組裝蒸汽渦輪機的方法和設備的製作方法
2023-06-19 19:00:56
專利名稱：組裝蒸汽渦輪機的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及蒸汽渦輪機，尤其是涉及組裝蒸汽渦輪機的方法和設備。
背景技術：
至少一些公知蒸汽渦輪機包括一個渦輪結構，該結構有多級渦輪導流盤。至少這些公知渦輪機中，最後幾級渦輪導流盤被稱為角焊縫結構(fillet fabrication)，該結構由一個外環、一個內環、多個周向間隔排列的並在兩環形構件之間延伸的翼面、隔板，和/或噴嘴構成。為了便於提高所述渦輪導流盤的結構完整性，翼面被焊接到內環和外環上。更具體地，為了便於達到預定的焊接強度，公知角焊縫結構包括一個位於由翼面和環限定出的交界面上的大的角焊縫。
在製造這些公知的角焊縫結構的過程中，在將每個單獨的翼面焊接到預定位置上之前要先劃出內環和外環的流道表面。但是，因為已知的翼面一般很重並且難於操縱，所以焊接過程既費時又費力。在其它公知的製造方法中，焊接時使用一種複雜的固定裝置以便於對準和保持翼面。但是，所公知的固定裝置非常昂貴。另外，每種製造方法，在製造渦輪導流盤的過程中都會有由於焊料的局部受熱和收縮而引起的焊接變形。所以，常常需要大量的人工對準操作和/或對已組裝的渦輪導流盤進行機加工來保證預定的公差和由周向相鄰的翼面所限定的喉部界限(throat limitation)滿足要求。此外，變形的翼面或環一般不能完全獲得預定的公差，這樣，那個級的性能可能會打折扣。
發明內容
一方面，提供一種組裝蒸汽渦輪機的方法。該方法包括提供一個環形的外側構件，一個環形的內側構件，用多個緊固裝置將多個翼面連接到內側構件上，這樣，多個翼面從內側構件基本上沿徑向向外延伸，以及將每個翼面連到外側構件上。
另一方面，提供一種蒸汽渦輪機的渦輪導流盤。該渦輪導流盤包括配置成基本上在蒸汽渦輪機內部沿周向延伸的一個徑向外側和徑向內側構件，和至少一個在外側和內側構件之間基本上沿徑向延伸的翼面。用一個緊固裝置將這至少一個翼面連到徑向外側構件和徑向內側構件中的一者上。
再一方面，提供一種蒸汽渦輪機。該蒸汽渦輪機包括至少一個渦輪導流盤，該渦輪導流盤包括配置成基本上在蒸汽渦輪機內部沿周向延伸的一個徑向外側和徑向內側構件，以及多個在外側和內側構件之間延伸的翼面。多個翼面沿周向彼此間隔排列並通過一個緊固裝置連在外側和內側構件中的一者上。
圖1是一種示範性公知的對流式或雙流式蒸汽渦輪機的示意圖；圖2是可以與圖1所示蒸汽渦輪機一起使用的一種示範性渦輪導流盤的放大示意圖；圖3是圖2中渦輪導流盤的一個部分的放大示意圖；和圖4是圖3中渦輪導流盤在區域4的放大示意圖。
具體實施例方式
圖1是一種示範性公知的對流式蒸汽渦輪機10的示意圖。渦輪機10包括第一和第二低壓(LP)節12和14。本領域公知的，每個渦輪節12和14都包括多級渦輪導流盤(圖1未示出)。轉子軸16延伸穿過渦輪節12和14。每個LP節12和14都有一個噴嘴18和20。一塊單獨的外殼或殼體22沿一水平面在軸向上被分別劃分成上殼體24和下殼體26，且橫跨這兩個低壓節12和14。殼體22的中間段18設有一個低壓蒸汽入口30。在外殼或殼體22內，LP節12和14分別由滑動軸承32和34進行單軸承橫跨支承。分流器40在第一和第二渦輪節12和14之間延伸。
應當明白的是雖然圖1隻示意了一種低壓雙流式渦輪機，但是作為本領域的技術人員，本發明並不局限於只用在低壓渦輪機上，其也可以用於其他的雙流式渦輪機，包括但不限於中壓(IP)渦輪機或高壓(HP)渦輪機。另外，本發明也不局限於用在雙流式渦輪機上，例如，更適合用於單流式渦輪機。
在運行過程中，低壓蒸汽入口30通過一個.跨越管(未示出)接收來自蒸汽源，例如HP渦輪機或IP渦輪機的低壓/中溫蒸汽50。所述蒸汽50被引導通過入口30，其中，分流器40將蒸汽流分成兩個相對的流道52和54。更具體地，蒸汽50流過LP節12和14，其中，從蒸汽中提取功來驅動轉子軸16轉動。蒸汽流出LP節12和14並例如，被引向一個中壓渦輪機(未示出)。
