專利名稱：蒸汽渦輪、葉片和方法
蒸汽渦輪、葉片和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體上涉及蒸汽渦輪，并且更具體而言涉及用于蒸汽渦輪的定子葉片環(huán)以及制作定子葉片環(huán)的方法。
背景技術(shù)：
蒸汽渦輪是將蒸汽的熱能和壓力能轉(zhuǎn)換成可用于做功的旋轉(zhuǎn)運動的渦輪機。例如，蒸汽渦輪可用于驅(qū)動發(fā)電機或壓縮機。
為了提高蒸汽渦輪效率，通常使蒸汽通過一些級膨脹。每個級通常包括定子葉片隔板(diaphragm)以及包括至少一個葉輪的軸承安裝的轉(zhuǎn)子組件。
當(dāng)蒸汽行進通過蒸汽渦輪的較后級時，可從該蒸汽吸收足夠的能量而導(dǎo)致部分蒸汽冷凝，并且因此變?yōu)樗^的濕蒸汽。除了具有潛在的腐蝕作用之外，當(dāng)濕蒸汽沖擊定子葉片隔板時，冷凝物往往劇烈地碰撞定子葉片和隔板的其它部分。結(jié)果，可損壞蒸汽渦輪的較后級中的定子葉片和每個定子葉片隔板的其它部分，例如在長期暴露于具有高比例冷凝物的濕蒸汽期間。
在現(xiàn)代的蒸汽渦輪中，定子葉片隔板的制造顯現(xiàn)顯著的成本，特別是在具有三個或更多級的多級蒸汽渦輪中，其中每個級可包括一個或更多分離的定子葉片隔板。
如果定子葉片隔板被損壞，則可能需要使蒸汽渦輪停機并移除損壞的定子隔板以維修。如果現(xiàn)場修理不可能，則可能需要將整個隔板送出以維修，或者備選地，必須安裝整個新的定子隔板。更糟糕地，如果更換是可行的，則必須制造新的定子葉片隔板。因此，除了定子隔板的成本，還招致與蒸汽渦輪的延長的停機時間相關(guān)的成本。
因此，需要的是對傳統(tǒng)定子葉片隔板的更換，其容易維修和/或更換，其能夠在濕蒸汽存在的情況下成功運行，并且其提供更容易制造的簡單設(shè)計。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一示例性實施例，一種用于蒸汽渦輪的定子葉片環(huán)包括限定環(huán)形腔的多個定子葉片模塊，每個定子葉片模塊包括伸長的葉片部，該伸長的葉片部包括第一葉片殼部以及被釬焊至第一葉片殼部的第二葉片殼部。伸長的葉片部分還包括縱向通路以及延伸穿過第一葉片殼部和第二葉片殼部中的一個到縱向通路的至少一個開口。內(nèi)部部分被釬焊至葉片部的第一縱向端部，內(nèi)部部分包括形成環(huán)形腔的一部分的通孔，內(nèi)部部分還包括從通孔延伸至縱向通路的內(nèi)部通路。外部部分被釬焊至葉片部的第二縱向端部且被接合至蒸汽渦輪，外部部分包括向蒸汽渦輪的表面和縱向通路開放的外部通路。
根據(jù)另一示例性實施例，一種渦輪機包括轉(zhuǎn)子組件、軸承以及定子葉片環(huán)，其中，轉(zhuǎn)子組件包括至少一個葉輪，軸承連接至轉(zhuǎn)子組件并用于可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子組件，定子葉片環(huán)具有限定環(huán)形腔的多個定子葉片模塊。每個葉片模塊包括至少一個伸長的葉片部、內(nèi)部部分以及外部部分，至少一個伸長的葉片部包括第一葉片殼部以及被釬焊至第一葉片殼部的第二葉片殼部，內(nèi)部部分被釬焊至所述至少一個葉片部的第一縱向端部，內(nèi)部部分包括形成環(huán)形腔的一部分的通孔，外部部分被釬焊至所述至少一個葉片部的第二縱向端部且被接合至蒸汽渦輪的表面。葉片模塊中的至少一個在至少一個葉片部中包括縱向通路以及用于液體進入縱向通路的至少一個開口，并且在內(nèi)部部分中包括從通孔延伸至縱向通路的內(nèi)部通路，以允許液體在環(huán)形腔和縱向通路之間流動。葉片模塊中的至少一個在至少一個葉片部中包括縱向通路，在內(nèi)部部分中包括從通孔延伸至縱向通路的內(nèi)部通路以允許液體在環(huán)形腔與縱向通路之間流動，并且在外部部分中包括從縱向通路延伸且向渦輪機的表面開放的外部通路以允許液體流出定子葉片環(huán)。
