CN103362561B - 流路附近密封件隔离鸠尾榫 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种涡轮机桨叶。所述涡轮机桨叶包括：翼型部分；位于所述翼型部分的径向内端处的平台；在所述平台的径向向内位置延伸的柄部分；以及在所述柄部分的径向向内位置延伸的安装部分。所述柄部分与所述安装部分具有至少一个轴向延伸的密封件接合表面，所述表面形成为可分离的非一体式隔离元件的一部分，所述隔离元件用以将所述桨叶与流路附近密封件接合所述至少一个轴向延伸的密封件接合表面所产生的力隔开。
Description
技术领域
本发明大体上涉及燃烧技术，且更具体地说，涉及燃气涡轮机的热气路径内旋转部件与固定部件之间的密封配置。
背景技术
通常，流路附近密封件（near-flow-path seal）定位在桨叶的相邻级之间，且位于其邻近喷嘴的正下方。具体而言，流路附近密封件被加载到间隔轮或间隔盘中，所述间隔轮或间隔盘轴向定位在支撑外围各排涡轮机桨叶的相邻轮或盘之间。流路附近密封件具有臂，这些臂从间隔轮鸠尾榫处沿相反的方向轴向延伸，从而在喷嘴下方形成一条流路，并且使热燃烧气体留在径向内轮空间的外部。然而，流路附近密封件的轴向臂无法自行支撑，并且，在涡轮常规运行且受到由涡轮转子旋转而施加的离心力时，各臂均需要有加载表面。在典型的配置中，流路附近密封件被加载在以下三个位置处：定位于邻近轮之间并穿过鸠尾榫的间隔轮上；以及这两个相邻桨叶的加载表面上，这两个加载表面通常为各自桨叶上的一体式盖板的表面。
因此，仍然存在对流路附近密封件设计的需求，以便改善到相邻桨叶中的负载（例如，离心的和/或轴向的负载）。
发明内容
根据一项示例性但非限制性实施例，提供一种涡轮机桨叶，所述桨叶包括翼型部分、位于所述翼型部分的径向向内位置处的平台、位于所述平台的径向向内位置处的柄部分和位于所述柄部分的径向向内位置处的安装部分；并且其中所述柄部分具有至少一个轴向延伸的流路附近密封件接合表面，所述流路附近密封件接合表面以及所述安装部分的一部分形成可与所述涡轮机桨叶分离的隔离元件。
进一步的，其中所述隔离元件的截面轮廓大体与所述轴向延伸的流路附近密封件的接合表面以及所述涡轮机桨叶上的所述安装部分的对应截面轮廓相匹配。
进一步的，其中所述隔离元件收纳在所述桨叶中形成的开口中。
进一步的，其中所述隔离元件经形成以在所述隔离元件与所述桨叶之间提供间隙。
进一步的，其中所述隔离元件包括从所述涡轮机桨叶的所述柄部分和所述安装部分切除的元件。
进一步的，其中所述安装部分大体呈鸠尾形。
进一步的，其中所述轴向延伸的流路附近密封件的接合表面包括一体式桨叶盖板上的表面。
进一步的，其中所述流路附近密封件的接合表面位于天使翼密封件的径向向内位置。
另一方面，提供一种涡轮机转子组件，所述涡轮机转子组件包括至少两个转子盘，这些转子盘之间具有轴向的间隔盘，每个转子盘上设置有环状的一排桨叶，每个桨叶包括翼型部分、位于所述翼型部分的径向向内位置处的平台、位于所述平台的径向向内位置处的柄部分和位于所述柄部分的径向向内位置处的安装部分；并且其中所述柄部分具有至少一个轴向延伸的流路附近密封件接合表面，所述流路附近密封件接合表面以及所述安装部分的一部分形成可与所述涡轮机桨叶分离的隔离元件。
进一步的，其中所述隔离元件的截面轮廓大体与所述流路附近密封件的接合表面以及所述涡轮机桨叶上的所述安装部分的对应截面轮廓相匹配。
进一步的，其中所述隔离元件收纳在所述桨叶中形成的开口中。
进一步的，其中所述隔离元件包括从所述涡轮机桨叶的所述柄部分和所述安装部分切除的元件。
进一步的，其中所述安装部分大体呈鸠尾形。
进一步的，其中所述流路附近密封件的接合表面设置在桨叶盖板上。
进一步的，其中所述流路附近密封件的接合表面位于天使翼密封件的径向向内位置。
又一方面，提供一种用于减少涡轮机桨叶上离心的或轴向的加载（loading）的方法，所述加载发生原因为流路附近密封件与桨叶上形成的相邻表面部分发生接合，所述方法包括将材料从包含该相邻表面部分的桨叶上拆下以形成开口（cutout）；以及使用某种隔离元件替换所述材料，所述隔离元件装配在所述开口中并且在涡轮机运行期间可与流路附近密封件接合。
进一步的，其中步骤（b）包括采用新制部件的形式来提供所述隔离元件。
