CN105829650A - 用于制造汽轮机的级的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造汽轮机的级(1)的方法包括以下步骤：磨削材料块以限定具有多个叶片(6)的区段(2)，各个叶片(6)均具有外表面(7)；在叶片(6)中的至少一个的外表面(7)中加工开口(8)；加工与开口(8)流体连通的腔(9)；加工腔(9)的步骤通过线放电加工来执行。

Description

用于制造汽轮机的级的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造汽轮机的级的方法。具体而言，该方法涉及具有中空叶片的级的制造。
背景技术
在汽轮机中，蒸汽的部分冷凝发生在其末级或多个级处。
具体而言，冷凝发生在所谓的"冷凝级"的定子叶片的翼型件部分上，通常是涡轮的末级。
如果微滴由于冷凝的结果而生成，则它们离开静止的定子叶片，且它们冲击旋转的转子叶片；因此对转子叶片的破坏可发生。
为了减小由微滴引起的破坏，转子叶片的转速可减小。然而，以此方式，涡轮的效率也降低。
作为备选，为了减小转子叶片上的任何破坏，存在在生成微滴之前收集冷凝物的解决方案。
这些解决方案中最典型的在于在冷凝可能发生的地方使用中空定子叶片，提供了经由叶片的翼型件部分从翼型件表面延伸到内腔的孔和/或槽口，以及从内腔吸入，以便任何冷凝物都离开翼型件表面且进入内腔中。以此方式，微滴的释放可极大减少。
因此，制造汽轮机的这样的级的方法是已知的。此方法包括加工各自具有相应的通道的内环和外环的步骤。这些环中的各个均具有带与通道流体连通的多个孔的内表面。制造多个涡轮叶片，各个叶片均具有相应的开口，以及经由所述开口与外部环境流体连通的中空腔。
叶片然后焊接到环上。具体而言，单个环中的各个孔置于与相应的叶片的腔流体连通。
结果，在组装的级中，冷凝水可经由叶片的开口取得，因此流入腔中且然后进入两个环中的一个的通道中。
发明内容
上述现有技术的缺点在于上述方法的焊接阶段。实际上，该步骤既人工地且又在严格公差内执行。这导致了增加的组装时间，且因此增加的成本。
本发明的第一方面因此为用于制造汽轮机的级的方法。该方法包括以下步骤：磨削材料块来限定具有多个叶片的区段；加工叶片中的至少一个的外表面中的开口和与开口流体连通的腔。加工腔的步骤通过线放电加工来执行。
该方法的优点在于，其克服了现有技术的问题，因为不需要人工地焊接叶片。实际上，在该方法中，技术人员的直接干预保持极小。
本发明的第二方面为用于汽轮机的级的组装的区段。该区段包括中心部分和外周部分和多个叶片。各个叶片均附接到中心部分和外周部分上。叶片中的至少一个具有相应的外表面上的开口，以及与开口流体连通的腔。该区段由单块材料加工出。
本发明的第三方面为用于汽轮机的级，其包括多个之前提到的区段和至少一个中心引导件和外周引导件。区段密封到引导件上。
附图说明
其它细节和特定实施例将参考附图，在附图中：
图1为根据本发明的实施例的汽轮机的级的透视图；
图2为沿平面B-8的图1的级的截面视图；
图2b为来自图2的截面视图中的示意性细节C；
图2c为图1的级的细节的截面视图；以及
图3a,3b和3c为根据本发明的实施例的用于制造汽轮机的级的方法的相应步骤的透视图。
具体实施方式
示例性实施例的以下描述参考附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。
说明书各处提到的"一个实施例"或"实施例"意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开主题的至少一个实施例中。因此，说明书各处的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"不一定是指相同实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。
因此，汽轮机的级将通过参照附图描述，其中将以数字1指出。
级1具有中心轴线"A"。级具有相对于中心轴线"A"的中心区1a和外周区1b。换言之，中心区1a可认作是级1的内部，而外周区1b可理解为相对于中心轴线"A"的级1的外部。涡轮内的蒸汽流方向基本沿中心轴线"A"。
级1设有多个叶片6。各个叶片6均从中心区1a沿径向突出至外周区1b。此外，各个叶片6均具有外表面7，其由翼型件限定，翼型件的几何参数取决于特定应用来选择。
叶片6中的至少一个(优选若干叶片6且更优选它们中的所有)具有外表面7上的开口8。实际上，叶片6还设有位于内部区中的腔9。换言之，叶片6为中空的。
