CN1712673A - 整体罩盖叶片设计 - Google Patents

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Abstract

一种用于蒸汽轮机叶轮的叶片(48)，所述叶片包括柄部分(19)和翼面部分(50)，所述翼面部分(50)包括具有顶端罩盖(56)的径向外顶端，所述顶端罩盖在使用中适合于通过邻近叶片上的类似顶端罩盖(66)被接合，其中径向台阶(52)沿着所述翼面部分的前缘(54)形成于所述顶端罩盖(56)和所述翼面部分内。

Description

整体罩盖叶片设计
技术领域
本发明涉及蒸汽轮机，更特殊的是，涉及具有整体罩盖的末级蒸汽轮机叶片的设计。
背景技术
具有整体罩盖的末级蒸汽轮机叶片的顶端区域在湿蒸汽条件下工作，代表性地在蒸汽流和叶片之间具有超音速的相对速度。高速湿蒸汽流对叶片的作用能产生腐蚀，促使顶端区域金属表面的腐蚀损坏。在工作过程中，由于叶片的旋转，邻近叶片之间的罩盖彼此接触，施加的离心力的反扭曲效果引起叶片的旋转。在工作条件下，被整体覆盖的叶片的连接或者接触增强叶片结构的刚度，改善振动阻尼。这些接触区域上湿气的出现能促使应力腐蚀裂纹。因而，末级叶片的设计必须能耐受现有环境条件中的湿蒸汽。而且，叶片顶端区域处任何流量干扰元件必须被避免，以最小化空气动力损失。
用于某些末级涡轮机叶片的顶端叶片设计导致形成于邻近的叶片顶端罩盖之间的凹入区域(或者只是简称为凹处)，所述凹入区域趋向聚集由叶片罩盖的邻近表面和邻近翼面的前缘、后缘产生的湿气。凹入区域中被聚集的湿气能造成叶片自身和罩盖阻尼接触表面的损坏。
发明内容
本发明确定了一种改进的叶片顶端和罩盖外形，其避免了蒸汽轮机叶片的侵蚀和腐蚀，减小了空气动力损失，因而改善蒸汽轮机的可靠性和效率。在没有影响对涡轮机的性能和叶片的可靠性非常关键的其它特征的情况下，实现该设计变动。
在示例性的实施例中，末级涡轮机叶片具有布置在叶片顶端的整体罩盖，所述罩盖通常与已知的罩盖类似，但是正如下面将进一步描述的那样，所述罩盖具有细小但重要的外形改变。为了解决现有的罩盖设计存在的问题，所述罩盖被修改到以下程度：径向台阶形成于翼面前缘顶端和罩盖顶端表面之间，其消除上述凹入区域，因而减小潜在的湿气聚集，也减小空气动力曳力或空气动力损失。在一种改动中，所述台阶的径向表面部分朝着邻近叶片的罩盖表面弯曲。在第二种改动中，所述台阶的径向表面部分弯曲得更厉害，以便大致光滑地与邻近叶片的罩盖表面合并。所述台阶的精确外形可被最优化，以平衡应力水平、附加的质量和对空气动力学设计的影响。
相应地，在一个方面，本发明提供一种用于蒸汽轮机叶轮的叶片，所述叶片包括柄部分和翼面部分，所述翼面部分包括具有顶端罩盖的径向外顶端，所述顶端罩盖在使用中适合于通过邻近叶片上的类似顶端罩盖被接合，其中径向台阶沿着所述翼面部分的前缘形成于所述顶端罩盖和所述翼面部分内。
在另一个方面，本发明提供一种用于蒸汽轮机叶轮的叶片，所述叶片包括柄部分和翼面部分，所述翼面部分包括具有顶端罩盖的径向外顶端，所述顶端罩盖在使用中适合于通过邻近叶片上的类似顶端罩盖被接合，其中径向台阶沿着所述翼面部分的前缘形成于所述顶端罩盖和所述翼面部分内；其中所述台阶由沿着远离所述前缘的流动方向延伸的第一翼面表面和沿着远离所述第一翼面表面的方向径向延伸的第二顶端罩盖表面形成；以及其中所述前缘因形成所述径向台阶而径向缩短；另外其中，所述顶端罩盖与所述翼面部分成整体。
仍然在另一个方面，本发明提供一种消除涡轮机叶片各自翼面部分径向外端部处的邻近顶端罩盖之间聚集湿气的凹处的方法包括：a)径向缩短所述涡轮机叶片的前缘，以便产生前缘和所述顶端罩盖的顶端表面之间的径向台阶；以及b)切削所述径向台阶的径向表面部分，以致其径向表面部分更加光滑地与邻近叶片后缘处的邻近径向表面合并。
结合下面有关的附图，本发明将会被详细描述。
附图说明
图1是根据已知设计的一对具有整体罩盖的叶片的局部透视图；
图2是图1中放大的细节；
