CN111315963B

CN111315963B - 叶片单元的组件

Info

Publication number: CN111315963B
Application number: CN201880060917.7A
Authority: CN
Inventors: J.H.G.马蒂伊; T.A.M.阿尔苏泽恩
Original assignee: Sulzer Turbo Services Venlo BV
Current assignee: Sulzer Turbo Services Venlo BV
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2038-09-17
Also published as: JP2020534466A; EP3685019A1; WO2019057655A1; JP7264881B2; SA520411568B1; US20200256199A1; US11428106B2; CN111315963A

Abstract

一种叶片组件（100），其包括多个叶片单元（1）和连接部分（30），其中每个叶片单元包括基部（10），基部（10）具有位于基部的相对纵向面之间并在其之间延伸的通孔（12），其中连接部分包括束紧条（30），束紧条（30）被形成为使得其可插入并穿过通孔，以将至少两个相邻的叶片单元联接成叶片组件，并且其中，在叶片组件中，束紧条布置成穿过多个叶片单元的通孔，从而实现将叶片单元夹持在束紧条上。

Description

叶片单元的组件

技术领域

本发明涉及压缩机定子叶片单元和在压缩机的壳体中组装叶片单元的方法。

背景技术

压缩机定子叶片单元包括用于与压缩机壳体中的（半圆形）槽接合的基部和从该基部延伸的用于与压缩机转子上的叶片单元的翼型件配合的翼型件。叶片单元与壳体槽的接合通常通过从基部的横向面延伸的突起来实现，所述突起与槽的侧壁中的纵向沟槽配合。多个叶片单元可以滑入槽中以形成压缩机的级。为使叶片单元和槽的相对运动、磨损和颤动最小化，US7984548教导了（i）在基部的纵向面中提供盲孔，使得盲孔沿其轴线对齐，以及（ii）提供用于组装到在一级中的相邻叶片单元的基部中的两个盲孔的销，从而将两个叶片单元连接（见图1）。

一级中的所有叶片单元可以因此通过销连接以形成叶片环，或者在壳体的第一半部中的至少半个环。现有技术方法的缺点是叶片环的坚固性不是非常可控。例如，叶片环中的相邻叶片单元之间的装配的紧密度可变化，从而导致次佳的阻尼特性，并且因此随着时间的流逝产生磨损和颤动。

发明内容

为克服该技术问题，根据第一方面，本发明提供了一种叶片组件，该叶片组件包括多个叶片单元和连接部分，其中每个叶片单元包括具有通孔的基部，通孔位于基部的相对纵向面之间，其中，连接部分包括束紧条（lacing bar），束紧条被形成为可插入通孔中并穿过通孔，以将至少两个、优选地至少三个相邻的叶片单元联接成叶片组件，并且其中，在叶片组件中，连接部分穿过多个叶片单元的通孔布置，使得叶片单元被夹持到束紧条上。有利地，本发明克服了将叶片单元装配在叶片环中的可变性，从而提供了具有改善的阻尼特性的更坚固的环。更具体地，本发明允许将各个叶片单元夹持在单个共享的连接部分（束紧条）上，其因此用作组件的坚固的主干（back bone）。

在实施例中，在组件中，相邻叶片单元的通孔一起形成腔体，其中，腔体和束紧条具有有区别的/不同的弓形形状（即，具有不同的曲率半径），以在叶片组件中提供预定的张力。有利地，由通孔和束紧条形成的腔体的不同的弓形外形使得叶片组件能够以预定的且可再现的张力构造，从而使叶片单元被夹持在束紧条上。由于组件中的所有单元类似地被夹持到单个共享的主干，因此现有技术解决方案中存在的可变性被大大降低。这种减小的可变性改善了阻尼特性，并且因此使叶片单元的磨损最小化。有利地，束紧条的横截面的尺寸可以设定成在将其插入组装单元中时产生预定的弹力。此外，与现有技术的销相比，束紧条在插入并穿过通孔时将通过弯曲而弹性地变形，从而提供张力以可再现地互连组件中的叶片单元。

在实施例中，组件内的相邻叶片单元中的通孔是直的，并且一起形成可分别通过其将束紧条插入其中的多边形腔体。有利地，在具有矩形基部的叶片单元的情况下，这克服了加工现有技术的盲孔的困难，该盲孔相对于纵向基部面成一定角度以适应壳体槽的曲率。更复杂的叶片单元基部是梯形的，从而允许邻接组件中相邻单元的纵向基部面，并且（可选地）具有与槽曲率一致的适配底面。

