專(zhuān)利名稱(chēng)：裝有整體可調(diào)級(jí)葉片組的汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機(jī)，特別是涉及安裝到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的汽輪機(jī)附件。
在1943年公開(kāi)的№2，326，145美國(guó)專(zhuān)利中，建議在葉片組的葉根端面或其附近設(shè)置的孔中插入三個(gè)橫向的銷(xiāo)子來(lái)將扇形葉片組緊固到汽輪機(jī)上。在使用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種緊固葉根的裝置受到金屬蠕變的損害，即，在二個(gè)銷(xiāo)子周?chē)娜~根金屬趨于變形，并且銷(xiāo)子集中的作用力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面的凸起。為了減輕蠕變問(wèn)題，利用加長(zhǎng)葉根的高度足以使得第三個(gè)銷(xiāo)子插入來(lái)改進(jìn)緊固裝置。第三個(gè)銷(xiāo)子置于原來(lái)的二個(gè)銷(xiāo)子直徑的下面從而形成了一個(gè)三角形的銷(xiāo)子裝置。這種形式的葉片組裝置至少已經(jīng)使用了三十年。
當(dāng)這種三銷(xiāo)緊固裝置已經(jīng)基本滿意時(shí)，進(jìn)而希望改進(jìn)這種扇形葉片組的振動(dòng)強(qiáng)度并且簡(jiǎn)化葉片組在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的裝配。例如，現(xiàn)有技術(shù)的葉片組通常將三個(gè)葉片編入一組并帶有三個(gè)緊固銷(xiāo)子。這通常需要較小的銷(xiāo)子和在葉根和轉(zhuǎn)子凸緣處有較小直徑的孔。當(dāng)孔的直徑是1.3cm左右時(shí)，通過(guò)葉根上三個(gè)凸緣和轉(zhuǎn)子的四個(gè)凸緣進(jìn)行鉆孔，要加工出一個(gè)精確的孔是很困難的。即當(dāng)鉆孔時(shí)鉆頭稍微偏移是難免的。這樣的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生銷(xiāo)子裝配問(wèn)題和銷(xiāo)子上的有害作用載荷。另外，對(duì)于偏置的銷(xiāo)子(即距轉(zhuǎn)子不同徑向距離)，外邊的銷(xiāo)子熱膨脹大于里邊的銷(xiāo)子從而使里邊的銷(xiāo)子上有更大的載荷。因?yàn)樽饔迷谌~片組上的離心負(fù)載可達(dá)50，000kg，所以銷(xiāo)子上的不均勻負(fù)載會(huì)導(dǎo)致縮短使用壽命。
本發(fā)明的基本目的是提供一個(gè)將扇形葉片組組裝到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的葉片組緊固裝置，其克服了前述的和其它的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了葉片組的強(qiáng)度，允許設(shè)置可與相對(duì)更易對(duì)中的較大孔配合的較大直徑的銷(xiāo)子，將銷(xiāo)子緊固在轉(zhuǎn)子的一個(gè)相同的直徑上。
按照這一目的，本發(fā)明汽輪機(jī)包括一個(gè)帶有相對(duì)的和光滑表面的徑向凸緣并且有許多間隔環(huán)形槽的轉(zhuǎn)子，整體可調(diào)節(jié)級(jí)葉片組裝在所述的凸緣上，每個(gè)葉片組包括多個(gè)從一個(gè)整體平臺(tái)上伸出的葉片，多個(gè)葉根部分沿所述葉片的反方向由平臺(tái)懸出，當(dāng)所述葉片組安裝到轉(zhuǎn)子上時(shí)，葉根部分沿著平臺(tái)在圓周方向伸展，每個(gè)葉根裝入轉(zhuǎn)子中的一個(gè)相應(yīng)環(huán)形槽內(nèi)，其特征在于每個(gè)葉片組包括三個(gè)以上的葉片并且在葉根部設(shè)置至少三個(gè)間隔的孔，當(dāng)葉片組安裝到轉(zhuǎn)子上時(shí)，該孔與轉(zhuǎn)子凸緣的相應(yīng)孔對(duì)中，每個(gè)孔設(shè)置在相同直徑的圓周上并且平行于轉(zhuǎn)子的軸線延伸，銷(xiāo)子通過(guò)對(duì)中的孔將葉片組緊固到轉(zhuǎn)子上。
