CN103452596B - 用于涡轮机的叶片和增大从该叶片装配的环的频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于预扭转翼型件的围带。描述方法和用于涡轮或一般地说涡轮机的叶片，其中，叶片在顶端处具有围带节段，其设计成至少部分地借助于利用沿接合面具有中央缺口的围带节段装配叶片来与环形组件中的相邻叶片的围带节段接合。

Description

用于涡轮机的叶片和增大从该叶片装配的环的频率的方法

技术领域

本发明涉及涡轮机中的有围带叶片的改进。本发明特别但不排他地有关于安装到蒸汽涡轮的转子上的移动叶片。

背景技术

在下列描述中，用语“涡轮”用于指的是具有通过诸如蒸汽或气体的流体介质强制耦合(forcecouple)的定子和旋转部件的旋转发动机。对于本发明而言，特别感兴趣的是包括与移动的转子叶片的径向布置交替的径向布置的固定定子叶片或静叶。移动大体是指(beregisteredas)相对于外壳或壳体的移动。

移动叶片设计成具有用以与转子装配的底端处的根部和用以与相邻叶片的围带接合从而形成环的顶端处的围带。移动叶片装配到具有沿轴向或周向的凹槽的转子上。轴向凹槽可为笔直或弯曲的。

已知装配叶片排使得每个叶片扭转。扭转过程可被认为通过典型地由在根部区段和顶部或围带区段处施加的力施加机械约束而迫使叶片从其不受约束的平衡状态进入扭转状态。

试图避免的具体问题是在涡轮设计中激励(多个)叶片的自然或特征频率。叶片或叶片组件的任何类型的谐振行为潜在地具有对涡轮的操作的有害影响，并且因此将被避免。通过使用较刚性的叶片轮廓和/或增大的扭转角而看到避免操作期间的谐振的方法。两种解决方案具有在以高预应力度装配叶片排时导致增大的应力或增加的困难的缺点。以较高预扭转装配的叶片可倾向于弯曲而不是根据要求扭转。因此，可视为本发明的目的是，改进现有叶片设计以增大叶片的频率，同时至少部分地避免与先前解决方案相关的问题。

发明内容

根据本发明的方面，沿有围带叶片(优选为用于涡轮或一般地说涡轮机的预扭转叶片)的接触面设置缺口，以增大(多个)叶片的频率。

缺口或凹陷优选地定位成使得其与具有平面表面并因此不具有缺口的相邻常规围带之间的接触区域部分地重叠。以该方式，初始接触区域被有效地分割，并且新接触区域包括围带的面超过缺口的宽度的部分。可视为本发明的目的的是用通过施加至围带的接触区域或接触面的缺口分离的两个接触区域代替单个接触区域。

由于具有平面表面的相邻常规围带之间的初始接触区域典型地接近面的一个(轴向)端部，故缺口可位于面的中间，使得构成围带的相邻节段之间的接触沿轴向朝向围带的两个端部扩展。

该特征以较高节径增大频率，并且因此提高有围带叶片排的频率稳定性。

在优选实施例中，围带节段优选地仅具有其周向端部中的一个处的缺口，其中，缺口的深度在高达围带节段的周向宽度的10%的范围内。对于商业上使用的叶片而言，深度典型地在0.1mm至5mm的范围内，或者甚至在0.1mm至1mm的范围内。如果缺口在相邻围带的接触面之间被分割，则每个缺口的深度可例如根据任何其它期望比率对分或分割。

在另一个优选实施例中，缺口沿至少覆盖两个相邻围带节段之间的潜在接触区域的完全径向长度的线沿径向延伸。取决于其形状，缺口的一部分可沿轴向延伸至潜在接触区域的边缘，并且从而甚至延伸至围带节段的边缘。

在另一个优选实施例中，缺口沿围带节段的总轴向宽度的至少0.1倍或至少0.3倍沿轴向延伸，并且更加优选地围绕围带节段的周向定向质心定心。

缺口还可施加成限定接触区域的径向位置。例如，缺口可为大体T形的，其中，在面的轴向中心线上方除去更宽的材料带，以确保该中心线下方的相邻围带之间的接触。如果缺口包括既在该中心线上方又在其下方除去的较宽带，则接触区域可限定至其上或接近其的位置。