进一步的，其中步骤（b）包括将从所述桨叶上拆下的所述材料用作所述隔离元件。
进一步的，其中步骤（a）包括将材料从所述桨叶的柄部分以及安装部分处拆下。
进一步的，其中所述隔离元件与从所述桨叶上拆下的所述材料的截面轮廓匹配。
现将结合以下附图来详细描述本发明。
附图说明
图1为传统配置中定位在相邻排桨叶之间的流路附近密封件的简化侧视图；
图2为从图1截取的放大细节；
图3为与图2类似的视图，但它图示了根据一项示例性但非限制性实施例的流路附近密封件布置；
图4为根据所述示例性但非限制性实施例的经形成具有开口的桨叶的径向内端的放大细节；
图5为图4中所示的桨叶径向内端处的部分开口的侧视图；或者为与从图4所示桨叶的径向内部分拆下的部分形状相匹配的单独制造部件（或隔离元件）的侧视图；以及
图6为与图4类似的局部透视图，但该图在桨叶的轴向内端的开口部分内示出了隔离元件。
具体实施方式
图1和图2所示为已知的流路附近密封件配置。具体而言，流路附近密封件10定位在间隔盘或间隔轮12上，并径向地位于所述间隔盘或固定喷嘴14之间。所示的流路附近密封件10包括径向延伸的多个密封齿15和轴向延伸的密封臂16和18，这两个密封臂沿着相反方向突出从而分别与相邻桨叶24、26上的流路附近密封件接合表面20、22相互作用。可以在图2中最清楚地看出，流路附近密封件10的臂16、18定位在桨叶密封件接合表面20、22的正下方（或定位在桨叶密封件接合表面20、22径向向内位置）。流路附近密封件10的轴向臂16、18是无支撑的，并且在涡轮机的常规运行期间分别接合密封件接合表面20、22的下侧表面28、30，由此使得那些表面受到，例如，因涡轮机转子旋转和差热增长（differential thermal growth）而产生的轴向力和离心力的作用。
流路附近密封件接合表面20、22可以设置在桨叶盖板或在与径向相邻天使翼密封件（angel wing seal）无关的其他表面上。
在这种已知的布置中，应了解，由臂16、18施加在桨叶盖板或其他密封件20、22上的负载可以被直接传递到桨叶24、26，因而在桨叶上产生不必要的应力或在转子系统中产生不必要的刚度。
现在换到图3至图6，在本发明的一项示例性但非限制性实施例中，流路附近密封件32相对于相邻桨叶34、36的大体布置类似于图2中示出的布置。下文中的描述重点为流路附近密封件臂38和相邻桨叶36，但应了解，桨叶加载问题的解决方案同样适用于密封件臂40和相邻桨叶34，以及多个涡轮机级之间的任何其他的流路附近密封件。在此替代性实施例中，桨叶36进行了以下修改：如虚线46所示出，材料从鸠尾部分42和柄部分44处的轴向端拆下，所得的开口48能够从图4中最清楚地看出。具体而言，开口48的形成方式为将天使翼密封件50的较低部分和鸠尾状安装部分42与柄部分44的一部分拆下，这些部分位于桨叶翼型部分52和平台54的径向向内位置。隔离元件56经形成以提供天使翼密封件50的最低或径向内表面58，并且提供与桨叶的鸠尾状安装部分42的轮廓相匹配的鸠尾状安装部分60。这使得隔离元件56可以被加载到转子盘中随同桨叶鸠尾部分42而形成的鸠尾槽中。换句话说，开口48被隔离元件填充，所述隔离元件形状大体与形成开口48所拆下部分的形状相同，然而应注意，隔离元件与桨叶之间可能存在间隙。
图6所示为隔离元件56与桨叶鸠尾状安装部分42的原始轮廓以及天使翼密封件50的下侧相匹配的方式。当隔离元件56就位时，流路附近密封件臂38接合较低边缘58，而且，由于现在隔离元件56与桨叶36脱离连接，因此运行期间桨叶与流路附近密封件臂38所施加的力隔离。
应了解，隔离元件56可以由从桨叶36上拆下的那部分组成，或者它可以为经形成以匹配所拆下材料的新制造元件。还应了解，本说明书中所述的隔离特征可以经改造和翻新以用于现有桨叶或者可以用于新制造的桨叶。
通过大体消除由流路附近密封臂与桨叶密封结构的接合而引起的离心力，可实现桨叶寿命的延长。
尽管本发明已结合目前被认为是最具实用性且最优选的实施例进行了描述，但应了解，本发明不限于所披露的实施例，而是旨在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 (20)
1.一种涡轮机桨叶组件，其包括：
涡轮机桨叶，所述涡轮机桨叶包括：
翼型部分；
位于所述翼型部分的径向向内位置处的平台；
位于所述平台的径向向内位置处的柄部分；
