CN208106502U - 叶片及涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种叶片和涡轮机。其中，一种叶片包括翼型件，所述翼型件具有翼型件轴线。所述护罩设置在所述翼型件的尖端处，并且所述护罩具有第一端缘、第二端缘、前缘和后缘。密封轨沿所述护罩的径向外表面周向延伸。嵌条沿所述护罩的所述径向外表面延伸并且定位成直接紧邻所述密封轨。复合减压切口形成在所述护罩的第一端缘中。所述复合减压切口具有：第一切口，所述第一切口具有从所述密封轨背离并向所述第一端缘延伸的第一半径，以及第二切口，所述第二切口具有背离所述第一切口的端部延伸到所述第一端缘的第二半径。所述第二半径大于所述第一半径。
Description
背景技术
本说明书中公开的主题涉及涡轮发动机。更确切地说，本实用新型主题涉及涡轮机的部件。
在燃气涡轮机中，压缩机向一个或多个燃烧器提供加压空气，其中空气与燃料混合并燃烧以产生热燃烧气体。这些气体向下游流动到涡轮机，涡轮机从中提取能量以产生机械能量输出和用于驱动压缩机的动力。随着时间的推移，由于涡轮机内的极端条件，包括由热气流引起的高温和高压，诸如叶片或喷嘴等涡轮机部件可能会经历疲劳。确切地说，某些涡轮机部件例如位于涡轮转子上的叶片，可能经历需要检修或更换的疲劳。
如果疲劳区域中的缺陷位置使用焊接或其他基于热度的操作，维修过程可能使局部区域进一步疲劳。因此，无法对由于磨损和破损而导致的一些缺陷位置进行维修。更换这些部件可能很昂贵，尤其是选定区域中的疲劳是发生在诸如转子轮上的叶片等若干部件时。
实用新型内容
根据一个方面，提供了一种用于修整位于翼型件尖端处的翼型件护罩的方法。所述翼型件护罩具有第一端缘、第二端缘、前缘和后缘。定位步骤将参考位置定位在所述第一端缘中。所述参考位置包括嵌条的一部分。密封轨沿翼型件护罩的径向外表面周向延伸。所述嵌条沿所述径向外表面延伸并且定位成紧邻所述密封轨。成形步骤在所述嵌条中形成复合减压切口(compound relief cut)以去除所述参考位置，而不对所述翼型件护罩执行焊接过程。所述复合减压切口具有：第一切口，所述第一切口具有从所述密封轨向所述第一端缘延伸的第一半径，以及第二切口，所述第二切口具有从所述第一切口的端部延伸到所述第一端缘的第二半径。所述第二半径大于所述第一半径。翼型件护罩的修整在形成所述复合减压切口后完成。
除了上述一个方面之外，本实用新型还提供以下方面：
方面1：根据上述一个方面的方法，进一步包括：
在形成所述减压切口之后，将所述翼型件护罩安装在涡轮机中。
方面2：根据上述一个方面的方法，其中形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的外角是优角。
方面3：根据上述一个方面的方法，其中形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的内角是钝角。
方面4：根据方面2的方法，所述第一半径为约0.100英寸到约0.125英寸，并且所述第二半径为约0.125英寸到约0.200英寸。
方面5：根据方面2的方法，所述第一切口背离与所述密封轨相平行而延伸约30度的弧度。
方面6：根据方面5的方法，所述第二切口始于所述第一切口的所述端部处，并且所述第二切口背离与所述密封轨相平行而延伸额外约60度到约90度的弧度，其中所述复合减压切口背离与所述密封轨相平行而延伸约90度到约120度的弧度。
方面7：根据方面2的方法，进一步包括在形成所述复合减压切口的同时切开(cutthrough)硬面层。
根据另一方面，一种叶片包括翼型件，所述翼型件具有翼型件轴线。所述护罩设置在所述翼型件的尖端处，并且所述护罩具有第一端缘、第二端缘、前缘和后缘。密封轨沿所述护罩的径向外表面周向延伸。嵌条沿所述护罩的所述径向外表面延伸并且定位成直接紧邻所述密封轨。复合减压切口形成在所述护罩的第一端缘中。所述复合减压切口具有：第一切口，所述第一切口具有从所述密封轨背离并向所述第一端缘延伸的第一半径，以及第二切口，所述第二切口具有背离所述第一切口的端部延伸到所述第一端缘的第二半径。所述第二半径大于所述第一半径。
除了上述另一方面之外，本实用新型还提供以下方面：
