專利名稱：具有機(jī)械聯(lián)接的不同材料的高、低溫區(qū)段的蒸汽渦輪轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，且更具體地涉及轉(zhuǎn)子在不同材料的軸向區(qū)段中的構(gòu)成。
背景技術(shù)：
在近來的蒸汽渦輪轉(zhuǎn)子中，以及隨著對(duì)于蒸汽的高溫趨勢(shì)，使用了 12%的鉻鋼，這歸因于其在高溫強(qiáng)度和韌性方面的優(yōu)異性能。在此種轉(zhuǎn)子中，對(duì)于暴露于高溫蒸汽的高溫部分以及暴露于低溫蒸汽的低溫部分二者而言，使用了相同的12%鉻鋼。但由于近年來轉(zhuǎn)子已變得更大，故利用一種材料來制造轉(zhuǎn)子以滿足高溫部分和低溫部分二者的特性也變得日益困難和昂貴。雖然昂貴的12%鉻鋼滿足暴露于高溫蒸汽的部分所需的耐熱性、蠕變特性等，但只要保持必要的韌性便并不需要使用此種昂貴材料來用于低溫部分。為了應(yīng)對(duì)這些問題， 已試圖通過焊接而將不同材料的轉(zhuǎn)子部分連結(jié)在一起來制成單個(gè)轉(zhuǎn)子。

發(fā)明內(nèi)容
在第一示范性但非限制性的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種渦輪轉(zhuǎn)子，其包括至少具有HP區(qū)域的伸長(zhǎng)軸，該HP區(qū)域具有支承第I級(jí)轉(zhuǎn)子輪的第一軸向區(qū)段以及支承第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪的第二軸向區(qū)段，第一軸向區(qū)段由相對(duì)較高溫度性能的材料形成以及第二軸向區(qū)段由相對(duì)較低溫度性能的材料形成；以及用于機(jī)械地聯(lián)接第一軸向區(qū)段和第二軸向區(qū)段的裝置。在另一方面，本發(fā)明涉及包括伸長(zhǎng)軸的渦輪轉(zhuǎn)子，該伸長(zhǎng)軸至少包括HP和IP區(qū)域，組合式HP/IP區(qū)域至少具有支承第I級(jí)轉(zhuǎn)子輪的第一區(qū)段和支承第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪的第二區(qū)段，第一區(qū)段由相對(duì)較高溫度性能的材料形成以及第二區(qū)段由相對(duì)較低溫度性能的材料形成；以及其中，所述第一區(qū)段和第二區(qū)段通過機(jī)械聯(lián)接(或接頭，coupling)而連結(jié)。現(xiàn)將結(jié)合下文已標(biāo)識(shí)的附圖來描述本發(fā)明。


圖I是根據(jù)第一示范性但非限制性實(shí)施例的具有機(jī)械聯(lián)接式區(qū)段的渦輪轉(zhuǎn)子區(qū)域的不意圖；圖2是根據(jù)示范性但非限制性實(shí)施例的類似于圖I但在渦輪區(qū)段之間具有備選機(jī)械聯(lián)接的示意圖；圖3是根據(jù)示范性但非限制性實(shí)施例的類似于圖2但在渦輪區(qū)段之間具有備選機(jī)械聯(lián)接的示意圖；圖4是根據(jù)示范性但非限制性實(shí)施例的類似于圖3但在渦輪區(qū)段之間具有備選機(jī)械聯(lián)接的示意圖；圖5是根據(jù)示范性但非限制性實(shí)施例的類似于圖4但在渦輪區(qū)段之間具有備選機(jī)械聯(lián)接的示意圖；以及
圖6是根據(jù)示范性但非限制性實(shí)械聯(lián)接的示意圖。
零件清單
10轉(zhuǎn)子
12HP/IP區(qū)域
14第一級(jí)轉(zhuǎn)子輪
15轂部
16第二級(jí)轉(zhuǎn)子輪
18，20成排的輪葉(bucket)
22，24轉(zhuǎn)子區(qū)段
26，28徑向凸緣
30，32緊固件
34端部部分
36盲孑L
38緊固件
40柱螺栓(stud)
42盲孑L
44通孔
46螺紋端
48相對(duì)端
50螺母
51凸緣
52公型花鍵(spline)
54母型花鍵
56花鍵槽口
58伸長(zhǎng)肋條
60公型花鍵
62肋條
64母型花鍵
66對(duì)準(zhǔn)槽口
具體實(shí)施例方式首先參看圖1，蒸汽渦輪轉(zhuǎn)子10以簡(jiǎn)圖形式示出且至少包括高壓(HP)區(qū)域(或組合式HP和中壓(IP)區(qū)域)12，該區(qū)域12形成為至少包括第一級(jí)轉(zhuǎn)子輪14和第二級(jí)轉(zhuǎn)子輪 16，它們中的各者分別支承一排輪葉18，20。在HP或組合式HP/IP區(qū)域12內(nèi)，轉(zhuǎn)子10形成在兩個(gè)軸向定向并對(duì)準(zhǔn)的區(qū)段22，24中。區(qū)段22包括第一級(jí)轉(zhuǎn)子輪14而區(qū)段24包括第二級(jí)轉(zhuǎn)子輪16。將認(rèn)識(shí)到的是，區(qū)段22處在高溫區(qū)域中，暴露于溫度為大約1050° F及更高的蒸汽。另一方面，區(qū)段24處在較低溫度區(qū)域中，暴露于溫度為大約1050° F及更低的蒸汽。
