改进的涡轮机转子组件的制作方法

专利检索2022-05-10  15



1.本公开整体涉及涡轮机。具体地,本公开涉及转子叶片在涡轮机中的支撑和/或保持。


背景技术:

2.涡轮机(诸如蒸汽涡轮)通常包括静态喷嘴组件,该静态喷嘴组件将工作流体流引导到连接到旋转转子的转子叶片中。喷嘴构造(包括多个喷嘴或“翼型件”)有时被称为“隔膜”或“喷嘴组装级”。每个转子叶片包括具有燕尾榫的基部,该燕尾榫的尺寸被设计成配合在转子中的对应的燕尾槽内。许多最后一级转子叶片具有显著的长度并且具有显著的重量。在低速操作或“盘车齿轮”操作期间,叶片能够在它们被保持在的燕尾槽内移动。这种不期望的移动可能导致叶片和/或转子燕尾槽严重磨损。在许多情况下,叶片和燕尾槽的磨损可能导致中断,需要修理,并且导致不期望的成本。
3.然而,在转子组装期间,需要对转子叶片进行一些移动(“铺开”),以便于转子叶片的装配。转子叶片具有外盖端部,并且这些端部通常具有联锁特征。在行组装期间,转子叶片必须彼此通过。转子叶片也可能与翼型件重叠,使得如果不存在足够的移动,则组装该行中的最后一个转子叶片可能很难,即使并非不可能。
4.因此,本领域需要一种用于转子叶片安装的改进的系统和方法。具体地,需要一种用于转子叶片安装的改进的系统和方法,其允许在组装期间有足够的间隙,同时在涡轮机操作期间保持转子叶片的适当约束。


技术实现要素:

5.根据本公开的本发明的转子组件、涡轮机和在转子组件中安装多个转子叶片的方法的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述,或者可从描述中显而易见,或者可通过该技术的实践来学习。
6.根据一个实施方案,提供了一种转子组件。该转子组件包括具有燕尾槽的转子。该燕尾槽包括多个凹陷部和第一径向最内表面。该转子组件还包括垫片和具有平台的转子叶片。翼型件从平台径向向外延伸,并且燕尾榫从平台径向向内延伸。该燕尾榫包括在相反方向上延伸并且由燕尾槽的多个凹陷部接纳的多个突出部。该燕尾榫还包括前缘表面、后缘表面和第二径向最内表面。该燕尾榫还包括沿着第二径向最内表面从前缘表面到后缘表面限定的沟槽。该垫片定位在沟槽内并且位于燕尾槽的第一径向最内表面和燕尾榫的第二径向最内表面之间。该垫片至少部分地沿着前缘表面和后缘表面两者径向延伸。
7.根据另一个实施方案,提供了一种涡轮机。该涡轮机包括至少一个涡轮区段、轴向延伸穿过至少一个涡轮区段的转子轴和联接到转子轴的转子组件。该转子组件包括具有燕尾槽的转子。该燕尾槽包括多个凹陷部和第一径向最内表面。该转子组件还包括垫片和具有平台的转子叶片。翼型件从平台径向向外延伸,并且燕尾榫从平台径向向内延伸。该燕尾榫包括在相反方向上延伸并且由燕尾槽的多个凹陷部接纳的多个突出部。该燕尾榫包括前
缘表面、后缘表面和第二径向最内表面。该燕尾榫还包括沿着第二径向最内表面从前缘表面到后缘表面限定的沟槽。该垫片定位在沟槽内并且位于燕尾槽的第一径向最内表面和燕尾榫的第二径向最内表面之间。该垫片至少部分地沿着前缘表面和后缘表面两者径向延伸。
8.根据又一实施方案,提供了一种在转子组件中安装多个转子叶片的方法。该方法包括将第一凹角和第二凹角机加工到多个转子叶片中的每个转子叶片的燕尾榫上。第一凹角限定在燕尾榫的前缘表面和燕尾榫的径向最内表面之间的交汇处。第二凹角限定在燕尾榫的后缘表面和径向最内表面之间的交汇处。该方法还包括将每个转子叶片的燕尾榫接合到限定在转子内的对应的燕尾槽中。沟槽限定在燕尾榫的径向最内表面和燕尾槽的径向最内表面之间。该方法还包括将垫片插入沟槽中,直到垫片的第一端部轴向延伸超出后缘面,并且垫片的第二端部轴向延伸超出前缘面。该方法还包括围绕第二凹角折转垫片的第一端部以及围绕第一凹角折转垫片的第二端部。
9.参照以下描述和所附权利要求,本发明的转子组件、涡轮机和在转子组件中的安装多个转子叶片的方法的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合到本说明书中并构成其一部分的附图示出了本技术的实施方案,并与描述一起用于解释本技术的原理。
