CN107208491B - 用于涡轮的级的组件的区段和对应的制造方法 - Google Patents

用于涡轮的级的组件的区段和对应的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种用于涡轮的级(1)的组件的区段(2)包含中央部分(2a)和外围部分(2b)；多个叶片(6)，所述多个叶片(6)附接在中央部分(2b)和外围部分(2a)之间；彼此相反的第一侧(16)和第二侧(17)，第一侧(16)构造成与另一区段(2)的第二侧(17)接合，第一侧(16)设有第一连接部分(18)并且第二侧(17)设有构造成与另一区段(2)的第一侧(16)的第一连接部分(18)匹配的第二连接部分(19)。

Description

用于涡轮的级的组件的区段和对应的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮的级的组件的区段。特别地，本发明的一种实施例涉及一种用于蒸汽涡轮的级的组件的区段。特定地，由这些区段组装的级具有中空的叶片。
背景技术
在涡轮中，部分蒸汽冷凝在涡轮的最后的一个或多个级处发生。
特别地，冷凝在所谓的“冷凝级”(典型地涡轮的最后的级)的定子叶片的翼型部分上发生。
如果由于冷凝产生液滴，它们离开静态定子叶片并且它们碰撞旋转的转子叶片；因此可发生对转子叶片的损害。
为了降低由液滴造成的损害，可降低转子叶片的旋转速度。然而也以该方式降低涡轮的效率。
备选地，为了降低在转子叶片上的任何损害，存在解决方案以用于在产生液滴前收集冷凝物。
这些解决方案中的最典型的解决方案存在于使用在其中冷凝可能发生的中空的定子叶片，设置了穿过叶片的翼型部分从翼型表面延伸到内部的空腔的孔和/或沟槽，并且从内腔进行抽吸以便任何冷凝物离开翼型表面并且进入内腔。以该方式，能够高度降低液滴的释放。
涡轮的级是已知的。这样的级通过这样的方法制造，即该方法包含加工各自具有相应的通道的内环和外环的步骤。这些环中的每个都具有带有与通道处于流体联通的多个孔的内部表面。制造多个涡轮叶片，每个叶片具有相应的开口以及通过这样的开口与外部环境处于流体联通的中空的空腔。
叶片然后焊接到环。特定地，在单个的环中的每个孔放置成与相应的叶片的空腔处于流体联通。
由此在组装的级中冷凝的水能够通过叶片的开口被抽取，因而流到空腔中并且然后到两个环中的一个的通道中。
发明内容
本发明的第一实施例因此涉及一种用于涡轮的级的组件的区段。这样的区段包含中央部分和外围部分。多个叶片附接在中央部分和外围部分之间。区段也具有彼此相反的第一侧和第二侧。第一侧构造成与另一区段的第二侧接合。特定地，第一侧设有第一连接部分，而第二侧设有第二连接部分。第二连接部分构造成与不同的区段的第一连接部分匹配。
附图说明
其他的细节和特定的实施例将参考附图，在其中：
- 图1是根据本发明的一种实施例的由多个区段组装的涡轮的级的前视图；
- 图2是来自图1的涡轮的级的细节的后视图；
- 图3是根据本发明的一种实施例的用于涡轮的级的组件的区段的透视图；
- 图3a是来自图3的区段的细节的截面图；
- 图4a,4b,5a和5b各自是图3的区段的相应的细节的示图。
具体实施方式
示例性的实施例的以下详细描述参照了附图。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。相反地，本发明的范围由所附权利要求限定。
贯穿说明书提及“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的主题的至少一个实施例中。因此，贯穿说明书在各种位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定是指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。