發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，通過在HP或組合式HP/IP區(qū)域12內(nèi)對(duì)于轉(zhuǎn)子區(qū)段22，24使用不同的材料可顯著地節(jié)省成本。對(duì)于轉(zhuǎn)子區(qū)段22，較為昂貴的12% Cr材料(例如，ASTM A982，B級(jí))是適合的，而對(duì)于區(qū)段24，成本較低的較低百分比(％)的Cr材料例如Cr-MO-V材料(例如，ASTM A470， D級(jí)，8類)是適合的。轉(zhuǎn)子區(qū)段22和24優(yōu)選通過若干適合機(jī)械聯(lián)接布置中的任一種而連結(jié)在一起。在圖I中，例如，轉(zhuǎn)子區(qū)段22和24提供有(或形成有)徑向面向的凸緣26，28，它們分別定位在第一轉(zhuǎn)子輪14和第二級(jí)轉(zhuǎn)子輪16之間并通過圓周陣列的軸向延伸緊固件例如穿過凸緣的螺栓30連結(jié)并通過螺母32固定。圖2示出了備選的聯(lián)接布置，其中，已去除了徑向凸緣28且凸緣26使用類似的緊固件30，32直接地栓接到轉(zhuǎn)子輪16的轂部15上。圖3示出了在轉(zhuǎn)子區(qū)段22，24之間的另一機(jī)械聯(lián)接布置。在該示例性實(shí)施例中，區(qū)段24的直徑減小端部部分34收納在盲孔36內(nèi)，該盲孔36形成在區(qū)段22中沿軸向處在轉(zhuǎn)子輪14，16之間。聯(lián)接的區(qū)段通過關(guān)于轉(zhuǎn)子縱向軸線沿徑向定向的兩個(gè)或三個(gè)緊固件(例如螺栓)38而固定。圖4示出了另一示例性實(shí)施例，其中帶部分螺紋的柱螺栓40延伸在轉(zhuǎn)子區(qū)段22， 24之間。具體而言，帶螺紋的盲孔42形成在轉(zhuǎn)子區(qū)段24的端部中，與形成在轉(zhuǎn)子區(qū)段22 中的平滑通孔44對(duì)準(zhǔn)。柱螺栓40插入穿過平滑通孔44且將柱螺栓的螺紋端46擰入盲孔 42中。柱螺栓40帶螺紋的相對(duì)端48從轉(zhuǎn)子區(qū)段22突出并將螺母50施加于其上以鎖定柱螺栓40就位，而區(qū)段22，24沿軸向在轉(zhuǎn)子輪14，16之間連結(jié)在一起。作為備選，柱螺栓40 的平滑部分可能尚未達(dá)到凸緣51便終止，而單獨(dú)的螺栓可擰入孔44的端部中以鎖定柱螺栓就位。圖5示出了采用花鍵布置的又一示范性機(jī)械聯(lián)接。具體而言，直徑減小的公型花鍵52形成在轉(zhuǎn)子區(qū)段24的一端。母型花鍵54形成在轉(zhuǎn)子區(qū)段22中，具有經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以接納公型花鍵52的伸長(zhǎng)肋條58的伸長(zhǎng)槽口(也即，互補(bǔ)花鍵槽口)56。如在前述實(shí)施例中那樣，聯(lián)接發(fā)生在轉(zhuǎn)子輪14，16之間。圖6示出了圖5中的花鍵聯(lián)接的變型。這里，轉(zhuǎn)子區(qū)段24的公型花鍵60為交叉形，具有四個(gè)等距間隔開的肋條62。類似的是，轉(zhuǎn)子區(qū)段22中的母型花鍵64形成有收納肋條62的四個(gè)對(duì)準(zhǔn)槽口 66。對(duì)于圖5和圖6中所示的實(shí)施例，將認(rèn)識(shí)到的是，花鍵布置可顛倒，其中，公型花鍵位于轉(zhuǎn)子區(qū)段22中而母型花鍵處于轉(zhuǎn)子區(qū)段24上。其它機(jī)械聯(lián)接布置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在所有情形中，都需要防止相對(duì)轉(zhuǎn)子區(qū)段旋轉(zhuǎn)的安全軸向聯(lián)接。盡管本發(fā)明已結(jié)合當(dāng)前認(rèn)為是最為實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明意圖涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變型和同等布置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪轉(zhuǎn)子(10)，包括至少包括HP區(qū)域(12)的伸長(zhǎng)軸，所述HP區(qū)域具有支承第I級(jí)轉(zhuǎn)子輪(14)的第一軸向區(qū)段和支承第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪(16)的第二軸向區(qū)段，所述第一軸向區(qū)段由相對(duì)較高溫度性能的材料形成而所述第二軸向區(qū)段由相對(duì)較低溫度性能的材料形成；以及用于機(jī)械地聯(lián)接所述第一軸向區(qū)段和所述第二軸向區(qū)段的裝置(26，28，30，32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述相對(duì)較高溫度性能的材料包括 12% Cr材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述相對(duì)較低溫度性能的材料包括 CrMoV材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述相對(duì)較低溫度性能的材料包括 CrMoV材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述第一軸向區(qū)段和所述第二軸向區(qū)段聯(lián)接在所述第I級(jí)轉(zhuǎn)子輪(14)和所述第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪(16)之間。