附图说明
10.本说明书中参考附图阐述了涉及本领域的普通技术人员的本发明的转子组件、涡轮机和在转子组件中安装多个转子叶片的方法的完整且能够实现的公开内容,包括制造和使用本发明的系统和方法的最佳模式,附图中:
11.图1是根据本公开的实施方案的涡轮机的示意图;
12.图2示出了根据本公开的实施方案的转子叶片;
13.图3示出了根据本公开的实施方案的转子叶片的放大透视图;
14.图4示出了根据本公开的实施方案的转子叶片燕尾榫的放大透视图;
15.图5示出了根据本公开的实施方案的转子叶片燕尾榫的放大透视图;
16.图6示出了根据本公开的实施方案的转子的放大透视图,其示出了与转子叶片燕尾榫分离的燕尾槽;
17.图7示出了根据本公开的实施方案的垫片的透视图;
18.图8示出了根据本公开的实施方案的垫片的放大透视图;
19.图9示出了根据本公开的实施方案的与转子接合的转子叶片的剖切图;
20.图10示出了根据本公开的实施方案的相对于转子定位的轴向保持构件的径向面向外的透视图(不包括转子叶片);
21.图11示出了根据本公开的实施方案的转子叶片燕尾榫和垫片的吹出透视图;
22.图12示出了根据本公开的实施方案的转子叶片燕尾榫、垫片和剖切转子的吹出透视图;
23.图13示出了根据本公开的实施方案的沟槽的简化剖视图;
24.图14示出了根据本公开的实施方案的垫片的剖视图;
25.图15示出了根据本公开的实施方案的转子组件的剖视图;
26.图16示出了根据本公开的实施方案的转子组件的剖视图;并且
27.图17是示出根据本公开的实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
28.现在将详细参考本发明的转子组件、涡轮机和在转子组件中安装多个转子叶片的方法的实施方案,其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明技术的方式提供的,而不是对本发明技术的限制。事实上,对于本领域的技术人员显而易见的是,在不脱离受权利要求书保护的本发明技术的范围或实质的情况下,可以在本发明技术中进行修改和变化。例如,作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施方案,以产生又一个实施方案。因此,本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变化。
29.具体实施方式使用数字和字母名称指代附图中的特征结构。附图和说明书中的相似或类似的名称已经用于指代本发明的相似或类似的部件。如本文所用,术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用,以将一个部件与另一个部件区分开来,并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
30.如本文所用,术语“上游”(或“向上”)和“下游”(或“向下”)是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如,“上游”是指流体从其流动的方向,并且“下游”是指流体向其流动的方向。术语“径向地”是指基本垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向,术语“轴向地”是指与特定部件的轴向中心线基本平行和/或同轴对齐的相对方向,并且术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。
31.近似的术语,诸如“大体”、“基本上”、“近似”、或“约”包括在大于或小于指定值的百分之十内的值。当在角度或方向的上下文中使用时,此类术语包括在大于或小于所述角度或方向的十度内。例如,“大体竖直”包括沿任何方向(例如,顺时针或逆时针)在竖直的十度内的方向。
