CN107835888A - 具有用于热涡轮机的弹性支撑元件的转子叶片装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于涡轮机的转子叶片装置(1)，所述转子叶片装置(1)具有一个叶片载体(2)、一个叶片环(5)和多个支撑元件(9)，其中在所述叶片载体(2)的外周表面(3)上形成有周向的T形槽(4)，所述叶片环(5)包括沿所述T形槽(4)的外周交替地插入在所述T形槽(4)中的多个叶片(6)和多个间隔件(8)，并且所述支撑元件(9)支撑在一方面的所述叶片(6)和所述间隔件(8)与另一方面的所述T形槽(4)的底部(10)之间，使得所述叶片(6)和所述间隔件(8)被径向向外挤压，其中每个所述间隔件(8)分配有单独的一个支撑元件(9)，并且所述支撑元件(9)可释放地保持在所述间隔件(8)上，特别是以夹紧的方式紧固在所述间隔件(8)上。本发明还涉及一种用于组装根据本发明的转子叶片装置(1)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的转子叶片装置，该转子叶片装置具有叶片载体、叶片环和支撑元件，其中在叶片载体的外周表面上形成有周向的T形槽，叶片环包括交替地插入在T形槽中的多个叶片和间隔件，并且支撑元件在一方面的叶片和间隔件与另一方面的T形槽的底部之间被支撑，使得叶片和间隔件被径向向外挤压。本发明还涉及一种用于组装根据本发明的转子叶片装置的方法。
背景技术
在现有技术的各种构造中，这种类型的转子叶片装置是已知的，并且用于将工作流体的流动能量转换为旋转能量。诸如蒸汽轮机或燃气轮机之类的涡轮机包括：涡轮机壳体和涡轮轴，该涡轮轴穿过涡轮机壳体并且连接到作业机器(例如发电机)的驱动轴。一个或多个转子叶片装置以抗扭的方式被固定在涡轮轴上，其中叶片以叶片环的形式被保持在这些转子叶片装置中的每一个上。在涡轮机运行期间，由工作流体(例如蒸汽或热气体)施加在叶片上的周向力使涡轮轴转动，从而驱动作业机器。
当组装用于涡轮机的转子叶片装置时，叶片载体设置有周向叶片环。在这种情况下，叶片和间隔件交替地插入围绕叶片载体的外周面延伸的T形槽中，并且在T形槽中沿周向方向移动。为此，叶片和间隔件必须能够在周向的T形槽中移动。这是通过制造相对于周向T形槽具有间隙(特别是径向间隙)的叶片根部和间隔件来实现的。在将叶片环组装到叶片载体上时，必须将间隔件和叶片根部径向向外预张紧，以最小化在间隔件、叶片根部与T形槽之间形成的间隙，从而即使在涡轮轴的低转速下也确保牢固配合，特别是叶片的牢固配合，并且在需要的情况下即使在安装状态下也能够高精度地对叶片的尖端进行后续加工。
因此，例如EP 2 562 356 A1提出了将支撑元件插入到T形槽中，该支撑元件在一方面的T形槽的底部与另一方面的叶片的下侧和间隔件的下侧之间被支撑，并将叶片和间隔件径向向外压向T形槽的肩部面，从而将叶片和间隔件在径向方向上固定。然而，在组装转子叶片装置时，必须确保支撑元件保持在T形槽底部的预期位置处。这例如可以借助T形槽内的附加槽来完成，其中支撑元件被保持在所述附加槽中。可替代地，如EP 2 562 356A1中所提出的，支撑元件还可以被确定尺寸和构造为，使得支撑元件自身至少在周向方向上相互保持它们的位置。为了补偿可能的制造公差，支撑元件被制造成在周向方向上具有一定的过多长度，使得要插入到T形槽中的最后一个支撑元件必须适当地缩短以配合到剩下的间隙中，这会带来额外的成本。处理这种支撑元件的根本困难在于，几乎无法进入如下两方面之间的中间空间来将支撑元件定位在该空间内，这两方面中的一方面是叶片和间隔件的下侧，另一方面是T形槽的底部。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的一个目的是提供一种具有替代开篇所述类型的结构的、装配简单的转子叶片装置。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种开头所述类型的转子叶片装置，其中为每个间隔件分配了单独的支撑元件，并且该支撑元件可释放地保持在间隔件上，特别是以夹紧的方式紧固在间隔件上。