根據(jù)另一示例性實施例，一種制作用于定子葉片環(huán)的葉片模塊的方法可包括以下步驟:將第一葉片殼部的第一和第二邊緣釬焊至第二葉片殼部的第一和第二邊緣，以提供具有縱向通路的伸長的葉片部；在內(nèi)部部分中形成通孔；在內(nèi)部部分中形成從內(nèi)部部分的表面延伸至通孔的內(nèi)部通路；將葉片部的第一縱向端部釬焊至內(nèi)部部分的表面，使得縱向通路向內(nèi)部通路開放；在外部部分中形成從外部部分的第一表面延伸至第二表面的外部通路；以及，將葉片部的第二縱向端部釬焊至外部部分的第一表面，使得縱向通路向外部通路開放。


被包括在說明書中且構(gòu)成該說明書的一部分的附圖示出了一個或更多實施例，并且與描述一起說明這些實施例。在附圖中: 圖1描繪了蒸汽渦輪； 圖2顯示一示例性實施例的透視圖； 圖3顯示圖2的示例性實施例的側(cè)視圖； 圖4顯示圖2中所示的示例性實施例的截面圖； 圖5至圖7顯示圖2中所示的示例性實施例的內(nèi)部部分； 圖8至圖10顯示圖2中所示的示例性實施例的外部部分； 圖11是根據(jù)一示例性實施例的示出制作用于定子葉片環(huán)的葉片模塊的方法的流程圖。
具體實施方式
示例性實施例的以下描述參考了附圖。不同附圖中相同的標號標記相同或類似的元件。以下詳細描述并不限制本發(fā)明。而是，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為簡單起見，以下實施例關(guān)于具有定子和轉(zhuǎn)子的渦輪機的術(shù)語和結(jié)構(gòu)而論述。然而，下面將論述的實施例并不限于這些示例性系統(tǒng)，而是可適用于其它系統(tǒng)。
貫穿說明書對“一個實施例”或“一實施例”的提及意指結(jié)合一實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在所公開主題的至少一個實施例中。因此，貫穿說明書在各個地方出現(xiàn)的用語“在一個實施例中”或“在一實施例中”不一定指相同實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適方式組合在一個或更多實施例中。
為了給隨后關(guān)于根據(jù)這些示例性實施例的定子葉片的論述提供一些語境，圖1示意性地示出了形式為多級蒸汽渦輪400的渦輪機。其中，蒸汽渦輪400包括外殼(定子)420，一些定子葉片隔板430連同轉(zhuǎn)子軸450布置在定子420內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸450設(shè)有多個葉輪轉(zhuǎn)子440。軸450通過軸承480被徑向和軸向地支撐。
在操作期間，蒸汽渦輪使蒸汽輸入從入口 460通過各級膨脹到達通往冷凝器的出口 470。在每個渦輪級，蒸汽被定子隔板430引導(dǎo)到葉輪轉(zhuǎn)子440上，由此將蒸汽的溫度和壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能，其可用于轉(zhuǎn)子軸450處的功。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一示例性實施例的定子葉片環(huán)12的一部分。定子葉片環(huán)12包括圍繞蒸汽渦輪10中的轉(zhuǎn)子28(圖3)延伸的多個單獨的定子葉片模塊14。圖2顯示兩個這樣的葉片模塊14a和14b。
