用于預(yù)扭轉(zhuǎn)翼型件的圍帶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于預(yù)扭轉(zhuǎn)翼型件的圍帶。描述方法和用于渦輪或一般地說渦輪機(jī)的葉片，其中，葉片在頂端處具有圍帶節(jié)段，其設(shè)計(jì)成至少部分地借助于利用沿接合面具有中央缺口的圍帶節(jié)段裝配葉片來與環(huán)形組件中的相鄰葉片的圍帶節(jié)段接合。
【專利說明】用于預(yù)扭轉(zhuǎn)翼型件的圍帶
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機(jī)中的有圍帶葉片的改進(jìn)。本發(fā)明特別但不排他地有關(guān)于安裝到蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子上的移動(dòng)葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]在下列描述中，用語“渦輪”用于指的是具有通過諸如蒸汽或氣體的流體介質(zhì)強(qiáng)制率禹合(force couple)的定子和旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。對于本發(fā)明而言，特別感興趣的是包括與移動(dòng)的轉(zhuǎn)子葉片的徑向布置交替的徑向布置的固定定子葉片或靜葉。移動(dòng)大體是指(be registered as)相對于外殼或殼體的移動(dòng)。
[0003]移動(dòng)葉片設(shè)計(jì)成具有用以與轉(zhuǎn)子裝配的底端處的根部和用以與相鄰葉片的圍帶接合從而形成環(huán)的頂端處的圍帶。移動(dòng)葉片裝配到具有沿軸向或周向的凹槽的轉(zhuǎn)子上。軸向凹槽可為筆直或彎曲的。
[0004]已知裝配葉片排使得每個(gè)葉片扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)過程可被認(rèn)為通過典型地由在根部區(qū)段和頂部或圍帶區(qū)段處施加的力施加機(jī)械約束而迫使葉片從其不受約束的平衡狀態(tài)進(jìn)入扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0005]試圖避免的具體問題是在渦輪設(shè)計(jì)中激勵(lì)(多個(gè))葉片的自然或特征頻率。葉片或葉片組件的任何類型的諧振行為潛在地具有對渦輪的操作的有害影響，并且因此將被避免。通過使用較剛性的葉片輪廓和/或增大的扭轉(zhuǎn)角而看到避免操作期間的諧振的方法。兩種解決方案具有在以高預(yù)應(yīng)力度裝配葉片排時(shí)導(dǎo)致增大的應(yīng)力或增加的困難的缺點(diǎn)。以較高預(yù)扭轉(zhuǎn)裝配的葉片可傾向于彎曲而不是根據(jù)要求扭轉(zhuǎn)。因此，可視為本發(fā)明的目的是，改進(jìn)現(xiàn)有葉片設(shè)計(jì)以增大葉片的頻率，同時(shí)至少部分地避免與先前解決方案相關(guān)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的方面，沿有圍帶葉片(優(yōu)選為用于渦輪或一般地說渦輪機(jī)的預(yù)扭轉(zhuǎn)葉片)的接觸面設(shè)置缺口，以增大(多個(gè))葉片的頻率。
[0007]缺口或凹陷優(yōu)選地定位成使得其與具有平面表面并因此不具有缺口的相鄰常規(guī)圍帶之間的接觸區(qū)域部分地重疊。以該方式，初始接觸區(qū)域被有效地分割，并且新接觸區(qū)域包括圍帶的面超過缺口的寬度的部分。可視為本發(fā)明的目的的是用通過施加至圍帶的接觸區(qū)域或接觸面的缺口分離的兩個(gè)接觸區(qū)域代替單個(gè)接觸區(qū)域。
[0008]由于具有平面表面的相鄰常規(guī)圍帶之間的初始接觸區(qū)域典型地接近面的一個(gè)(軸向)端部，故缺口可位于面的中間，使得構(gòu)成圍帶的相鄰節(jié)段之間的接觸沿軸向朝向圍帶的兩個(gè)端部擴(kuò)展。
[0009]該特征以較高節(jié)徑增大頻率，并且因此提高有圍帶葉片排的頻率穩(wěn)定性。
[0010]在優(yōu)選實(shí)施例中，圍帶節(jié)段優(yōu)選地僅具有其周向端部中的一個(gè)處的缺口，其中，缺口的深度在高達(dá)圍帶節(jié)段的周向?qū)挾鹊?0%的范圍內(nèi)。對于商業(yè)上使用的葉片而言,深度典型地在0.1mm至5mm的范圍內(nèi)，或者甚至在0.1mm至Imm的范圍內(nèi)。如果缺口在相鄰圍帶的接觸面之間被分割，則每個(gè)缺口的深度可例如根據(jù)任何其它期望比率對分或分割。
