制造渦輪機隔板的方法
【專利說明】制造渦輪機隔板的方法
[0001]本申請是于2008年I月8日提交的已進入中國國家階段的PCT專利申請(中國國家申請?zhí)枮?00880001871.8，國際申請?zhí)枮镻CT/EP2008/050130，發(fā)明名稱“用于渦輪機的隔板及制造方法”)的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及軸流式渦輪機中所用的類型的隔板的新穎結(jié)構(gòu)。特別涉及，但不局限于，汽輪機隔板。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及所謂的“平臺”型隔板結(jié)構(gòu)，見圖1A和1B。圖1A是靜葉片或輪葉的透視圖，圖1B是構(gòu)成靜葉片的隔板在制造過程中的徑向剖視圖。在這種類型的隔板中，翼部(翼型)I的端部與徑向內(nèi)部和外部"平臺"2、3形成一體，翼部和平臺由實體材料機加工而成。在圖1A中，相鄰葉片形狀以虛線表示，通過在內(nèi)部和外部隔板環(huán)5、6之間將依次組合的翼部/平臺部件4組裝在一起形成為環(huán)形陣列，并將平臺焊接到隔板環(huán)上，完整的一圈靜葉片被組建起來。內(nèi)部和外部隔板環(huán)和平臺被進一步機加工，以適合于容納渦輪機密封特征和裝配相鄰渦輪機特征。在組裝完成后，內(nèi)部和外部平臺2、3形成隔板的內(nèi)部和外部接口壁。
[0004]目前采用平臺結(jié)構(gòu)的HP和IP汽輪機的實踐是將葉片構(gòu)造在內(nèi)部隔板環(huán)上，然后將外部隔板環(huán)收縮在葉片上。在目前的設(shè)計中，要求內(nèi)部隔板環(huán)支撐靜葉片，并且賦予隔板剛度，以抵抗在渦輪機的組裝和操作過程中趨向于使隔板扭轉(zhuǎn)變形的力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，一種渦輪機隔板包括:
一圈靜葉片，每個靜葉片包括內(nèi)部平臺、翼部和外部平臺；以及外部隔板環(huán)，其圍繞所述一圈靜葉片并且焊接在外部平臺上；
其中，內(nèi)部平臺用作內(nèi)部隔板環(huán)，內(nèi)部平臺的對置邊緣彼此干涉配合(interferencefit)，并且翼部在內(nèi)部和外部平臺之間處在承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力狀態(tài)。
[0006]內(nèi)部平臺之間的干涉產(chǎn)生了圍繞著完整隔板的內(nèi)徑的剛性帶，其有益地影響隔板的動力學(xué)特性。
[0007]本發(fā)明消除了現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)部隔板環(huán)以及將其連接到葉片內(nèi)部平臺所需的焊接，從而減少了隔板所需的材料和制造環(huán)節(jié)。此外，消除了內(nèi)部隔板環(huán)，還伴隨著增大渦輪機轉(zhuǎn)子(內(nèi)部平臺必須密封在該轉(zhuǎn)子上)的半徑，這降低了渦輪機工作流體在隔板上的總壓力負載。
[0008]在隔板環(huán)的內(nèi)徑與外部平臺的外徑之間可以存在帶錐度的界面。
[0009]可通過下述方式在組裝隔板的過程中獲得翼部中的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
初始組裝所述一圈葉片，以使得相鄰內(nèi)部平臺的選定對置邊緣部分彼此接觸，而相鄰?fù)獠科脚_的所有對置邊緣部分之間存在間隙；以及
利用外部隔板環(huán)將所述一圈葉片徑向壓縮至預(yù)定的最終直徑，即通過外部隔板環(huán)的內(nèi)表面與外部平臺的外表面之間強制接觸，以使得相鄰?fù)獠科脚_的選定對置邊緣部分之間的間隙被縮減掉，相鄰內(nèi)部平臺的選定對置邊緣部分之間的接觸變?yōu)楦缮媾浜?，并且翼部中建立彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
[0010]隔板組件中建立預(yù)應(yīng)力可以有益地影響葉片動力學(xué)特性。
[0011]為了確保隔板組件中的全部扭轉(zhuǎn)負載被限定在葉片圈上并且只有來自葉片圈的徑向向外負載被隔板環(huán)承受，相鄰?fù)獠科脚_的選定對置邊緣部分(在隔板環(huán)被推壓到外部平臺上時這些選定對置邊緣部分之間發(fā)生接觸)包括軸向定向邊緣部分和相對于圓周方向傾斜的邊緣部分。
[0012]通過上述特征，所產(chǎn)生的隔板同現(xiàn)有技術(shù)相比具有減少的焊接和材料需求，同時具有相同的靜態(tài)強度和可預(yù)期的操作中的良好動力學(xué)特性。
[0013]通過閱讀下面的詳細描述以及權(quán)利要求書中可以清楚地理解本發(fā)明。
【附圖說明】
[0014]下面將參照附圖描述本發(fā)明的代表性實施方式，在附圖中:
圖1A和IB示出了現(xiàn)有技術(shù)的“平臺”型渦輪機隔板結(jié)構(gòu)，圖1A為靜葉片或輪葉的透視圖，圖1B為隔板的徑向部分在制造過程中的局部視圖；