方面8：根据上述另一方面的叶片，其中形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的外角是优角，或者形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的内角是钝角。
方面9：根据方面8的叶片，所述第一半径为约0.100英寸到约0.125英寸，并且所述第二半径为约0.125英寸到约0.200英寸。
方面10：根据方面8的叶片，所述第一切口背离与所述密封轨相平行而延伸约30度的弧度。
方面11：根据方面10的叶片，所述第二切口始于所述第一切口的所述端部处，并且所述第二切口背离与所述密封轨相平行而延伸额外约60度到约90度的弧度，其中所述复合减压切口背离与所述密封轨相平行而延伸约90度到约120度的弧度。
方面12：根据方面11的叶片，进一步包括位于所述第一端缘的一部分上的硬面层，所述复合减压切口部分形成于所述硬面层中。
根据又一方面，一种涡轮机包括转子以及连接到所述转子的叶片。所述叶片包括翼型件，所述翼型件具有翼型件轴线。所述护罩设置在所述翼型件的尖端处，并且所述护罩具有第一端缘、第二端缘、前缘和后缘。密封轨沿所述护罩的径向外表面周向延伸。嵌条沿所述护罩的所述径向外表面延伸并且定位成紧邻所述密封轨。在所述护罩的第一端缘中形成复合减压切口。所述复合减压切口具有：第一切口，所述第一切口具有从所述密封轨背离并向所述第一端缘延伸的第一半径，以及第二切口，所述第二切口具有背离所述第一切口的端部延伸到所述第一端缘的第二半径。所述第二半径大于所述第一半径。
除了上述又一方面之外，本实用新型还提供以下方面：
方面13：根据上述又一方面的涡轮机，其中形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的外角是优角，或者形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的内角是钝角。
方面14：根据方面13的涡轮机，所述第一半径为约0.100英寸到约0.125英寸，并且所述第二半径为约0.125英寸到约0.200英寸。
方面15：根据方面13的涡轮机，所述第一切口背离与所述密封轨相平行而延伸约30度的弧度。
方面16：根据方面15的涡轮机，所述第二切口始于所述第一切口的所述端部处，并且所述第二切口背离与所述密封轨相平行而延伸额外约60度到约90度的弧度，其中所述复合减压切口背离与所述密封轨相平行而延伸约90度到约120度的弧度。
方面17：根据方面16的涡轮机，其中所述叶片位于所述涡轮机的第三级中。
通过以下说明结合附图将更加清楚明白这些以及其他优点和特征。
附图说明
本说明书结尾处特别地指明了本实用新型的主题，并且该主题明确地在权利要求中要求保护。通过以下具体实施方式结合附图清楚明白本实用新型的上述和其他特征以及优点，在附图中：
图1示出了燃气涡轮机系统的实施例的示意图；
图2示出了具有护罩的叶片的实施例的侧视图；
图3示出了图2所示叶片的俯视图；
图4示出了具有瑕疵的叶片或翼型件护罩的实施例的俯视图；
图5示出了根据本实用新型一个方面的图4所示翼型件护罩的俯视图，其中所述翼型件护罩具有减压切口以修复所述瑕疵；
图6示出了根据本实用新型一个方面的图5所示减压切口区域的放大俯视图；
图7示出了根据本实用新型一个方面的复合减压切口的示意图；以及
图8示出了根据本实用新型一个方面的用于修整翼型件护罩的方法。
具体实施方式参考附图以举例方式解释本实用新型的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
图1是燃气涡轮机系统(或涡轮机)100的实施例的示意图。系统100包括压缩机102、燃烧器104、涡轮机106、轴(或转子)108和燃料喷嘴110。系统100可以包括多个压缩机102、径向燃烧器104、涡轮机106、轴108和燃料喷嘴110。如图所示，压缩机102和涡轮机106通过轴108连接。轴108可以是单个轴或连接在一起形成轴108的多个轴段。