在围带节段的接合面具有沿周向的台阶或相似的几何改变的情况下，以上缺口可施加至沿周向面向的每个面，即，围带以其彼此接触的每个面。

本发明的这些和另外的方面从下列详细描述和如下面列出的附图将为显而易见的。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的示例性实施例，在该附图中：

图1示出了以它们的围带节段彼此接合的一组三个叶片或翼型件；

图2A示出了已知的单个叶片和围带节段的顶部的更详细的三维示意图；

图2B是根据本发明的实例的单个叶片和围带节段的顶部的与图2A相同的视图；

图2C示出了根据本发明的另一个实例的修改的围带节段；

图3A是已知的两个接合围带节段的三维示意图；

图3B是根据本发明的实例的两个接合围带节段的与图3A相同的视图；以及

图4示出了根据本发明的实例的翼型件排的第一模式与但没有修改的相同排相比的频率偏移。

部件列表

11,12,13叶片

11-1,12-1,13-1根部区段

11-2,12-2,13-2围带节段

111接合面

112,114接触区域

113缺口

41频率与节径曲线图

42频率与节径曲线图(改进)。

具体实施方式

使用安装到蒸汽涡轮的转子上的叶片或翼型件排的实例在下列描述中更详细地描述本发明的实例的方面和细节。

在图1的透视图中示出一组三个叶片11、12、13。每个叶片具有用于插入到转子(未示出)的对应周向凹槽中的根部区段11-1、12-1、13-1。在每个叶片的顶部处，实际翼型件的顶部具有围带节段11-2、12-2、13-2。围带节段构成被称为围带的完整周向环。在实例中，围带节段彼此接触，但是原则上相对于彼此自由移动。因此，围带节段从它们的装配位置移动到由转子以例如25、30、50或60Hz快速旋转引起的操作位置。

叶片的预扭转可通过以超过标称长度的少量扩大围带节段11-2、12-2、13-2的周长而实现，该标称长度如通过将围带的周长除以每排的叶片数而确定。当叶片装配到转子的凹槽中时，扭转在围带节段旋转时产生以容纳额外长度。可选地，叶片在围带处的联接还可通过翼型件由于旋转而产生的解扭实现。在该变型中，不需要预扭转，围带节段在装配时具有以涡轮的操作速度闭合的小空隙。

当两个相邻围带节段(诸如，11-2、12-2)的接触面为平整的时，扭转产生接触区域。典型地，该接触区域接近接触面的轴向端部中的一个。

通过如图2A所示的已知叶片的围带节段11-2与如图2B所示的根据本发明的实例的叶片的围带节段11-2之间的比较来说明本发明的效果。在图2A中，设计成与相邻的围带节段接触的围带节段11-2的面111示出为平坦表面。如上所述，在装配的排中，接触区域112将接近接触面的轴向端部中的一个。在图2A的透视图中，接触区域112示出为面111的邻近轴向端处的阴影线部分(hatchedpatch)。

在图2B的实例中，浅缺口或凹陷113已加工到面111中。缺口113的位置与初始接触区域112部分地重叠。缺口防止初始接触区域112的重叠部分处的接触，并且在缺口113的相对侧在面111处引起第二接触区域114。接触区域被有效地分割成初始接触区域112的剩余部分和新接触区域114。认为具有两个接触区域使有围带叶片更刚性。

图2B的缺口是矩形形状的简单浅凹槽。然而，可有利的是将凹槽切割成更复杂的形状，以迫使剩余接触区域112、114到围带的稳定性或刚度增加的位置。例如，在图2C中，凹槽113的截面形成为大写字母H或双T。该形状迫使两个区域112、114处的接触接近围带节段11-2的(径向)中心线。在其它变型(未示出)中，简单T形可用于使接触区域例如朝向围带节段在(径向)中心线下方的底部移动或移动至在径向中心线上方的顶部。在该实例的变型中，缺口的一部分可沿轴向延伸到面111的边缘。

在图3A中，示出具有已知的平坦接触表面的两个相邻围带节段11-2、12-2。隐藏的线示出为虚线。在图3B中，示出具有根据本发明的实例改变的接触面的两个相邻围带节段11-2、12-2。如上所述，缺口113使围带节段11-2、12-2的相对面在其任一侧的两个单独位置处彼此接触。