图3是阐述根据本发明第一实施例的叶片顶端罩盖设计的局部透视图；以及
图4是阐述根据本发明第二实施例的叶片顶端罩盖设计的局部透视图。
具体实施方式
参考图1，若干(显示了两个)同样的叶片10、12通过通常以14指示的燕尾接头或者其它合适的接合件固定到涡轮机叶轮(未显示)。叶片10、12在涡轮机叶轮的周围延伸成完整的360°，因而形成一“排”叶片。一排中的每个叶片通常是一致的，尽管偶尔尾叶片(或者“切口叶片”)和邻近切口叶片的两个叶片可以有一些几何差异，以便于组装。可以充分理解，燕尾接头或者其它接合件14被设计用于与形成在叶轮轮缘上的互补的燕尾接头或者其它外形配对滑动接合。叶片燕尾接头的类型和将叶片装到轮上的方式可以改变，无论如何，这对本发明都是不重要的。
叶片10、12各自的叶身(blade)部分16、18从燕尾接头部分18向上延伸到各自的顶端20、22。顶端20、22与各自的整体罩盖24、26形成一体，所述整体罩盖将整排叶片连接在一起，围绕轮大致360°，这将详细描述。
参考图2，整体罩盖26从叶身的前缘28沿着由流动箭头30指示的蒸汽流动方向往回退。但是，注意罩盖径向外(或者顶)表面32与叶身部分18的径向外顶端表面34齐平，或者说位于同一平面。邻近叶片10的叶片罩盖24具有由侧表面38、40和后端面42部分地限定的后缘部分36。在工作过程中，离心力促使后端面42与罩盖26通常平行的前端面44接合，在叶片12的前缘28、叶片罩盖26的前端面和罩盖24弯曲的后缘侧表面40之间留下凹入区域或者凹处46。如上所述，该凹处或者凹入区域易受湿气聚积的影响。
图3阐述第一实施例，或者不同的叶片罩盖新设计，其大致消除了图2所示的凹处46。在该实施例中，叶片48包括叶身部分50，其具有切入叶身部分50的前缘54和相关联的顶端罩盖56的径向台阶或者切口52，因而前缘54的一部分沿着径向缩短。明确地，台阶或者切口由前缘54的径向缩短的表面部分58和沿着罩盖56的侧面被切削的弯曲的径向表面60限定。该切削减小了顶端罩盖56的前端面62的表面面积，因而大致消除上面讨论的凹处，同时为表面60和邻近罩盖66的侧表面64之间流动的连续性提供更光滑的界面。
图4中，阐述了径向台阶的变化，为了方便，参考数字与图3中使用的一致，但是增加了前缀“1”。因而，叶片148包括叶身部分150，其具有切入叶身部分150的前缘154和相关联的顶端罩盖156的径向台阶或者切口152。径向切口由径向缩短的表面部分158和弯曲径向表面60限定。但是，在该实例中，台阶的弯曲径向表面部分160弯曲得更多，仅仅是为了除去额外的罩盖材料，大致消除顶端罩盖156的前端面162的暴露于湿蒸汽流的部分。现在在罩盖166的弯曲侧表面164和罩盖156的径向表面部分160之间存在相对光滑的过渡。
叶身部分50或150的径向缩短的前缘54或154对性能没有产生重大的影响，聚集湿气的凹处的大致消除防止湿气聚集和对叶片和它们各自罩盖的潜在腐蚀损坏。
尽管结合目前被认为是最实用的、最优选的实施例描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于公开的实施例，而是相反，意味着将各种修改和等同的装置包括在后附的权利要求书的实质和范围之内。
部件列表
整体罩盖叶片设计
涡轮机叶片10、12
燕尾接头(或者其它合适的接合件)14
叶身部分16、18
燕尾接头或者柄部分19、21
顶端20、22
整体罩盖24、26
前缘28
流动箭头30
径向外(或着顶)表面32
径向外顶端表面34
后缘部分36
侧表面38、40
后端面42
前端面44
凹入区域或者凹处46
叶片48
叶身部分50
径向台阶或者切口52
前缘54
顶端罩盖56
径向缩短的翼面表面部分58
顶端罩盖上的径向表面60
前端面62
侧表面64
顶端罩盖66
叶片148
叶身或者翼面部分150
径向台阶或者切口152
前缘154
顶端罩盖156
径向缩短的表面部分18
弯曲径向表面160
前端面162
弯曲侧表面164
顶端罩盖166