每個定子葉片模塊14a、14b包括伸長的葉片部16，如圖2和圖3中所示。圖4顯示伸長的葉片部16的截面圖，其具有縱向加強肋24和縱向通路26。如圖4中進一步所示，葉片部116也可設(shè)置為不帶加強肋24且因此可具有單個縱向通路26。如將在下面進一步詳細論述的，每個葉片部16通過將第一葉片殼部18沿其上游邊緣32和下游邊緣34釬焊至第二葉片殼部22而制成。
如在圖2至圖4中進一步所示，每個葉片部16在葉片殼部22和葉片殼部24中的至少一個中包括多個開口 36。在圖2至圖4的實施例中，每個開口 36是通過放電加工形成的槽縫。備選地，開口 36可通過其它加工工藝形成，例如鉆孔或銑削，或者，開口 36可在葉片殼部22和葉片殼部24的初始制造期間形成，例如通過模制插入物。
每個葉片模塊14包括連接到至少一個葉片部16的第一縱向端部的內(nèi)部部分38，如圖2中所示。在圖2至圖4所示的實施例中，內(nèi)部部分38被釬焊至葉片部16，如將在下面進一步論述的。每個內(nèi)部部分38包括通孔42，其橫向地延伸至葉片部16的縱向軸線46(圖3)。當(dāng)葉片模塊中的每一個被安裝到蒸汽渦輪10中時，通孔42形成定子葉片環(huán)12中的環(huán)形腔20的一部分。為了增強相鄰葉片模塊14中的通孔42之間的密封，每個通孔42的至少一端可設(shè)有配置為用以接收密封墊圈的凹槽48。在圖2至圖4的實施例中，凹槽48配置為用以接收O形環(huán)。
每個內(nèi)部部分38還包括至少一個內(nèi)部通路44，如圖3中所示，其從通孔42延伸至每個縱向通路26。備選地，如果加強肋24在葉片部16的縱向端部之前終止，那么單個內(nèi)部通路44可向兩個縱向通路26開放。
每個定子葉片模塊14還包括連接到至少一個葉片部16的第二縱向端部的外部部分52，如圖2和圖3中所示。每個外部部分52包括至少一個外部通路54，其向每個縱向通路26和蒸汽渦輪10的內(nèi)表面開放，如圖2、圖9和圖10中所示。此外，在圖2至圖4和圖8至圖10的實施例中，每個外部部分可在其至少一側(cè)上包括凹槽74。凹槽74可配置為用以接收墊圈，用于將相鄰的外部部分52彼此密封和/或用于向定子葉片環(huán)12提供阻尼效果。定子葉片環(huán)12可用于蒸汽渦輪10的其中一個較后級中，如圖2中所示。在操作期間，來自沖擊各葉片部16的濕蒸汽的冷凝物可通過其中一個開口 36進入葉片部16的縱向通路26。在冷凝物較不可能地對蒸汽渦輪10的構(gòu)件造成損壞的位置離開定子葉片環(huán)12之前，多個路徑可用于冷凝物在葉片模塊14內(nèi)行進。在可包括轉(zhuǎn)子軸上方的定子葉片模塊14的一個路徑中，冷凝物可向下行進通過每個縱向通路26和內(nèi)部通路44到通孔42中。形成圍繞定子葉片環(huán)12延伸的環(huán)形腔20的、相鄰葉片模塊14中的開放通孔42允許冷凝物利用重力繼續(xù)向下流動。冷凝物可離開環(huán)形腔20并在向下路徑上繼續(xù)通過蒸汽渦輪10的轉(zhuǎn)子軸下方的葉片模塊14的內(nèi)部通路44。最后，冷凝物可流動通過外部通路54到葉片環(huán)12外部的蒸汽渦輪的表面。
在另一路徑中，冷凝物可進入蒸汽渦輪10的轉(zhuǎn)子軸下方的葉片部16的縱向通路26并通過外部通路54流出，而不是首先行進通過由通孔42形成的環(huán)形腔20。