圖2是可以與蒸汽渦輪機10(如圖1所示)一起使用的一種示範性渦輪導流盤100的放大示意圖。在一個實施例中，渦輪導流盤100是渦輪機10的最後一級渦輪導流盤100。渦輪導流盤100包括一個環形內板或內環102，一個環形的外環104，以及在它們之間延伸的多個噴嘴或翼面106。外環104位於內環102的徑向外側，並和內環基本上同心。噴嘴106在環102和104之間周向間隔排列並分別在內、外環102和104之間基本上沿徑向延伸。
內環102的徑向外表面110和外環104的徑向內表面112限定了由渦輪導流盤100限定出的流道的徑向內邊界和徑向外邊界。
圖3是渦輪導流盤100的一個部分的放大示意圖。圖4是渦輪導流盤100在區域4的放大示意圖。在該實施例中，渦輪導流盤內環102由一個滾壓環或鍛造環構成。可替代地，渦輪導流盤內環102可以通過任何使得環102具有這裡所述功能的手段來構成。環102包括多個對準孔111和多個連接孔112。在該實施例中，孔111是銷孔，孔112是螺孔。孔111和112在流道表面110和內環102的徑向內表面114之間都基本上沿著徑向穿過內環102。
孔111和112在內環102上周向間隔排列。更具體地，在該實施例中，孔111位於孔112的下遊並間隔距離D。可替代地，孔111可以相對於孔112形成在任何便於組裝本文所述渦輪導流盤100的位置處。另外，在該實施例中，孔111的直徑da小於每個孔112的直徑do。可替代地，直徑da近似等於或者大於連接孔的直徑do。更具體地，在該實施例中，每個孔直徑da近似等於每個插入其中的對準銷130的直徑dp。
在該實施例中，對準孔111通過精密的加工過程鑽成。可替代地，孔111可以通過任何使得孔111具有這裡所述功能的過程來形成。特別是，孔111的位置便於決定沿著內流道周向相鄰的翼面106之間的周向間距。另外，孔111的位置也便於相對於內環102在軸向上對準翼面106，更具體地是相對於流道表面110。例如，在一個替代實施例中，孔111位於孔112的前方。
孔112在內環102上周向間隔排列，每個孔都有一個從內表面114朝著流道表面110向內延伸的凹槽或者錐孔部分140。在錐孔部分140和流道表面110之間，孔112的直徑do小於錐孔部分140的直徑dcs。在該實施例中，錐孔部分的直徑dcs大於其所容納的連接螺栓150的直徑dbh，並且孔直徑do大於相應的連接螺栓杆152的直徑dbb。
在該實施例中，連接孔112通過精密的加工過程鑽成。可替代地，孔112可以通過任何使得孔112具有這裡所述功能的過程來形成。特別是，孔112的位置便於決定在周向相鄰的翼面106之間的喉部面積。在該實施例中，孔112可以略大一些以便在設置獨立喉部區域時允許有細小的對準修正。
在製造渦輪導流盤100的過程中，先在內環102裡基本上沿徑向形成孔111和112。然後將第一翼面106定位在其所對應的內環流道表面110上，然後在相應的對準孔111中可滑動地插入對準銷130。更具體地，對準銷130可從內表面141基本上沿徑向插入，穿過內環102，然後插入定位在流道表面110上的翼面106。每個銷130都與對應的孔111通過摩擦配緊。銷130既便於翼面106彼此之間沿周向的定位，也有益於翼面相對於內環流道表面110沿軸向的定位。可替代地，多個銷130用於便於翼面106相對於其它翼面的對準。
然後翼面106相對於渦輪導流盤100定位，接著在內環102和翼面106中形成連接孔112。在該實施例中，在由翼面106限定出的孔112的部分140上攻出螺紋。每個連接螺栓150插入每個孔112中以便於每個翼面106固定在內環102上。更具體地，如果螺栓150在每個翼面106內是螺紋連接的，那麼仍然要稍微轉動翼面106的方向以調整獨立噴嘴的喉部區域。在一個替代實施例中，多個螺栓150用於便於將翼面106固定在內環102上。
在限定了各個翼面喉部區域之後，每個翼面106被定位焊接在外環104上以便於保證翼面106的方向和其它連接在渦輪導流盤100上的翼面106的方向一致。設置好喉部區域以後，連接螺栓150緊固在孔112內，這樣每個螺栓150的頭部170就容納在各個孔的錐孔部分140中。這樣螺栓150就不會產生任何對流體流過渦輪導流盤100有負面影響的多餘的環、邊緣或凸起。