在一个方面中，燃烧器104使用诸如天然气或富氢合成气体等液体和/或气体燃料来运行涡轮机系统。例如，燃料喷嘴110与燃料供应源112和来自压缩机102的加压空气流体连通。燃料喷嘴110产生空气燃料混合物，并将所述空气燃料混合物排放到燃烧器104中，从而引起燃烧，产生热加压排气。燃烧器104引导热加压排气通过过渡件进入转子和定子组件中，使得涡轮机106随着气体离开喷嘴而旋转，其中所述气体随后被引至所述涡轮叶片。涡轮机106中连接到转子的叶片的旋转可使轴108旋转，从而随着空气流入压缩机102中而压缩空气。
在实施例中，在涡轮机中的叶片(或喷嘴)的护罩中形成减压切口。在一个实施例中，所述护罩定位在涡轮叶片上。形成减压切口以修整所述护罩并去除翼型件护罩中的缺陷或参考位置。在一个实施例中，所述参考位置是诸如裂缝等护罩上已发现的瑕疵或缺陷。所述缺陷或参考位置可能是由于涡轮机运行期间暴露于极热和极压而发生的疲劳引起的。在一个实施例中，在不对所述护罩进行焊接的情况下形成减压切口，从而降低可能由焊接过程引入护罩内的额外疲劳的发生率。在一个实施例中，所述减压切口提供对翼型件护罩结构良好的修复，以便能够在形成所述减压切口之后重新使用和重新安装所述翼型件。因此，所述维修可节省对翼型件进行检修的时间和成本。
本说明书中所用的术语“下游”和“上游”所指示的方向相对于通过涡轮机的工作流体流的方向。因此，术语“下游”是指大体上对应于工作流体流动方向的方向，并且术语“上游”大体上是指与工作流体的流动方向相反的方向。此外，术语“前缘”和“后缘”表示某一部分相对于工作流体流的位置。确切地说，翼型件的前缘在翼型件的后缘之前与热气流接触。术语“径向”是指垂直于参考部件或组件的轴线或中心线的移动或位置。可能有用的是将各个部件描述成处于相对于轴线的不同径向位置。在这种情况下，如果第一部件相对于第二部件更靠近所述轴线，则本说明书中可以将第一部件描述成位于所述第二部件的“径向内部”。另一方面，如果第一部件相对于第二部件更远离所述轴线，则本说明书中可以将第一部件描述成位于所述第二部件的“径向外部”或“外侧”。术语“轴向”是指平行于轴线的移动或位置。例如，轴108的纵向中心线限定涡轮机系统100的轴向轴线。最后，术语“周向”是指围绕轴线的移动或位置。尽管以下讨论主要集中于燃气涡轮机，但是所讨论的概念不限于燃气涡轮机，并且可以应用于任何合适的旋转机械，包括蒸汽涡轮机。因此，本说明书中的讨论涉及燃气涡轮机实施例，但是也可以应用于蒸汽涡轮机和其他涡轮机械。
图2是叶片200的侧视图。图3是图2所示叶片200的俯视图。在实施例中，多个叶片200连接到诸如涡轮发动机系统100等涡轮机中的转子轮。叶片200包括翼型件202。在一个实施例中，翼型件202将热气流206的能量转换成叶片的切向运动，进而使叶片所附接到的转子旋转。翼型件202的顶部设有密封轨204，用于防止热气流206通过叶片尖端与周围的固定部件(未示出)的内表面之间的间隙。如图所示，密封轨204从位于轮叶前端的护罩208的径向外侧(或表面)214表面周向延伸。如图所示，护罩208包括径向外侧214和径向内侧(或表面)216。在叶片上的转子组件中，密封轨204围绕转子上的叶片排周向延伸超出翼型件202，使其足以与设置在相邻叶片尖端处的密封轨对齐，从而有效阻止流体绕过轮叶排，使得气流必须被引导到叶片202的工作长度上。操作期间，叶片和转子围绕转子轴线212旋转。此外，翼型件轴线210大体垂直于轴线212延伸并且纵向延伸通过翼型件202。
在实施例中，护罩208是由翼型件202朝向其中心支撑的平板，其中护罩208在涡轮机操作期间会经受高温和离心载荷。因此，护罩208的各个部分随时间推移可能会经历疲劳，其中本说明书中所述修整过程的实施例可修复疲劳，例如叶片护罩中的缺陷、瑕疵或参考位置。
图4示出了如上文所述设置在翼型件尖端处的叶片护罩400的俯视图。叶片(或翼型件)护罩400具有限定护罩的前缘402、后缘404、第一端缘406和第二端缘408。密封轨412沿护罩的径向外侧414从第一端缘406周向延伸到第二端缘408。在转子的叶片排组件中，第一端缘406配置成位于邻近相邻护罩的第二端缘408处，以在涡轮机级中提供大体连续的周向密封轨组件。周向定义成大体上沿圆的外径延伸(或与圆的周边相切)的路径，圆的原点是轴向的(进入和离开绘制所述圆的页面)，并且径向将平行于绘制所述圆的页面并且从原点开始直线延伸到圆上的任何点。周向密封轨组件阻挡热气流(例如206)绕过叶片排，从而引导该气流沿叶片翼型件的工作长度流动。