因此，将参考附图详细地描述用于涡轮的级的组件的区段，在所述附图中该区段将利用标号2标示。涡轮的级将利用标号1标示。级1特别地是蒸汽涡轮的级。然而，在本发明的不同的实施例中(未在图中示出)相同的技术上的解决方案能够应用到燃气涡轮的级。
级1具有中央轴线“A”。级具有关于中央轴线“A”的中央区域1a和外围区域1b。换句话说，中央区域1a能够视作级1的内部部分，而外围区域1b能够理解为级1的关于中央轴线“A”的外部部分。在涡轮内部的液体(在燃气涡轮的情形下为燃气，在蒸汽涡轮的情形下为蒸汽)的流基本上沿中央轴线“A”被引导。级1从中央轴线“A”向外主要在垂直于中央轴线“A”的参考平面上扩展。在该参考平面上多个径向方向“R”能够被限定，每个径向方向“R”都处于参考平面上并且与级1的中央轴线“A”相交。这些径向方向“R”将用作在本公开的以下部分中的参考。
级1设有多个叶片6。每个叶片6都径向地从中央区域1a突出到外围区域1b。另外，每个叶片6都具有外部表面7，该外部表面7由翼型限定，该翼型的几何参数依赖于特定的应用被选择。
叶片6中的至少一个(优选地若干叶片6并且更优选地所有叶片6)在外部表面7上具有开口8。这些开口8包含多个狭缝25，每个狭缝25都径向地沿叶片6定向，从而在运行中这些狭缝25关于流体流是横向的。实际上，叶片6还设有位于内部区域中的空腔9。换句话说，叶片6是中空的。
详细地，空腔9沿叶片6的径向长度的至少一部分优选地沿叶片6的全部径向长度延伸。每个开口8同样地沿叶片6的径向长度的至少一部分延伸。在本公开的背景中，“径向长度”意味着叶片6沿径向方向(即垂直于级1的中央轴线“A”并且从其突出的方向)的长度。开口8构造成将空腔9放置成与在叶片6外部的容积处于流体联通。
更特别地，在叶片6内部的空腔9具有内部表面10。内部表面10的形状能够以本领域的技术人员已知的任何方式限定，横向于叶片6。应注意的是，根据本发明的一种优选的实施例，叶片6、中央部分2b以及外围部分2a建造为单块材料。换句话说，区段2能够建造为单块材料。在本公开的背景中，将区段2制作“为单块”还包含任何种类的增材制造，其中材料的小颗粒熔合在一起以限定区段2。
级1设有至少一个通道5，该通道5能够位于级1的外围区域1a中和/或中央区域1b中。就附加的细节而言，通道5能够放置成与涡轮的内部区域处于流体联通，级1在该内部区域处安装。更特别地，通道5放置成与叶片6的空腔9处于流体联通。
通道5本身能够放置成与在涡轮外部的低压区域(未示出)处于流体连接。以该方式，在涡轮内部的流的一部分能够穿过开口8被抽吸到空腔9中并且然后到通道5中，因此将冷凝的液体从叶片6的外部表面7移除。
根据本发明的一种实施例，级1包含多个区段2。特别地，每个区段2几何上是圆形的区段，即环形物或(更准确地)圆形的环的区段。每个区段2包含中央部分2b和外围部分2a，以及上面提及的多个叶片6。每个叶片6附接到中央部分2b并且附接到外围部分2a。
就附加的细节而言，区段2设有底座24，在图5a和5b中示出。底座24沿圆周方向扩展。同样，底座24以这样的方式放置在区段2的中央部分2b上，即使得其面向中央轴线“A”。如在图5b中示出的那样，通道5部分地包围底座24。底座24具有容纳用于涡轮的转子的密封件的目的，级1能够安装在其中。密封件和转子二者在附图中未示出，因为它们不形成本发明的部分。
参考图3，区段2具有第一侧16和第二侧17。这些侧16,17彼此相反。第一侧16和第二侧17每个都限定了相应的对接平面。每个对接平面由在图3中示出的相应的径向方向“R”以及区段2的中央轴线“A”限定。第一侧16构造成与不同的区段1的第二侧17接合。