將冷凝物從行進通過蒸汽渦輪10的較后級的濕蒸汽移除可防止對定子葉片環(huán)12以及對蒸汽渦輪10的渦輪葉片16和其它下游構(gòu)件的損壞。此外，定子葉片環(huán)12允許冷凝物的收集，該冷凝物可包括用于其它過程中的余熱。
一些葉片模塊，例如蒸汽渦輪10的轉(zhuǎn)子軸上方的葉片模塊，可設(shè)為不帶有外部通路54，例如以降低制造成本，因為冷凝物的向下流動可排除對轉(zhuǎn)子軸上方的葉片模塊14中的外部通路54的需要。此外，一些葉片模塊14可設(shè)有不帶槽縫的葉片部16，例如以進一步降低制造成本。備選地且如圖2至圖3和圖5至圖10的實施例中所示，葉片模塊14中的每一個可彼此相同。該特征提供了一些益處。例如，使得制造過程更加均衡。而且，蒸汽渦輪10的維修也更加方便，因為，在因該示例性實施例而可能的對單個葉片模塊14的修理或更換期間，只需要單個零件號，因為所有葉片模塊14在定子葉片環(huán)12內(nèi)是等同的。
除了在可能需要作為單元被維修或更換的定子葉片隔板上提供成本節(jié)省以外，葉片模塊14提供了比傳統(tǒng)定子葉片隔板環(huán)更容易安裝和/或更換的簡單的一件式設(shè)計。如圖2、圖3和圖8至圖10中所示，每個定子葉片模塊14的外部部分52被直接接合至蒸汽渦輪10。具體而言，每個外部部分52包括上游凹槽56和下游凹槽58。蒸汽渦輪10包括接合凹槽56的上游脊部62以及接合凹槽58的下游脊部64。凹槽56偏置得比凹槽58更靠近內(nèi)部部分38。凹槽56和58之間的偏置可允許每個定子葉片模塊更好地符合通過蒸汽渦輪10的蒸汽的期望流動路徑，并且還可防止技術(shù)人員在構(gòu)建或維修定子葉片環(huán)12期間無意地以不正確的定向安裝葉片模塊14。
如圖2和圖3中所不,外部通路54向脊部62和脊部64之間的蒸汽潤輪10的表面開放。注意到，腔76形成于葉片環(huán)12的外表面和蒸汽渦輪10的表面之間。腔76可利于流出外部通路54的冷凝物的方便收集。
每個內(nèi)部部分38中的凹槽66形成面向定子葉片環(huán)12的中心的連續(xù)周向凹槽，如圖2、圖3和圖5至圖7中所示。如圖3中所示，每個凹槽66被金屬環(huán)68接合，該金屬環(huán)68將定子葉片模塊14鎖在一起。
如圖2、圖3和圖5至圖7中進一步所示，每個定子葉片模塊14的內(nèi)部部分38限定圍繞每個葉片部16的第一縱向端部的內(nèi)部釬焊平臺72。此外，如圖2、圖3和圖8至圖10中所示，每個定子葉片模塊的外部部分52限定圍繞每個葉片部16的第二縱向端部的外部釬焊平臺74。
釬焊平臺72和釬焊平臺74提供方便的表面以釬焊每個葉片部16的縱向端部以及限定蒸汽渦輪10內(nèi)的級和/或蒸汽流動路徑的一部分。從圖2和圖3可注意到，每個外部部分52的釬焊平臺74均勻地過渡到蒸汽渦輪10的周圍表面。
在圖2至圖4的實施例中，可將葉片殼部18真空釬焊至葉片殼部22。然后可將所得葉片部16的第一和第二縱向端部真空釬焊至每個定子葉片模塊14的內(nèi)部部分38和外部部分52。用于執(zhí)行隔板14的真空釬焊的真空釬焊設(shè)備可為標準的真空釬焊設(shè)備，如例如在序列號為4874918和4401254的美國專利中公開的那樣，其公開內(nèi)容通過引用被包括在本文中。