本发明基于如下思想：通过夹紧而将支撑元件可释放地固定到相关联的间隔件。该紧固过程可以在T形槽外进行。然后，才将设置有支撑元件的间隔件插入到T形槽中，并沿周向方向移动到预期位置，使得支撑元件与相关联的间隔件一起自动到达期望的位置。在该位置中，支撑元件一方面被夹紧在间隔件的下侧和T形槽的底部之间，并且另一方面被夹紧在叶片的下侧与T形槽的底部之间。因此，组装很简单。
在本发明的一个实施例中，支撑元件被设计成弹性的弹簧板，并且被布置成使得T形槽中的相关联的间隔件径向向外被预张紧。为了在T形槽的周向方向上移动，间隔件可以抵抗弹簧板的指向外的弹性回复力而被向内压，以建立移动所需的径向间隙。
优选地，在每个支撑元件上形成有至少一个径向向外突出的突起，所述突起与相应的相关间隔件接合，以将支撑元件可释放地紧固在相关间隔件上。
例如，与突起相对应的凹槽可以在间隔件中被形成，支撑元件的突起在这些凹槽中接合，特别是以夹紧的方式接合。在凹槽中的夹紧接合表示一种既可靠又能够容易地释放的紧固方式。
在本发明的改进方案中，凹槽被轴向地居中布置在间隔件上，其中这些凹槽特别具有如下轴向宽度，该轴向宽度对应于间隔件的轴向宽度的至少30％，尤其是至少50％。在这种上下文中，支撑元件的突起特别是具有与凹槽的轴向宽度相对应的轴向宽度。特别地，这些突起的宽度可以被选择为使得支撑元件通过这些突起而被轴向地定位在凹槽中。这确保了支撑元件轴向居中地对齐到间隔件，从而突起施加在间隔件上的夹紧力以及支撑元件施加在间隔件上的径向向外定向的预张紧力都被居中地引入间隔件中。
优选地，在每个支撑元件上形成有在T形槽的周向方向上间隔开的两个突起。所述两个突起允许在支撑元件与相关联的间隔件之间的特别稳定的连接。
根据该实施例的一个改进，所述两个突起分别被布置在支撑元件上，使得相关联的间隔件被夹紧在突起之间。在转子叶片装置的组装期间，这种接合方式操作起来特别简单。具体而言，中间件因此也用作如下组装工具，该组装工具用于将支撑元件的其中一个端部推入在叶根下侧与T形槽的底部之间的空间。
优选地，支撑元件的相关突起被构造成使得当横向支靠在相应的紧邻叶片时，相关突起在紧邻叶片上施加沿周向方向作用的力，其中相关的突起分别被构造为大致呈U形，并且具有相互连接的两个弹性分支，其中一个分支支靠在间隔件上，而另一个分支被预张紧地支靠相关的相邻叶片。这使得可以以基本无间隙的方式来紧固所有的中间件和叶片。
根据本发明的一个实施例，两个对应的凹槽形成在间隔件的在T形槽的周向方向上相对的端面上。换句话说，所述两个凹槽在T形槽的周向方向上是敞开的。这种敞开设计的凹槽很容易制造。此外，以这种方式布置这些凹槽来使得它们之间的距离最大化，这意味着支撑元件相对于间隔件具有高抗扭转性。此外，在T形槽的周向方向上敞开的凹槽可以便于在与各自的相关联的间隔件连接的过程中操纵支撑元件。
在实施例的另一种构型中，支撑元件的突起可以被容纳在相关联的间隔件的对应凹槽中，使得间隔件的端面变为支靠在相邻的叶片上。换句话说，这些凹槽被构造为使得突起被完全容纳在对应的凹槽中，从而突起不会在T形槽的周向方向上突出于端面。由此，叶片和间隔件可以被组装以形成无间隙的叶片环。
