定子葉片隔板環、渦輪機及方法

2023-04-29 20:34:01

定子葉片隔板環、渦輪機及方法
【專利摘要】一種定子葉片隔板環包括均具有根部(18)和徑向銷接收器(22)的多個定子葉片(16)。隔板環還包括具有多個槽口(28)的第一環(24)，其中各個槽口由多個定子葉片(16)中的一個的根部(18)接合，以及具有多個徑向貫穿通路(32)的第二環(26)，其中各個徑向貫穿通路與多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器對準。隔板還包括多個銷(34)，其中各個銷從徑向貫穿通路中的一個延伸到多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器中。
【專利說明】定子葉片隔板環、渦輪機及方法

【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及渦輪機，具體是蒸汽渦輪，並且更具體地涉及一種定子葉片隔板和一種製作定子葉片隔板的方法。

【背景技術】
[0002]蒸汽渦輪為將蒸汽的熱能和壓力能轉換成可用於執行工作的旋轉運動的渦輪機。例如，蒸汽渦輪可用於驅動發電機或壓縮機。
[0003]為了提高蒸汽渦輪效率，蒸汽通常通過一定數量的級膨脹。各個級可包括定子葉片隔板和包括至少一個葉輪的裝有軸承的轉子組件。
[0004]在現代蒸汽渦輪中，定子葉片隔板的製造代表了顯著的成本，特別是在具有三個或更多個級的多級蒸汽渦輪中，該三個或更多個級中的各個可包括一個或更多個單獨的定子葉片隔板。
[0005]在一個此類製造過程中，加工了一定數量的獨立定子葉片和隔離件。接著，葉片的一端和隔離件圍繞定子環的周邊交錯地放置。各個葉片的自由端包括從一端延伸的柱。具有孔的護罩條接著被錘到葉片的鬆弛自由端上，直到柱從條的後側延伸出。該過程耗時、勞動密集，並且潛在地損壞所有定子隔板部分。例如，在錘擊期間，一個或更多個定子葉片可彎曲或以其它方式變形。即使定子葉片不變形，也仍存在以下可能性:葉片和/或隔板的其它部分將由於潛在不精確的錘擊而不正確地成角和/或間隔。
[0006]因此，所需的是一種較不昂貴、更有可能符合設計規格並且需要較少時間來製造的定子葉片隔板。


【發明內容】

[0007]根據示例性實施例，一種定子葉片隔板環包括均具有根部和徑向銷接收器的多個定子葉片。隔板環還包括具有多個槽口的第一環，其中各個槽口通過多個定子葉片中的一個的根部接合，以及第二環，該第二環具有多個徑向貫穿通路，其中各個徑向貫穿通路與多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器對準。隔板還包括多個銷，其中各個銷從徑向貫穿通路中的一個延伸到多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器中。
[0008]根據另一個示例性實施例，一種渦輪機包括:包括至少一個葉輪的轉子組件、連接於並且用於可旋轉地支承轉子組件的軸承，以及包括分段的定子隔板環的定子組件。定子隔板環中的各個節段包括具有均帶有至少一個銷接收器的第一端和第二端的定子葉片、具有至少一個徑向貫穿通路的第一環節段，至少一個徑向貫穿通路中的各個與定子葉片的第一端中的至少一個銷接收器中的對應一個對準，以及第二環節段，其具有至少一個徑向貫穿通路，至少一個徑向貫穿通路中的各個與定子葉片的第二端中的至少一個銷接收器中的對應一個對準。渦輪機還包括從第一環節段和第二環節段的徑向貫穿通路延伸到定子葉片銷接收器中的多個銷。