因此，根據(jù)圖11中所示的一示例性實施例，一種制作用于定子葉片環(huán)的葉片模塊的方法(1000)可包括以下步驟，所述葉片模塊包括伸長的葉片部、內(nèi)部部分以及外部部分:將第一葉片殼部的第一和第二邊緣釬焊(1002)至第二葉片殼部的第一和第二邊緣，以在伸長的葉片部中形成縱向通路；在內(nèi)部部分中形成(1004)通孔；在內(nèi)部部分中形成(1006)從該內(nèi)部部分的表面延伸至通孔的內(nèi)部通路；將葉片部的第一縱向端部釬焊(1008)至內(nèi)部部分的表面，使得縱向通路向內(nèi)部通路開放；在外部部分中形成(1010)從外部部分的第一表面延伸至第二表面的外部通路；以及，將葉片部的第二縱向端部釬焊(1012)至外部部分的第一表面，使得縱向通路向外部通路開放。
上述示例性實施例意圖在所有方面對本發(fā)明進行說明而不是限制。因此，本發(fā)明能夠在詳細實施中有很多變型，其可由本領(lǐng)域技術(shù)人員從文中包含的描述推導(dǎo)出。所有此類變化和修改均被認為落在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。除非明確描述如此，本申請的描述中使用的元件、動作或指令不應(yīng)解釋為必不可少的或必需的。而且，如本文中使用的，用詞“一”意圖包括一個或更多項。
權(quán)利要求
1.一種用于蒸汽渦輪的定子葉片環(huán)，所述定子葉片環(huán)包括: 限定環(huán)形腔的多個定子葉片模塊，每個定子葉片模塊包括: 伸長的葉片部，其包括第一葉片殼部以及被釬焊至所述第一葉片殼部的第二葉片殼部，所述伸長的葉片部還包括縱向通路以及延伸穿過所述第一葉片殼部和所述第二葉片殼部中的至少一個到所述縱向通路的至少一個開口； 內(nèi)部部分，其被釬焊至所述葉片部的第一縱向端部，所述內(nèi)部部分包括形成所述環(huán)形腔的一部分的通孔，所述內(nèi)部部分還包括從所述通孔延伸至所述縱向通路的內(nèi)部通路；以及 外部部分，其被釬焊至所述葉片部的第二縱向端部且被接合至所述蒸汽渦輪，所述外部部分包括向所述蒸汽渦輪的表面和所述縱向通路開放的外部通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子葉片環(huán)，其特征在于，所述外部部分包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽配置為用以接合所述蒸汽渦輪的所述表面中的第一脊部，且所述第二凹槽配置為用以接合所述蒸汽渦輪的所述表面中的第二脊部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定子葉片環(huán)，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽相對于所述內(nèi)部部分偏置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定子葉片環(huán)，其特征在于，每個所述葉片模塊的所述內(nèi)部部分中的凹槽在所述定子葉片環(huán)中形成周向凹槽，并且所述周向凹槽被金屬環(huán)接合，所述金屬環(huán)用于將所述多個葉片模塊鎖在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子葉片環(huán)，其特征在于，所述周向凹槽向內(nèi)面向所述定子葉片環(huán)的中心。
