CN109154201B - 用于轴向进入式轮叶的边缘轮叶燕尾件径向支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本申请提供蒸汽涡轮。蒸汽涡轮可包括多个转子轮槽口(130)、定位于转子轮槽口(130)中的多个轮叶(120)以及定位于每个轮叶与每个转子轮槽口之间的径向支撑组件。径向支撑组件可包括一个或弹簧(160、200)和一个或多个垫片(180、200)。

Description

用于轴向进入式轮叶的边缘轮叶燕尾件径向支撑结构
相关申请
本申请是声明基于提交于2016年5月27日的临时申请No. 2/342355的优先权的非临时申请。临时申请No.62/342355通过引用而全文合并于本文中。
技术领域
本申请及由此得到的专利大体上涉及蒸汽涡轮，且更具体地涉及用于与低压蒸汽涡轮以及类似装置一起使用的轴向进入式轮叶的边缘轮叶燕尾件径向支撑结构。
背景技术
至少一些已知的涡轮发动机(诸如，燃气涡轮和蒸汽涡轮)使用轴向进入式轮叶(即，通过使轮叶与转子轴线大体上平行地滑动到限定于转子轮上的配合的燕尾槽口中而联接到转子轮的转子叶片)。同样地，一些已知的轮叶包括配合于在转子轮上形成的燕尾槽口中的径向向内突出的燕尾件。转子轮燕尾槽口围绕转子轮的外周彼此周向地间隔开。
大多数的末级轮叶具有相当大的长度和重量。在低速(盘车设备)操作的期间，轮叶具有在转子燕尾件内移动的能力。该不合需要的移动可能引起轴向或弯曲轴向进入式轮叶设计的轮叶和/或转子燕尾件上的明显磨损。可为合乎需要的是，具有一定程度的移动，以促进轮叶的组装，因为外盖端部典型地具有联锁特征，且还可具有中间跨接型联锁特征。此外，在组装该排组件中的最后一个轮叶的期间，轮叶必须经过彼此。弹簧传统上用于保持装载于燕尾件外表面上的轮叶，但这样的配置可能受到不合期望的操作限制。
发明内容
本申请及由此得到的专利因而提供蒸汽涡轮。蒸汽涡轮可包括多个转子轮槽口、定位于转子轮槽口中的多个轮叶以及定位于每个轮叶与每个转子轮槽口之间的径向支撑组件。径向支撑组件可包括一个或多个弹簧和一个或多个垫片。一个或多个垫片可包括中间垫片、锁定垫片以及/或端部垫片。
本申请及由此得到的专利进一步提供将轮叶组装于转子轮上的方法。该方法可包括以下的步骤：将第一多个轮叶轴向地插入到转子轮槽口中；将中间垫片组件定位于第一多个轮叶与转子轮槽口之间；将第二多个轮叶轴向地插入到转子轮槽口中；以及将锁定垫片组件定位于第二多个轮叶与转子轮槽口之间。
本申请及由此得到的专利进一步提供蒸汽涡轮。蒸汽涡轮可包括：多个转子轮燕尾槽口；多个轮叶燕尾件，其定位于转子轮燕尾槽口中；以及径向支撑组件，其定位于每个轮叶燕尾件与每个转子轮燕尾槽口之间。径向支撑组件包括定位于一个或多个弹簧穴口中的一个或弹簧和一个或多个垫片。
在结合若干附图和所附权利要求书审查以下的详述之后，本申请及由此得到的专利的这些及其它特征和改进将对本领域普通技术人员显而易见。
附图说明
图1是低压蒸汽涡轮的示意图。
图2是轮叶的透视图。
图3是转子轮的透视图。
图4是定位于转子轮中的轮叶的侧视图。
图5是带有弹簧的轮叶燕尾件的透视图。
图6是如可在本文中描述的带有径向支撑组件的中间垫片组件的轮叶的仰视图。
图7是图6的径向支撑组件的中间垫片组件的侧视图。
图8是中间垫片组件的弹簧的透视图。
图9是中间垫片组件的垫片的透视图。
图10是如可在本文中描述的带有径向支撑组件的锁定垫片组件的轮叶的仰视图。
图11是图10的径向支撑组件的锁定垫片组件的侧视图。
图12是图10的锁定垫片组件的锁定垫片的透视图。