申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將扇形葉片組延長(zhǎng)到包括三個(gè)以上葉片的轉(zhuǎn)子弧度可以增強(qiáng)現(xiàn)有的緊固裝置的振動(dòng)強(qiáng)度特性，這種設(shè)置允許使用更大直徑的銷(xiāo)子以將葉片組固定到轉(zhuǎn)子上并且還允許銷(xiāo)子進(jìn)行間隔安置這樣每個(gè)銷(xiāo)子處的應(yīng)力不會(huì)傳播到相鄰的銷(xiāo)子。按照本發(fā)明，對(duì)于給定的葉片組長(zhǎng)度尤其被安裝到相同的直徑圓周上時(shí)，較大的銷(xiāo)子具有較小的應(yīng)力集中因數(shù)。另外，通過(guò)增長(zhǎng)葉片組的弧度，一排葉柵只需要較小數(shù)目的銷(xiāo)子從而具有低成本和銷(xiāo)子安裝準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
下面，借助實(shí)例，特別通過(guò)附圖中所示的最佳實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明將更加理解。


圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中典型的一個(gè)帶非對(duì)中銷(xiāo)子附件的扇形葉片組;
圖2表示圖1葉片組的側(cè)視圖;
圖3表示屬于本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)形式的一個(gè)加長(zhǎng)弧度的葉片組;
圖4表示圖3葉片組的側(cè)視圖;
圖5表示本發(fā)明另一種結(jié)構(gòu)形式，其帶有一個(gè)允許使用三個(gè)以上銷(xiāo)子的改進(jìn)的葉根部分。
參照?qǐng)D1和圖2，典型的現(xiàn)有技術(shù)扇形葉片組10包括連接到一個(gè)共同平臺(tái)14和一個(gè)整體圍帶16上的三個(gè)葉片或翼片12。一個(gè)葉根部分18由平臺(tái)14伸出并且包括三個(gè)成一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)布置的孔20。銷(xiāo)子22插入每個(gè)孔20中從而將葉片組緊固到一個(gè)轉(zhuǎn)子24上。轉(zhuǎn)子24包括由凸緣26之間限定的圓周槽28，該凸緣具有與孔20對(duì)中的孔以作為銷(xiāo)子22的通道。凸緣26具有平面的、平行的側(cè)壁30從而葉根部分18的凸緣32緊貼地安裝在槽28中。
由于圖1和圖2現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有緊密的葉根裝配、高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高自然頻率、高阻尼及不需要鉚緊，所以它是一個(gè)良好的緊固裝置。然而，通過(guò)在圓周方向擴(kuò)展葉片組及增加銷(xiāo)子直徑可以進(jìn)一步明顯地改進(jìn)這些性質(zhì)。在現(xiàn)有技術(shù)中，葉片組的尺寸象常見(jiàn)的三葉片組需要使用小直徑銷(xiāo)子22，例如銷(xiāo)子直徑為1.3cm，較小直徑的銷(xiāo)子會(huì)導(dǎo)致較大的應(yīng)力集中并且在轉(zhuǎn)子和葉根上造成更多的應(yīng)力。另外，銷(xiāo)子處在距轉(zhuǎn)子軸不同的直徑上，高溫分布趨向于使外銷(xiāo)子比內(nèi)銷(xiāo)子更易卸載從而將更多的載荷傳遞到內(nèi)銷(xiāo)子上。
申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蠕變問(wèn)題與現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)銷(xiāo)子固定裝置有關(guān)，該問(wèn)題導(dǎo)致了三個(gè)銷(xiāo)子的三角形緊固裝置，并可通過(guò)使用二個(gè)以上銷(xiāo)子和在一條線上的多銷(xiāo)緊固裝置加以免除。另外，申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)每組的葉片數(shù)目增加時(shí)，對(duì)于部分進(jìn)汽運(yùn)行可降低沖擊負(fù)載的放大因數(shù)。