在实施例中，束紧条包括用于在叶片组件中提供预定张力的预定弓形形状。有利地，束紧条的预定弓形形状能够提供预定和可再现的张力。此外，束紧条的弓形形状使得能够容易且方便地将位于槽中的叶片单元和束紧条组装成叶片组件。

在实施例中，束紧条的弓形形状的曲率半径与通孔（例如，多边形腔体）的平均曲率半径偏离0％至60％，优选地10％至50％，更优选地20％至40％。有利地，一旦被组装在叶片单元的通孔中并且给定束紧条与多边形腔体的曲率半径的差，则束紧条的弹性在叶片组件中提供预定的拉力，以将叶片单元夹持到束紧条。此外，这允许叶片组件中的叶片单元使用其基部突起被紧紧地推入槽侧壁中的纵向沟槽中。因此，这改善了叶片组件的阻尼特性并使磨损最小化。

在实施例中，束紧条的长度与压缩机的（半个）壳体中的槽的长度对应。此类束紧条长度允许将（半个）叶片环的叶片单元连接到单个组件中。有利地，这允许由叶片环的全部或一半叶片单元形成单个组件。单个组件可以以可控的方式装配在壳体槽中，从而改善了阻尼特性，并且因此使磨损最小化。

在实施例中，束紧条包括多个束紧条部件。有利地，这允许高级选项来限定所需的张力并将其调整到压缩机规格的具体要求。因此，这改善了叶片组件的压缩机特定的阻尼特性，并使磨损最小化。

在实施例中，束紧条部件具有能够与第二束紧条部件接合的端部区段，以用于由第一叶片组件和第二叶片组件形成组合的叶片组件。有利地，可以使用多个束紧条将多个叶片组件组装成叶片环，从而使得维护人员能够更容易地安装。

在实施例中，端部区段选自由以下各项组成的组：（i）槽和舌形端部区段，（ii）孔和插头端部区段，（iii）重叠的端部区段，（iv）倾斜的端部区段，以及（v）平坦的端部区段。有利地，端部区段的形状被设计成促进第一束紧条部件与第二束紧条部件之间的接触，以改善组合的叶片组件的阻尼特性。互连的端部区段在轴向燃气涡轮压缩机的两个半壳体的分割线处特别有利，以在每个半部中接合并互锁叶片组件，从而形成构成压缩机级的单个整体的叶片环。

在实施例中，束紧条和/或束紧条部件的横截面包括一起形成束紧条或束紧条部件的多个构件。有利地，构件允许高级选项来限定期望的张力并将其调整到压缩机规格的具体要求。

在实施例中，每个叶片单元基部包括位于其纵向面之间的多个通孔，并且叶片组件包括多个束紧条，每个束紧条穿过多个通孔的对应通孔布置在组件中，以用于产生预定的张力。有利地，这允许将每个叶片单元夹持到多于一个（诸如，两个、三个或四个）束紧条上，从而进一步减小了将叶片单元连接到单个坚固组件的可变性。此外，这允许叶片组件中的叶片单元使用其基部突起被紧紧推入槽侧壁中的半圆形纵向沟槽中。因此，结合多个束紧条可改善叶片组件的阻尼特性并使磨损最小化。

在实施例中，叶片单元基部中的通孔包括衬套或衬里。有利地，通孔内部的衬套和衬里改善了组件的阻尼和磨损特性。

根据另一方面，本发明提供了一种组装叶片组件的方法，该方法包括以下步骤：提供多个叶片单元，其中每个叶片单元包括具有通孔的基部，通孔位于基部的相对纵向面之间；将束紧条插入穿过两个相邻叶片单元的通孔，以将两个、优选地至少三个相邻叶片单元联接成叶片组件。

根据仍另一方面，本发明提供了一种叶片组件，该叶片组件包括多个叶片单元和连接部分，其中每个叶片单元包括具有通孔的基部，通孔位于基部的相对纵向面之间，其中，在叶片组件中，连接部分穿过多个叶片单元的通孔布置，其中连接部分包括束紧条，并且其中束紧条和通孔被布置成使得束紧条在插入并穿过通孔时通过弯曲而弹性地变形。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐明。然而，应当理解，这些实施例可不被解释为限制本发明的保护范围。它们可以单独实施也可以组合实施。下面参考示意图更详细地解释本发明。其中示出：

