CN1872491B

CN1872491B - 组装带罩的涡轮机叶片和切向进入燕尾榫的方法和系统

Info

Publication number: CN1872491B
Application number: CN2006100887190A
Authority: CN
Inventors: R·E·迪伦巴赫
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-06-02
Also published as: US7344359B2; US20060275124A1; JP4820695B2; RU2399772C2; EP1731713A2; RU2006119275A; CN1872491A; JP2006336656A; EP1731713A3

Abstract

组装带罩的涡轮机叶片和切向进入燕尾榫的方法和系统将带菱形的罩的切向进入叶片(14)圆周地施加到涡轮机的转子轮的轮缘。固定装置(26)被可释放地固定到每个叶片上的突出部(24)并且包括用于接合突出部上的互补的表面(48)的斜面(42)。一旦施加切向组装力，相邻的叶片的罩(20)和翼片(16)在围绕通常径向的轴线的旋转方向预扭曲，使得燕尾榫面能够彼此接触，尽管干涉配合罩接触表面(32)。从突出部移除固定装置使得翼片(16)的偏置能够在相反的方向旋转罩形成最终组件，其中相邻的叶片的罩边缘(30)彼此接触，并且其燕尾榫面(34)彼此接触。

Description

组装带罩的涡轮机叶片和切向进入燕尾榫的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于具有罩和切向进入燕尾榫的叶片组装到涡轮机轮的轮缘上的方法和系统，特别地确保在最终的组件中在相邻的罩之间的完全精确的机械联结。

背景技术

例如用于蒸汽涡轮机中的带罩的涡轮机叶片要求罩边缘彼此机械接触，消除在相邻的罩之间的任何间隙。罩通常支持施加的顶端密封装置以提供改进的涡轮机热效率。在使用情况下还需要高水平的机械可靠性。具有主要为菱形(即，完全的菱形或修改的菱形)的构造的罩满足这些设计特征。然而，具有菱形构造的罩本身不是新的或和使用切向进入燕尾榫的叶片一起是新的。具有菱形形状的罩的叶片目前已经被用于低、中和高压力涡轮机应用中。然而，随着翼片的硬度增加，随着翼片的展弦比(即，径向高度/轴向宽度)减小，或者随着需要更高的预扭曲应力，整体地带罩的叶片变得越来越难组装。与具有菱形构造的罩和切向进入燕尾榫的叶片的组装有关的问题包括；产生消除在相邻的罩和燕尾榫面之间的间隙(即，压紧到一起)，并且导致叶片翼片的充分的预扭曲所需要的充分高的切向力。预扭曲的水平必须足够以确保在涡轮机操作的全部正常阶段期间，相邻的罩保持接触，即，机械地联结。对于用于大的蒸汽涡轮机应用中的尺寸的叶片，在涡轮机轮上充分地将叶片压紧到一起需要的切向组装力能够变得非常高。而且，当叶片被压紧到一起时，燕尾榫经历旋转，其又减小施加到叶片翼片的预扭曲的水平。必须限制燕尾榫旋转以确保适当地组装。此外，必须限制当另外的叶片被安装到轮上时，处于压紧构造的叶片后退远离彼此。向后退的倾向与在罩接触表面处产生的力和这些表面相对于切向方向的定向有关。因此，需要可以克服上述与带罩的叶片在涡轮机轮上的组装有关的问题的组装方法和系统；并且其将又允许叶片满足全部效率和可靠性目标。

发明内容

在本发明的优选的实施例中，将多个叶片组装到转子轮上的方法，其中，每个叶片包括在相反端分别终止于罩和燕尾榫的翼片，该方法包括以下步骤：响应切向组装力的施加，在围绕通常径向的轴线的旋转方向预扭曲每个叶片的罩和翼片，以干涉配合罩接触表面，由此将旋转偏置给予翼片，使得罩和翼片能够随后旋转形成最终组件，其中相邻的叶片的罩边缘彼此接触并且相邻的叶片的燕尾榫面彼此接触。

在本发明的再一个优选的实施例中，将多个叶片组装到转子轮上的方法，其中，每个叶片包括在相反端分别终止于罩和燕尾榫的翼片，该方法包括以下步骤：在每个叶片的罩上提供突出部；在每个叶片的罩携带的每个突出部上可释放地固定固定装置，各自的相邻的叶片的固定装置和突出部具有相对于切向方向成锐角的通常互补的渐缩的表面；及靠着之前安装在转子轮缘上的相邻的叶片的罩携带的突出部的渐缩的表面楔入正在被安装的每个叶片的罩携带的固定装置，以预扭曲叶片的罩和翼片。

