反作用式蒸汽渦輪靜止部件的整體噴嘴和葉輪及相關的方法

2023-09-12 03:35:35

專利名稱：反作用式蒸汽渦輪靜止部件的整體噴嘴和葉輪及相關的方法
技術領域：
本發明總的涉及蒸汽渦輪構形，尤其涉及反作用式蒸汽渦輪的整體噴嘴和葉輪構形。
背景技術：
現有的各級整體覆蓋反作用式(integral-cover reaction)噴嘴級是由大量的被裝配到加工好的定子鑄件或者噴嘴支座上的單個的反作用式噴嘴組成的。更具體地說，單個的噴嘴被裝入燕尾槽中，並用單個徑向承載銷釘固定在該支座上。每個噴嘴頂端被加工成具有一種與該渦輪轉子幹擾的特定的頂端密封構形，以便最大限度地減少沿該熱燃氣通道發生的蒸汽洩漏。
同理，現有的各級整體覆蓋反作用式葉片也是由大量的用單個徑向承載銷釘裝配到一加工好的轉子鍛件內的單個反作用式葉片組成的。裝配好之後，用固位硬體將這些葉片固定，這些葉片頂端則被加工成該特定的頂端密封構形。
定子鑄件的製造、定子加工、噴嘴坯料和噴嘴加工和定子裝配、以及轉子鍛件、轉子加工、葉片坯料、葉片加工和裝配所花的工時和費用大大增加了反作用式蒸汽通道的總的成本。
本發明概述按照本發明的示例性實施例，簡化了噴嘴和葉片的製造/裝配工藝，降低了反作用式蒸汽通道的總成本，而不影響整個反作用式蒸汽渦輪設計的完整性。
在該示例性實施例中，將一塊整圓的扁平坯料加工出整排的反作用式噴嘴。要明白，上述的坯料可以是鍛造的、軋制的圓環或板坯。將該整圓的圓環置於加工中心，加工其內徑、外徑、入口過渡部分(inlet blend)翼面、翼面界限、覆環密封構形、固位細部和該噴嘴的其他標準細節。然後將該整體的噴嘴盤分割成(也可以不分割)兩個或多個弧形的扇形段以備進行最後的蒸汽通道的裝配工序。
同理，可在一塊整圓的扁平坯料上加工出單級的反作用式翼面，上述坯料也可以是鍛造的軋制的圓環或板坯。該整體的葉輪上也被加工出葉片尖端密封幾何形狀、配合的軸向面的槽舌密接和固位細部。
也可將相鄰的定子和轉子表面合併成該整體噴嘴和葉輪，後者分別是噴嘴和/或葉片翼面的前面和/或後面並用來便於多個噴嘴盤以相對於葉輪交替排列的方式沿軸向疊置。
因此，本發明的一個方面涉及用於渦輪轉子部件的整體葉輪，包括由一整塊的坯料製成的整圓的葉輪，該葉輪的徑向外部分被製成具有多個葉片，每個葉片具有一個翼面部分和一個徑向外頂端覆環部分，該葉輪的徑向內部分被製成具有一個或多個裝配細部。
本發明的另一方面涉及一種用於反作用式渦輪轉子部件的整體葉輪，包括一塊整圓的帶有被加工成具有多個葉片的徑向外部分的坯料，上述葉片分別具有一個翼面部分和一個徑向外端覆環部分；該坯料的徑向內部分，被製成具有多個圍繞該徑向內部分沿圓周間隔分布的錨定孔或螺栓孔。
本發明的又一方面涉及製造渦輪葉輪的方法，該方法包含如下步驟將扁平坯料製成一個圓環；將該圓環的徑向外部分加工成具有多個分別具有一個翼面部分的葉片；然後將該圓環的徑向內部分加工成具有一些裝配細部。
下面結合附圖詳細說明本發明。
附圖簡述

圖1是按本發明典型實施例的整體噴嘴盤的透視圖；圖2是按本發明的另一種整體噴嘴盤的透視圖；圖3是裝配在下渦輪殼體中的圖1的噴嘴盤透視圖；圖4是類似於圖3的透視圖，但上渦輪殼體被置於噴嘴盤的上扇形段上面；和圖5是按本發明另一個實施例的整體渦輪轉子葉輪的透視圖。