32.现在参考附图,图1示出了示例性反向流动式蒸汽涡轮100的示意图。尽管本文示出并描述了示例性蒸汽涡轮,但除非在权利要求中另外指明,否则本公开不限于此实施方案或蒸汽涡轮。例如,如本文所述的本发明可用于任何类型的涡轮机,包括但不限于工业或陆基气体涡轮、飞行器气体涡轮或船用气体涡轮。如图1所示,蒸汽涡轮100可限定轴向方向a和围绕轴向方向a延伸的周向方向c。蒸汽涡轮100还可限定垂直于轴向方向a的径向方向r。
33.如图1所示,蒸汽涡轮100可包括第一低压(lp)区段105和第二lp区段110。每个lp区段105和110均可包括多个隔膜级(图1中未示出)。在一个实施方案中,每个lp区段105和110均可包括在轴向方向a上彼此相邻布置的八个或更多个级。轴向方向a上的最后四个级或“边缘级”被称为l0级、l1级、l2级和l3级。l3级的转子叶片在径向方向r上最小,并且其余边缘级l2、l1和l0中的转子叶片在径向方向r上的尺寸在轴向方向a上逐级逐渐增大。
34.l3级是轴向方向a上的边缘级中的第一级,并且在边缘级的径向方向r上最小。l2级是倒数第三级并且是轴向方向a上的下一级。l1级是四个边缘级中的倒数第二级。l0级是最后一级并且在径向方向r上最大。应当理解,四个级仅作为一个示例来描述,并且lp区段105和110可具有多于或少于四个边缘级。
35.转子轴115可延伸穿过lp区段105和110。每个lp区段105和110可分别包括喷嘴120和125。单个外壳或壳体130可沿着水平面并且轴向地分别分成上半区段135和下半区段140。单个外壳或壳体130可跨越lp区段105和110两者。壳体130的中心区段145包括低压蒸汽入口150。在外壳或壳体130内,lp区段105和110被布置在由轴颈轴承155和160支撑的单个轴承跨度中。分流器165在lp区段105和110之间延伸。
36.在操作期间,低压蒸汽入口150通过交叉管道(未示出)从源(诸如但不限于高压(hp)涡轮或中压(ip)涡轮)接收低压/中温蒸汽170。蒸汽170被引导通过入口150,其中分流器165将蒸汽流分流到两个相对的流动路径175和180中。更具体地,在示例性实施方案中,蒸汽170被引导通过lp区段105和110,其中从蒸汽中提取功以旋转转子轴115。蒸汽离开lp区段105和110,在lp区段中蒸汽被引导以进行进一步处理(例如,引导到冷凝器)。
37.应当指出的是,如本领域的普通技术人员将理解的,尽管图1示出了反向流动式低压涡轮,但本公开的系统和方法不限于仅与lp涡轮一起使用,而是可与任何反向流动式涡轮一起使用,包括但不限于ip涡轮和/或hp涡轮。此外,本公开的系统和方法不仅限于与反向流动式涡轮一起使用,而且还可与其他涡轮类型(例如,单流式蒸汽涡轮)一起使用。
38.图2示出了根据本公开的各种实施方案的(例如在l1级或l0级内的)蒸汽涡轮转子叶片20的示意性透视图。如图所示,蒸汽涡轮转子叶片20可包括叶片或翼型件22,该叶片或翼型件具有前缘35、后缘37、径向外部第一端部24和与第一端部24相对的径向内部第二端部26。翼型件22的第一端部24可包括顶端28,在一些实施方案中,该顶端可联接到护罩(未示出)。在翼型件22的第二端部26处的是基部30,该基部包括燕尾榫32,用于与转子34中的对应的燕尾槽36(图6)接合并且互补。
39.转子叶片20还可包括平台31,该平台大体围绕燕尾榫32和翼型件22。典型的平台可定位在翼型件22和燕尾榫32之间的交汇处或过渡处,并且可在大体轴向和切向方向上向外延伸,如图所示。在各种实施方案中,翼型件22可从平台31径向向外延伸,并且燕尾榫32可从平台31径向向内延伸。在许多实施方案中,平台31通常用作流过蒸汽路径的工作流体的径向向内流动边界。
40.如图2所示,沟槽或锥形沟槽33可沿着燕尾榫32的径向内部部分延伸。燕尾榫32可在从前缘35径向向内的前缘面25和从后缘37径向向内的后缘面27之间延伸。后缘面27可包括保持特征54,如本文进一步讨论的。
41.在一些实施方案中,锥形沟槽33可在前缘面25附近更深(即,径向延伸到燕尾榫中更深),并且沟槽33的深度随着其沿着燕尾榫32延伸到后缘面27而逐渐减小。作为一个非限制性示例,锥形沟槽33在前缘面25附近的深度可为约0.30英寸,并且沟槽33在后缘面27附近的深度可为约0.12英寸。在其他实施方案中,锥形沟槽33在前缘面25附近的深度可介于约0.20英寸和约0.40英寸之间。同样,在一些实施方案中,沟槽33在后缘面附近的深度可介于约0.08英寸和约0.16英寸之间。