因而，希望形成具有三個(gè)以上葉片的扇形葉片組。對(duì)于較大的葉片組，(對(duì)于給定的葉根高度)可以使用較大直徑的銷(xiāo)子從而對(duì)于給定的葉片組長(zhǎng)度也只產(chǎn)生較低的應(yīng)力集中因數(shù)。通過(guò)在較長(zhǎng)的葉片上間隔較遠(yuǎn)地放置銷(xiāo)子，可減小銷(xiāo)子振動(dòng)力及葉片和轉(zhuǎn)子應(yīng)力。當(dāng)銷(xiāo)子處在同一個(gè)轉(zhuǎn)子直徑上時(shí)，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)子槽深度，在銷(xiāo)子邊緣和轉(zhuǎn)子與葉根的邊緣之間有一個(gè)較大的徑向距離。減小每排的銷(xiāo)子數(shù)目例如對(duì)于六個(gè)葉片的一個(gè)扇形葉片組采用三個(gè)銷(xiāo)子會(huì)節(jié)約很大的成本。因?yàn)殇N(xiāo)子材料的熱膨脹系數(shù)不同于葉片和轉(zhuǎn)子材料的膨脹系數(shù)，所以在工作條件下，較大尺寸的銷(xiāo)子有利于固緊安裝。這種固緊安裝很重要，因?yàn)槿~片組要承受部分進(jìn)汽的沖擊力，該力高達(dá)6，000磅，并每秒產(chǎn)生60次。另外，較大的銷(xiāo)子允許使用較大的鉆頭，當(dāng)鉆頭通過(guò)多個(gè)凸緣時(shí)，也不易偏離預(yù)定的軌跡。
現(xiàn)在來(lái)看圖3和圖4，其為本發(fā)明扇形葉片組的一種結(jié)構(gòu)形式。該葉片組34包括葉片36的數(shù)量為三個(gè)以上(最好是六個(gè))。葉片36在外邊的葉片圍帶38和內(nèi)部的平臺(tái)40之間伸展。葉根42由平臺(tái)40徑向地向內(nèi)伸展。在葉根42中，置有多個(gè)(最好是3個(gè))在轉(zhuǎn)子46的同一直徑或相同圓周上都對(duì)中的孔44。如圖4所示，葉根42最好是有三個(gè)凸緣的三叉形葉根。轉(zhuǎn)子46至少包括三個(gè)圓周方向和徑向都伸展的凸緣48。葉根42的凸緣42A、42B和42C緊貼地固定在由凸緣48所限定的槽50中。同時(shí)，凸緣48也限定了裝配葉根凸緣42A-C的槽52。凸緣48和42A-C都有平整的、平行的側(cè)壁以便在凸緣之間提供最大的接觸。通常，希望轉(zhuǎn)子上有四個(gè)凸緣、而在葉片組上有三個(gè)凸緣。轉(zhuǎn)子凸緣包括當(dāng)葉片組安裝到轉(zhuǎn)子上時(shí)與孔44對(duì)中的孔45。銷(xiāo)子54通過(guò)孔44和45延伸以將葉片組裝配到轉(zhuǎn)子上。銷(xiāo)子54壓緊地裝配到對(duì)中的孔中。
圖3中加長(zhǎng)的扇形葉片組具有足夠長(zhǎng)度以便可使用較大的銷(xiāo)子54將葉片組固定到轉(zhuǎn)子上。銷(xiāo)子的直徑可以是例如0.9英寸inch。由于這種加長(zhǎng)的扇形葉片組，銷(xiāo)子54之間的距離可以大于銷(xiāo)子直徑。另外，葉根42的徑向的內(nèi)角56可以斜切或去掉而成，而在結(jié)構(gòu)上不會(huì)削弱葉根。這樣可以減小附加的重量。
圖5示出了圖3葉片組的另一種優(yōu)選方案，其中采用4個(gè)銷(xiāo)子54將葉片組緊固到轉(zhuǎn)子上。即使采用附加的銷(xiāo)子，則由于該葉片組有較大長(zhǎng)度也允許使用更大的銷(xiāo)子54且在銷(xiāo)子之間仍保留足夠的空間以便緩解銷(xiāo)子之間傳遞的應(yīng)力。在圖3或圖5的任一實(shí)施例中，銷(xiāo)子54相對(duì)轉(zhuǎn)子軸是在一個(gè)相同的直徑上從而熱能傳遞是均勻的并且每個(gè)銷(xiāo)子都支承著葉片組。另外，銷(xiāo)子54是由比葉根和轉(zhuǎn)子材料熱膨脹系數(shù)高的材料制成的從而當(dāng)運(yùn)行溫度達(dá)到550℃時(shí)，銷(xiāo)子仍然處于緊密的接觸。