在本发明的一个变型中，特别的波状弹簧区域被分别形成在突起之间，使得与突起相邻的弹簧区域变为支靠在T形槽的底部上，并且在中心区域变为支靠在相关联的间隔件上。波状弹簧区域可以施加径向预张紧间隔件所需的向外定向的弹性力，并且容易制造和操纵。作为波状弹簧区域的替代和/或补充，这些述突起也可以被构造成使得它们在预张紧的情况下支靠凹槽的径向向内定向的面，从而径向支撑中间件。
优选地，支撑元件在T形槽的周向方向上彼此间隔开地布置。由此，在制造支撑元件期间所出现的制造公差在组装期间不需要随后的手动加工。还优选的是，所涉及的每个叶片被两个相邻的中间件径向向外挤压。
在根据本发明的一个变型中，支撑元件的、在T形槽的周向方向上彼此相对的端部区域从相关联的间隔件突出，使得它们在相邻的叶片下方接合。这种端部区域可以例如形成为延伸到相邻叶片与T形槽底部之间的中间空间中的舌状物。
在这种情况下，突出的端部区域被设计成使得它们对相邻的叶片径向向外预张紧，并且因此分别支靠在相邻的叶片和T形槽的底部上。因此，相邻的叶片被向外压，并在径向方向上固定。
根据该实施例的一个改进方案，在每个端部区域上形成有至少一个珠状体，所述珠状体靠在T形槽的底部上，并且特别是定位在端部区域的轴向中心区域中。在这种情况下，所述珠状体可以具有如下轴向宽度，该轴向宽度对应于端部区域的轴向宽度的至少30％、尤其是至少50％。例如通过冲压，珠状体可以简单且成本有效地被引入支撑元件的端部区域中。珠状体的居中布置确保从下方接合的叶片上的径向向外的压力关于轴向方向是均匀的。在这种情况下，较宽的珠状体更有弹性，这使得操纵更容易。
此外，本发明提供了使用根据本发明的间隔件和支撑元件组装根据本发明的转子叶片装置的方法，并且所述方法包括以下步骤：
-将叶片插入T形槽中，并且使叶片在T形槽的周向方向上移动到其预期位置；
-将支撑元件布置在间隔件上，使得支撑元件可释放地保持在间隔件上，特别是以夹紧的方式被紧固；
-将其上布置有支撑元件的间隔件插入到T形槽中，并且使间隔件沿着T形槽的周向方向移动，使得间隔件的端面支靠被插入在T形槽中的叶片、并且支撑元件的端部区域接合在插入的叶片的下方；
-将另一个叶片插入到T形槽中，并且使所述另一个叶片沿T形槽的周向方向移动，使得所述另一个叶片支靠被插入的间隔件的相对的端面、并且支撑元件的相对端部区域接合在所述另一个叶片的下方。
在该方法中，支撑元件相对于间隔件的布置发生在T形槽的外部，这与简单的操作(特别是没有专用工具的操作)相关联。支撑元件的难以进行的独立定位不再是必需的，这样的独立定位是由于T形槽的底部与叶片和间隔件的下侧之间的中间空间难以接近而导致的。此外，不再需要在组装转子叶片装置期间对支撑元件进行后续手动加工。
根据本发明的转子叶片装置尤其可以应用于轴流式热涡轮机中。术语“热涡轮机”可以理解为既指压缩机也指涡轮机。在这种情况下，涡轮机可以被设计为蒸汽轮机或者替代地被设计为燃气轮机的涡轮机单元。
附图说明
从下面参照附图对根据本发明的转子叶片装置的实施例的描述中，本发明的其他特征和优点将变得清楚，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的转子叶片装置的一部分的横截面图；
图2是保持在间隔件上的图1所示的转子叶片装置的支撑元件从下方观察的透视图；
图3是图2中所示的间隔件的侧视图；以及
图4是图3中所示的间隔件的沿着线IV-IV截取的横截面图。
具体实施方式