在本发明的再一个优选的实施例中，涡轮机轮和叶片组件包括多个叶片，每个包括翼片、邻近翼片的顶端的罩和邻近翼片的根部的燕尾榫；每个罩携带的突出部；可释放地固定到每个突出部并且具有在切向方向延伸以在之前组装到轮上的叶片的突出部的一部分上面的凸出物的固定装置，相邻的罩具有干涉配合接触表面；突出部和固定装置凸出物中的至少一个具有与突出部和固定装置凸出物中的另一个的表面接触的渐缩的表面，以预扭曲正在被安装的罩和翼片。

附图说明

图1为示出了根据本发明的优选的实施例的被安装在涡轮机转子轮的轮缘上的具有菱形形状罩的叶片的不完整的透视图；

图2为在将叶片组装到轮上期间，在向内朝向罩的径向外部面看时的一对叶片的平面图；

图3为图2的部分的放大的不完整的细节；

图4为用于固定到罩上的突出部的固定装置的放大图；

图5为与图2相似的视图，示出了在将叶片组装到转子轮上期间，罩和翼片的旋转或扭曲的方向；

图6为与图5相似的视图，其中移除了固定装置，示出了罩和翼片的逆向旋转；

图7为与图6相似的视图，其中叶片在最终组件内；及

图8为在最终固定时的叶片的罩和翼片的不完整的侧视图。

具体实施方式

现在参考附图，特别参考图1，示出了包括轮的轮缘12的涡轮机转子轮10，轮的轮缘12具有肋和凹槽构造，即，围绕轮10的圆周沿其相反的轴向侧的松树构造。图1中还示出了多个通常指定为14的叶片。每个叶片14包括具有从翼片的根部凸出的燕尾榫18和邻近翼片的顶端的罩20的翼片16。应该理解，燕尾榫18具有配合的相应的肋和凹槽配置，即，与轮燕尾榫12的松树构造互补的松树构造。从而，叶片14组成切向进入叶片，由此，叶片被布置在轮10上的没有示出的径向槽内，并且可滑动地围绕涡轮机轮布置，使得燕尾榫的接触面和罩的接触边缘分别与相邻的叶片的对应的部分接合。图1中还示出了反抗旋转的键22，其围绕转子轮10的燕尾榫12的外边界延伸，并且其接合在燕尾榫18的底部处的对应的槽内，以最小化或排除燕尾榫在组装和操作期间旋转，并且从而最小化或排除叶片14在组装和操作期间旋转。相似的反抗旋转的键在与本发明共同的受让人的美国专利No.5,509,784中描述并且示出。

在图1中，叶片14中的每个示出为包括从罩20的前边缘径向向外凸出的突出部24。突出部24优选地与罩20整体地形成并且在最终组装以后从每个叶片和罩部分地移除。图1中还示出了安装在各自的突出部24中的每个上的固定装置26，并且固定装置26轴向地向前凸出。每个固定装置26可以通过螺栓28固定到关联的突出部24。

如在图2中最佳地示出的，罩20具有菱形构造。应该理解，在最终组件中，罩的有角度的限界或切向的边缘30如图7所示邻接彼此。然而，当叶片被组装到涡轮机轮并且相邻的燕尾榫面34彼此接触时，那些通常相对于切向轴线或方向以大约40到60度延伸的连接的有角度的边缘30在它们的配合的罩接触表面32处具有显著的干涉情况。即，在罩的接触边缘30上具有过量的材料，使得当相邻的叶片14的燕尾榫面34彼此接触时，罩边缘将理论上彼此重叠。因为在罩接触表面32处的此罩干涉情况，相邻的燕尾榫面34不能与彼此完全齐平地接触，直到罩20发生旋转或扭曲。通过围绕叶片径向轴线旋转罩，罩盖的切向间距发生变化，这允许叶片组件调和罩干涉情况。即，通过罩围绕叶片的通常径向的轴线旋转以产生罩的扭曲以及叶片翼片的弹性的预扭曲来吸收形成相邻的罩的边缘30的过量的材料。因为罩边缘30的角度，当罩围绕通常径向的轴线旋转时，罩的扭曲减小罩的切向宽度，直到全部干涉被吸收。通过扭曲罩，翼片充当扭转弹簧，其用来在叶片的全部正常操作情况中维持相邻的罩接触表面32之间的接触负载。

为了在组装期间预扭曲翼片，需要足够的切向组装力以产生需要的扭曲力矩，即，通过在罩接触表面32上的支承力在罩上发生的转矩。切向组装力还必须克服与相对于相邻的接触表面32滑动一个接触表面32有关的摩擦力。

在上面参考的美国专利No.5,590,784中，提供了相对于切向轴线具有浅角度，即，大约15度角的罩接触表面，当切向地组装叶片时形成楔入效应。从而，对于在该专利中示出的陡的角度设计，在罩接触表面上产生大的支承力，并且该支承力定向为基本上在轴向方向，在罩上产生相当大的扭曲力矩。然而，与力的轴向分量相比，组装力在切向方向的分量相对较小，这最小化克服罩力和摩擦力的切向分量所必须需要的切向组装力。