Claims (8)

1.一种用于蒸汽轮机叶轮的叶片(48)，所述叶片包括柄部分(19)和翼面部分(50)，所述翼面部分(50)包括具有顶端罩盖(56)的径向外顶端，所述顶端罩盖在使用中适合于通过邻近叶片上的类似顶端罩盖(66)被接合，其中径向台阶(52)沿着所述翼面部分的前缘(54)形成于所述顶端罩盖(56)和所述翼面部分内。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述台阶(52)由沿着远离所述前缘的流动方向延伸的第一翼面表面(58)和沿着远离所述第一翼面表面的方向径向延伸的第二顶端罩盖表面(60)形成。
3.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述第二顶端罩盖表面(160)足够远离所述前缘(154)而弯曲，以便大致合并于最接近所述叶片前缘的邻近顶端罩盖(166)上的表面(164)。
4.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述前缘(54)因形成所述径向台阶(52)而径向缩短。
5.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述顶端罩盖(56)与所述翼面部分成整体。
6.一种用于蒸汽轮机叶轮的叶片(48)，所述叶片包括柄部分(19)和翼面部分(50)，所述翼面部分(50)包括具有顶端罩盖(56)的径向外顶端，所述顶端罩盖在使用中适合于通过邻近叶片上的类似顶端罩盖(66)被接合，其中径向台阶(52)沿着所述翼面部分的前缘(54)形成于所述顶端罩盖和所述翼面部分内；其中所述台阶(52)由沿着远离所述前缘的流动方向延伸的第一翼面表面(58)和沿着远离所述第一翼面表面的方向径向延伸的第二顶端罩盖表面(60)形成；以及其中所述前缘(54)因形成所述径向台阶(52)而径向缩短；另外其中所述顶端罩盖(56)与所述翼面部分成整体。
7.如权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述第二顶端罩盖表面(160)足够远离所述前缘(154)而弯曲，以便大致合并于最接近所述叶片前缘的邻近顶端罩盖(166)上的表面(164)。
8.一种消除涡轮机叶片各翼面部分径向外端部处的邻近顶端罩盖(156、166)之间聚集湿气的凹处的方法，包括：
a)径向缩短所述涡轮机叶片的前缘(154)，以便产生前缘和所述顶端罩盖的顶端表面之间的径向台阶(152)；以及
b)成形所述径向台阶(152)，以致其径向表面部分更加光滑地与邻近叶片后缘处的邻近径向表面(164)合并。
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