位于所述柄部分的径向向内位置处的安装部分；并且
其中所述柄部分具有至少一个轴向延伸的流路附近密封件的接合表面；
所述涡轮机桨叶组件包括隔离元件，其中，所述流路附近密封件的接合表面以及所述安装部分的一部分形成可与所述涡轮机桨叶分离的所述隔离元件；
其中，所述隔离元件与所述涡轮机桨叶之间存在间隙；并且，所述隔离元件位于所述平台的径向向内位置。
2.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶组件，其中所述隔离元件的截面轮廓大体与所述轴向延伸的流路附近密封件的接合表面以及所述涡轮机桨叶上的所述安装部分的对应截面轮廓相匹配。
3.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶组件，其中所述隔离元件收纳在所述涡轮机桨叶中形成的开口中。
4.根据权利要求3所述的涡轮机桨叶组件，其中所述隔离元件经形成以在所述隔离元件与所述涡轮机桨叶之间提供间隙。
5.根据权利要求3所述的涡轮机桨叶组件，其中所述隔离元件包括从所述涡轮机桨叶的所述柄部分和所述安装部分切除的元件。
6.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶组件，其中所述安装部分大体呈鸠尾形。
7.根据权利要求1所述的涡轮机桨叶组件，其中所述轴向延伸的流路附近密封件的接合表面包括一体式桨叶盖板上的表面。
8.根据权利要求7所述的涡轮机桨叶组件，其中所述流路附近密封件的接合表面位于天使翼密封件的径向向内位置。
9.一种涡轮机转子组件，其包括至少两个转子盘，所述转子盘之间具有轴向的间隔盘，各转子盘设置有环状的一排涡轮机桨叶组件，各涡轮机桨叶组件包括涡轮机桨叶，所述涡轮机桨叶包括：
翼型部分；
位于所述翼型部分的径向向内位置处的平台；
位于所述平台的径向向内位置处的柄部分；
位于所述柄部分的径向向内位置处的安装部分；并且
其中所述柄部分具有至少一个流路附近密封件的接合表面；
所述涡轮机桨叶组件包括隔离元件，其中，所述流路附近密封件的接合表面以及所述安装部分的一部分形成可与所述涡轮机桨叶分离的所述隔离元件；
其中，所述隔离元件与所述涡轮机桨叶之间存在间隙；并且，所述隔离元件位于所述平台的径向向内位置。
10.根据权利要求9所述的涡轮机转子组件，其中所述隔离元件的截面轮廓大体与所述流路附近密封件的接合表面以及所述涡轮机桨叶上的所述安装部分的对应截面轮廓相匹配。
11.根据权利要求9所述的涡轮机转子组件，其中所述隔离元件收纳在所述涡轮机桨叶中形成的开口中。
12.根据权利要求11所述的涡轮机转子组件，其中所述隔离元件包括从所述涡轮机桨叶的所述柄部分和所述安装部分切除的元件。
13.根据权利要求9所述的涡轮机转子组件，其中所述安装部分大体呈鸠尾形。
14.根据权利要求9所述的涡轮机转子组件，其中所述流路附近密封件的接合表面设置在涡轮机桨叶盖板上。
15.根据权利要求9所述的涡轮机转子组件，其中所述流路附近密封件的接合表面位于天使翼密封件的径向向内位置。
16.一种用于减少涡轮机桨叶上的离心或轴向负载的方法，所述负载由流路附近密封件与所述涡轮机桨叶上形成的相邻表面部分接合而产生，所述方法包括：
a)将材料从包含所述相邻表面部分的所述涡轮机桨叶上拆下从而形成开口；以及
b)使用一种隔离元件替换所述材料，所述隔离元件装配在所述开口中并在涡轮机运行期间可与所述流路附近密封件接合；
其中，所述隔离元件与所述涡轮机桨叶之间存在间隙；并且，所述隔离元件位于所述涡轮机桨叶的平台的径向向内位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中步骤b)包括采用新制部件的形式来提供所述隔离元件。
18.根据权利要求16所述的方法，其中步骤b)包括将从所述涡轮机桨叶上拆下的所述材料用作所述隔离元件。
19.根据权利要求17所述的方法，其中步骤a)包括将材料从所述涡轮机桨叶的柄部分以及安装部分处拆下。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述隔离元件与从所述涡轮机桨叶上拆下的所述材料的截面轮廓匹配。
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