的其余部分16(带有厚度t’)更小的厚度(t)。如文中将进一步描述的，变薄区段14被构造成朝涡轮静喷嘴翼型件2的后缘18延伸凹部12，使得槽6可放置成比在常规的水分去除静喷嘴翼型件中更靠近该后缘18。在一些实施例中，槽6延伸穿过变薄区段14，例如当变薄区段位于凹形压力壁8内时。
图1示出了一个实施例(以虚线)，其中仅仅凹形压力壁8具有变薄区段14，而凸形吸力壁4具有基本均匀的厚度(例如由虚线所示)。应当理解，在图2所示的另一实施例中，仅仅凸形吸力壁4包括变薄区段14，而凹形压力壁8可具有基本均匀的厚度(例如由该图中的虚线所示)。也就是说，在一些情况下，凸形吸力壁4或凹形压力壁8中的仅仅一个可包括变薄区段14。在其它情况下，凸形吸力壁4和凹形压力壁8均可包括变薄区段14。然而，在任何情况下，(多个)变薄区段14可朝后缘18延伸凹部12(形成子凹部12B)。(多个)变薄区段14可限定颈部19，其在凸形吸力壁4和凹形压力壁8之间形成凹部12的子凹部12A、12B。
如图1所示，变薄区段14可位于相应端部接头10(例如焊缝)和槽6中的一个附近。在一些情况下，在变薄区段14位于凹形压力壁8中的情况下，槽6可位于(或延伸穿过)凹形压力壁8的变薄区段14内。另外，变薄区段14(和槽6)可位于翼型件2的后缘18附近。也就是说，变薄区段14可抵接(例如物理接触)位于翼型件的后缘18处的接头10(焊缝)，在此，该接头10联接凸形吸力壁4与凹形压力壁8。相比使用“厚壁”设计的常规方法，本文所公开的翼型件2允许槽6的位置沿凹形压力壁8更靠近后缘18大约10%至20%。在这种情况下，槽6的位置允许跨过凹形压力壁8更高效的水分去除。
如图所示，凸形吸力壁4或凹形压力壁8中的一个或两个可包括具有比壁的其余部分16更小的厚度(t)的变薄区段14，其中该其余部分16具有第二较大厚度(t’)。在一些情况下，该第二厚度(t’)可为较小厚度(t)的大约1.5至2倍。这可允许槽6比在常规的厚壁设计中更靠近后缘18的放置，同时仍然防止与薄壁设计相关联的制造问题。
图2示出了图1的翼型件2的特写侧视剖面图，该图更清楚地示出槽6和(多个)变薄区段14之间的关系。如在该视图中所示，相比凸形吸力壁4或凹形压力壁8均不包括变薄区段14的情况(例如参照本文的“厚壁”示例所述)，变薄区段14允许槽6更靠近后缘18的放置。
还在图2中(以虚线)示出了根据现有技术“厚壁”实施例的水分去除槽(或现有技术槽)PA的位置。如从翼型件2的描述显然的，现有技术槽PA位于比根据本发明的实施例形成的槽6更远离后缘处。这由于壁(4或8)中的至少一个的变薄段14而为可能的，这允许将槽6置于此前焊缝(例如端部接头10)所处位置处。在一些情况下，根据本发明的实施例的翼型件2中的槽6位于比在现有技术“厚壁”示例中更靠近后缘18为10%至20%。图2还示出了凹部终止参考点21，其示出了使用“厚壁”设计的现有技术凹部原本终止的位置。该凹部终止参考点21表示(根据现有技术的)两个喷嘴翼型件壁的接合部，每个壁都不包括变薄区段14。也就是说，在不使用文中示出和描述的至少一个变薄区段14的情况下，凹部(例如凹部12)将不朝后缘18延伸超出凹部终止参考点21。如图所示，这允许槽6与凹部12(例如子凹部12B)在凹部终止参考点21和凹部12的后缘13之间的位置处流体连通。在这种情况下，如本文中参考“厚壁”设计的缺点所描述的，现有技术槽PA位于更远离后缘18处且在水分去除中不那么有效。相对于该凹部终止点21，本文所示出和公开的(多个)变薄区段14将凹部(12)延伸超出凹部终止点21，从而允许如本文所指出的那样形成子凹部12B和改进水分去除。
根据各实施例制造翼型件2可包括独立地液压成形相应的凸形吸力壁4和凹形压力壁8，其中壁(4, 8)中的至少一个包括变薄区段14。在液压成形壁(4, 8)之后，可使用诸如气体保护钨极弧焊(或惰性气体TIG焊接)、气体保护金属极弧焊(或金属惰性气体MIG焊接)等的常规焊接技术将那些壁在相应接头10(分别靠近前缘20(图1)和后缘18)处焊接在一起。在另一实施例中，相应的凸形吸力壁4和凹形压力壁8可被模制、加工或以其它方式单独成形，且然后在相应接头10处焊接在一起。在任何情况下，相比常规翼型件，根据本发明的实施例公开的翼型件2允许槽6更靠近凸形吸力壁4的后缘18的放置，从而改进在包括这些(多个)翼型件2中的一个或更多的涡轮级中的水分去除。
图3示出了根据本发明的方面的涡轮22(例如，诸如低压蒸汽涡轮段的蒸汽涡轮)的一部分的平面图。如图所示，涡轮22可包括涡轮定子24，其基本上围绕涡轮转子26。定子24可包括轴向分散的喷嘴28的组(示出一组)，其中轴向分散的喷嘴28的组中的一个或更多可包括多个涡轮静喷嘴翼型件(例如，参照图1至图2所示出和描述的翼型件2)。也就是说，在一些实施例中，整组喷嘴28可包括喷嘴翼型件2，并且在一些情况下，多组喷嘴28可包括喷嘴翼型件2。在一些情况下，在喷嘴28的组中的每个涡轮静喷嘴2可包括一对端壁30和分散在这对端壁30中的每一个之间且与其连接的喷嘴翼型件2。如本领域中已知的，这些涡轮静喷嘴28在涡轮22的操作期间保持固定在定子24内，并且将工作流体朝转子26的旋转叶片32引导以引起转子轴(未示出，但与轴线a-a对准，如本领域已知的)的运动。如本文所述，涡轮22中的喷嘴28的这些组中的至少一个可被构造成使用一个或更多槽6从翼型件面(凹形压力侧4)去除水分。
本文所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文明确表示为其它。将进一步理解，当用在本说明书中时，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。应进一步理解，术语“前”和“后”并非旨在为限制性的，而是旨在为在适当时可互换的。
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。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言没有差别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性差别的等同结构元件，则这样的其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1. 一种涡轮静喷嘴翼型件，包括：