[0011]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，缺口沿至少覆蓋兩個(gè)相鄰圍帶節(jié)段之間的潛在接觸區(qū)域的完全徑向長度的線沿徑向延伸。取決于其形狀，缺口的一部分可沿軸向延伸至潛在接觸區(qū)域的邊緣，并且從而甚至延伸至圍帶節(jié)段的邊緣。
[0012]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，缺口沿圍帶節(jié)段的總軸向?qū)挾鹊闹辽?.1倍或至少0.3倍沿軸向延伸，并且更加優(yōu)選地圍繞圍帶節(jié)段的周向定向質(zhì)心定心。
[0013]缺口還可施加成限定接觸區(qū)域的徑向位置。例如，缺口可為大體T形的，其中，在面的軸向中心線上方除去更寬的材料帶，以確保該中心線下方的相鄰圍帶之間的接觸。如果缺口包括既在該中心線上方又在其下方除去的較寬帶，則接觸區(qū)域可限定至其上或接近其的位置。
[0014]在圍帶節(jié)段的接合面具有沿周向的臺階或相似的幾何改變的情況下，以上缺口可施加至沿周向面向的每個(gè)面，即，圍帶以其彼此接觸的每個(gè)面。
[0015]本發(fā)明的這些和另外的方面從下列詳細(xì)描述和如下面列出的附圖將為顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在該附圖中:
圖1示出了以它們的圍帶節(jié)段彼此接合的一組三個(gè)葉片或翼型件；
圖2A示出了已知的單個(gè)葉片和圍帶節(jié)段的頂部的更詳細(xì)的三維示意圖；
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例的單個(gè)葉片和圍帶節(jié)段的頂部的與圖2A相同的視圖；
圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例的修改的圍帶節(jié)段；
圖3A是已知的兩個(gè)接合圍帶節(jié)段的三維示意圖；
圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例的兩個(gè)接合圍帶節(jié)段的與圖3A相同的視圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例的翼型件排的第一模式與但沒有修改的相同排相比的頻率偏移。
[0017]部件列表 11，12，13 葉片
11-1，12-1，13-1 根部區(qū)段 11-2，12-2，13-2 圍帶節(jié)段 111接合面 112，114接觸區(qū)域 113 缺口
41頻率與節(jié)徑曲線圖 42頻率與節(jié)徑曲線圖(改進(jìn))。
【具體實(shí)施方式】
[0018]使用安裝到蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子上的葉片或翼型件排的實(shí)例在下列描述中更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)例的方面和細(xì)節(jié)。
[0019]在圖1的透視圖中示出一組三個(gè)葉片11、12、13。每個(gè)葉片具有用于插入到轉(zhuǎn)子(未示出)的對應(yīng)周向凹槽中的根部區(qū)段11-1、12-1、13-1。在每個(gè)葉片的頂部處，實(shí)際翼型件的頂部具有圍帶節(jié)段11-2、12-2、13-2。圍帶節(jié)段構(gòu)成被稱為圍帶的完整周向環(huán)。在實(shí)例中，圍帶節(jié)段彼此接觸，但是原則上相對于彼此自由移動(dòng)。因此，圍帶節(jié)段從它們的裝配位置移動(dòng)到由轉(zhuǎn)子以例如25、30、50或60Hz快速旋轉(zhuǎn)引起的操作位置。
[0020]葉片的預(yù)扭轉(zhuǎn)可通過以超過標(biāo)稱長度的少量擴(kuò)大圍帶節(jié)段11-2、12-2、13_2的周長而實(shí)現(xiàn)，該標(biāo)稱長度如通過將圍帶的周長除以每排的葉片數(shù)而確定。當(dāng)葉片裝配到轉(zhuǎn)子的凹槽中時(shí)，扭轉(zhuǎn)在圍帶節(jié)段旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生以容納額外長度?？蛇x地，葉片在圍帶處的聯(lián)接還可通過翼型件由于旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的解扭實(shí)現(xiàn)。在該變型中，不需要預(yù)扭轉(zhuǎn)，圍帶節(jié)段在裝配時(shí)具有以渦輪的操作速度閉合的小空隙。