图1是现有技术的叶片单元组件的横截面；

图2A-图2D是根据本发明的叶片组件的不同实施例的透视图；

图3A-图3C是根据本发明的叶片组件的实施例的侧视图和横截面；

图4是插入由通孔形成的多边形腔体中的束紧条的示意性视图；

图5A-图5H是根据本发明的束紧条的多个实施例；

图6A-图6E是示出其相应的端部区段的接合的束紧条部件的多个实施例。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚起见而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的元件中的一些元件的尺寸可相对于其它元件被放大，以帮助增强对本发明的各种实施例的理解。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等（如果有的话）尤其用于区分相似的元件，并且不必用于描述顺序或时间顺序。此外，说明书中和/或权利要求中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“向上”、“向下”、“在…上方”，“在…下方”，“近侧”，“远侧”等（如果有的话）通常用于描述目的，并且不必用于全面描述排他的相对位置。另外，术语“接合特征”也可以构成“脱离特征”。因此，熟练的技术人员应当理解，如此使用的前述术语中的任一个均可以在适当的情况下互换，使得本文所述的本发明的各种实施例例如能够以不同于明确示出或以其它方式描述的那些配置和/或取向进行操作。

参照图2，示出了用于轴向燃气涡轮压缩机的根据本发明的叶片组件100的透视图。图2A示出了包括与束紧条30连接的三个叶片单元1的叶片组件。每个叶片单元1具有基部10和从其延伸的翼型件20，以用于与压缩机转子上的叶片单元的翼型件配合。叶片单元基部具有用于接合壳体槽的底面。突起11从基部10的横向面延伸，以与壳体槽（未示出）的侧壁中的配合沟槽接合，叶片单元1将被定位在壳体槽中。在基部10的纵向面之间，可以机加工或铸造通孔12以与束紧条30接合。如图2B和图2C中所示，束紧条30可以插入并穿过基部10的通孔12。可以通过将束紧条30插入并穿过相应的通孔而将多个（诸如两个、三个、四个或更多个）叶片单元10束紧在一起来形成叶片组件100。图2D示出在叶片单元基部10中设置多个通孔12（在此为两个）以将叶片单元1连接到叶片组件100中的可能性。多个通孔中的每个位于基部10的两个相对的面之间。在该实施例中，多个束紧条30（诸如两个、三个或四个）可以插入相应的通孔中。有利地，使用束紧条30将叶片单元1一起束紧到组件100中克服了将叶片单元装配到叶片环中的可变性，从而提供了具有改进的阻尼特性的更坚固的环。

图3从横向（图3A）和纵向（图3B）视角提供了组件100的侧视图。图3C提供了沿图3B的线A-A的横截面视图。由于燃气涡轮机的压缩机壳体通常包括装配在一起以包围转子的两个半圆形部分，因此定子叶片单元组装在叶片环节段中，以形成压缩机的级。在两个壳体部分中的半圆形槽被布置成用于与叶片基部10接合，使得翼型件20朝向压缩机转子的轴径向向内延伸。因此，叶片单元以如图3中所示的方式定位在半圆形上，其中叶片组件100中的基部10稍微弯曲。束紧条30也具有弓形形状，以便于组装到组件100中的多个叶片单元1的通孔中。

叶片单元基部10可以被机加工或铸造成矩形形式。然而，这导致相邻的叶片单元1以及叶片单元和壳体槽的劣等匹配。因此，优选地，叶片单元1可以形成为梯形以匹配相邻叶片单元1的纵向面。此外，这些单元可具有与槽曲率一致的适配底面。

当叶片单元1在组件100中在半圆形槽中彼此相邻定位时，叶片基部10中的通孔12一起形成腔体。因此，腔体具有弓形形状。优选地，腔体具有不同于束紧条30的弓形形状。因此，束紧条30的弓形形状的曲率半径可大于、等于（只要弓形形状不同）或小于由多个相邻叶片单元1的通孔形成的腔体的（平均）曲率半径。因此，束紧条30的弓形形状的曲率半径可与通孔的曲率半径偏离0％至60％，优选地20％至50％，更优选地30％至40％。优选地，束紧条30的弓形形状的曲率半径较小。优选地，通孔是直的，以便于加工和/或铸造。在后一种情况下，如图4中可见，相邻叶片单元的通孔12可构建可将束紧条30插入其中的多边形腔体。如图4中的力F₁和F₂所示，束紧条30的弓形形状的曲率半径与多边形腔体的平均曲率半径之间的差导致束紧条30的弹性弯曲变形。弹性弯曲的束紧条30改善了叶片组件的阻尼特性。因此，减少了叶片基部10和壳体槽的磨损。有利地，将束紧条和通孔布置在相应的基部中，使得束紧条在插入并穿过通孔时弹性地变形或弯曲，使每个单独的叶片单元夹持到束紧条上。