在图2B和图3B的实例中，浅缺口仅施加于围带节段的接合面中的一个。然而，同样可以具有围带节段的两个接合面上的缺口，在该情况下，每个缺口可更浅，这是因为每个缺口有助于相邻围带的分离。

缺口的总深度典型地设计成刚好足够实现接触区域的期望分离，而不影响围带的总体机械稳定性和泄漏行为。发现，对于典型围带节段而言转化为0.1mm至5mm之间的、小于节段的周向宽度的10%的深度对于大部分应用和叶片设计而言可为足够的。

缺口的(轴向)宽度也经受相似的设计约束，并且可在围带节段的总轴向宽度的10%至90%的范围内。典型地，发现，围带的总宽度的大约50%的宽度足以实现接触区域的有效分离。

缺口的高度(沿径向)典型地与接合表面的高度相同，即，切穿接合表面。然而，如果精确地了解初始接触区域，则较小缺口可仅施加于接触区域以实现有效分离。

还应当注意，以上实例同样可应用于使用与以上应用相同的原理的围带节段的接合表面的更复杂的几何形状。在围带节段的接合表面在周向上具有台阶从而形成两个周向地面向的潜在接触区域的情况下，如上所述的缺口可根据需要施加于它们中的任一个或两者上的接触区域，以分离接触区域或多个接触区域。

为了增强缺口的机械稳定性，优选为加工或切割缺口使得其侧壁被开槽，从而避免在负荷下变形的边缘。

对围带节段的修改的潜在效果在图4的曲线图中示出。曲线图示出了用于首先25个节径的轴向弯曲模式的频率。下曲线41给出常规围带的频率，而上曲线42反映从具有缺口或释放凹槽的围带节段装配的围带的行为。在两个平稳段(plateaus)之间的临界带中，两个曲线之间的频率偏移对于许多节径而言超过10%，从而使得这些频率在正常操作期间将不太可能被激励，或者允许操作员或设计成以更宽的参数包络线操作蒸汽涡轮。

已仅经由实例在上面描述本发明，并且可在本发明的范围内作出修改。本发明还可包括本文中描述或暗示或者附图中示出或暗示的任何单独特征，或者任何这些特征的任何组合或任何这些特征的任何概括，或者扩展至其等同物的组合。因此，本发明的幅度和范围不应当被以上描述的示例性实施例中的任何一个限制。

包括附图的说明书中公开的每个特征可由用于相同、等同或相似目的的可选特征替代，除非另外清楚地叙述。

除非在本文中明确地叙述，遍及说明书的现有技术的任何讨论不承认这种现有技术为众所周知的或者形成本领域中的公知常识的一部分。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的叶片，所述叶片在顶端处具有围带节段，其设计成至少部分地借助于利用沿接合面具有缺口的所述围带节段装配所述叶片来与环形组件中的相邻叶片的围带节段接合，所述缺口形成大写字母H的形状。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，适合装配为预扭转叶片。

3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，沿接合边缘或面的缺口定位成使得所述接合面具有在所述缺口的两轴向侧与相邻叶片的所述围带节段的接合面的接触区域。

4.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述缺口具有在0.1mm至高达所述围带节段的周向宽度的10%的范围内的深度。

5.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述缺口具有所述围带节段的总轴向宽度的10%至90%的轴向宽度。

6.根据权利要求3所述的叶片，其特征在于，所述缺口具有适合确定所述接触区域的径向位置的形状。

7.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，位于所述围带节段的任一侧的所述接合面中的仅在一侧的面具有缺口。

8.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，具有用于插入到所述涡轮机的转子中的根部区段。

9.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，具有用于插入到蒸汽涡轮的转子中的根部区段。

10.一种增大从用于涡轮机的叶片装配的环的频率的方法，所述叶片在顶端处具有围带节段，其设计成在操作期间与所述环中的相邻叶片的围带节段接合，所述方法包括如下步骤：装配所述叶片，以及将中央缺口加工到接合相邻叶片的围带节段的对应面的所述围带节段的面中的至少一个中，所述缺口形成大写字母H的形状。