凹形压力壁，所述凹形压力壁具有延伸穿过其的槽；
凸形吸力壁，所述凸形吸力壁与所述凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及
凹部，所述凹部与所述槽流体连接且位于所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁之间，
其中，所述凸形吸力壁或所述凹形压力壁中的至少一个包括靠近所述相应端部接头之一的变薄区段，所述变薄区段被构造成朝所述涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸所述凹部。
2. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述变薄区段位于所述槽附近。
3. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述变薄区段位于所述涡轮静喷嘴翼型件的后缘附近。
4. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁均包括所述变薄区段。
5. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述变薄区段限定所述凹部内的颈部，所述颈部在所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁之间形成子凹部，其中所述槽靠近所述子凹部的后缘流体连接到所述子凹部。
6. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述相应端部接头包括焊缝，且其中所述焊缝中的第一个位于所述涡轮静喷嘴翼型件的前缘附近，并且其中所述焊缝中的第二个位于所述槽附近。
7. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述变薄区段被构造成将所述凹部延伸超出凹部终止参考点，所述凹部终止参考点表示各不包括所述变薄区段的两个喷嘴翼型件壁的接合部。
8. 根据权利要求7所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述槽被构造成在所述凹部终止参考点和所述凹部的后缘之间的位置处与所述凹部流体连通。
9. 根据权利要求1所述的涡轮静喷嘴翼型件，其特征在于，所述凸形吸力壁或所述凹形压力壁中的所述至少一个的其余部分具有为所述变薄区段的厚度的大约1.5至2倍的厚度。
10. 一种涡轮定子，包括：
用于引导工作流体的轴向分散的喷嘴的组，
其中，所述轴向分散的喷嘴的组中的一个包括多个涡轮静喷嘴翼型件，所述涡轮静喷嘴翼型件中的每一个具有：
    凹形压力壁，所述凹形压力壁具有延伸穿过其的槽；
    凸形吸力壁，所述凸形吸力壁与所述凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及
    凹部，所述凹部与所述槽流体连接且位于所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁之间，
    其中，所述凸形吸力壁或所述凹形压力壁中的至少一个包括靠近所述相应端部接头之一的变薄区段，所述变薄区段朝所述涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸所述凹部。
11. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述变薄区段位于所述槽附近。
12. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述变薄区段位于所述涡轮静喷嘴翼型件的后缘附近。
13. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁均包括所述变薄区段。
14. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述变薄区段限定所述凹部内的颈部，所述颈部在所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁之间形成子凹部。
15. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述变薄区段将所述凹部延伸超出凹部终止点。
16. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述相应端部接头包括焊缝，且其中所述焊缝中的第一个位于所述涡轮静喷嘴翼型件的前缘附近，并且所述焊缝中的第二个位于所述槽附近。
17. 根据权利要求10所述的涡轮定子，其特征在于，所述凸形吸力壁或所述凹形压力壁中的所述至少一个的其余部分具有为所述变薄区段的厚度的大约1.5至2倍的厚度。
18. 一种涡轮静喷嘴，包括：
一对端壁；以及
喷嘴翼型件，所述喷嘴翼型件分散在所述一对端壁中的每一个之间且与其连接，所述喷嘴翼型件包括：
    凹形压力壁，所述凹形压力壁具有延伸穿过其的槽；
    凸形吸力壁，所述凸形吸力壁与所述凹形压力壁在相应端部接头处邻接；以及
    凹部，所述凹部与所述槽流体连接且位于所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁之间，
    其中，所述凸形吸力壁或所述凹形压力壁中的至少一个包括靠近所述相应端部接头之一的变薄区段，所述变薄区段朝所述涡轮静喷嘴翼型件的后缘延伸所述凹部。
19. 根据权利要求18所述的涡轮静喷嘴，其特征在于，所述槽延伸穿过所述变薄区段。
20. 根据权利要求18所述的涡轮静喷嘴，其特征在于，所述凸形吸力壁和所述凹形压力壁均包括所述变薄区段。
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