本發明的詳細說明首先參看圖1，圖中示出分割成上、下兩個180°的扇形段或者說兩個半拉12、14的整體噴嘴盤10。顯然，將盤件劈開成兩半方便於裝配到上、下渦輪殼體部件或者說部分上，上述噴嘴盤扇形段包圍著轉子部件。
在該示例性實施例中，噴嘴盤10由一塊整圓的經鍛造和軋製成圓環或板坯的扁平坯料製造而成，上述圓環此後被加工成在該噴嘴盤的徑向內部分具有多個呈圓周排列的翼面16。翼面16的徑向內端部也被加工成具有一種決定該盤件內徑的整體覆蓋密封構形18，盤件的其餘部分(具體說是徑向外部分)20加工成具有裝配用的螺栓孔或錨定孔22和任何其他的凸緣或槽舌，以便利於與類似盤件或與容納轉子部件的轉動平臺的盤件間的獨立墊圈沿軸向疊置。
圖2示出另一種整體噴嘴盤24，該盤件的一側面26加工成具有一個在整體噴嘴30的上遊沿軸向延伸的過渡的喇叭口形入口28，在盤件24的徑向外部分34也加工出螺栓孔或錨定孔30，以便利於上述的軸向疊置。
圖3示出安置在下渦輪殼體部件36上的圖1的噴嘴盤10，其中，多個錨定或螺栓38穿過盤件10上的孔22，並由螺帽或其他零件固定住，以便於多個噴嘴盤軸向疊置。
圖4示出類似圖3的構形，但上渦輪殼體部件42裝配在下渦輪殼體部件36上，可以看出，噴嘴盤的上、下扇形段12、14和上、下渦輪殼體部件36、42採用常規的固位/固緊構形(未示出)分別互相連接。在噴嘴盤為扇形段構形的情況下，符合上述本發明的扇形段也要被加工出該固位/固緊細部。
參看圖5，由一塊扁平的板坯料(鍛造和軋制的圓環或板坯)加工成一個反作用式渦輪轉子葉輪44，該葉輪44加工出一個中心孔46、一個徑向內部分48和一個徑向外部分50。顯然，孔46可根據相關轉子的尺寸、形狀等加工成所需的幾何形狀。
葉輪的徑向內部分48具有連接部位細部在所示實施例中，包括多個圍繞徑向內部分沿圓周隔開分布的螺栓孔或錨定孔52。上述的徑向外部分加工出多個渦輪葉片54，每個葉片具有一個翼面部分56和一個整體覆環或者頂端覆蓋件58，該頂端覆蓋件58沿整個翼面部分56的徑向外頂端是整圓的。
如同圖1所示的渦輪噴嘴盤10那樣，葉輪44也可分割成兩個180°的扇形段，以便於裝配，尤其利於現場更換單個葉輪。在其他的情況下，葉輪44不分割開，並作為單個的整圓的整體葉輪來裝配。
葉輪44除了加工出翼面部分56和頂端覆蓋件58之外，還要進行如下精加工葉輪外徑、內徑、入口過渡部分、翼面界限和其他標準的葉片細部。
相鄰的轉子面在該葉片翼面部分的前後，也可被合併到該葉輪中。例如，單一的相鄰轉子面(前或後)可被併入該葉輪，並且可以是整體的，或在將該葉片加工成之後加上。另外，成對的相鄰轉子面(前和後)可被併入該葉輪，並且可以是整體的，或在將該翼面加工成後加上。有些應用場合不需要任何附加的相鄰轉子面。
按照上面所述本發明的方法加工該翼面，可以消除下列的與現有的反作用式葉片設計相關的障礙·覆蓋覆環的幹擾問題；·覆蓋覆環在工作過程中朝相反方向的拆開；·涉及對每一級裝配的多個單獨的葉片/銷釘的拆開的軸向間隙問題；·需要在工藝過程中進行諸如扭轉、壓擠、和喉口面積測量等的裝配檢驗的問題；·需要例行的裝配模態試驗以及每次試驗相關的經費問題；和·關於為單個葉片裝配專用承載銷釘的人機控制關係。