42.图3示出了蒸汽涡轮转子叶片20的一部分的放大透视图。如图所示,燕尾榫32可包括主体38、从主体38沿相反方向延伸的多个突出部40、径向最内表面46和在径向最内表面46内沿着燕尾榫32的长度延伸的锥形沟槽33。多个突出部40的尺寸被设定成与对应的燕尾槽36(图12)中的多个凹陷部44互补。在多个实施方案中,锥形沟槽33在径向最内表面46处开口,并且其尺寸被设定成接合垫片52(图7,以图12所示的方式)。锥形沟槽33沿着主体38
的整个径向最内表面46延伸。在各种实施方案中,主体38包括球状区段48,用于与燕尾槽36中的多个凹陷部44中的一个互补。
43.图4示出了根据本公开的实施方案的燕尾榫32的前缘表面25的放大透视图。类似地,图5示出了后缘表面27的放大透视图。如图所示,燕尾榫32还可包括第一拐角200,该第一拐角限定在燕尾榫32的前缘表面25和径向最内表面46之间的交汇处。同样,第二拐角202可被限定在后表面27和径向最内表面46之间的交汇处。如图4和图5所示,第一拐角200和第二拐角202可为弓形和/或大体平滑的曲面。在许多实施方案中,第一拐角200和第二拐角202可至少部分地用于提供平滑表面,以围绕其折转垫片52的端部,而不会导致垫片52开裂和/或断裂。
44.如图4所示,在一些实施方案中,第一拐角200和/或第二拐角202可包括相对于前缘表面25的轴向凹陷部204。具体地,轴向凹陷部204可包括彼此相交的轴向延伸部分206和径向延伸部分208。具体地,轴向延伸部分206可大体垂直于前缘表面25,并且可在前缘表面25和径向延伸部分208之间延伸。径向延伸部分208可大体平行于前缘面25,并且可在轴向延伸部分206和第一拐角200和/或径向最内表面46之间延伸。轴向凹陷部204的径向延伸部分208可从前缘表面25轴向向内设置。尽管图5中未示出,但在许多实施方案中,第二拐角202还可包括相对于后缘表面27的轴向凹陷部204。
45.图6示出了转子34(例如,蒸汽涡轮转子),该转子包括用于与转子叶片20的燕尾榫32联接的多个燕尾槽36。多个燕尾槽36中的每个燕尾槽36均包括多个凹陷部44,该多个凹陷部的尺寸可被设定成接纳从每个燕尾榫32延伸的多个突出部40。另外,如图6所示,每个燕尾槽36均可包括径向最内表面210。当燕尾榫32安装在燕尾槽36中时,燕尾槽36的径向最内表面210可接触燕尾榫32的径向最内表面46和/或垫片52中的任一者或两者。
46.图7和图8更详细地示出了垫片52。在各种实施方案中,垫片52的尺寸可被设定成接合转子叶片20中的锥形沟槽33,并且用于将转子叶片20保持在燕尾槽36内。在许多实施方案中,垫片52可包括主体68,该主体具有在主体68的上表面或径向外表面70与下表面或第一径向内表面72之间测量的第一厚度(t1)。减薄区域74可从主体68的一个端部(例如,垫片52的较厚端部)延伸,并且可包括在径向外表面70(其在主体68和减薄区域74之间是连续的)和减薄径向内表面或第二径向内表面76之间测量的第二厚度(t2)。
47.在一些实施方案中,第二厚度(t2)介于第一厚度(t1)的约5%至约70%之间。在其他实施方案中,第二厚度(t2)介于第一厚度(t1)的约15%至约60%之间。在许多实施方案中,第二厚度(t2)介于第一厚度(t1)的约25%至约50%之间。在各种实施方案中,第二厚度(t2)介于第一厚度(t1)的约35%至约45%之间。连接主体68和减薄区域74的是第一锥形区域78,该第一锥形区域从主体68向外变细到减薄区域74。在各种实施方案中,减薄区域74的长度(l
tr
)可等于主体68的长度(l
mb
)的近似四分之一,或主体68的长度的八分之一,或主体68的长度的十六分之三,或介于主体68的长度的约10%和约25%之间。