在翼面106繞著內環102周向間隔排列並且外環104被定位焊接到渦輪導流盤100內的每個翼面106上之後，翼面106也就被固定地焊接到外環104上了。在一個實施例中，形成多個附加的對準孔(未示出)以便於翼面106在最終方向的固定。更具體地，翼面106並不是在渦輪導流盤100的周向連續焊接的，而是以便於焊接和減少焊接形變的方式焊接的。
所以，用一種比公知渦輪導流盤的製造方法更低成本、更不費時的方法製造渦輪導流盤。特別地，由於渦輪導流盤100有一個帶螺栓的內環102，在製造過程中就減少了渦輪導流盤100上的焊接，這樣，相比於公知渦輪導流盤而言，就縮短了製造渦輪導流盤100所需的周期時間。另外，由於內環連接孔112是稍微過大的，孔112便於以一種比公知渦輪導流盤更節省成本的方式更精確限定喉部區域。所以，便於提高渦輪機的性能和效率。另外，由於渦輪導流盤100所要求的焊接量比公知渦輪導流盤的小，就減少了渦輪導流盤100內的焊接形變，這樣便於提高渦輪機的性能。
上面詳細地描述了蒸汽渦輪機和渦輪導流盤的具體實施方式
。雖然本文中渦輪導流盤被描述成與上述蒸汽渦輪機相關，但是應當明白本發明也可以用於其它蒸汽渦輪機結構。更具體地，渦輪導流盤並不局限於本文上述的特定實施例，每個渦輪導流盤的特徵更可以與本文所述的其它渦輪機或渦輪導流盤分開獨立使用。
雖然本發明通過多種具體實施方式
加以說明，但是本領域技術人員應當理解，在本發明的精神和權利要求的範圍內還可以作出多種改動來實現本發明。
權利要求
1.一種用於蒸汽渦輪機的渦輪導流盤(100)，所述渦輪導流盤包括一個配置成在所述蒸汽渦輪機(10)內基本上沿周向延伸的徑向外側構件(104)；一個配置成在所述蒸汽渦輪機內基本上沿周向延伸的徑向內側構件(102)；和至少一個在所述外側和內側構件之間基本上沿徑向延伸的翼面(106)，用一個緊固裝置將所述至少一個翼面連到所述徑向外側和徑向內側構件中的一個上。
2.如權利要求1所述的渦輪導流盤(100)，其中，所述至少一個翼面(106)焊接到所述徑向外側和徑向內側構件(102，104)中的一個上。
3.如權利要求1所述的渦輪導流盤(100)，其中，所述緊固裝置包括至少一個對準銷(130)和至少一個螺栓(150)。
4.如權利要求1所述的渦輪導流盤(100)，其中，所述徑向內側構件(102)和徑向外側構件(104)中的一個包括多個貫穿其中的孔(111)，所述多個孔便於相對於所述渦輪導流盤對準所述至少一個翼面(106)。
5.如權利要求1所述的渦輪導流盤(100)，其中，所述緊固裝置有利於減少渦輪導流盤內的焊接變形。
6.如權利要求1所述的渦輪導流盤(100)，其中，所述緊固裝置有利於減少所述渦輪導流盤的組裝時間。
7.如權利要求1所述的渦輪導流盤(100)，其中，所述緊固裝置有利於提高渦輪機的性能。
8.一種包括至少一個渦輪導流盤(100)的蒸汽渦輪機(10)，所述渦輪導流盤包括一個徑向外側構件(104)，一個徑向內側構件(102)，以及多個在它們之間延伸的翼面(106)，所述徑向外側和內側構件配置成在所述渦輪機內沿周向延伸，所述多個翼面彼此周向間隔並通過一種緊固裝置連到所述外側和內側構件中的一個。
9.如權利要求8所述的蒸汽渦輪機(10)，其中，所述多個翼面(106)被焊接到所述內側構件(102)和所述外側構件(104)中的一個上。
10.如權利要求8所述的蒸汽渦輪機(10)，其中，所述內側構件(102)包括多個貫穿其中的沿周向間隔排列的孔(111)，所述孔便於相對於所述渦輪導流盤(100)對準所述多個翼面(106)中的每一個。
全文摘要
本發明提供一種組裝蒸汽渦輪機(10)的方法和設備。組裝蒸汽渦輪機的方法包括提供一個環形的外側構件(104)，一個環形的內側構件(102)，用多個基本上是徑向的緊固裝置將多個翼面(106)連接到內側構件上，這樣，多個翼面從內側構件基本上沿徑向向外延伸，以及將每個翼面連在外側構件上。
文檔編號F01D9/04GK1982657SQ200610171979
公開日2007年6月20日 申請日期2006年11月17日 優先權日2005年11月17日
發明者S·S·伯德吉克, B·I·弗羅洛夫 申請人:通用電氣公司