CN103244198A

CN103244198A - 涡轮组件

Info

Publication number: CN103244198A
Application number: CN2013100491738A
Authority: CN
Inventors: W.S.泽米蒂斯; C.M.彭尼
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US9151167B2; US20130209253A1; EP2626516A1; EP2626516B1; RU2013105207A; JP2013164068A

Abstract

本发明提供一种涡轮组件，该涡轮组件包括从轮叶延伸的翼型件和定位在轮叶的下部上的燕尾榫，其中燕尾榫具有燕尾榫接触表面。该涡轮组件还包括具有槽的构件，具有槽的构件构造成通过燕尾榫联接至翼型件，槽具有槽接触表面以与燕尾榫接触表面相接触，其中通过释放部使燕尾榫接触表面减小，以改变轮叶和构件的组件的基本频率。

Description

涡轮组件

技术领域

本申请中所公开的主题涉及涡轮机械的旋转部件和固定部件，并且更具体地涉及用于涡轮机系统的轮叶和盘燕尾榫设计。

背景技术

某些涡轮转子盘包括多个围绕盘的外周边沿周向间隔开的燕尾槽。燕尾槽中的每一个都接收形成有翼型部分和轮叶燕尾榫的轮叶，轮叶燕尾榫具有凸部，凸部与燕尾槽的凹部互补。轮叶燕尾榫沿轴向方向由燕尾槽接收。

在涡轮操作期间，某些部件移动通过涡轮以及压缩空气和热气体流过涡轮能够造成涡轮机系统中的振动。例如，流过相邻的静止叶片的空气或气体能够驱动旋转轮叶进行振动。具体而言，在涡轮机系统操作期间，由于随着流体通过压缩机或涡轮中的轮叶而形成的脉冲会造成驱动频率。期望将轮叶设计成使得其基本固有频率(fundamentalnatural frequencies)避开驱动频率、或者能够承受由驱动频率而造成的振动，否则会出现对部件的磨损、高周疲劳、以及其它的损坏。由于振动引起的疲劳而修复、以及/或者更换部件会是高成本和耗时的。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种涡轮组件包括从轮叶延伸的翼型件和定位在轮叶的下部上的燕尾榫，其中燕尾榫具有燕尾榫接触表面。该涡轮组件还包括具有槽的构件，具有槽的构件构造成通过燕尾榫联接至翼型件，槽具有槽接触表面以与燕尾榫接触表面相接触，其中通过释放部使燕尾榫接触表面减小，以改变轮叶和构件的组件的基本频率。

根据本发明的另一个方面，一种用于改变涡轮组件的基本频率的方法包括：使热气体流过从轮叶延伸的翼型件，轮叶通过位于轮叶上的燕尾榫和位于转子盘上的槽联接至转子盘；以及通过减小燕尾榫接触表面与槽的槽接触表面之间的接触面积来改变转子盘和轮叶的组件的基本频率。

通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是根据一个实施例的涡轮盘节段和涡轮轮叶的透视图；

图2是图1中所示的涡轮轮叶的透视图；

图3是根据一个实施例的涡轮轮叶的燕尾榫部分的详细透视图；

图4是图3中所示的燕尾榫的一部分的详细侧视图；以及

图5是图3和图4中所示的燕尾榫的一部分的详细视图。

参照附图通过示例的详细的描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

图1是示例性涡轮盘节段110的透视图，涡轮轮叶112固定在涡轮盘节段110中。实施例可以包括用于燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、轴向流压缩机、或者具有由燕尾榫固定的多个旋转轮叶的其它装置的应用。盘110包括燕尾槽114，燕尾槽114接收具有相应形状的轮叶燕尾榫116，以将轮叶112固定至盘110。在一个实施例中，轮叶燕尾榫116具有三个柄脚(tangs)121，以将轮叶112保持在燕尾槽114中。实施例可以包括少至一个、并且多至八个或更多的柄脚121。图2示出了轮叶112的底部截面，轮叶112包括翼型件218和轮叶燕尾榫116。在一个实施例中，热气体流过翼型件218，由此产生轮叶112的压力侧222(即，前缘)和吸力侧224(即，后缘)。如下文更详细地描述的，多个释放部(relief)226形成在柄脚121中，以改变/调整轮叶112和盘节段110的组件(也称作“构件”或“涡轮构件”)的基本频率(fundamental frequency)。基本频率相对于涡轮机系统的一个或多个驱动频率发生改变或偏移，由此降低部件的磨损和疲劳的发生率。