48.在许多实施方案中,当垫片52安装在转子34和转子叶片20之间时,径向外表面70可与转子叶片20接触,并且第一径向内表面72可与转子34接触以有利地将转子叶片20保持在燕尾槽36内。应当理解,垫片52可在向前或向后方向上插入锥形沟槽33中,这取决于间隙和期望的安装技术。
49.如本文所述,垫片52被构造成配合在锥形沟槽33中并且位于转子叶片20的燕尾榫
32和转子34的燕尾槽36之间,并且有助于将转子叶片20保持在转子34内。此外,在各种实施方案中,减薄区域74提高了在蒸汽涡轮的紧密间隙内安装和移除垫片52的便利性。也就是说,减薄区域74可允许垫片52的挠曲或在垫片52的端部的折转,以将垫片锁定到转子34,例如,在第一拐角200和第二拐角202上方折转垫片52的端部(图4和图5)。
50.减薄区域74优选地位于垫片52的较厚端部上,因为较厚端部将比相对的较薄端部更难折转。区域74减薄以确保适当的折转与厚度比,使得冷加工不会导致开裂或高残余应力区域。厚度减小便于垫片52的一部分的折转以将其锁定到转子34,并且薄端部附近的相对端部也可以类似的方式折转以将垫片52锁定到转子34。
51.需要在厚端部处折转的一个重要原因是,在操作期间,转子燕尾榫底部210和叶片燕尾榫底部46之间的径向间隙可能由于机械增长而增加。该径向间隙将允许楔形件或垫片在操作期间朝向薄端部移动,然后在关机期间,径向间隙将恢复到正常高度。由于楔形件/垫片可能已经向前移动并且填充了较大的间隙,因此在关机期间,叶片将没有空间返回到非应力状态。被填充的径向间隙将导致楔形件/垫片的过度压缩,使得应力可能超出楔形件的屈服和/或拆卸,并且由于极高的压缩载荷,几乎不可能移除楔形件/垫片。
52.图9示出了与转子34接合的转子叶片20以及用于将转子叶片20轴向保持在转子34内的空间66内的轴向保持构件64的一部分的剖切图。如图9所示,转子叶片20还可包括从主体38的侧面56延伸的轴向保持特征54。在许多实施方案中,侧面56可以是前缘表面25、后缘表面27或两者。然而,在图9所示的实施方案中,轴向保持特征从后缘表面27延伸。在许多实施方案中,轴向保持特征54可包括钩58,该钩具有从后缘面27大体垂直延伸的第一构件60和从第一构件60大体平行于后缘面27延伸的第二构件62。如本文进一步所述,轴向保持特征54可用于提供轴向保持构件64可配合在其中以将燕尾榫32轴向保持在燕尾槽36内的空间。在各种实施方案中,轴向保持特征54限定第二构件62与后缘面27之间的空间66,该空间的尺寸被设定成接合轴向保持构件64。
53.图10示出了相对于转子34定位的轴向保持构件64的径向面向外的透视图(不包括叶片20)。在一些情况下,轴向保持构件64还包括防旋转凸块65,该防旋转凸块用于接合钩58(图9)并且用于防止轴向保持构件64在空间66内旋转(图9)。另外,防旋转销67可联接到转子34以防止轴向保持构件64在空间66内的径向移动。
54.图11和图12示出了转子叶片20、转子34和垫片52的吹出透视图。如图11所示,锥形沟槽33沿着转子叶片20的燕尾榫32的径向最内表面46设置,其与转子34的燕尾槽36内的径向最内表面210相对设置。同样,垫片52的尺寸可被设定成配合在燕尾榫32的锥形沟槽33内,以将燕尾槽36的径向最内表面210和燕尾榫32的径向最内表面46间隔开,使得转子叶片20在蒸汽涡轮机100的各种操作期间被适当地约束在转子34内。
55.在许多实施方案中,垫片52用于提供将转子叶片20的燕尾榫32锁定到转子34的燕尾槽36中的刚性解决方案。此外,在各种实施方案中,垫片52可以是刚性的,使得其在蒸汽涡轮的操作期间将转子叶片20保持在转子34内而不折转、挠曲、屈曲或移动。以这种方式,垫片52可优于将转子叶片20保持在转子34内的其他柔性装置,因为其在蒸汽涡轮100的操作期间不折转、挠曲或移动。
56.如本文所述,转子叶片20可以是l1级转子叶片20和/或l0级转子叶片20,这意味着当与l2级和l3级中的转子叶片相比时,转子叶片20可大得多且重得多。例如,l0和/或l1级