特定地，第一侧16设有第一连接部分18。第二侧17设有第二连接部分19，该第二连接部分19构造成与另一区段1的第一侧16的第一连接部分18匹配。换句话说，第一连接部分18和第二连接部分19具有互补的形状。实际上，连接部分18,19优选地以这样的方式设计，即使得它们能够锁定到彼此上，因此避免了焊接区段2的需要。第一连接部分18和第二连接部分19特别地位于区段2的中央部分2b上。
就附加的细节而言，第二连接部分19具有突出部22，该突出部22从第二侧17的径向平面延伸。如在图5a中示出的那样，突出部22是楔形的，从而第二连接部分19的前部能够视作为级1沿径向平面的“切口”，而限定了突出部22的背侧能够视作沿以某一角度与径向平面相交的平面的“切口”。相交的角度在考虑叶片6的几何特征和定向的情况下被限定，从而“切口”未与叶片6相交。
第一连接部分18具有凹部21，该凹部21从第一侧16的径向平面向内延伸。如能够在图5a和5b中看见的那样，凹部21关于突出部22互补地成型。
同样，为了将连接部分18,19锁定在一起，第二连接部分19具有承口29，而第一连接部分具有键28，该键28构造成插入到承口29中。
参考图5a和5b，区段2的中央部分2b具有径向向外的壁30，叶片6直接地附接在该壁30上。该壁30还部分地限定了上面描述的通道5。键28和承口29二者位于壁30上。特定地，承口径向地向外面向，而键28从壁30径向地向内突出。键28和承口29关于彼此互补地成型。
第一连接部分18包含凹槽26，该凹槽26至少部分地围绕通道5。类似地，第二连接部分19包含舌形部27，该舌形部27至少部分地围绕通道5。实际上，如在图5a和5b中示出的那样，舌形部27和凹槽26跟随通道5的周界。舌形部27构造成插入到另一区段2的凹槽26中。密封材料(优选地密封膏并且更优选地硅酮)在组装期间能够放置在舌形部27和凹槽26之间，以为了以不透流体的方式接合相应的区段2的两个通道5。有利地，这允许避免焊接区段2。
在一种备选的实施例(未示出)中，舌形部27能够放置在第一连接部分18上，而凹槽26放置在第二连接部分19上。
参考图4a和4b，区段2还包含放置在第一侧16上的另一凹槽31以及放置在第二侧17上的另一舌形部32。所述另一凹槽31和所述另一舌形部32放置在外围部分2a上。以与前面讨论的舌形部27和凹槽26围绕在中央部分2b中的通道5相同的方式，所述另一凹槽31和所述另一舌形部32围绕在外围部分2a上的通道5。
两个孔33放置在区段2的侧16,17上，特别地在外围部分2a上。孔都构造成每个与另一区段2的相应的孔33对齐。以该方式连接元件(在图中未示出)优选地螺栓能够插入在孔33中以为了接合相邻的区段2。
应注意的是，根据本发明的一种优选的实施例，级1包含四个区段2，每个区段2具有关于中央轴线“A”的90°的角开度(angular aperture)。其他的实施例是可能的，包含了不同数量的区段2，这些区段2具有不同的角开度。
本发明的另一实施例涉及用于制造涡轮的级1的方法。这样的方法包含提供多个如上面描述的区段2的步骤。区段2然后接合到一起以便限定两个半级20。
特别地，接合区段2的步骤包含将在至少一个区段的第二侧17上的第二连接部分19匹配于在相邻的区段2的第一侧16上的第一连接部分18的步骤。优选地，限定了单个的半级20的所有的区段都以该方式被连接。
同样，在第二连接部分19上的舌形部27插入到在第一连接部分18上的凹槽26中。类似地，另一舌形部32插入到另一凹槽31中。在执行该步骤中，密封材料放置在舌形部27和凹槽26之间以及在另一舌形部32和另一凹槽31之间。因而相应的区段2的通道5的部分能够以不透流体的方式在没有焊接的情况下被接合。
通过接合两个半级30，上面描述的级1能够被组装。

Claims (15)