详细而言，腔9沿叶片6的径向长度的至少一部分延伸，优选沿叶片6的完整径向长度延伸。各个开口8同样沿叶片6的径向长度的至少一部分延伸。在本公开内容的背景下，"径向长度"意思是叶片6沿径向方向的长度，即，垂直于级1的中心轴线"A"且从其突出的方向。开口8构造成以便将腔9置于与叶片6外的体积流体连通。
更具体而言，叶片6内的腔9具有内表面10。内表面10为直纹表面(ruledsurface)。在本公开内容的背景下，用语"直纹表面"限定为表面，其中每个点属于完全位于表面自身上的至少一条直线。换言之，直纹表面可描述为由移动的直线的扫过的一组点。直纹表面的实例为圆柱、圆锥或双曲面。球不是直纹表面。
参看图2，请注意腔9仅呈现为锯齿状，因为图1中所示的平面B-B横穿叶片6。参看图2c中所示的叶片6的部分，请注意其中所示的腔9为如上文所述的直纹表面。
级1设有至少一个通道5，其可位于级1的外周区1a和/或中心区1b中。利用附加细节，通道5可置于与安装有级1的涡轮的内部区流体连接。更具体而言，通道5置于与叶片6的腔9流体连通。
通道5自身可置于与涡轮外的低压区(未示出)流体连接。以此方式，涡轮内的蒸汽流的一部分可经由开口8吸入腔9中，且然后进入通道5中，由此从叶片6的外表面7除去冷凝蒸汽。
根据本发明的一个实施例，级1包括多个区段2。具体而言，各个区段2均为几何上圆形区段，即，圆区段，或更准确地说，圆环。各个区段2均包括中心部分2b和外周部分2a，以及多个上述叶片6。各个叶片6附接到中心部分2b和外周部分2a上。
级1还包括中心引导件3和外周引导件4。此外，区段2密封到引导件3,4上。具体而言，中心部分2b和外周部分2a各自附接到相应的引导件3,4上。
更详细而言，两个部分2a,2b均设有轮廓轨道(profiledrail)11，其配合到相应的引导件3,4中。
实际上，前述通道5限定在区段2与引导件3,4之间。具体而言，外周部分2a联接到外周引导件4上，由此限定外通道5。中心部分2b与中心引导件3联接，由此限定内通道5。为了使通道5与涡轮内的环境隔离，适合的通道密封件12设在区段2与引导件3,4之间。
图2b中示意性所示的这些通道密封件12包括刚性材料(优选金属，更优选钢)的核心13。通道密封件12还可包括涂层14。涂层14可优选由陶瓷、复合物或塑料材料制成。另外详细而言，在该布置中，核心13夹在两层或更多层涂层14之间。
作为备选，通道5可通过将区段2直接地焊接到引导件3,4上来制造成气密性的。
如上文所述，本发明的实施例可或可不具有两个通道5，但具有它们中的至少一个。此外，即使两个通道5存在，但它们可或可不在正常操作期间使用。
请注意，根据本发明的若干实施例，各个区段2由单块材料加工出。换言之，各个区段2构造成单件。有利地，这允许构成涡轮的级1，其中叶片6与中心部分2b或外周部分2a之间没有焊接。
在本发明的实施例中，级1包括四个区段2，各个具有相对于中心轴线"A"的90°的角开口。在本发明的另一个实施例中，级1包括各自具有180°的角开口的两个区段2。其它实施例也是可能的，包括具有不同成角开口的不同数目的区段2。
作为优选，引导件3,4具有180°的角开口。因此，级1优选包括两个中心引导件3和两个外周引导件4。
因此，根据本发明的实施例的方法包括加工材料块来限定区段2的步骤。作为优选，加工若干区段2。更具体而言，加工通过磨削材料块完成。甚至更优选地，级1的所有区段2由相应的单块材料磨削出。在该步骤期间，限定了各个区段2的外部形状，包括具有其相应外表面7的叶片6。
腔9然后切割成叶片6中的至少一个的外表面7。具体而言，根据本发明的优选实施例，腔9通过线放电加工切割。出于此原因，腔9的所得内表面10为直纹表面。开口8也在该步骤期间加工，优选通过凹模(die-sink)放电加工。
然后制造中心引导件3以及外周引导件4。可使用任何适合的已知制造技术，因此该步骤将不进一步详细。作为优选，引导件3,4制造成具有略微不同的曲率，使得在它们连结到区段2上时，它们略微变形。如上文所述，在该实施例中，引导件2,4具有180°的成角开口。
区段2然后滑入引导件3,4中。具体而言，如图3a中所示，两个区段2滑到中心引导件3上。具体而言，来自各个区段2的中心部分2b的轮廓轨道11插入中心引导件3中。在该阶段期间，不是完美圆形的中心引导件3由轨道11弹性地变形。以此方式，弹性变形用作区段2与中心引导件3之间的预载，以便防止两个构件之间的不需要的相对运动。
如果通道密封件12存在于中心引导件3与区段2之间，则其在此阶段期间安装。