6.一種渦輪轉(zhuǎn)子(10)，包括:至少包括HP和IP區(qū)域的伸長(zhǎng)軸(10)，組合式HP區(qū)域(12)具有支承第I級(jí)轉(zhuǎn)子輪(14)的第一區(qū)段和支承第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪(16)的第二區(qū)段，所述第一區(qū)段由相對(duì)較高溫度性能的材料形成以及所述第二區(qū)段由相對(duì)較低溫度性能的材料形成；以及其中，所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段通過機(jī)械聯(lián)接(26，28，30，32)連結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述機(jī)械聯(lián)接包括位于所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段上的鄰接凸緣(26，28)以及穿過所述鄰接凸緣的多個(gè)螺栓(30)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述機(jī)械聯(lián)接包括位于所述第一區(qū)段上的與所述第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪(16)的轂(15)相接合的凸緣(26)，以及穿過所述凸緣和所述轂的多個(gè)螺栓(30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述機(jī)械聯(lián)接包括所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段中的一個(gè)的直徑減小端部(34)，所述直徑減小端部(34)收納在所述第一區(qū)段和所述第二區(qū)段中的另一個(gè)的盲孔(36)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述機(jī)械聯(lián)接包括穿過所述第一區(qū)段的第一孔(44)和位于所述第二區(qū)段上的第二盲孔(42)，且柱螺栓(40)延伸在所述第一孔和所述第二盲孔之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述柱螺栓(40)擰入到所述盲孔(42)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述機(jī)械聯(lián)接包括公型花鍵(52)， 所述公型花鍵(52)從所述第二區(qū)段延伸并收納在位于所述第一區(qū)段中的母型花鍵(54)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述公型花鍵(60)形成有四個(gè)徑向突出齒(62)，圍繞所述渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線間隔開大致90°。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述相對(duì)較高溫度性能的材料包括 12% Cr材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述相對(duì)較低溫度性能的材料包括CrMOVO
全文摘要
本發(fā)明涉及具有機(jī)械聯(lián)接的不同材料的高、低溫區(qū)段的蒸汽渦輪轉(zhuǎn)子。具體而言，一種渦輪轉(zhuǎn)子包括至少具有HP區(qū)域(12)的伸長(zhǎng)軸，HP區(qū)域具有支承第1級(jí)轉(zhuǎn)子輪(14)的第一區(qū)段和支承第2級(jí)轉(zhuǎn)子輪(16)的第二區(qū)段，該第一區(qū)段由相對(duì)較高溫度性能的材料形成而第二區(qū)段由相對(duì)較低溫度性能的材料形成。還描述了用于固定第一和第二區(qū)段的各種機(jī)械聯(lián)接(26，28，30，32)。
文檔編號(hào)F01D5/06GK102587996SQ201210014130
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者D·帕拉沙, S·庫(kù)馬 申請(qǐng)人:通用電氣公司