[0021]當(dāng)兩個(gè)相鄰圍帶節(jié)段(諸如，11-2、12_2)的接觸面為平整的時(shí)，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生接觸區(qū)域。典型地，該接觸區(qū)域接近接觸面的軸向端部中的一個(gè)。
[0022]通過如圖2A所示的已知葉片的圍帶節(jié)段11-2與如圖2B所示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例的葉片的圍帶節(jié)段11-2之間的比較來說明本發(fā)明的效果。在圖2A中，設(shè)計(jì)成與相鄰的圍帶節(jié)段接觸的圍帶節(jié)段11-2的面111示出為平坦表面。如上所述，在裝配的排中，接觸區(qū)域112將接近接觸面的軸向端部中的一個(gè)。在圖2A的透視圖中，接觸區(qū)域112示出為面111的鄰近軸向端處的陰影線部分(hatched patch)。
[0023]在圖2B的實(shí)例中，淺缺口或凹陷113已加工到面111中。缺口 113的位置與初始接觸區(qū)域112部分地重疊。缺口防止初始接觸區(qū)域112的重疊部分處的接觸，并且在缺口113的相對側(cè)在面111處引起第二接觸區(qū)域114。接觸區(qū)域被有效地分割成初始接觸區(qū)域
112的剩余部分和新接觸區(qū)域114。認(rèn)為具有兩個(gè)接觸區(qū)域使有圍帶葉片更剛性。
[0024]圖2B的缺口是矩形形狀的簡單淺凹槽。然而，可有利的是將凹槽切割成更復(fù)雜的形狀，以迫使剩余接觸區(qū)域112、114到圍帶的穩(wěn)定性或剛度增加的位置。例如，在圖2C中，凹槽113的截面形成為大寫字母H或雙T。該形狀迫使兩個(gè)區(qū)域112、114處的接觸接近圍帶節(jié)段11-2的(徑向)中心線。在其它變型(未示出)中，簡單T形可用于使接觸區(qū)域例如朝向圍帶節(jié)段在(徑向)中心線下方的底部移動(dòng)或移動(dòng)至在徑向中心線上方的頂部。在該實(shí)例的變型中，缺口的一部分可沿軸向延伸到面111的邊緣。
[0025]在圖3A中，示出具有已知的平坦接觸表面的兩個(gè)相鄰圍帶節(jié)段11-2、12_2。隱藏的線示出為虛線。在圖3B中，示出具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例改變的接觸面的兩個(gè)相鄰圍帶節(jié)段11-2、12-2。如上所述，缺口 113使圍帶節(jié)段11-2、12-2的相對面在其任一側(cè)的兩個(gè)單獨(dú)位置處彼此接觸。
[0026]在圖2B和圖3B的實(shí)例中，淺缺口僅施加于圍帶節(jié)段的接合面中的一個(gè)。然而，同樣可以具有圍帶節(jié)段的兩個(gè)接合面上的缺口，在該情況下，每個(gè)缺口可更淺，這是因?yàn)槊總€(gè)缺口有助于相鄰圍帶的分離。
[0027]缺口的總深度典型地設(shè)計(jì)成剛好足夠?qū)崿F(xiàn)接觸區(qū)域的期望分離，而不影響圍帶的總體機(jī)械穩(wěn)定性和泄漏行為。發(fā)現(xiàn)，對于典型圍帶節(jié)段而言轉(zhuǎn)化為0.1mm至5mm之間的、小于節(jié)段的周向?qū)挾鹊?0%的深度對于大部分應(yīng)用和葉片設(shè)計(jì)而言可為足夠的。
[0028]缺口的(軸向)寬度也經(jīng)受相似的設(shè)計(jì)約束，并且可在圍帶節(jié)段的總軸向?qū)挾鹊?0%至90%的范圍內(nèi)。典型地，發(fā)現(xiàn)，圍帶的總寬度的大約50%的寬度足以實(shí)現(xiàn)接觸區(qū)域的有效分離。[0029]缺口的高度(沿徑向)典型地與接合表面的高度相同，即，切穿接合表面。然而，如果精確地了解初始接觸區(qū)域，則較小缺口可僅施加于接觸區(qū)域以實(shí)現(xiàn)有效分離。
[0030]還應(yīng)當(dāng)注意，以上實(shí)例同樣可應(yīng)用于使用與以上應(yīng)用相同的原理的圍帶節(jié)段的接合表面的更復(fù)雜的幾何形狀。在圍帶節(jié)段的接合表面在周向上具有臺階從而形成兩個(gè)周向地面向的潛在接觸區(qū)域的情況下，如上所述的缺口可根據(jù)需要施加于它們中的任一個(gè)或兩者上的接觸區(qū)域，以分離接觸區(qū)域或多個(gè)接觸區(qū)域。