力F₁和F₂可以根据压缩机的规格来选择。可以通过选择除其它因素外的束紧条30的曲率半径、材料、横截面尺寸和外形和/或配置的适当差异来确定由束紧条30提供的张力的大小。因此，优选地，叶片组件100的所有部分和特征及其部件（即，叶片单元1、基部10、通孔12、束紧条30）的尺寸设定为使得叶片组件中组合的叶片单元的底面的曲率与压缩机壳体中的安装槽的曲率紧密匹配。有利地，叶片组件然后可以在组件与壳体之间没有弹性应力的情况下安装在槽中。因此，在束紧条30上的内部应力保持不变并且被很好地限定，并且因此在束紧条主干上的夹持的叶片单元保持牢固地固定。此外，将叶片组件插入槽中对于操作人员而言更加方便。

图5示出束紧条30的不同实施例。作为示例，束紧条30可以是圆柱形（5A），可以具有矩形（5B）诸如正方形或多边形（5C和5F）的横截面，诸如六角形或十字形。此外，束紧条30可包括用于调节束紧条的弹性特性的多个构件33。作为示例，圆柱形的束紧条可由两个一半的饼形构件（5D），四个四分之一的饼形构件（5E）或任何数量的饼形构件形成。作为另一示例，十字形的束紧条30可包括多个矩形构件（5F）。为进一步调节束紧条30的特性，并因此调节组件100中获得的张力和阻尼，束紧条构件33可包括不同的材料。优选地，束紧条30和/或束紧条构件33的材料选自铁素体-马氏体不锈钢的类，并且接近于制造叶片单元1的材料的成分。可替代地，可使用奥氏体不锈钢、双相钢或其它材料及其组合来受益于不同的热膨胀特性。

叶片组件100可以装配有束紧条（30），束紧条（30）的长度与压缩机壳体中的槽的长度对应，以将（一半）叶片环的叶片单元（1）连接成单个组件（100）。可替代地，束紧条30可包括束紧条部件31，束紧条部件31在长度方向上组合形成束紧条30。束紧条部件允许更容易地插入通孔中，特别是当“在现场”进行组装时。为保持叶片组件100的阻尼特性的完整性，束紧条部件31包括端部区段32，端部区段32允许两个相邻的部件接合以由第一组件和第二组件形成单个组件100。为此目的，端部区段32可以形成为使得两个相邻的部件互锁在由通孔12形成的腔体内。图5G和图5H，以及图6中描绘了适当成形的端部区段32的几个示例。图6示出由如下类型形成的端部区段32：（i）槽和舌形端部区段（6A），（ii）孔和插头或销端部区段（6B），（iii）重叠的端部区段（6C），（iv）倾斜的端部区段（6D）和（v）平坦或对接的端部区段（6E）。

在实际情况下，束紧条30将优选地将3个至6个叶片单元1连接成叶片组件100。叶片单元的长度通常在30 mm至90 mm之间。因此，束紧条30（或束紧条部件31）的长度在90 mm至540 mm的范围内。可替代地，束紧条30可延伸直到壳体槽的长度，这取决于对于在600 mm至2500 mm范围内的实用燃气涡轮机的壳体直径，压缩机的规格在约1000 mm和约4000 mm（半圆）的范围之间。束紧条30的典型直径在4 mm和14 mm的范围之间，优选地在6 mm和10mm的范围之间。可以相对于叶片单元基部10的实际几何形状来选择该尺寸。

优选地，通孔12可具有圆形横截面，并且将在叶片组件100的叶片单元1中形成周向多边形腔体。可替代地，通孔12可以具有不同形状的横截面，诸如多边形横截面。优选地，束紧条30的横截面与通孔12的横截面将一致。因此，优选地，束紧条30具有圆形横截面。然而，束紧条30可具有其它横截面，例如多边形，诸如正方形、矩形、六边形等。可选地，束紧条30或束紧条部件31可由填充束紧条或束紧条部件的所需横截面的一个或多个构件33组成，例如多个饼形构件。

优选地，由束紧条30组装到叶片组件100中产生的张力将在500 N至5000 N的范围内。可以通过许多因素来实现所设计的张力，包括但不限于，

（i）束紧条的弓形形状的曲率半径与叶片组件中（多边形）腔体的平均曲率半径的偏差，

（ii）束紧条的材料选择，

（iii）束紧条的外形，诸如其横截面和相对于通孔横截面形状的横截面形状，

（iv）束紧条直径与通孔直径之间的比，

（v）束紧条的组成中构件的数量和形状。

尽管已经参考上述实施例阐明了本发明，但是将显而易见的是，可以使用替代实施例来实现相同的目的。因此，本发明的范围不限于上述实施例。

作为示例，通孔12可以衬有例如衬套或其它合适的衬里部件或涂层。有利地，衬里改善了叶片组件100的阻尼和磨损特性，从而改善了实施本发明的燃气涡轮压缩机的有效操作寿命。