图13是图10的锁定垫片组件的锁定垫片的透视图。
图14是图10的锁定垫片组件的锁定垫片的透视图。
图15是如可在本文中描述的带有径向支撑组件的中间垫片组件的轮叶的仰视图。
图16是图15的径向支撑组件的中间垫片组件的侧视图。
图17是如可在本文中描述的带有径向支撑组件的锁定垫片组件的轮叶的侧视图。
图18是图17的径向支撑组件的锁定垫片组件的仰视图。
图19是图17的锁定垫片组件的端部垫片的透视图。
具体实施方式
现在参考附图，其中，在所有的这几个视图中，同样的数字指同样的元件，图1是示范性的相对流动式低压蒸汽涡轮10的示意图。蒸汽涡轮10包括第一和第二低压区段12和14。每个涡轮区段12和14包括多级隔板。转子轮16延伸穿过区段12和14。每个低压区段12和14包括喷嘴18和20。单个外壳或壳体22分别沿着水平面且轴向地划分为上半和下半区段24和26，且跨接低压区段12和14两者。壳22的中心区段28包括低压蒸汽入口30。在外壳或壳体22内，低压区段12和14布置于由轴颈轴承32和34支撑的单个轴承跨接件中。分流器可在第一和第二低压涡轮区段12和14之间延伸。
图2是与涡轮10一起使用的蒸汽涡轮低压长轮叶38的透视图。涡轮轮叶38包括在前缘44和后缘46处连接在一起的压力侧40和吸力侧42。压力侧40大体上呈凹形，并且，吸力侧42大体上呈凸形。涡轮轮叶38包括燕尾件48、翼型件部分50以及在其间延伸的根部52。翼型件部分50从根部52径向地向外延伸，且在长度上延长到轮叶38的尖端54。翼型件部分50可包括其上的中间跨接型连接件56。轮叶38经由燕尾件48而联接到转子轮16，且从转子轴16径向地向外延伸。
如图3中所示出的，转子轮16又具有多个互补形状的燕尾槽口58。燕尾槽口58围绕转子轮16延伸，以实现轮叶38的轴向进入。每个燕尾槽口58可大体上呈V形，且包括一系列的轴向地延伸的突出部60和凹槽62，其与燕尾件48的那些相对应。燕尾槽口58可相对于中心线轴线而平行或成一定角度。
使用弹簧、“楔形件”或紧密燕尾件套件的当前的选择全都受到对于边缘级轮叶组件64(即，每个低压区段12、14的后面的级)而不合乎需要的限制。可能需要非常大的弹簧，以提供足以克服轮叶38的3点钟和9点钟方向的力矩载荷的径向力。图5示出将多个弹簧66添加到燕尾件48的底部70上的轮叶弹簧穴口68中。大弹簧66可能限制转子设计的稳健性，因为燕尾件底部70必须具有相当大的尺寸，且从而增大转子轮16中的燕尾件底部70的应力。较小的弹簧仅可在12点钟方向的位置处承载轮叶38的重量，且因此可在转子旋转的期间在其它侧位置处循环。同样地，由于需要非常高的径向力，所以难以在轮叶安装的期间或在轮叶安装之后安装弹簧66。
类似地，紧密燕尾件设计可能对于轮叶38而非常有限制性，因为组件变得难以或不可能组装。轮叶38存在一些灵活性(即，移动)，这是组装最后几个轮叶需要的，因为尖端64和/或翼型件50不允许轮叶38直接滑入。最后，楔形件设计受到限制，因为难以使楔形件工作且固持于如图4中所示出的位于轮叶38与转子轮16之间的间隙72内。楔形件引起设计上的差异，并且，设计上的热瞬态可能引起燕尾件的高应力。能够将端部垫片添加到“封闭件组”轮叶，但通过嵌缝而进行的轴向固持不是最合乎需要的方法，不过还是实用的方法。