[0009]根據另一個示例性實施例，一種製作包括多個定子葉片、第一環和第二環的定子隔板的方法可包括以下步驟:將多個定子葉片中的各個的根部插入到第一環中的多個根部接收器中的對應一個中、圍繞多個定子葉片定位第二環，使得第二環中的多個徑向貫穿通路與多個定子葉片中的多個銷接收器對準，通過多個徑向貫穿通路插入多個銷，使得多個銷中的各個從多個通路中的對應一個延伸到多個銷接收器中的對應一個中，以及將多個銷真空硬釺焊於多個徑向貫穿通路中的至少一個和多個銷接收器中的至少一個。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]併入說明書中並且構成說明書的一部分的附圖示出了一個或更多個實施例，並且結合描述闡釋了這些實施例。在附圖中:
圖1示出了根據示例性實施例的定子葉片隔板環的透視圖。
[0011]圖2示出了圖1的示例性實施例的定子葉片。
[0012]圖3示出了圖1中所示的示例性實施例的截面視圖。
[0013]圖4示出了根據示例性實施例的另一個定子葉片隔板環。
[0014]圖5示出了根據示例性實施例的利用銷附接於內環的定子葉片。
[0015]圖6示出了根據示例性實施例的附接於由兩部分製成的內環的定子葉片。
[0016]圖7示出了根據示例性實施例的具有整體結合的銷的定子葉片。
[0017]圖8示出了根據示例性實施例的利用多個銷附接的定子葉片。
[0018]圖9為示出根據示例性實施例的製作隔板環的方法的流程圖。
[0019]圖10繪出了蒸汽渦輪。

【具體實施方式】
[0020]示例性實施例的以下描述提到了附圖。不同圖中的相同附圖標記識別相同或相似的元件。以下詳細描述並未限制本發明。作為替代，本發明的範圍由所附權利要求限定。為了簡單，關於具有定子和轉子的渦輪機的術語和結構論述了以下實施例。然而，接下來將論述的實施例不限於這些示例性系統，而是可應用於其它系統。
[0021]遍及說明書提到〃 一個實施例〃或〃實施例〃意指結合實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，在遍及說明書的各個地方出現短語〃在一個實施例中〃或〃在實施例中〃不一定是指相同的實施例。此外，特定的特徵、結構或特性可以以任何適合的方式組合在一個或更多個實施例中。
[0022]圖1至3示出了根據本發明的示例性實施例的定子葉片隔板14。隔板14可用於定子組件(例如，隨後將論述的蒸汽渦輪500)中。如圖1至3中所示，定子葉片隔板14包括多個定子葉片16，其中的各個包括圓柱形根部18(圖2)和圓柱形徑向銷接收器22 (圖2)。
[0023]隔板14還包括具有多個圓柱形徑向槽口 28的內環24，以及具有多個圓柱形徑向通路32的外環26。在圖1至圖3的實施例中，徑向槽口 28延伸穿過內環24，從而形成孔。注意，各個槽口 28構造成使得各個根部18可直接地插入到槽口 28中，例如不必如前文論述地滑動穿過通道和/或利用隔離件與相鄰葉片分開。各個根部18與各個槽口 28的接合還可構造成提供略微過盈或摩擦的配合，使得各個葉片16在進一步組裝步驟期間保持就位。
[0024]如圖3中所示，圓柱形銷34從各個徑向貫穿通路32延伸到各個徑向銷接收器22中，從而將各個葉片16裝固在內環24與外環26之間。在組裝期間，外環26定位成使得定子葉片16設置在內環24與外環26之間。內環24上的槽口 28可構造成使得在外環26置於葉片16之上時，徑向貫穿通路32中的各個自動地換位(index)或對準至相應的定子葉片徑向銷接收器22，從而使組裝過程較容易。各個銷34接著插入到徑向貫穿通路32中的一個中，並且前移，直到部分地位於相應的徑向銷接收器22中。注意，開啟的徑向槽口 28、徑向銷接收器22、銷34和徑向貫穿通路32位於隔板14的徑向軸線36上。
[0025]各個徑向銷接收器22可構造成提供與各個銷34的過盈或摩擦配合，使得各個葉片16在進一步組裝步驟期間保持就位。作為備選，銷34、徑向貫穿通路32和銷接收器22可構造成使得在各個銷34位於各個銷接收器22內時，各個葉片16可充分地裝固在內環24與外環26之間，以致使隔板環14的組裝完成。