作为仍另一实施例，叶片组件（100）包括叶片单元（1）和束紧条（30），其中，叶片单元包括具有通孔（12）的基部（10），通孔（12）位于基部的相对纵向面之间，其中，束紧条穿过通孔布置，并且其中束紧条和通孔布置成使得当束紧条插入并穿过通孔时，分别弹性地变形或弯曲成弓形形状，以将叶片单元夹持到束紧条上。

Claims

1.一种叶片组件，包括多个叶片单元（1）和连接部分，其中，每个叶片单元包括具有通孔（12）的基部（10），所述通孔（12）位于所述基部的相对纵向面之间，并且在所述叶片组件中，所述多个叶片单元的相邻叶片单元的所述通孔一起形成腔体，其中，所述连接部分包括束紧条，所述束紧条形成为使得其能够插入并穿过所述通孔（12），以将至少两个相邻的叶片单元（1）联接成所述叶片组件，并且所述腔体和所述束紧条具有不同的弓形形状，其中，在所述叶片组件中，所述束紧条穿过所述多个叶片单元的所述通孔布置，使得所述叶片单元被夹持在所述束紧条上，所述多个叶片单元的相邻叶片单元中的所述通孔是直的，使得所述腔体是周向多边形腔体，所述束紧条能够插入该周向多边形腔体中。

2.根据权利要求1所述的叶片组件，其中，所述束紧条的所述弓形形状的曲率半径与由所述通孔（12）形成的所述腔体的平均曲率半径偏离0％至60％。

3.根据权利要求1所述的叶片组件，其中，所述束紧条的所述弓形形状的曲率半径与由所述通孔（12）形成的所述腔体的平均曲率半径偏离10％至50％。

4.根据权利要求1所述的叶片组件，其中，所述束紧条具有与压缩机的壳体中的槽的长度对应的长度，以用于将所述压缩机的叶片环的所述叶片单元（1）连接成单个叶片组件。

5.根据权利要求1所述的叶片组件，其中，所述束紧条包括多个束紧条部件（31）。

6.根据权利要求5所述的叶片组件，其中，所述束紧条部件具有能够使所述多个束紧条部件（31）中的一个束紧条部件与另一个束紧条部件接合的端部区段（32），以用于由第一叶片组件和第二叶片组件形成组合的叶片组件。

7.根据权利要求6所述的叶片组件，其中，所述端部区段（32）选自由以下各项组成的组：（i）槽和舌形端部区段（32a），（ii）孔和插头端部区段（32b），（iii）重叠的端部区段（32c），（iv）倾斜的端部区段（32d）以及（v）平坦的端部区段（32e）。

8.根据权利要求6或7所述的叶片组件，其中，所述束紧条和/或所述束紧条部件（31）在横截面中包括多个构件（33）。

9.根据权利要求1所述的叶片组件，每个叶片单元基部包括位于其纵向面之间的多个通孔，并且其中，所述叶片组件包括多个束紧条，每个束紧条通过所述多个通孔中的对应通孔布置在所述组件中。

10.一种组装叶片组件的方法，包括以下步骤：i）提供多个叶片单元（1），其中，每个叶片单元包括基部（10），所述基部（10）具有位于所述基部的相对纵向面之间的通孔（12）；ii）定位所述叶片单元，使得相邻的叶片单元的所述通孔一起形成腔体；以及iii）将束紧条插入穿过两个相邻叶片单元的所述通孔，以将两个相邻叶片单元联接成所述叶片组件，所述多个叶片单元的相邻叶片单元中的所述通孔是直的，使得所述腔体是周向多边形腔体，所述束紧条能够插入该周向多边形腔体中。

11.一种叶片组件，包括多个叶片单元（1）和连接部分，所述连接部分包括束紧条，其中，每个叶片单元包括具有通孔（12）的基部（10），所述通孔（12）位于所述基部的相对纵向面之间，所述多个叶片单元的相邻叶片单元中的所述通孔是直的，从而形成周向多边形腔体，所述束紧条能够插入该周向多边形腔体中，其中，在所述叶片组件中，所述束紧条穿过所述相邻叶片单元的所述通孔布置，使得所述束紧条在插入并穿过所述通孔时弹性地弯曲，从而由于束紧条和通孔之间的弯曲力，所述相邻叶片单元被夹持在所述束紧条上。