除了解決了上面各項以外，該整體葉輪還可達到下列目的·提高了保養/修理幾排葉片的能力；·建立了已知的/可重複的邊界條件；·減少了每一級的部件數目；·減少了裝配階段內的偏差量；·減少了來自葉片和轉子製造過程中的無用料(廢料)的量；·減少了轉子鍛件的尺寸、重量和成本；·防止了在錯誤的部件和/或方向進行裝配；
·減少了為支持很少製造的製造工藝、工裝、操作機構、檢驗、程序和伴隨的誤差機會所需的設備資源量；和·與單個的葉片相比，顯著減少了所需的材料量。
雖然上面結合當前認為是最實際的和最佳的實施例說明了本發明，但是要明白，本發明不限於所述的實施例，而是相反，本發明要包括符合所附權利要求的精神和範圍的各種改型和相當的構形。
圖中的標號及名稱10噴嘴盤16葉片18覆蓋密封構形22錨定孔或螺栓孔24整體噴嘴盤26一側面12噴嘴盤的上扇形段14噴嘴盤的下扇形段32螺栓孔或錨定孔34徑向外部分36下渦輪殼體部件40螺帽42上渦輪殼體部件44葉輪46中心孔48徑向內部分50徑向外部分52螺槍孔或錨定孔54渦輪葉片56翼面部分58覆環或者葉尖覆蓋
權利要求
1.一種渦輪轉子部件的整體葉輪(44)，具有一個從一整塊坯料製成的整圓的葉輪，該葉輪的徑向外部分(50)被製成具有多個葉片(54)，每個葉片具有一個翼面部分(56)和一個徑向頂端外覆環部分(58)，上述葉輪的徑向內部分(48)被製成具有一個或多個裝配細部(52)。
2.根據權利要求1的整體葉輪，其特徵在於，上述的裝配特徵包括多個位於上述翼面部分徑向向內處的錨定孔或螺栓孔(52)。
3.根據權利要求2的整體葉輪，其特徵在於，上述的錨定孔或螺栓孔(52)圍繞上述徑向內部分(48)沿周圍間隔。
4.根據權利要求1的整體葉輪，其特徵在於，上述的葉輪(44)被分割成兩個或多個扇形段。
5.根據權利要求1的整體葉輪，其特徵在於，上述的坯料包括鍛坯。
6.根據權利要求1的整體葉輪，其特徵在於，上述的坯料包括軋制的環形坯件。
7.根據權利要求1的整體葉輪，其特徵在於，上述的坯料包括大致扁平的板坯。
8.根據權利要求1的整體葉輪，其特徵在於，該葉輪(44)具有一個適合於接納一渦輪轉子的中央孔(46)。
9.一種反作用式渦輪轉子部件的整體葉輪(44)，包括一塊帶有被加工成具有多個葉片(54)的徑向外部分(50)的單個整圓的坯料，上述的葉片(54)分別具有一個翼面部分(56)和一個徑向外頂端覆環部分(58)，徑向內部分(48)被加工成具有多個在其外圍沿圓周間隔的錨定孔或螺栓孔(52)。
10.一種製造渦輪葉輪(44)的方法，包含如下步驟將扁平坯料製成一個環圈；將上述環圈徑向外部(50)加工成具有多個葉片(54)；每個葉片具有翼面部分(56)並將上述環圈的徑向內部(48)加工成具有一些裝配細部(52)。
全文摘要
用於渦輪定子和轉子部件的整體噴嘴盤(10)和整體葉輪(44)分別具有一個從整塊坯料加工而成的整圓的葉輪。噴嘴盤(10)具有加工成具有多個葉片(16)的徑向內部分，而葉輪(44)則加工成具有多個葉片(54)。上述的噴嘴盤和葉輪可以分割成多個扇形段。
文檔編號B23P15/02GK1936276SQ20061013953
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月22日 優先權日2005年9月23日
發明者C·加茲洛, J·T·墨菲, S·斯萬, R·J·布拉肯, J·R·辛金斯 申請人:通用電氣公司