图6-14示出与轮叶120的燕尾件110和转子轮140的燕尾槽口130一起使用的径向支撑组件100的示例。具体地，图6-9示出中间垫片组件150。中间垫片组件150包括多个弹簧160，这些弹簧160定位于与上述的那些轮叶弹簧穴口类似的多个轮叶弹簧穴口170内。中间垫片组件150还可包括中间垫片180。中间垫片180可在弹簧160与轮叶弹簧穴口170之间延伸。中间垫片180可具有精确的厚度。一个或多个垫片厚度可用于在轮叶组装之后实现期望的最小径向间隙。垫片180还可加工成装配于当前的燕尾件设计内，特别是对于弯曲进入设计。在根据需要而允许封闭件组一定程度地移动的同时，中间垫片组件150可用于该排的大约95%。在不要求更昂贵的加工或固持特征的同时，将中间垫片180与双弹簧设计组合使用允许垫片180的轴向固持。还可在本文中使用其它构件和其它配置。
图10-14示出与将组装于该排(“封闭件组”)中的最后几个(5-8个)轮叶120一起使用的锁定垫片组件190。在该示例中，可使用仅一个弹簧200。锁定垫片组件190可使用带有渐缩端部的锁定垫片210，以代替如上所述的一对弹簧160和中间垫片180。锁定垫片210可从弹簧200延伸到空的轮叶弹簧穴口220中。在组装整排之后，锁定垫片210可插入到轮叶燕尾件110与转子燕尾槽口130之间的腔230中。一旦完全地插入到腔230中，锁定垫片210就接合轮叶穴口，且本身锁定于适当的位置处。锁定垫片210因而避免可能使用较小的端部垫片的设计，且避免适当的位置处的端部垫片的敛缝(嵌缝)，以保持这些端部垫片轴向地固持。这是稳健但不昂贵的固持垫片的方式，且限于该级内的仅非常少的数量的轮叶。还将显得该设计将与较厚的垫片块(大于大约0.12英寸厚(大约3.1毫米))一起工作，以致于它们能够从端部推动或轻敲到适当的位置上。可在本文中使用其它构件和其它配置。
径向支撑组件100因而由于带有较低的径向力的简化的弹簧设计而提供成本更低的设计。该设计允许更稳健的转子设计，因为燕尾件底部不需要相当宽以适应宽度大的弹簧。该设计在组装期间允许轮叶在需要时移动，还在该排组装之后允许有限的移动组装。该设计将现有的弹簧配置用作用于垫片配置的固持件。未针对每个轮叶/楔形件设计限制而要求在组装期间装配。
图15-16示出径向支撑组件250的备选的实施例的示例。径向支撑组件250可与轮叶120的燕尾件110和转子轮140的燕尾槽口130一起使用。具体地，图15和图16示出中间垫片组件260。与上述的中间垫片组件类似，中间垫片组件260包括定位于多个轮叶弹簧穴口170中的多个弹簧160。中间垫片组件260还可包括中间垫片180。中间垫片180可在弹簧160与轮叶弹簧穴口170之间延伸。轮叶燕尾件110可包括一个或多个柱(stake)叶片燕尾件拐角270。
图17-19示出与将组装于该排封闭件组中的最后几个(5-8个)轮叶120一起使用的锁定垫片组件280。一对弹簧290可定位于与上述的那些轮叶弹簧穴口类似的一对轮叶弹簧穴口300内。在该示例中，锁定垫片组件280可使用一对端部垫片310。端部垫片310可从弹簧290朝向柱叶片燕尾件拐角270向外延伸。可在本文中使用其它构件和其它配置。
端部垫片310可用于实现对轮叶120的适当的径向间隙限制。随后将通过在位于燕尾件110的底部处的轮叶燕尾件拐角处进行敛缝或嵌缝操作，从而轴向地固持端部垫片310。燕尾件110的该区具有相对较低的应力，并且，遍于材料上的小的敛缝为可接受的。这是稳健但不昂贵的固持垫片的方式，且限于该级内的仅非常少的数量的轮叶。
应当显而易见，前文仅涉及本申请及由此得到的专利的某些实施例。在不背离如所附权利要求及其等效方案所定义的本发明的总体实质和范围的情况下，可由本领域普通技术人员在本文中作出许多变化和变型。

Claims (17)

1.一种蒸汽涡轮，包括：
多个转子轮槽口；