图1至4示出了根据本发明的一个实施例的用于涡轮机的转子叶片装置1。转子叶片装置1包括叶片载体2和叶片环5，叶片载体2在其外周表面3上形成有周向的T形槽4。叶片环5具有多个叶片6和间隔件8，其中叶片6的叶片根部7与间隔件8交替地插入到T形槽4中。
此外，转子叶片装置1包括支撑元件9，支撑元件9被支撑在以下两方面之间，以使得叶片6和间隔件8被径向向外压靠在T形槽的肩部面上，这两方面中的一方面是叶片6的相应下侧6a和间隔件8的相应下侧8a，另一方面是T形槽4的底部10。支撑元件9被设计为弹性的弹簧板，并且在T形槽4的周向方向上彼此间隔开地布置。在这种情况下，每个间隔件8被可释放地固定到单独的支撑元件9。
为此，在当前的情况下，在每个支撑元件9上形成两个径向向外突出的突起11。突起11可以被设计成弹簧板的一部分，并且突起11的横截面为U形并且包括彼此连接的两个分支17、18。突起11与相应的相关联的间隔件8接合，以将支撑元件9牢固地夹紧在相关联的间隔件8上。
具体而言，间隔件8具有对应于相关联的支撑元件9的突起11的凹槽，并且所述凹槽被设计为在间隔件8的周向侧端面中的敞开的凹陷。在这种情况下，凹槽在周向方向上的深度使得突起11在径向上完全被容纳在凹槽12中，并且间隔件8被牢固地夹紧在突起11之间。在这种情况下，凹槽12在轴向方向上居中地被布置在间隔件8上，并且具有与间隔件8的轴向宽度的大约50％相对应的轴向宽度。此外，支撑元件9的突起11具有与凹槽12的轴向宽度相对应的轴向宽度，以确保支撑元件9大致轴向居中地定位并且接合在间隔件8上。
优选地，当从周向方向上观察时，每个支撑元件9的两个突起11能够被构造成使得它们从凹槽12略微突出。因此，所涉及的中间件8的内端于是被弹性地夹紧在两个突起11的两个分支17之间，其中两个另外的分支18通过中间件的朝向相邻叶片6面对的侧面而向外延伸。由于每个突起11的两个分支17、18之间的弓形连接区域，其分支17、18能够相对于彼此弹性地移动。在组装状态下，分支18在被预张紧的情况下支靠在叶片6的侧壁上，使得由此产生的周向支撑确保了中间件8和叶片6的无间隙配合。
可替代地，支撑元件9也可以通过单个突起11和单个对应的凹槽12紧固到间隔件8。
波状的弹簧区域13形成在两个突起11之间，并且分别具有在两个突起11附近的波谷13a以及在波谷13a之间的波峰13b，其中波谷13a支靠T形槽4的底部10，而波峰13b支靠相关联的间隔件8。
支撑元件9还在T形槽4的周向方向上具有彼此相对的端部区域14，所述端部区域在当前情况下为舌状、并且沿着T形槽4的周向方向从相关的间隔件8突出，使得它们接合在相邻的叶片6的下面。每个突出的端部区域被设计成，使得它对相邻的叶片6径向向外预张紧并且将其压靠在T形槽4的肩部面上，其中端部区域支靠相邻的叶片6和T形槽4的底部10。在这种情况下，形成在每个突出的端部区域14处并且从端部区域14径向向内突出的珠状体15支靠在T形槽4的底部10上，而突出的端部区域的自由端支靠在相邻的叶片6上。珠状体15位于端部区域14的轴向中央区域，并具有与端部区域14的轴向宽度的大约50％相对应的轴向宽度。
为了组装根据本发明的转子叶片装置，首先将叶片6插入到T形槽4中，并且使叶片6沿T形槽4的周向方向移动到其预期位置。然后，将支撑元件9夹紧在间隔件8上。为此，支撑元件9从下方装配到间隔件8上，使得支撑元件9的两个突起11与间隔件8的对应凹槽12夹紧地接合。然后，将上方布置有支撑元件9的间隔件8插入到T形槽4中，并且使间隔件8沿着T形槽4的周向方向移动，使得间隔件8的端面支靠插入在T形槽4中的叶片6上，并且支撑元件9的端部区域14接合在插入的叶片6的下方。在上述支撑元件9的情况下，插入到T形槽4中的间隔件8通过弹簧区域13的弹性力而被径向向外预张紧。