[0031]為了增強(qiáng)缺口的機(jī)械穩(wěn)定性，優(yōu)選為加工或切割缺口使得其側(cè)壁被開槽，從而避免在負(fù)荷下變形的邊緣。
[0032]對圍帶節(jié)段的修改的潛在效果在圖4的曲線圖中示出。曲線圖示出了用于首先25個(gè)節(jié)徑的軸向彎曲模式的頻率。下曲線41給出常規(guī)圍帶的頻率，而上曲線42反映從具有缺口或釋放凹槽的圍帶節(jié)段裝配的圍帶的行為。在兩個(gè)平穩(wěn)段(plateaus)之間的臨界帶中，兩個(gè)曲線之間的頻率偏移對于許多節(jié)徑而言超過10%，從而使得這些頻率在正常操作期間將不太可能被激勵(lì)，或者允許操作員或設(shè)計(jì)成以更寬的參數(shù)包絡(luò)線操作蒸汽渦輪。
[0033]已僅經(jīng)由實(shí)例在上面描述本發(fā)明，并且可在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出修改。本發(fā)明還可包括本文中描述或暗示或者附圖中示出或暗示的任何單獨(dú)特征，或者任何這些特征的任何組合或任何這些特征的任何概括，或者擴(kuò)展至其等同物的組合。因此，本發(fā)明的幅度和范圍不應(yīng)當(dāng)被以上描述的示例性實(shí)施例中的任何一個(gè)限制。
[0034]包括附圖的說明書中公開的每個(gè)特征可由用于相同、等同或相似目的的可選特征替代，除非另外清楚地?cái)⑹觥?br> [0035]除非在本文中明確地?cái)⑹?，遍及說明書的現(xiàn)有技術(shù)的任何討論不承認(rèn)這種現(xiàn)有技術(shù)為眾所周知的或者形成本領(lǐng)域中的公知常識的一部分。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦輪或一般地說渦輪機(jī)的葉片，所述葉片在頂端處具有圍帶節(jié)段，其設(shè)計(jì)成至少部分地借助于利用沿接合面具有缺口的所述圍帶節(jié)段裝配所述葉片來與環(huán)形組件中的相鄰葉片的圍帶節(jié)段接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，適合裝配為預(yù)扭轉(zhuǎn)葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，沿接合邊緣或面的缺口定位成使得所述接合面具有在所述缺口的兩(軸向)側(cè)與相鄰葉片的所述圍帶節(jié)段的接合面的接觸區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述缺口具有在0.1mm至高達(dá)所述圍帶節(jié)段的周向?qū)挾鹊?0%的范圍內(nèi)的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述缺口具有所述圍帶節(jié)段的總軸向?qū)挾鹊?0%至90%的軸向?qū)挾取?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述缺口具有適合確定所述接觸區(qū)域的徑向位置的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，位于所述圍帶節(jié)段的任一側(cè)的所述接合面中的僅在一側(cè)的面具有缺口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，具有用于插入到所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子中的根部區(qū)段。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，具有用于插入到蒸汽渦輪的轉(zhuǎn)子中的根部區(qū)段。
10.一種增大從用于渦輪或一般地說渦輪機(jī)的葉片裝配的環(huán)的頻率的方法，所述葉片在頂端處具有圍帶節(jié)段，其設(shè)計(jì)成在操作期間與所述環(huán)中的相鄰葉片的圍帶節(jié)段接合，所述方法包括如下步驟:裝配所述葉片，以及將中央缺口加工到接合相鄰葉片的圍帶節(jié)段的對應(yīng)面的所述圍帶節(jié)段的面中的至少一個(gè)中。
【文檔編號】F01D5/26GK103452596SQ201310211662
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】D.P.拉曼納加里, P-A.馬塞雷, R.B.弗勒明, C.卡卡格尼 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司