[0026]外環26中的一個或更多個徑向貫穿通路32可包括具有第一截面面積的第一部分38和具有大於第一截面面積的第二截面面積的第二部分42。例如，第一部分38可具有對應於銷34的圓柱形截面面積，並且第二截面區域42可具有構造成提供加強的接近的第二截面面積，例如，以允許工具容易地到達徑向通路32內。此外，並且如圖3中所示，當銷34位於徑向銷接收器22內時，銷34的部分44可延伸到徑向通路32的第二部分42中。
[0027]將注意的是，在圖3的有利實施例中，定子葉片16不延伸到外環26中，以使外環26可置於葉片16之上，而不論外環26為單件或者分成小數量的件；這也對於圖4的實施例有效。具體而言，定子葉片16的外端表面與外環26的內表面匹配。
[0028]在圖1至3的實施例中，各個銷34可真空硬釺焊於徑向通路32中的對應一個和各個銷34位於其中的徑向銷接收器22。此外，各個根部18可真空硬釺焊於其對應的槽口28。真空硬釺焊過程還將各個定子葉片16裝固於內環24、外環26和各個銷34，並且可在隔板14的單個均勻加熱和冷卻循環中執行。用於執行隔板14的真空硬釺焊的真空硬釺焊設備可為標準真空硬釺焊設備，如例如美國專利第4，874，918號和第4，401，254號中公開的，其公開內容通過引用併入本文中。
[0029]對於硬釺焊過程，優選的是使用硬釺焊軟膏；硬釺焊軟膏優選為鎳基硬釺焊軟膏，更優選為鎳磷硬釺焊軟膏。
[0030]在圖3的實施例中，一些硬釺焊軟膏在插入各個根部18之前插入到各個槽口 28中；一些硬釺焊軟膏在插入各個銷34之後插入到各個貫穿通路32中。葉片16、內環24、夕卜環26和銷34之間的間隙尺寸確定為使得在硬釺焊過程期間，硬釺焊軟膏熔化，並且通過毛細作用沿槽口 28上升，直到內環24的上表面，並且沿銷34移動；以該方式，完美的密封在葉片16與環24和26之間獲得。
[0031]如圖1和3中進一步所示，內環24和外環26可在沿隔板14的周邊的第一位置46和第二位置48處在硬釺焊連接之間切割。所得的分段隔板可容易安裝於定子組件，諸如，在蒸汽渦輪500內。此外，由於切割提供了從與包括真空硬釺焊連接的連續環相關聯的約束的釋放，故分段的隔板環14可能夠更好地適應突然和/或局部的加熱相關的膨脹和收縮，其可在隔板14安裝在其中的蒸汽渦輪的啟動或停機期間發生。在圖1和圖3中的實施例中，隔板14中的切口的第一位置46和第二位置48選定成提供相等長度的第一定子隔板節段25和第二定子隔板節段27，即，定子隔板14半環節段。
[0032]圖4示出了隔板環114的備選實施例，其中定子葉片根部118中的各個和內環槽口 128中的各個設有橢圓形的截面，以防止各個定子葉片116與內環124之間的相對軸向旋轉。作為備選，根部118中的一個或更多個和一個或更多個相應的槽口 128可設有其它對應的非圓形的截面形狀。類似地，銷134中的一個或更多個和一個或更多個相應的銷接收器(圖4中未示出)或徑向通路132可設有對應的非圓形截面形狀，以進一步防止葉片116的軸向旋轉。
[0033]在圖1至3中所示的實施例中，葉片16構造成使得根部18接合內環24，同時銷接收器與外環26中的徑向通路對準。然而，本領域的普通技術人員將認識到其它構造也是可能的，例如，並且如圖5中所示，葉片116可包括接合外環126中的槽口 128的根部118，以及接收從內環124中的徑向通路132延伸的銷134的銷接收器122。在操作中，根部118和外環126中的槽口 128的非圓形輪廓可有助於防止葉片116的軸向旋轉。
[0034]在圖6中所示的另一個備選實施例中，葉片216包括從第一端延伸的整體結合的銷234和從其第二端延伸的根部218。在整體結合的銷234接收在外環226的徑向通路232中之後，根部218可裝固於內環224。具體而言，圖6中所示的實施例的內環224包括沿周向界面220接合於彼此的第一環部分224a和第二環部分224b。該特徵簡單地通過使環部分224a和224b與彼此接合來允許各個根部218由各個對應槽口 228接合。如圖6中所示，周向界面220可相交於並且更具體地平分多個槽口 228中的各個。