因此，为了移动，在隔离件8上抵抗其向外定向的弹性回复力而施加径向向内定向的力。然后，将另一个叶片6插入T形槽4中，并使其沿T形槽4的周向方向移动，使得另一个叶片6支靠间隔件8的相对端面，并且支撑元件9的相对的端部区域14接合在所述另一个叶片6的下方。两个相邻的叶片6通过分别设置在下接合端部区域14上的珠状体15、在T形槽中被径向向外地压靠在T形槽4的肩部面上，并被径向固定。重复这些方法步骤，直到叶片环5(除了最后的间隙之外)闭合。最后，将特殊的闭合组件(未示出)插入剩余的间隙中，以使叶片环5闭合。
根据本发明的转子叶片装置1的主要优点在于，支撑元件9在T形槽4外部容易地紧固到间隔件8上，并且随后仅与相关联的间隔件8一起被操作。因此，组装根据本发明的转子叶片装置1不需要用于将支撑元件9正确地放置在T形槽4中的特殊方法步骤和/或工具，这意味着叶片环5的组装简单。
虽然通过优选实施例详细描述和图示了本发明，但本发明不受所公开的示例限制，并且本领域技术人员能够得到其他变型而不脱离本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种用于涡轮机的转子叶片装置(1)，所述转子叶片装置(1)具有一个叶片载体(2)、一个叶片环(5)和多个支撑元件(9)，其中在所述叶片载体(2)的外周表面(3)上形成有周向的T形槽(4)，所述叶片环(5)包括沿所述T形槽(4)的外周交替地插入在所述T形槽(4)中的多个叶片(6)和多个间隔件(8)，并且所述支撑元件(9)支撑在一方面的所述叶片(6)和所述间隔件(8)与另一方面的所述T形槽(4)的底部(10)之间，使得所述叶片(6)和所述间隔件(8)被径向向外挤压，其特征在于，每个所述间隔件(8)分配有单独的一个支撑元件(9)，并且所述支撑元件(9)可释放地保持在所述间隔件(8)上，特别是以夹紧的方式紧固在所述间隔件(8)上。
2.根据权利要求1所述的转子叶片装置，其特征在于，所述支撑元件(9)被构造成弹性的弹簧板，并且被布置成使得所述T形槽(4)中的相关联的所述间隔件(8)径向向外被预张紧。
3.根据权利要求1或2所述的转子叶片装置，其特征在于，在每个所述支撑元件(9)上形成有至少一个径向向外突出的突起(11)，所述突起与相应的相关联的所述间隔件(8)接合，以将所述支撑元件(9)紧固在相关联的所述间隔件(8)上。
4.根据权利要求3所述的转子叶片装置，其特征在于，在所述间隔件(8)中形成有对应于所述突起(11)的凹槽(12)，所述支撑元件(9)的所述突起(11)接合到所述凹槽(12)中，特别是以夹紧的方式接合。
5.根据权利要求4所述的转子叶片装置，其特征在于，所述凹槽(12)轴向地居中布置在所述间隔件(8)上，其中所述凹槽(12)的轴向宽度特别是所述间隔件(8)的轴向宽度的至少30％，尤其是至少50％。
6.根据权利要求5所述的转子叶片装置，其特征在于，所述支撑元件(9)的所述突起(11)的轴向宽度至少基本上对应于所述凹槽(12)的轴向宽度。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的转子叶片装置，其特征在于，在每个所述支撑元件(9)上形成有在所述T形槽(4)的周向方向上间隔开的两个突起(11)。
8.根据权利要求7所述的转子叶片装置，其特征在于，所述两个突起(11)分别布置在所述支撑元件(9)上，使得相关联的所述间隔件(8)被夹紧在所述突起(11)之间。
9.根据权利要求7或8所述的转子叶片装置，其特征在于，所述支撑元件(9)的相关的突起(11)被构造成使得当支靠在相应的紧邻的相邻叶片(6)时，所述突起(11)施加沿所述周向方向作用的力。