現(xiàn)在，本發(fā)明的原理通過(guò)實(shí)施例的說(shuō)明已經(jīng)很清楚，為了適應(yīng)特殊工作運(yùn)行的要求，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例加以發(fā)展和實(shí)踐，即對(duì)上述說(shuō)明中的結(jié)構(gòu)、裝置及元件可作出許多改進(jìn)但不會(huì)超出如權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽輪機(jī)，包括一個(gè)具有徑向凸緣(48)的轉(zhuǎn)子(46)，凸緣(48)具有相對(duì)的和光滑的表面，轉(zhuǎn)子(46)有許多間隔的環(huán)形槽(52)，整體可調(diào)節(jié)級(jí)葉片組(34)裝在所述凸緣上，每個(gè)葉片組(34)包括多個(gè)從一個(gè)整體平臺(tái)(40)上伸出的葉片(36)，多個(gè)葉根部分(42)沿葉片(36)的反方向由平臺(tái)(40)懸出，當(dāng)葉片組(34)安裝到轉(zhuǎn)子(46)時(shí)，葉根部分(42)沿著平臺(tái)(40)在圓周方向伸展，每個(gè)葉根部分(42)裝入轉(zhuǎn)子(46)上相應(yīng)的一個(gè)環(huán)形槽(52)中，其特征在于每個(gè)葉片組包括三個(gè)以上的葉片并且在葉根部分(42)至少設(shè)置三個(gè)間隔的孔(44)，當(dāng)葉片組(34)安裝到轉(zhuǎn)子(46)上時(shí)，孔(44)與轉(zhuǎn)子凸緣(42A，42B，42C)中相應(yīng)的孔(45)對(duì)中，每個(gè)孔(44，45)設(shè)置在相同直徑的圓周上且與轉(zhuǎn)子(46)的軸線平行延伸，以便銷(xiāo)子(54)通過(guò)對(duì)中的孔(44，45)來(lái)將葉片組(34)緊固到轉(zhuǎn)子(46)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)，其特征在于每個(gè)葉片組(36)包括6個(gè)葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)，其特征在于所述的孔(44，45)在圓周方向安置得足夠遠(yuǎn)，從而使每個(gè)銷(xiāo)子(54)傳遞到葉根(42)的應(yīng)力與從相鄰銷(xiāo)子傳遞的應(yīng)力不相互影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)，其特征在于每個(gè)孔(44，45)的尺寸定為可以裝配直徑大約23mm的銷(xiāo)子(54)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)，其特征在于葉根部分(42)置有4個(gè)間隔孔(44)以便裝配4個(gè)銷(xiāo)子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)，其特征在于葉根部分(42)的徑向內(nèi)端(56)制成斜切的角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)，其特征在于每個(gè)銷(xiāo)子(54)是由比轉(zhuǎn)子(46)和葉根部分(42)的材料熱膨脹系數(shù)高的材料制成，從而在汽輪機(jī)運(yùn)行溫度下保證銷(xiāo)子(54)的緊密配合。
全文摘要
用于有一個(gè)轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機(jī)的整體可調(diào)級(jí)葉片組，轉(zhuǎn)子包括帶有相對(duì)和光滑表面的徑向延伸凸緣，以限定至少一對(duì)間隔的環(huán)形槽，葉片組包括裝到單一平臺(tái)上的多個(gè)葉片和多個(gè)葉片反方向從平臺(tái)上懸出的葉根部分。當(dāng)葉片組裝到轉(zhuǎn)子上時(shí)葉根部分沿圓周方向順平臺(tái)伸展。葉根部分裝在轉(zhuǎn)子上的環(huán)形槽中并至少有三個(gè)間置的孔，該孔與轉(zhuǎn)子凸緣中相應(yīng)孔對(duì)中。每個(gè)孔設(shè)置在相同的轉(zhuǎn)子圓周上并且平行于轉(zhuǎn)子軸延伸線從而在對(duì)中的孔裝一銷(xiāo)子將葉片組緊固到轉(zhuǎn)子上。
文檔編號(hào)F01D5/30GK1055575SQ9110227
公開(kāi)日1991年10月23日 申請(qǐng)日期1991年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月9日
發(fā)明者阿爾伯特·約瑟夫·帕林頓, 馬丁·埃恩斯·施萊特 申請(qǐng)人:西屋電氣公司