转子叶片20的长度可介于约20英寸和约30英寸之间,并且可具有超过20磅的重量。在一些实施方案中,l0和/或l1级转子叶片20可具有超过100磅的重量。在其他实施方案中,l0和/或l1级转子叶片20可具有超过200磅的重量。因此,当与l2级和/或l3级相比时,相对较大的l0和/或l1级转子叶片20将对转子34的燕尾槽36施加大得多的力矩。因此,能够成功地保持较小的l2和/或l3级转子叶片的弹性保持解决方案(诸如弹簧)由于其尺寸和重量而不能容纳相对较大且较重的l0和/或l1级转子叶片20。因此,需要稳固且刚性的保持解决方案,(诸如本文所示和所述的垫片52)以容纳大的l0和/或l1转子叶片20。
57.图13示出了根据各种实施方案的锥形沟槽33的简化剖视图。如图所示,锥形沟槽33可包括前缘表面25和/或后缘表面27附近的平坦部分1101,其中平坦部分1101具有恒定的深度(即,其并非锥形)。锥形沟槽33在深端部(图13的左侧)处的深度1102大于相对端部(图13的右侧)附近的深度1103(和深度1104)。
58.平坦区段1101在其整个长度上具有恒定的深度1104。在一些实施方案中,平坦区段1101的长度可为锥形沟槽33的整个长度的约3%至约20%。在其他实施方案中,平坦区段1101的长度可为锥形沟槽33的整个长度的约5%至约18%。在各种实施方案中,平坦区段1101的长度可为锥形沟槽33的整个长度的约7%至约15%。在许多实施方案中,平坦区段1101的长度可为锥形沟槽33的整个长度的约9%至约13%。
59.平坦区段1101便于在涡轮操作之后拆卸/移除垫片52,并且还可以在现场进行拆卸而无需使用切断工具。平坦区段1101允许在楔形件的薄端部处具有更大的间隙。该间隙可将薄端部回弯到近乎笔直,然后能够将楔形件朝向厚端部轻敲。在没有该附加间隙区域的情况下,端部回弯将形成“蘑菇形”折转区域,并且将不允许薄端部轻松脱离。另外,平坦区段1101成为机加工和检查叶片的第三级基准,因为使用沟槽锥度将不是谨慎的或稳固的。
60.图14示出了垫片52的简化剖视图。垫片52包括厚端部77和相对的薄端部75,并且总体厚度在相对端部之间逐渐过渡。减薄区域74是厚度减小的区域,其使得垫片52能够在拐角200、202上方折转以将垫片52锁定在适当位置。当垫片的两个端部在拐角200、202上方折转时,这特别有效,因为防止了垫片在轴向方向上(相对于涡轮)移动。例如,垫片52的第一端部75可具有第一厚度1202,并且垫片的相对的第二端部77可具有第二厚度1201,其中第二厚度1201大于第一厚度1202。垫片52的中间高度从第一高度1202逐渐过渡到第二高度1201。
61.如本文所示和所述,垫片52可为锥形,以与锥形沟槽33的尺寸完全匹配,使得垫片牢固地容纳和包含在锥形沟槽33内。因此,垫片52可为锥形,以允许垫片52轻松插入锥形沟槽33中。因此,具有锥度的垫片52可优于其他类型的垫片(例如,平坦垫片),因为其易于插入锥形沟槽33内。例如,由于lo和/或l1转子叶片20的紧密公差和实质重量,可能很难或不可能插入平坦垫片。因此,锥形垫片,诸如本文所示和所述的锥形垫片52,可能是有利的。
62.在许多实施方案中,垫片减薄区域74可从第二(较厚)端部77延伸到第一锥形区域78。第一锥形区域78可使垫片52从减薄区域74过渡到主体68。在各种实施方案中,如图所示,垫片52的厚度可从减薄区域74增加到主体68。在许多实施方案中,随后,垫片的主体68的厚度可从第一锥形区域78逐渐减小到第一(较薄)端部75。
63.图15示出了根据本公开的实施方案的转子组件300。如图15所示,垫片52可安装在
锥形沟槽33(为清楚起见未示出)中,并且垫片52的端部可在拐角200、202上方折转。在垫片52的两个端部均折转(如图所示)的情况下,防止了垫片52相对于轮/转子34轴向移动(即,在图15中向左或向右移动)。当在安装期间折转端部时,弯曲的和/或弓形的拐角200、202可有利地减小垫片52上的冷加工应力。