10.根据权利要求9所述的转子叶片装置，其特征在于，所述相关突起(11)分别被构造为大致U形并且具有相互连接的弹性的两个分支(17、18)，其中一个分支(17)支靠所述间隔件(8)，而另一个分支(18)支靠相关的相邻叶片(6)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的转子叶片装置，其特征在于，两个对应的凹槽(12)形成在所述间隔件(8)的在所述T形槽(4)的周向方向上相对的端面上。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的转子叶片装置，其特征在于，所述支撑元件(9)的所述突起(11)被容纳在相关联的所述间隔件(8)的对应的凹槽(12)中，使得所述间隔件(8)的端面支靠相邻的叶片。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的转子叶片装置，其特征在于，特别是波状的弹簧区域(13)分别形成在所述突起(11)之间，使得与所述突起(11)相邻的所述弹簧区域(13)支靠所述T形槽(4)的底部，并且在中心区域支靠相关联的所述间隔件(8)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片装置，其特征在于，所述支撑元件(9)在所述T形槽(4)的周向方向上彼此间隔开地布置，和/或所述叶片中的每一个被两个相邻的中间件径向向外挤压。
15.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片装置，其特征在于，所述支撑元件(9)的在所述T形槽(4)的周向方向上彼此相对的端部区域(14)从相关联的所述间隔件(8)突出，使得所述支撑元件(9)接合在相邻的所述叶片(6)下方。
16.根据权利要求15所述的转子叶片装置，其特征在于，每个突出的端部区域(14)被构造成使得所述端部区域(14)对相邻的所述叶片(6)径向向外预张紧，其中所述端部区域(14)支靠相邻的所述叶片(6)和所述T形槽(4)的底部。
17.根据权利要求16所述的转子叶片装置，其特征在于，在每个端部区域(14)上形成有至少一个珠状体(15)，所述珠状体支靠所述T形槽(4)的底部，并且特别是定位在所述端部区域(14)的轴向中心区域中。
18.一种组装根据权利要求15至17中任一项所述的转子叶片装置(1)的方法，包括以下步骤：
-将一个叶片(6)插入所述T形槽(4)中，并且使所述叶片(6)在所述T形槽(4)的周向方向上移动到其预期位置；
-将一个支撑元件(9)布置在一个间隔件(8)上，使得所述支撑元件(9)可释放地保持在所述间隔件(8)上，特别是以夹紧的方式被紧固；
-将其上布置有所述支撑元件(9)的所述间隔件(8)插入到所述T形槽(4)中，并且使所述间隔件(8)沿着所述T形槽(4)的周向方向移动，使得所述间隔件(8)的一个端面支靠被插入在所述T形槽(4)中的所述叶片(6)、并且所述支撑元件(9)的一个端部区域(14)接合在被插入的所述叶片(6)的下方；
-将另一个叶片(6)插入到所述T形槽(4)中，并且使所述另一个叶片(6)沿所述T形槽(4)的周向方向移动，使得所述另一个叶片(6)支靠被插入的所述间隔件(8)的相对的端面、并且所述支撑元件(9)的相对的端部区域(14)接合在所述另一个叶片(6)的下方。
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