燕尾槽114被典型地称为“轴向进入”槽，原因在于轮叶112的燕尾榫116沿大体轴向方向，即与盘110的轴线大体平行、但是偏斜地插入至燕尾槽114中。本说明书中所描述的特征可大体应用于任何翼型件和盘界面。图1和图2中所示的结构仅仅是不同种类的涡轮中的多种不同的盘和轮叶设计的代表。在一个实施例中，释放部226由用于从燕尾榫116去除材料以在表面中形成凹入部的任何合适的方法形成，例如铸造、切削和加工。例如，释放部226可以包括位于燕尾榫表面中的切口或者加工凹入部，在凹入部中产生平缓(gradual)或缓和(gentle)的圆形坡部。

如本说明书中所使用的，“下游”和“上游”是表示相对于工作流体流过涡轮的方向的术语。这样一来，术语“下游”表示大体对应于工作流体的流动方向的方向，并且术语“上游”大体表示与工作流体的流动方向相反的方向。术语“径向”表示与轴线或中心线垂直的运动或位置。对相对于轴线处于不同径向位置的部件进行描述可能是有用的。在该种情况下，如果第一部件定位成相比第二部件更靠近轴线，那么本说明书中可以这样陈述：第一部件相对于第二部件“沿径向向内”。另一方面，如果第一部件相比第二部件定位成更远离轴线，那么本说明书中能够这样陈述：第一部件相对于第二部件“沿径向向外”或者“处于外侧”。术语“轴向”表示与轴线平行的运动或位置。最后，术语“周向”表示围绕轴线的运动或位置。尽管下文讨论的重点主要在于燃气涡轮机，但是所讨论的理念并不限于燃气涡轮机并且可以应用于任何合适的机械，其中包括蒸汽涡轮机。因此，本说明书中的讨论涉及燃气涡轮机实施例，但是可以应用于其它的涡轮机系统。

图3是包括燕尾榫300的轮叶的实施例的一部分的透视图。燕尾榫300包括分别形成在柄脚304、308、312和316中的释放部302、306、310和314。释放部从燕尾榫300去除材料，由此使与接收燕尾槽(例如形成在涡轮或压缩机盘中的槽)相接触的接触表面317的面积减小。在一个实施例中，释放部形成在燕尾榫300的第一外侧318和第二外侧320中。此外，释放部形成在燕尾榫300的前缘322(即，压力侧)和后缘324(即，吸力侧)中。能够构想燕尾榫、柄脚和释放部的各种构造。在实施例中，一个或多个释放部可以形成在少至一个柄脚、或者多至所有柄脚304、308、312和316中。进一步地，一个或多个释放部可以形成在前缘322和后缘324中的一个中，或者同时形成在前缘322和后缘324中。此外，一个或多个释放部可以形成在燕尾榫300的第一外侧318和第二外侧320中的一个中，或者同时形成在燕尾榫300的第一外侧318和第二外侧320中。

在一个实施例中，由释放部302、306、310和314所提供的减小的接触表面317改变轮叶以及接收构件(例如，涡轮盘节段或者压缩机外壳)的组件的基本频率。因此，组件的基本频率相对于涡轮机系统的一个或多个驱动频率发生偏移，由此降低疲劳并且改进部件的寿命。在一个实施例中，释放部中的一个或多个释放部使轮叶和盘组件的基本频率偏移1-2％或者更多，因此使基本频率相对于驱动频率发生偏移。在实施例中，释放部可以是用于改变轮叶和盘节段组件的基本频率的多种技术中的一种。释放部302、306、310和314可以由任何合适的方法形成，例如在铸造之后对燕尾榫进行加工。例如，可以通过合金铸造轮叶和燕尾榫并且进行测试以确定轮叶和盘节段组件的基本频率，其中释放部的数量、部位和尺寸由测试确定，并且随后通过对燕尾榫进行加工而形成。

图4是图3中所示的示例性燕尾榫300的一部分的详细侧视图。图示视图详细地示出了燕尾榫300的第二外侧320。如图所示，释放部302具有第一轴向长度400，释放部306具有第二轴向长度402，释放部310具有第三轴向长度404，并且释放部314具有第四轴向长度406。在一个实施例中，轴向长度400、402、404和406的大小是不同的。在另一个实施例中，轴向长度400、402、404和406中的一个或多个轴向长度具有相同大小。一个或多个释放部的长度、切口深度(即，切口深入表面317中的横向深度)和部位，可以根据应用以及对轮叶和接收构件的基本频率的期望改变而发生改变/进行调整。