64.如图15所示,燕尾榫32可包括前缘表面25、后缘表面27和在它们之间延伸的径向最内表面46。在许多实施方案中,垫片52可定位在沟槽33(未示出)内并且位于燕尾榫32的径向最内表面46和燕尾槽36的径向最内表面210之间。如图15所示,垫片52可至少部分地沿着前缘表面25和后缘表面27两者径向延伸。在许多实施方案中,如图所示,垫片52可包括沿着前缘表面25延伸并且接触前缘表面的第一径向延伸部分304,和沿着后缘表面27延伸并且接触后缘表面的第二径向延伸部分306。轴向延伸部分308可设置在沟槽33内并且定位在燕尾榫32的径向最内表面46和转子34燕尾槽36的径向最内表面210之间。
65.在各种实施方案中,第一径向延伸部分304、第二径向延伸部分306和轴向延伸部分308可在彼此之间连续地延伸。例如,垫片52的第一径向延伸部分304可在第一弯曲部分305处过渡到垫片52的轴向延伸部分308。类似地,垫片52的第二径向延伸部分306可在第二弯曲部分307处过渡到垫片52的轴向延伸部分308。如图15所示,垫片52的第一弯曲部分305可设置在第一径向延伸部分304和轴向延伸部分308之间。在许多实施方案中,垫片52的第一弯曲部分305可沿着第一拐角200延伸并且接触第一拐角,该第一拐角设置在燕尾榫32的前缘表面25和径向最内表面46之间。
66.同样,垫片52的第二弯曲部分307可设置在垫片52的第二径向延伸部分306和轴向延伸部分308之间。另外,第二弯曲部分307可沿着第二拐角202延伸并且接触第二拐角,该第二拐角设置在燕尾榫52的后缘表面27和径向最内表面46之间。如本文所示和所述,垫片52的第一径向延伸部分304和第二径向延伸部分306以及第一弯曲部分305和第二弯曲部分307可用于有利地提供燕尾榫32在转子34内的轴向保持。
67.如图15所示,燕尾榫32的第一拐角200可限定在燕尾榫32的前缘表面25和径向最内表面46之间的交汇处。同样,燕尾榫32的第二拐角202可限定在燕尾榫32的后缘表面27和径向最内表面46之间的交汇处。如图所示,第一拐角200和第二拐角202可为定位在燕尾榫32的大体径向取向的前缘表面25和后缘表面27与大体轴向取向的径向最内表面46之间的弯曲的、弓形的和/或基本上平滑的表面。
68.第一拐角和第二拐角200可用于提供平滑表面以供垫片52的端部在安装期间围绕其弯曲而不开裂。拐角200、202的半径的尺寸是重要的,因为例如,如果拐角的半径太小(弯曲太小并且角度太尖锐),则在垫片52的安装期间,当在所述拐角200、202上方折转时,垫片52的端部可能开裂和/或断裂。因此,有利的是,拐角200、202的半径为垫片52在其端部处的厚度的至少150%。例如,在许多实施方案中,拐角200、202的半径可介于垫片52在其末端75、77处的厚度的约150%和约300%之间。在其他实施方案中,拐角200、202的半径可介于垫片52在其末端75、77处的厚度的约175%和约275%之间。在各种实施方案中,拐角200、202的半径可介于垫片52在其末端75、77处的厚度的约200%和约250%之间。在特定实施方案中,拐角200、202的半径可为垫片52在其末端75、77处的厚度的约225%。
69.出于多种原因,如图所示将第一拐角200和第二拐角202机加工到燕尾榫32上,而不是例如转子34上可能是有利的。具体地,将第一拐角200和第二拐角202机加工到燕尾榫
32上而不是转子上可具有较少的相关联的风险并且更具成本效益。例如,由于转子34的复杂形状,将拐角200、202机加工到转子34上可能很难机加工,这可能导致转子34内出现不需要的应力梯级,并且如果操作不当,则可能导致相对昂贵的转子34的废弃。然而,与转子34相比,由于整体转子叶片20的几何形状和尺寸,将拐角200、202机加工到转子叶片20的燕尾榫32上要容易得多。此外,与转子34相比,将拐角200、202机加工到燕尾榫32上具有较少的相关联的风险,因为转子叶片20是生产成本较低的零件。因此,如果在拐角200、202的机加工期间发生错误,则更换单个转子叶片20将比更换整个转子34具有更高的成本效益。