6.一種多級蒸汽渦輪，包括: 轉(zhuǎn)子組件，其包括至少一個葉輪； 軸承，其連接至所述轉(zhuǎn)子組件且用于可旋轉(zhuǎn)地支撐所述轉(zhuǎn)子組件； 用于所述蒸汽渦輪的最末級的定子葉片環(huán)，其具有限定環(huán)形腔的多個定子葉片模塊，每個葉片模塊包括: 至少一個伸長的葉片部，其包括第一葉片殼部以及被釬焊至所述第一葉片殼部的第二葉片殼部； 內(nèi)部部分，其被釬焊至所述至少一個葉片部的第一縱向端部，所述內(nèi)部部分包括形成所述環(huán)形腔的一部分的通孔；以及 外部部分，其被釬焊至所述至少一個葉片部的第二縱向端部且被接合至所述蒸汽渦輪的表面； 其中，所述葉片模塊中的至少一個的所述葉片部包括縱向通路以及用于蒸汽冷凝物進入所述縱向通路的開口，并且，所述至少一個葉片模塊的所述內(nèi)部部分包括從所述通孔延伸至所述縱向通路的內(nèi)部通路，用于所述蒸汽冷凝物在所述環(huán)形腔和所述縱向通路之間流動；并且 其中，所述至少一個葉片模塊中的另一個的所述葉片部包括縱向通路，所述另一個葉片模塊的所述內(nèi)部部分包括從所述通孔延伸至所述縱向通路的內(nèi)部通路，以允許所述蒸汽冷凝物在所述環(huán)形腔與所述縱向通路之間流動，并且，所述另一個葉片模塊的所述外部部分包括從所述縱向通路延伸且向所述渦輪機的所述表面開放的外部通路，以允許所述蒸汽冷凝物流出所述定子葉片環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽渦輪，其特征在于，每個所述葉片模塊的所述外部部分中的第一凹槽被所述蒸汽渦輪的所述表面上的第一脊部接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蒸汽渦輪，其特征在于，每個所述葉片模塊的所述外部部分中的第二凹槽被所述蒸汽渦輪的所述表面上的第二脊部接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蒸汽渦輪，其特征在于，所述第一凹槽面向所述渦輪機內(nèi)的工作流體流的上游且所述第二凹槽面向所述渦輪機內(nèi)的工作流體流的下游。
10.一種制作用于蒸汽渦輪的最末級中的定子葉片環(huán)的葉片模塊的方法，所述葉片模塊包括伸長的葉片部、內(nèi)部部分以及外部部分，所述方法包括: 將第一葉片殼部的第一和第二邊緣釬焊至第二葉片殼部的第一和第二邊緣，以在所述伸長的葉片部中形成縱向通路； 在所述內(nèi)部部分中形成通孔； 在所述內(nèi)部部分中形成從所述內(nèi)部部分的表面延伸至所述通孔的內(nèi)部通路； 將所述葉片部的第一縱向端部釬焊至所述內(nèi)部部分的所述表面，使得所述縱向通路向所述內(nèi)部通路開放； 在所述外部部分中形成從所述外部部分的第一表面延伸至第二表面的外部通路；以及 將所述葉片部的第二縱向端部釬焊至所述外部部分的所述第一表面，使得所述縱向通路向所述外 部通路開放。
全文摘要
本發(fā)明涉及蒸汽渦輪、葉片和方法。一種用于多級蒸汽渦輪的最末級的定子葉片環(huán)包括限定環(huán)形腔的多個定子葉片模塊，每個定子葉片模塊包括伸長的葉片部。伸長的葉片部進一步包括縱向通路以及被釬焊至葉片部的第一縱向端部的內(nèi)部部分，內(nèi)部部分包括形成環(huán)形腔的一部分的通孔以及從通孔延伸至縱向通路的內(nèi)部通路。外部部分被釬焊至葉片部的第二縱向端部且被接合至蒸汽渦輪。外部部分包括向蒸汽渦輪的表面和縱向通路開放的外部通路。
文檔編號B23P15/04GK103161512SQ20121053345
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者M.格里利, E.焦斯蒂, E.英帕拉托 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司