多个轮叶，其定位于所述多个转子轮槽口中；以及
径向支撑组件，其定位于所述多个轮叶中的每个与所述多个转子轮槽口中的每个之间；
所述径向支撑组件包括一个或多个弹簧和一个或多个垫片，
其中，所述一个或多个垫片包括中间垫片，且其中，所述一个或多个弹簧包括所述中间垫片的第一侧上的第一弹簧和所述中间垫片的第二侧上的第二弹簧。
2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其中，所述多个轮叶中的每个包括燕尾件。
3.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮，其中，所述多个转子轮槽口中的每个包括燕尾槽口。
4.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其中，所述径向支撑组件包括一个或多个弹簧穴口。
5.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其中，所述一个或多个垫片包括锁定垫片。
6.根据权利要求5所述的蒸汽涡轮，其中，所述径向支撑组件包括锁定垫片腔。
7.根据权利要求5所述的蒸汽涡轮，其中，所述径向支撑组件包括一对弹簧穴口和一个弹簧。
8.根据权利要求5所述的蒸汽涡轮，其中，所述锁定垫片包括渐缩端部。
9.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其中，所述多个轮叶中的每个包括一个或多个柱叶片燕尾件拐角。
10.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其中，所述一个或多个垫片包括端部垫片。
11.根据权利要求10所述的蒸汽涡轮，其中，所述一个或多个垫片包括一对端部垫片。
12.根据权利要求11所述的蒸汽涡轮，其中，所述一个或多个弹簧包括在所述一对端部垫片内的一对弹簧。
13.一种将轮叶组装于转子轮上的方法，包括：
将第一多个轮叶轴向地插入到转子轮槽口中；
将中间垫片组件定位于所述第一多个轮叶与所述转子轮槽口之间；
将第二多个轮叶轴向地插入到所述转子轮槽口中；以及
将锁定垫片组件定位于所述第二多个轮叶与所述转子轮槽口之间，其中所述中间垫片组件包括中间垫片、所述中间垫片的第一侧上的第一弹簧和所述中间垫片的第二侧上的第二弹簧。
14.一种蒸汽涡轮，包括：
多个转子轮燕尾槽口；
多个轮叶燕尾件，其定位于所述多个转子轮燕尾槽口中；以及
径向支撑组件，其定位于所述多个轮叶燕尾件中的每个与所述多个转子轮燕尾槽口中的每个之间；
所述径向支撑组件包括定位于一个或多个弹簧穴口中的一个或多个弹簧和一个或多个垫片，
其中，所述一个或多个垫片包括中间垫片，且其中，所述一个或多个弹簧包括所述中间垫片的第一侧上的第一弹簧和所述中间垫片的第二侧上的第二弹簧。
15.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮，其中，所述一个或多个垫片包括锁定垫片。
16.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮，其中，所述多个轮叶燕尾件中的每个包括一个或多个柱叶片燕尾件拐角。
17.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮，其中，所述一个或多个垫片包括端部垫片。
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