圖2以局部徑向剖視圖示出了兩個動渦輪機葉片列，和根據(jù)本發(fā)明的完全組裝的渦輪機隔板，隔板安置在動葉片列之間；
圖3A和3B是類似于圖2所示的隔板中的單一靜葉片的等角透視圖，圖3A是葉片翼部凹入(壓力)側(cè)的視圖，圖3B是葉片翼部凸出(吸力)側(cè)的視圖；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明由金屬板切割出多個半隔板環(huán)的過程；
圖5示出了由兩個半隔板環(huán)形成的完整隔板環(huán)的結(jié)構(gòu)；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機隔板組件的徑向外側(cè)部分的徑向剖視圖；
圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪機隔板組裝過程的一部分；
圖8A和SB顯示了現(xiàn)有技術(shù)平臺型渦輪機隔板結(jié)構(gòu)與根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)相比較的平臺內(nèi)間隙和接觸；
圖9是在根據(jù)本發(fā)明的焊接過程中渦輪機隔板的外側(cè)部分的示意性徑向剖視圖；
圖10是在對圖9中的焊件進行機加工以將焊接的隔板分離為兩個半體以便進行進一步機加工的半隔板的端部的等角透視圖。
【具體實施方式】
[0015]圖2是本發(fā)明的實施方式的局部徑向剖切概圖，顯示了汽輪機中的完全組裝的隔板10，其安置在依次相繼的動葉片12、13的環(huán)形列之間。每個動葉片分別設(shè)有安置在機加工于轉(zhuǎn)子轂18的輪緣中的相應(yīng)槽16、17中的徑向內(nèi)部“T形葉根”部分14、15。動葉片還設(shè)有徑向外部葉冠19、20，它們密封在外接分段環(huán)21、22上。已知的是，葉冠19、20和環(huán)21、22之間的密封由翅片23、24實現(xiàn)，所述翅片嵌塞到機加工于環(huán)21、22中的凹槽中。
[0016]隔板10包括一環(huán)形列的靜葉片，每個靜葉片具有翼部(翼型)30，翼部的徑向內(nèi)側(cè)和外側(cè)端部分別與徑向內(nèi)部和外部平臺31、32形成一體。圖3A和3B是靜葉片在被組裝到隔板中之前的相反兩側(cè)的圖示，顯示了內(nèi)部和外部平臺31、32的形狀。在制造過程中，平臺32的徑向外表面焊接在大體積外部隔板環(huán)33的內(nèi)徑上，所說外部隔板環(huán)加固隔板并且在渦輪機操作中控制隔板的熱膨脹和收縮。然而，與現(xiàn)有技術(shù)截然不同，本發(fā)明沒有設(shè)置大體積內(nèi)部隔板環(huán)。相反，內(nèi)部平臺31被制作成足夠厚，以容納密封在隔板10和轉(zhuǎn)子轂18之間的浮動式迷宮密封件31A或類似物。
[0017]本發(fā)明的另一特征是內(nèi)部和外部平臺31、32的形狀和相對尺寸，并且隔板10組裝過程如后文所述使得翼部能夠在它們的徑向內(nèi)側(cè)和外側(cè)端部之間承受一定程度的扭轉(zhuǎn)；即，同它們被組裝到隔板中之前的狀態(tài)相比，組裝過程使得內(nèi)部平臺31繞大致徑向穿過每個葉片的扭轉(zhuǎn)軸線相對于外部平臺32略微扭轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致葉片承受預(yù)應(yīng)力，從而對葉片處于負載下時的動力學(xué)特性產(chǎn)生有益的影響。
[0018]圖8A示出了完成了的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的相鄰平臺之間的接觸和間隙，圖SB示出了完成了的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中的接觸和間隙。在圖中，翼部30相對于平臺31、32而言的近側(cè)位置以虛線表示。可以預(yù)期，在圓周方向上內(nèi)部平臺比外部平臺窄。圖8A中的內(nèi)部和外部平臺具有相同的軸向?qū)挾?。在圖8B中，外部平臺的軸向?qū)挾缺伙@示為大于內(nèi)部平臺的軸向?qū)挾?，盡管這兩個寬度可以相等。從俯視圖中看，圖8A和8B中的相鄰內(nèi)部和外部平臺均沿著它們的界面具有互鎖的鋸齒或曲柄形狀。內(nèi)部平臺31具有相對于流經(jīng)渦輪機通道的氣流而言的周向延伸的前緣和后緣L(i)、T(i)，所述通道的方向以框形箭頭表示。類似地，夕卜部平臺32的周向延伸的前緣和后緣表示為L (O)、T (O)。
[0019]在俯視圖中看，圖8A中的內(nèi)部平臺之間的界面的曲柄形狀是這樣實現(xiàn)的，即相鄰平臺的相互對置邊緣80 (i)包括第一和第二(分別較短和較長)軸向定向邊緣部分81 (i)和82(i)，這兩個邊緣部分沿圓周方向彼此錯開，以形成曲柄形狀的第一和第二軸向延伸臂。沿著從每個內(nèi)部平臺的后緣T(i)至前緣L(i)的順序，第一軸向定向邊緣部分81(i)后面跟著的是傾斜邊緣部分83(i)，其形成該曲柄形狀的傾斜臂并將第一軸向