70.如图14和图15所示,垫片52还可包括径向外表面70、第一径向内表面72和第二径向内表面76。如图所示,径向外表面70可沿着前缘表面25、第一拐角200、沟槽33、第二拐角202和后缘表面27连续延伸并且接触前缘表面、第一拐角、沟槽、第二拐角和后缘表面,而没有任何接触间隙或空间。有利的是,垫片52的径向外表面70与燕尾榫32的径向最内表面46具有尽可能多的接触,以便在蒸汽涡轮32的操作期间保持垫片52的保持。第一径向内表面72可与径向外表面70间隔开,并且可沿着燕尾槽36的径向最内表面210延伸。第二径向内表面76可与径向外表面70和转子34燕尾槽36的径向最内表面210间隔开。如图所示,第二径向内表面76可不与任何其他表面接触,即,其可暴露于环境空气。
71.图16示出了根据本公开的实施方案的另一转子组件300。如图所示,转子组件300还可包括相对于前缘表面25的第一轴向凹陷部204和相对于后缘表面27的第二轴向凹陷部205。具体地,轴向凹陷部204、205中的每一者均可包括彼此相交的轴向延伸部分206、207和径向延伸部分208、209。具体地,前缘侧上的轴向延伸部分206可大体垂直于前缘表面25,并且可在前缘表面25和径向延伸部分208之间延伸。径向延伸部分208可大体平行于前缘表面25,并且可在轴向延伸部分206和第一拐角200和/或径向最内表面46之间延伸。类似地,第二轴向凹陷部205的轴向延伸部分207可大体垂直于后缘表面27,并且可在后缘表面27和径向延伸部分209之间延伸。第二轴向凹陷部205的径向延伸部分209可大体平行于后缘表面27,并且可在轴向延伸部分207和第二拐角202和/或径向最内表面46之间延伸。
72.轴向凹陷部204、205的径向延伸部分208、209可与前缘表面25或后缘表面27轴向间隔开,以提供保护垫片52的端部免受由蒸汽路径302引起的腐蚀的袋。以这种方式,垫片52的沿着拐角200、202延伸的部分可有利地定位在蒸汽路径302的外部或远离蒸汽路径定位,以便延长垫片52的寿命并且防止端部腐蚀。垫片52的端部的不期望的腐蚀可能导致垫片52在蒸汽涡轮机100的操作期间从沟槽33中退回(即,移出)。因此,轴向凹陷部204、205有利地为与蒸汽路径302间隔开的径向延伸部分304、306和弯曲部分305、307提供保护袋,以防止不期望的腐蚀。
73.图17提供了流程图,其图示地示出了根据本公开的一个或多个示例性实施方案的在转子内安装多个转子叶片(诸如本文所述的转子叶片20和转子34)的示例方法400。如图17所示,方法400可包括将第一凹角200和第二凹角202机加工到多个转子叶片20中的每个转子叶片20的燕尾榫32上的步骤402。第一凹角200可限定在燕尾榫32的前缘表面25和燕尾榫32的径向最内表面46之间的交汇处。第二凹角202可限定在燕尾榫32的后缘表面27和燕尾榫32的径向最内表面46之间的交汇处。
74.在许多实施方案中,方法400还可包括将每个转子叶片20的燕尾榫32接合到限定在转子34内的对应的燕尾槽36中的步骤404。沟槽33可限定在燕尾榫32的径向最内表面46
和燕尾槽36的径向最内表面210之间。在各种实施方案中,方法400还可包括将垫片52插入沟槽33中直到垫片52的第一端部75轴向延伸超出后缘表面27并且垫片52的第二端部77轴向延伸超出前缘表面25的步骤406。在许多实施方案中,方法400还可包括围绕第二凹角202折转垫片的第一端部75的步骤408。在一些实施方案中,方法400可包括围绕第一凹角200折转垫片52的第二端部77的步骤410。在一些实施方案中,步骤406在步骤408和410中的任一者或两者之前发生,以便确保垫片完全插入沟槽33中。步骤408和410的顺序可颠倒。
75.本书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定,并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元件,则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
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