[0035]各個葉片216接著可例如通過各個根部218與內部部分224a和224b之間的真空硬釺焊和/或內環部分224a和224b之間沿界面220的真空硬釺焊來裝固於內環部分224a和224b。包括整體結合的銷234的葉片216可類似地裝固於外環226。如圖6中進一步所示，並且作為備選或除內環224之外，外環226也可設有沿周向界面230接合於彼此的第一環部分226a和第二環部分226b。此外，周向界面230可相交於多個徑向通路232中的各個。
[0036]圖7示出了另一個備選實施例。葉片316類似於葉片216，然而，根部318延伸到外環326中的槽口 328中，並且整體結合的銷334延伸到由內環324形成的徑向通路332中。內環324可包括沿周向界面320接合於彼此的環部分324a和324b。作為備選，或除內環324之外，外環326可設有沿周向界面330接合於彼此的第一環部分326a和第二環部分326b ο
[0037]在圖8中所示的另一個示例性實施例中，各個葉片416的第一端設有銷接收器422a，其由從內環424中的徑向通路432a延伸的銷434接合。各個葉片的第二端設有至少兩個銷接收器422b，其由從外環部分426中的徑向通路432b延伸的銷434接合。在圖8的實施例中，延伸到銷接收器422b中的銷434可有助於防止葉片416的軸向旋轉。注意，銷434、銷接收器422a和422b，以及徑向通路432a和432b可均設有對應的非圓形截面，以進一步有助於防止葉片416、內環424與外環426之間的移動。此外，注意，銷434可通過真空硬釺焊裝固於內環424、外環426和/或葉片416。因此，將清楚的是，在本發明的一個方面，內環和外環中的任一個或兩者可設有槽口和/或徑向通路的組合，並且進一步，葉片可均設有對應根部、銷接收器和/或整體結合的銷的相同或不同的組合。
[0038]根據圖9中所示的示例性實施例，根據本發明的製作定子隔板的方法(1000)可包括以下步驟:將多個定子葉片中的各個的根部插入(1002)到第一環中的多個根部接收器中的對應一個中；圍繞多個定子葉片定位(1004)第二環，使得第二環中的多個通路與多個定子葉片中的多個銷接收器對準；通過多個通路插入(1006)多個銷，使得多個銷中的各個從多個通路中的對應一個延伸到多個銷接收器中的對應一個中；以及將多個銷真空硬釺焊(1008)於多個徑向通路中的至少一個和多個銷接收器中的至少一個。
[0039]上文論述的新穎定子葉片隔板例如可實施到蒸汽渦輪中。在該方面，圖10示意性地示出了多級蒸汽渦輪500。其中，蒸汽渦輪500包括殼體(定子)520，一定數量的定子葉片隔板530與設有多個葉輪轉子540的轉子軸550 —起設置在殼體(定子)520內。軸550通過軸承580沿徑向和沿軸向受支承。
[0040]在操作期間，蒸汽渦輪獲得從入口 560通過各種膨脹級至通向冷凝器的出口 570的蒸汽輸入。在各個渦輪級處，蒸汽由定子隔板530引導到葉輪轉子540上，從而將蒸汽的溫度和壓力能轉換成可用於轉子軸550處的工作的旋轉能。
[0041]上文所述的示例性實施例旨在在本發明的所有方面為示範性的，而非限制性的。因此，本發明能夠由本領域的技術人員產生可源自本文包含的描述的詳細實施方式中的許多變型。所有此類變型和改型認作是在由以下權利要求限定的本發明的範圍和精神內。本申請的描述中使用的元件、動作或指令不應當看作是對本發明而言關鍵或基本的，除非明確這樣描述。另外，如本文使用的，冠詞〃一個〃旨在包括一個或更多個物品。
【權利要求】
1.一種定子葉片隔板環，包括: 均具有根部和徑向銷接收器的多個定子葉片； 具有多個槽口的第一環，其中各個槽口由所述多個定子葉片中的一個的所述根部接合； 具有多個徑向貫穿通路的第二環，其中各個徑向貫穿通路與所述多個定子葉片中的一個的所述徑向銷接收器對準；以及 多個銷，其中各個所述銷從所述徑向貫穿通路中的一個延伸到所述多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器中。