密封轨412的每一侧上均具有嵌条413，所述嵌条沿径向外表面414延伸，以为密封轨412提供支撑。在涡轮机运行期间，由高压和高温引起的疲劳可能导致护罩400中形成瑕疵、缺陷或参考位置410。在一个实施例中，参考位置410是密封轨412的嵌条413附近的裂缝。在参考位置410位于例如嵌条413中的一个或多个或密封轨412等结构区域中或附近等情况下，可以使用减压切口来修复和去除参考位置410，如下所述。可以在不对护罩执行焊接过程的情况下形成减压切口。相反，使用焊接来修复参考位置的过程可能对翼型件护罩400的材料结构区域，例如嵌条413，产生不利影响。护罩400还可以包括位于其选定区域中的硬面涂层(或层)415。硬面涂层415可以是耐磨材料，例如火焰喷涂碳化铬(或其他任何合适的材料)。硬面415位于护罩中可能与相邻护罩部分接触(或摩擦)的表面上。例如，相邻(或第二)护罩(未示出)将具有与第一护罩(如图所示)的硬面层415接触的第二边缘408。
图5示出了根据本实用新型的一个方面设置在翼型件尖端处的叶片护罩400的俯视图。护罩400具有形成在护罩端缘中的复合减压切口520(compound relief cut)。减压切口520可以延伸通过位于嵌条413和/或密封轨412的端部处的硬面层415。所述复合减压切口具有两个部分，每个部分具有不同的曲率半径，并且所述构造可减小所述部分中的应力并延长所述部分的使用寿命。
图6示出了图5所示减压切口区域的放大图。硬面层415位于密封轨412的端部，并且在形成复合减压切口之前可存在于嵌条413的端部上。复合减压切口520形成于第一端缘406的一部分中，并且包括第一切口521和第二切口523，其中第一切口与第二切口平滑地接合。第一切口521始于密封轨412处或其中并且背离密封轨向第一端缘406的远端延伸。第一切口521具有弧形轮廓，所述轮廓具有第一半径522。第二切口523始于第一切口521的端部处，并且背离第一切口延伸到第一端缘406。第二切口523也具有弧形轮廓，但具有第二半径524。第二半径524大于第一半径522。仅作为示例，第一半径522可以为约0.100英寸到约0.125英寸，并且第二半径可以为约0.125英寸到约0.200英寸。术语“约”定义为规定值的10％容差。可以看出，复合减压切口520由平滑地接合在一起的两个不同半径切口(或曲线)形成。第一切口521的端部是第二切口523的起始处。
第二切口523的端部与相邻第一端缘部分406之间形成角度。外角531是形成于所述部分之外的角度，并且角531是优角。优角大于180度但小于360度。仅作为示例，优角531可以为约181度到约225度，但是具体应用中可以根据需要使用任何合适的优角。内角530也形成于第二切口523的端部与相邻第一端缘部分406之间。内角530是形成于所述部分之内的角度，并且内角530是钝角。钝角小于180度但大于90度。角度530和角度531的总和等于360度。仅作为示例，内角530可以为约135度到约179度，但是具体应用中可以根据需要使用任何合适的钝角。此外，复合减压切口520可以部分地形成于硬面层415中。
图7示出了复合减压切口520的示意图。第一切口521背离平行于密封轨412的方向延伸约30度的弧度。例如，第一切口521从密封轨开始并继续延伸约30度的弧度。始于第一切口端部处的第二切口523背离于与密封轨相平行延伸另外约60度到约90度的弧度。复合减压切口520(包括第一和第二切口这两者)背离于与密封轨相平行延伸约90度到约120度的弧度。然而，可以对于第一切口和第二切口采用任何合适的弧度。
图8示出了根据本实用新型一个方面的用于修整翼型件护罩的方法800。方法800可以包括定位步骤810，所述步骤将参考位置410定位在翼型件护罩的第一端缘406中。所述参考位置可以包括嵌条413的一部分。嵌条413沿径向外表面414延伸并且定位成直接紧邻密封轨，所述密封轨沿翼型件护罩的径向外表面414周向延伸。