然而，具有大致较大的切向轴线，即，在大约40度到60度左右的菱形构造的罩减小当叶片被切向地驱动时在罩接触表面之间的楔入作用，导致需要的切向组装力大致大于对于之前专利的陡的角度设计。这限制了能够被适当地组装的叶片的尺寸。

然而，根据本发明的优选的实施例，通过将固定装置26施加到突出部24调和非常大的干涉接触表面角度。参考图2和3，每个固定装置26包括从固定装置26接附到的突出部24在切向方向凸出的部分40。凸出物40在每个轴向下游面上包括引导斜面42，对切向轴线具有大约10度的角度θ，并且终止于定向为与切向轴线大约成0度的平面44，如图3所示。平面44通向或者终止于固定装置26的下游面内的台阶46。台阶46的尺寸基于罩接触表面32处的干涉水平调节。另外，如图3所示，突出部24的轴向接纳表面也包括与斜面42互补的斜面48，斜面48定位在与具有对准斜面42的突出部邻近的突出部上。

为了将叶片组装到转子轮的轮缘上，例如，使用螺栓28将固定装置26固定到突出部24。要被组装的每个相继的叶片围绕轮的轮缘滑动到斜面42接触之前的叶片的突出部24上的配合斜面48的位置。一旦形成接触，将切向组装力施加到正在被安装的叶片，以朝向之前的叶片驱动该叶片。从而，固定装置26初始地沿通过配合斜面42和48形成的楔角滑动，产生相当大的扭转力矩，并且导致在罩处发生如图5所示的相应的旋转，以及翼片16的扭曲作用。应该理解，由于施加切向组装力，配合的叶片都将扭曲。当在两个叶片的面之间的轴向台阶等于固定装置内的台阶尺寸时，固定装置的平的表面44接触罩突出部的平的轴向地向前的面。在罩处的旋转的大小取决于固定装置台阶尺寸，并且被设定为稍微超过通过在罩接触表面32处的干涉情况自然地产生的旋转的水平。从而，因为罩扭曲并且由于罩边缘30的角度，在旋转罩时，盖的切向宽度被吸收到叶片的燕尾榫表面的面彼此接触的程度。台阶的尺寸设定为，例如，使得在边缘30之间存在大约0.002到0.004英寸间隙。这使得相邻的叶片能够滑动到一起，以使得燕尾榫面34能够彼此接触，仅由有关的摩擦力抵抗叶片的运动。因为在固定装置26和突出部24之间的小角度，即，10度斜面，并且因为平面44和相邻的突出部之间的接触，这样的接触的摩擦力大于倾向于驱动叶片分开的力。因此，在被驱动到一起以后，即使当移除组装力时，叶片也将保持部分地组装的位置。这又使得另外的叶片能够被组装并且类似地被驱动到一起，不受来自之前组装的叶片的干涉。

当除了截止叶片以外的全部叶片已经被围绕轮施加时，将截止叶片插入轮燕尾榫内的径向开口，并且用键或销固定到邻近的叶片。在截止和相邻的叶片的罩上的组装固定装置辅助组装截止叶片，因为可以用固定装置施加截止叶片罩的预扭曲。从而，截止叶片被插入并且径向地驱动进入凹口开口。

在组装截止叶片以后，从罩移除组件固定装置26。当固定装置26被移除时，在与初始的预扭曲相反的方向发生罩的旋转(即，对比图5和6)。罩的此相反的或负的旋转使得罩的接触表面32能够彼此完全齐平地接触。即，此逆向旋转通过之前施加预扭曲的翼片16的偏置提供。应该理解，在叶片组装期间，燕尾榫反抗旋转的键22在其位置以限制燕尾榫旋转。从而，通过罩旋转产生的叶片翼片内的预扭曲水平偏置罩以在相反的方向旋转形成最终组件。随后可以例如通过机械加工移除突出部24的外部部分54，得到包括在如图7和8所示的最终位置内的突出部24的剩下的部分的罩20。

参考图5-7，在罩压力侧表面上提供了减荷凹槽50。减荷凹槽50在罩接触和间隙表面之间提供低的应力过渡。减荷凹槽50还用于通过在峰值罩弯曲和支承应力之间形成分隔减小磨蚀疲劳的可能。其还在罩接触和间隙表面之间形成分隔，使得能够在更加关键的罩接触表面上执行最终加工操作，不会影响完成的间隙表面或圆角嵌条表面。