图5是图3和图4中所示的示例性燕尾榫300的一部分的详细视图。图示示出了形成在燕尾榫300的柄脚304和308中的释放部302和306。释放部302和306使接触表面317减小，以改变/调整轮叶(其中包括燕尾榫)和接收构件(例如，盘)组件的基本频率。具体而言，通过释放部302和306使燕尾榫300的接触表面317与接收燕尾槽的接触表面之间的接触面积减小。在实施例中，可以通过任何合适的方法使燕尾榫300与燕尾槽之间的接触面积减小，例如形成在燕尾榫和/或燕尾槽中的切口、凹槽和凹入部。轮叶燕尾榫和接收构件的图示实施例通过使组件的基本频率相对于涡轮机系统的驱动频率发生改变，来改进接收构件和/或轮叶的使用寿命、并且增加了组件的强度(robustness)。

尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims

1.一种涡轮组件，所述涡轮组件包括：

翼型件，所述翼型件从轮叶延伸；

燕尾榫，所述燕尾榫定位在所述轮叶的下部上，其中所述燕尾榫具有燕尾榫接触表面；以及

具有槽的构件，所述具有槽的构件构造成通过所述燕尾榫联接至所述翼型件，所述槽具有槽接触表面以与所述燕尾榫接触表面相接触，其中通过释放部使所述燕尾榫接触表面减小，以改变所述轮叶和构件的组件的基本频率。

2.根据权利要求1所述的涡轮组件，其特征在于，通过多个释放部使所述燕尾榫接触表面减小。

3.根据权利要求2所述的涡轮组件，其特征在于，所述多个释放部定位成接近所述燕尾榫的前缘和后缘。

4.根据权利要求2所述的涡轮组件，其特征在于，所述多个释放部包括具有多种不同轴向长度的释放部。

5.根据权利要求2所述的涡轮组件，其特征在于，所述燕尾榫包括多个柄脚，其中所述多个释放部中的每一个释放部都形成在所述多个柄脚中的每一个柄脚中。

6.根据权利要求1所述的涡轮组件，其特征在于，所述释放部使基本频率相对于在所述涡轮组件操作时所形成的驱动频率发生偏移。

7.根据权利要求1所述的涡轮组件，其特征在于，所述构件包括涡轮盘。

8.根据权利要求1所述的涡轮组件，其特征在于，所述构件包括压缩机盘。

9.一种涡轮组件，所述涡轮组件包括：

翼型件，所述翼型件从轮叶延伸；

具有槽的涡轮盘，所述具有槽的涡轮盘构造成通过所述燕尾榫联接至所述翼型件，所述槽具有槽接触表面以与所述燕尾榫接触表面相接触，其中通过减小所述槽接触表面与所述燕尾榫接触表面之间的接触面积来改变所述轮叶和涡轮盘的组件的基本频率。

10.根据权利要求9所述的涡轮组件，其特征在于，通过释放部使所述燕尾榫接触表面减小。

11.根据权利要求10所述的涡轮组件，其特征在于，所述释放部使基本频率相对于在所述涡轮组件操作时所形成的驱动频率发生偏移。

12.根据权利要求9所述的涡轮组件，其特征在于，通过多个释放部使所述燕尾榫接触表面减小。

13.根据权利要求12所述的涡轮组件，其特征在于，所述多个释放部定位成接近所述燕尾榫的前缘和后缘。

14.根据权利要求12所述的涡轮组件，其特征在于，所述多个释放部包括具有多种不同轴向长度的释放部。

15.根据权利要求12所述的涡轮组件，其特征在于，所述燕尾榫包括多个柄脚，其中所述多个释放部中的每一个释放部都形成在所述多个柄脚中的每一个柄脚中。

16.一种改变涡轮组件的基本频率的方法，所述方法包括：

使流体流过从轮叶延伸的翼型件，所述轮叶通过位于所述轮叶上的燕尾榫和位于转子盘上的槽联接至所述转子盘；以及

通过减小燕尾榫接触表面与所述槽的槽接触表面之间的接触面积来改变所述转子盘和轮叶的组件的基本频率。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过位于所述燕尾榫接触表面上的释放部使接触面积减小。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，改变基本频率的步骤包括使基本频率相对于在所述涡轮组件操作时所形成的驱动频率发生偏移。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过多个释放部使所述燕尾榫接触表面减小。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个释放部定位成接近所述燕尾榫的前缘和后缘。