成形步骤820在嵌条413中形成复合减压切口520以去除参考位置410，而不对所述翼型件护罩执行焊接过程。复合减压切口520可以采用研磨机、钻头、刻纹机(router)或其他任何适当的研磨或切割工具形成。复合减压切口520具有：第一切口521，第一切口具有从密封轨412向第一端缘406延伸的第一半径522，以及第二切口523，第二切口具有从第一切口521的端部延伸到第一端缘406的第二半径524。第二半径524大于第一半径522。此外，成形步骤可以包括切开硬面层以形成所述复合减压切口。翼型件护罩的修整在形成复合减压切口520之后完成，并且所述翼型件护罩可在步骤830中形成所述减压切口之后安装在涡轮机中。
尽管仅结合有限数目的实施例详细描述了本实用新型，但应易于理解的是，本实用新型并不局限于此类公开的实施例。相反，本实用新型可经修改以涵盖之前并未描述、但与本实用新型的精神和范围相符合的任何数目的变化、更改、替换或等效布置。另外，尽管已经描述了本实用新型的各种实施例，但应理解的是，本实用新型的各个方面可以仅包括前述实施例中的一些实施例。因此，本实用新型不应被视为受前述说明书的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。
Claims (12)
1.一种叶片，包括：
翼型件，所述翼型件具有翼型件轴线；
护罩，所述护罩设置在所述翼型件的尖端处，所述护罩具有第一端缘、第二端缘、前缘和后缘；
密封轨，所述密封轨沿所述护罩的径向外表面周向延伸；
嵌条，所述嵌条沿所述护罩的所述径向外表面延伸并且定位成直接紧邻所述密封轨；以及
形成于所述护罩的所述第一端缘中的复合减压切口，所述复合减压切口具有：第一切口，所述第一切口具有背离所述密封轨并向所述第一端缘延伸的第一半径，以及第二切口，所述第二切口具有背离所述第一切口的端部延伸到所述第一端缘的第二半径，所述第二半径大于所述第一半径。
2.根据权利要求1所述的叶片，其中形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的外角是优角，或者形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的内角是钝角。
3.根据权利要求2所述的叶片，所述第一半径为0.100英寸到0.125英寸，并且所述第二半径为0.125英寸到0.200英寸。
4.根据权利要求2所述的叶片，所述第一切口背离与所述密封轨相平行而延伸30度的弧度。
5.根据权利要求4所述的叶片，所述第二切口始于所述第一切口的所述端部处，并且所述第二切口背离与所述密封轨相平行而延伸额外60度到90度的弧度，其中所述复合减压切口背离与所述密封轨相平行而延伸90度到120度的弧度。
6.根据权利要求5所述的叶片，进一步包括位于所述第一端缘的一部分上的硬面层，所述复合减压切口部分形成于所述硬面层中。
7.一种涡轮机，包括：
转子；
连接到所述转子的叶片，所述叶片包括：
翼型件，所述翼型件具有翼型件轴线；
护罩，所述护罩设置在所述翼型件的尖端处，所述护罩具有第一端缘、第二端缘、前缘和后缘；
密封轨，所述密封轨沿所述护罩的径向外表面周向延伸；
嵌条，所述嵌条沿所述护罩的所述径向外表面延伸并且定位成直接紧邻所述密封轨；以及
形成于所述护罩的所述第一端缘中的复合减压切口，所述复合减压切口具有：第一切口，所述第一切口具有背离所述密封轨并向所述第一端缘延伸的第一半径，以及第二切口，所述第二切口具有背离所述第一切口的端部延伸到所述第一端缘的第二半径，所述第二半径大于所述第一半径。
8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的外角是优角，或者形成于所述第二切口的端部与所述第一端缘之间的内角是钝角。
9.根据权利要求8所述的涡轮机，所述第一半径为0.100英寸到0.125英寸，并且所述第二半径为0.125英寸到0.200英寸。
10.根据权利要求8所述的涡轮机，所述第一切口背离与所述密封轨相平行而延伸30度的弧度。
11.根据权利要求10所述的涡轮机，所述第二切口始于所述第一切口的所述端部处，并且所述第二切口背离与所述密封轨相平行而延伸额外60度到90度的弧度，其中所述复合减压切口背离与所述密封轨相平行而延伸90度到120度的弧度。
12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述叶片位于所述涡轮机的第三级中。
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