CN1727644B - 混合的涡轮机叶片及相关的方法 - Google Patents

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Abstract

混合的涡轮机叶片及相关的方法，一种制造用于在蒸汽涡轮机转子轮(42)上组装的叶片(24)的方法，包括形成带有多个空腔(30、32)的翼面部分(28)并且用多于一种的填充物材料(40、38)填充所述的空腔，该材料(40、38)被选择作为所需的温度性能的函数。

Description

混合的涡轮机叶片及相关的方法
技术领域
本发明总体上涉及蒸汽涡轮机桨片(或者叶片)，更具体地，涉及设计为在叶片翼面部分的不同的选择区域内提供不同的预定温度性能的复合的叶片。
背景技术
对于涡轮机桨片或者叶片，离心负载为运转速度、叶片质量及距发动机的质量定位的中心线的半径的函数。当叶片的质量增加时，必须在较低的径向高度处增加物理区域或者截面区域，以能够在不超过给定的材料所允许的应力的情况下承载在它之上的质量。在较低的跨度处增加叶片的截面区域使在根部的流动堵塞过多并由此使性能降低。叶片的重量使盘应力提高并由此可能使可靠性降低。
几项现有的美国专利涉及了所谓的“混合的”叶片设计，其中，通过将翼面组建成金属和聚合物填充物材料的组合物，减小翼面的重量。特别地，在翼面部分内构建一个或者多个空腔，并且用聚合物填充物材料以不改变翼面外形的方式填充空腔。这些现有的专利包括美国专利No.6,139,278、6,042,338、5,931,641及5,720,597。也可查看2003年4月16日提交的共同悬而未决且共同拥有的申请S.N.10/249,518。该’518申请披露了混合的叶片，其中，改变空腔构造以使各组叶片的阻尼特征发生变化。
然而，另一个涉及混合的蒸汽涡轮机叶片的使用的问题涉及费用，该费用作为在使用期间这样的叶片所经受的温度的函数。例如，在双流蒸汽涡轮机中，在部分负载及全速条件期间，存在显著的末级叶片尖端区域的气阻加热。在叶片后面的罩区域具有喷水器系统，以冷却流到凝结器的排出流。然而，即使在喷水器运转期间，冷却流也不能迁移到在叶片尖端附近的受热区域，由此对叶片尖端的冷却是极小的。在这种条件期间，叶片尖端可以达到超过662.4℃(400°F)，其中，在正常运转期间，叶片温度仅达到大约212.4℃(150°F)。因此，当前大多数被考虑用于混合的叶片应用的聚合物(聚氨酯橡胶和/或者橡胶)被限制在482.4℃(300°F)以下使用。虽然有几种高温聚合物是可得到的，但是它们的成本可能5倍于较低温聚合物的成本。
发明内容
本发明拓展了混合的叶片构思，以包括在单一叶片或者桨片中使用多种填充物，该填充物作为所需的温度性能的函数。典型地，在最外侧的径向空腔内使用较高温材料。这样，可以选择较昂贵且温度性能较高的材料仅用于在有限的翼面尖端区域使用，而在其它诸如叶片翼面的径向内侧或者较低部分那样的区域可以选择较不昂贵的材料。在叶片的径向外侧部分需要较小体积的填充物，通过这个因素进一步提高了这个结构的成本利益。
因此，在其更广泛的方面上，本发明涉及制造用于在蒸汽涡轮机转子轮上组装的叶片的方法，包括形成带有多个空腔的翼面部分并且用多于一种的填充物材料填充所述的空腔，该材料被选择作为所需的温度性能的函数。
在另一方面，本发明涉及具有翼面部分的涡轮机叶片，该翼面部分被形成为带有多个用各自不同的聚合物填充物材料填充的空腔，该材料被选择作为所需的温度性能的函数。
在另一方面，本发明涉及包括一排叶片的蒸汽涡轮机转子轮，该叶片紧固在轮的圆周周围，每个叶片具有多个用各自不同的聚合物填充材料填充的空腔，该材料被选择作为所需的温度性能的函数。
现在，与下面标识的图片相联系，将详细描述本发明。
附图说明
图1为双流低压涡轮机的示意图；
图2为根据本发明的典型的实施例的部分完成的混合的叶片的透视图；以及
图3为具有多个安装在其上的涡轮机叶片的涡轮机轮的侧面示意图。
具体实施方式
图1显示了双流、低压涡轮机10的示意图，该涡轮机10包括涡轮机壳12、转子14及以16、18标识的在两个涡轮机部分中的多个轮。虚线包围的两个区域20、22代表末级叶片的径向上的最外侧区域，已经显示在部分负载条件期间该区域经受了最大的气阻加热。这样，根据本发明的典型的实施例，在叶片的径向上的外侧空腔内使用较高温填充物材料(性能至少662.4℃)。例如，图2显示了包括柄部分26及翼面部分28的叶片24。在翼面部分28的压力侧上形成径向上的内侧及外侧空腔30、32，通过相对宽的连接板或者肋34及在跨度中间的挡板36，将该空腔30、32隔开。在所给出的例子中，将高温填充物材料38用于填充空腔32，而应该将较低温填充物材料40用于填充空腔30。一些级可能仅在翼面部分的外侧10-15％需要高温填充物材料，但是在任何情况下，根据用于特殊的涡轮机设计的检测数据，可以做出决定。在许多空腔内从最高温材料到最低温材料连续地使用多于两种的聚合物材料，这是可以的。
图3示意性地显示了一排安装在涡轮机转子轮42上的叶片24，如在其中描述的那样，叶片24使用多种填充物材料38、40。
填充物材料38、40可以包括已知的聚氨酯橡胶、橡胶化合物或者带有其它象玻璃或者陶瓷那样的具有不同温度性能的材料的聚合物混合物。用于将填充物材料结合到翼面部分28的金属表面的选择包括，但不限于，自身粘着、在填充物材料38、40和翼面部分28的金属表面之间粘着、粘性结合(粘性膜或者胶)及熔化结合。
使用不同的填充物材料，在减小成本的情况下，改善了混合的桨片的温度性能。根据填充物材料的温度特征及在任何给定的级中叶片的温度性能要求，为桨片上的具体位置确定使用的每种材料。在桨片上的限定位置内使用较昂贵的高温材料将使混合的叶片的设计更为可行，尤其是对于那些经受高气阻条件的叶片。
虽然已经与目前被认为是最实际且优选的实施例相联系描述了本发明，但应该理解的是，不能以批露的实施例限制本发明，相反，本发明旨在覆盖包括在附加的权利要求书的主旨及范围内的各种各样的更改及等同的构造。
双流、低压涡轮机10
涡轮机壳12
转子14
以16、18标识的多个轮
区域20、22
叶片24
柄部分26
翼面部分28
径向上的内侧及外侧空腔30、32
连接板或者肋34
在跨度中间的挡板36
高温填充物材料38
较低温填充物材料40
涡轮机转子轮42