虽然已经结合目前认为最实用和优选的实施例描述了本发明，应该理解，本发明不限于披露的实施例，而是倾向于覆盖包括在后附的权利要求书的精神和范围内的各种修改和等价的方案。

涡轮机转子轮 10

轮的轮缘 12

叶片 14

翼片 16

燕尾榫 18

罩 20

反抗旋转的键 22

突出部 24

固定装置 26

螺栓 28

有角度的限界或切向的边缘 30

罩接触表面 32

燕尾榫面 34

凸出物 40

引导斜面 42

平面 44

台阶 46

斜面 48

Claims

1.一种将多个叶片(14)组装到转子轮(10)上的方法，其中每个叶片包括在相反端分别终止于罩(20)和燕尾榫(18)的翼片(16)，该方法包括以下步骤：响应切向组装力的施加，在围绕通常径向的轴线的旋转方向预扭曲每个叶片的罩和翼片，以干涉配合罩接触表面(32)，由此将旋转偏置给予翼片，使得叶片能够随后旋转形成最终组件，其中相邻的叶片的罩边缘(30)彼此接触并且相邻的叶片的燕尾榫面(34)彼此接触，其中，进行将每个叶片的罩和翼片预扭曲到超过通过在相邻的罩接触表面之间的干涉配合产生的旋转水平的旋转水平。

2.根据权利要求1所述的方法，包括当施加所述切向组装力时，在燕尾榫和转子轮的界面处抑制燕尾榫的旋转运动(22)。

3.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：靠着相邻的叶片的罩(20)携带的突出部(24)楔入每个叶片的罩(20)携带的固定装置(26)，以预扭曲叶片罩(20)和翼片(16)。

4.根据权利要求1所述的方法，包括沿转子轮缘(12)滑动正在被安装的每个叶片(14)，以在罩(20)和翼片被预扭曲到超过通过在相邻的罩接触表面(32)之间的干涉配合产生的旋转水平的旋转水平时，接合相反的燕尾榫面(34)。

5.一种将多个叶片(14)组装到转子轮(10)上的方法，其中每个叶片包括在相反端分别终止于罩(20)和燕尾榫(18)的翼片(16)，该方法包括以下步骤：响应切向组装力的施加，在围绕通常径向的轴线的旋转方向预扭曲每个叶片的罩和翼片，以干涉配合罩接触表面(32)，由此将旋转偏置给予翼片，使得叶片能够随后旋转形成最终组件，其中相邻的叶片的罩边缘(30)彼此接触并且相邻的叶片的燕尾榫面(34)彼此接触，包括在每个叶片的罩上提供突出部，将固定装置(26)可释放地固定到每个叶片的罩携带的每个突出部(24)上，各自的相邻的叶片的固定装置和突出部具有相对于切向方向成锐角的通常互补的渐缩的表面(42，48)，靠着之前安装在转子轮缘(12)上的相邻的叶片的罩(20)携带的突出部(24)的渐缩的表面(48)楔入正在被安装的每个叶片的罩(20)携带的固定装置(26)，以预扭曲叶片的罩和翼片。

6.一种将多个叶片(14)组装到转子轮(10)上的方法，其中每个叶片包括在相反端分别终止于罩(20)和燕尾榫(18)的翼片(16)，该方法包括以下步骤：

在每个叶片的罩上提供突出部；

在每个叶片的罩携带的每个突出部上可释放地固定固定装置(26)，各自的相邻的叶片的固定装置和突出部具有相对于切向方向成锐角的通常互补的渐缩的表面(42，48)；及

靠着之前安装在转子轮缘(12)上的相邻的叶片的罩(20)携带的突出部(24)的渐缩的表面(48)楔入正在被安装的每个叶片的罩(20)携带的固定装置(26)，以预扭曲叶片的罩和翼片。

7.根据权利要求6所述的方法，包括对于每个叶片从突出部(24)移除固定装置(26)，以使得罩和翼片能够在相反的旋转方向旋转形成最终组件。

8.一种涡轮机的轮(10)和叶片组件，其包括：

多个叶片(14)，每个包括翼片(16)、邻近翼片的顶端的罩(20)和邻近翼片的根部的燕尾榫(18)；

每个罩携带的突出部(24)；

可释放地固定到每个突出部并且具有在切向方向延伸以在之前组装到轮上的叶片的突出部的一部分上面的凸出物(40)的固定装置(26)，相邻的罩具有干涉配合接触表面(32)；

突出部和固定装置凸出物中的至少一个具有与突出部和固定装置凸出物中的另一个的表面接触的渐缩的表面(42，48)，以预扭曲正在被安装的罩和翼片。

9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述固定装置(26)包括所述渐缩的表面(42)，所述突出部(24)具有第二渐缩的表面(48)，所述两个渐缩的表面彼此接合以预扭曲罩和翼片。