区段2然后连结在一起。它们可焊接，或可使用特定的区段间的密封件(附图中未示出)。区段间的密封件可包括刚性材料(优选金属且更优选钢)的核心。区段间的密封件还可包括可变形材料(优选橡胶或塑料)的涂层。
外周引导件4然后置于两个区段2上。更详细而言，外周引导件4以上文参照中心引导件3描述的相同方式由区段2变形。
区段2然后密封到引导件3,4上。如果使用通道密封件，则可跳过该步骤。否则，该步骤通过将区段2焊接到引导件3,4上来执行。该操作可通过机械加工焊接执行，而没有操作者的直接干预。
以此方式，获得了半个级，诸如图3c中所示的一个。通过连结两个半级，上述级1可组装。
最后，将注意的是，上述步骤仅针对易于描述来排序。实际上，如果需要，则顺序可改变，例如，区段2可在它们插入引导件3,4之前连结。此外，另一个实施例是可能的，其中区段2具有180°的角开口，由此避免连结步骤的需要。

Claims (14)

1.一种用于制造汽轮机的级(1)的方法，包括以下步骤：磨削材料块以限定具有多个叶片(6)的区段(2)，各个叶片(6)均具有外表面(7)；在所述叶片(6)中的至少一个的所述外表面(7)中加工开口(8)；加工与所述开口(8)流体连通的腔(9)；加工所述腔(9)的所述步骤通过线放电加工来执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：制造中心引导件(3)和外周引导件(4)；使至少一个区段(2)滑入所述引导件(3,4)中。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括将所述区段(2)密封至所述引导件(3,4)的步骤。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述区段(2)密封至所述引导件(3,4)的所述步骤通过将通道密封件(12)置于所述区段(2)与所述引导件(3,4)之间来执行。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述区段(2)密封至所述引导件(3,4)的所述步骤通过将所述区段(2)焊接至所述引导件(3,4)来执行。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括密封两个区段(2)的步骤。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，密封两个区段(2)的所述步骤通过将区段间密封件置于两个区段(2)之间来执行。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述区段间密封件包括优选为金属的刚性材料的核心(13)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述区段间密封件包括优选为橡胶或塑料的可变形材料的涂层(14)。
10.一种用于汽轮机的级(1)的组装的区段(2)，包括：中心部分(2b)和外周部分(2a)；多个叶片(6)，所述叶片(6)中的每一个均具有外表面(7)，且附接至所述中心部分(2b)和所述外周部分(2a)；所述叶片(6)中的至少一个具有在相应的外表面(7)上的开口(8)，以及与所述开口(8)流体连通的腔(9)，所述区段(2)由单个材料块加工出。
11.根据权利要求10所述的区段(2)，其特征在于，所述中心部分(2b)和所述外周部分(2a)构造成各自滑入相应的引导件(3,4)中。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的区段(2)，其特征在于，还包括一对轮廓轨道(11)，其分别位于所述中心部分(2b)和所述外周部分(2a)中，所述轨道(11)中的每一个均构造成配合到相应的引导件(3,4)中。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的区段(2)，其特征在于，所述中心部分(2b)和外周部分(2a)构造成被密封至所述引导件(3,4)以限定各个部分(2a,2b)与所述相应的引导件(3,4)之间的通道(5)。
14.一种包括根据权利要求10至13中的任一项所述的多个区段(2)、至少中心引导件(3)和外周引导件(4)的用于汽轮机的级(1)，所述区段(2)密封至所述引导件(3,4)。
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