2.根據權利要求1所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述徑向貫穿通路具有截面，所述截面尺寸確定成使得在所述銷延伸到所述徑向銷接收器中時，允許所述銷的貫穿經過和與所述銷匹配。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述定子葉片並未延伸到所述第二環中。
4.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述定子葉片的外端表面與所述第二環的內表面匹配。
5.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述多個銷中的至少一個硬釺焊於所述多個第二環通路中的一個。
6.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述多個銷中的至少一個硬釺焊於所述多個定子葉片中的一個的所述徑向銷接收器。
7.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述多個定子葉片中的至少一個的所述根部硬釺焊於所述槽口中的一個。
8.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述第一環和所述第二環在所述硬釺焊之間沿徑向切割，從而形成分段的定子葉片隔板環。
9.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，所述多個定子葉片中的至少一個的所述根部和所述至少一個槽口具有對應非圓形截面形狀，從而防止所述至少一個定子葉片與所述第一環之間的相對軸向旋轉。
10.根據任一前述權利要求所述的定子葉片隔板環，其特徵在於，至少一個所述定子葉片的所述銷接收器、所述多個銷中的至少一個，以及所述徑向通路中的至少一個具有對應的非圓形截面形狀，從而防止所述至少一個所述定子葉片與所述第二環之間的相對軸向旋轉。
11.一種渦輪機，包括: 包括至少一個葉輪的轉子組件； 連接於所述轉子組件並且用於可旋轉地支承所述轉子組件的軸承； 包括根據前述權利要求中任一項所述的分段定子隔板環的定子組件。
12.—種製作包括多個定子葉片、第一環和第二環的定子隔板環的方法，所述方法包括: 將所述多個定子葉片中的各個的根部插入到所述第一環中的多個根部接收器中的對應一個中； 圍繞所述多個定子葉片定位所述第二環，使得所述第二環中的多個貫穿通路與所述多個定子葉片中的多個銷接收器對準； 通過所述多個貫穿通路插入多個銷，使得所述多個銷中的各個從所述多個通路中的對應一個延伸到所述多個銷接收器中的對應一個中；以及 將所述多個銷真空硬釺焊於所述多個徑向通路中的至少一個和所述多個銷接收器中的至少一個。
13.根據權利要求12所述的製作定子隔板環的方法，其特徵在於，一些硬釺焊軟膏在插入所述定子葉片的所述根部之前插入到所述第一環的所述根部接收器中。
14.根據權利要求12或權利要求13所述的製作定子隔板環的方法，其特徵在於，一些硬釺焊軟膏在插入所述銷之後插入到所述第二環的所述貫穿通路中。
15.根據權利要求12或權利要求14中任一項所述的製作定子隔板環的方法，其特徵在於，所述硬釺焊軟膏為鎳基硬釺焊軟膏，優選為鎳磷硬釺焊軟膏。
【文檔編號】F01D9/04GK104364474SQ201380018878
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年4月2日 優先權日:2012年4月6日
【發明者】M.格裡利, E.久斯蒂, E.因帕拉託 申請人:諾沃皮尼奧內股份有限公司