1.一种用于涡轮的级(1)的组件的区段(2)，包含：中央部分(2b)和外围部分(2a)；多个叶片(6)，所述多个叶片(6)附接在所述中央部分(2b)和所述外围部分(2a)之间；彼此相反的第一侧(16)和第二侧(17)，所述第一侧(16)构造成与另一区段(2)的第二侧(17)接合，其中所述第一侧(16)设有第一连接部分(18)并且所述第二侧(17)设有构造成与另一区段(2)的第一侧(16)的第一连接部分(18)匹配的第二连接部分(19)；所述第二连接部分(19)具有承口(29)，所述第一连接部分具有构造成插入到所述承口(29)中以锁定所述第一连接部分(18)和第二连接部分(19)的键(28)。
2.根据权利要求1所述的区段(2)，其特征在于，所述第一连接部分(18)和第二连接部分(19)位于所述中央部分(2b)上。
3.根据权利要求1所述的区段(2)，其特征在于，所述第一侧(16)和第二侧(17)每个都限定了相应的对接平面，每个对接平面也由径向方向(R)并且由所述区段(2)的中央轴线(A)限定。
4.根据权利要求3所述的区段(2)，其特征在于，所述第二连接部分(19)具有从所述第二侧(17)的对接平面延伸的突出部(22)，所述第一连接部分(18)具有从所述第一侧(16)的对接平面向内延伸的凹部(21)。
5.根据权利要求1所述的区段(2)，其特征在于，所述叶片(6)中的至少一个在相应的外部表面(7)上具有开口(8)，所述叶片(6)具有与所述开口(8)处于流体联通的内腔(9)，所述区段(2)具有与所述内腔(9)处于流体联通的通道(5)，所述通道(5)位于所述中央部分(2b)内部。
6.根据权利要求5所述的区段(2)，其特征在于，所述第一连接部分(18)包含至少部分地围绕所述通道(5)的凹槽(26)；所述第二连接部分(19)包含至少部分地围绕所述通道(5)的舌形部(27)，所述舌形部(27)构造成插入到另一区段(2)的凹槽(26)中。
7.根据权利要求1所述的区段(2)，其特征在于，所述键(28)具有关于所述承口(29)的互补的形状。
8.根据权利要求1或7所述的区段(2)，其特征在于，所述键(28)和所述承口(29)位于所述通道(5)的径向向外的壁(30)上。
9.根据权利要求1所述的区段(2)，其特征在于，所述叶片(6)、所述中央部分(2b)以及所述外围部分(2a)建造为单块材料。
10.根据权利要求1所述的区段(2)，还包含放置在所述第一侧(16)上的另一凹槽(31)；放置在所述第二侧(17)上的另一舌形部(32)。
11.根据权利要10求所述的区段(2)，其特征在于，所述另一凹槽(31)以及所述另一舌形部(32)放置在所述外围部分(2a)上。
12.根据权利要求10或11所述的区段(2)，还包含在所述外围部分(2a)上放置在第一侧(16)和第二侧(17)上的孔(33)，所述孔(33)每个都构造成与另一区段(2)的孔(33)对齐以接收连接元件。
13.一种用于制造涡轮的级(1)的方法，包含建造多个根据权利要求1-12中任一项所述的区段(2)的步骤，接合所述区段(2)以限定两个半级(20)，接合所述半级(20)以组装涡轮的级(1)；其中接合所述区段(2)的步骤包含将在至少一个区段(2)的第二侧(17)上的第二连接部分(19)匹配于在相邻的区段(2)的第一侧(16)上的第一连接部分(18)的步骤，所述匹配步骤包括将在所述第一连接部分(18)上的键(28)插入到在所述第二连接部分(19)上的承口(29)的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述匹配步骤还包含将在所述第二连接部分(19)上的舌形部(27)插入到在所述第一连接部分(18)上的凹槽(26)的步骤。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述匹配步骤还包含将密封材料放置在所述舌形部(27)和所述凹槽(26)之间以便以不透流体的方式接合相应的区段(2)的两个通道(5)的步骤。
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