Claims (8)

1.一种制造用于在蒸汽涡轮机转子轮(42)上组装的叶片(24)的方法，其包括形成带有多个空腔(30、32)的翼面部分(28)并且用多于一种的填充物材料(40、38)填充所述的空腔，该材料(40、38)被选择作为所需的温度性能的函数，所述的多个空腔包括径向上的外侧空腔(32)及径向上的内侧空腔(30)，并且在其中，在径向上的外侧空腔(32)内的填充物材料(38)的温度性能比在径向上的内侧空腔(30)内的填充物材料(40)的大。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的较大的温度性能包括至少662.4℃性能。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的填充物材料(38、40)包括聚合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的填充物材料(38、40)包括聚氨酯橡胶聚合物。
5.一种涡轮机叶片(24)，具有翼面部分(28)，该翼面部分(28)形成有多个用各自不同的聚合物填充物材料(40、38)填充的空腔(30、32)，该材料(40、38)被选择作为所需的温度性能的函数，其特征在于，所述的多个空腔的径向上的最外侧的一个(32)与其它所述的多个空腔相比具有较高的温度性能。
6.根据权利要求5所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述的多个空腔(30、32)包括径向上的外侧空腔及径向上的内侧空腔，并且在其中，在径向上的外侧空腔内的填充物材料的温度性能比在径向上的内侧空腔内的填充物材料的大。
7.根据权利要求5所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述的聚合物填充物材料包括聚氨酯橡胶聚合物。
8.一种蒸汽涡轮机转子轮，包括一排紧固在轮的圆周周围的叶片(24)，每个叶片(24)具有多个用各自不同的聚合物填充物材料(40、38)填充的空腔(30、32)，该材料(40、38)被选择作为所需的温度性能的函数，其特征在于，所述的多个空腔的径向上的最外侧的一个(32)与其它所述的多个空腔相比具有较高的温度性能。
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