渦輪機轉(zhuǎn)子組件和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中公開的主題涉及用于在渦輪機轉(zhuǎn)子上組裝渦輪機葉片的方法，特別是用于軸向渦輪機的葉片，軸向渦輪機諸如燃?xì)鉁u輪、軸向壓縮機、或蒸汽渦輪。公開的主題也涉及渦輪機轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪機鼓筒形轉(zhuǎn)子通常包括鼓筒，該鼓筒具有葉片固持溝槽，該葉片固持溝槽圍繞該鼓筒周向地擴展且具有大體上T形的截面。葉片各自包括翼型件部分和根部部分，該根部部分是大體上T形的且用于固持在轉(zhuǎn)子的葉片固持溝槽中。
[0003]通過將根部部分引入葉片固持溝槽中且之后繞徑向軸線扭轉(zhuǎn)該葉片來將葉片約束到轉(zhuǎn)子，以使根部部分接合在由T形葉片固持溝槽形成的底切(undercut)中。
[0004]葉片的數(shù)量必須足以形成完整的環(huán)形葉片布置，且被一個靠著另一個地切向地施力，以抵抗壓力和振動。已開發(fā)若干解決方案來將葉片引入在T形溝槽中，并且最終一個靠著另一個地對它們切向地施力。
[0005]在一些已知的渦輪轉(zhuǎn)子布置中，為了圍繞轉(zhuǎn)子組裝完整的葉片環(huán)，待引入的最后的葉片具有根部部分，該根部部分不是T形的，且其被引入插入空間中，該插入空間相對于該T形葉片固持溝槽的寬度，在軸向方向上(S卩，在平行于該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上)具有更大的尺寸。在徑向螺釘?shù)膸椭?，通過將最后的葉片與被引入在該插入空間中的兩個插入片鎖定來固持該最后的葉片。當(dāng)該最后的葉片被引入和鎖定時，形成完整的葉片環(huán)并且該葉片被一個靠著一個地切向地施力。US專利號7,901,187公開了這種結(jié)構(gòu)。
[0006]圖23示意性地例示渦輪轉(zhuǎn)子的一部分和相關(guān)葉片，特別地示出了最后的葉片，該最后的葉片已安裝在該轉(zhuǎn)子上。該轉(zhuǎn)子用參考數(shù)字100表示。葉片102圍繞轉(zhuǎn)子安裝并被固持在底切的葉片固持溝槽中，例如，具有大體上T形的截面，并圍繞該轉(zhuǎn)子周向地延伸。除該最后一個葉片之外的各葉片具有接合該底切的溝槽的T形根部部分(未示出)。葉片102與在103處示出的插入空間對應(yīng)地被引入到該葉片固持溝槽中。在其中插入兩個相對的插入片107之后，將最后的葉片105引入插入空間103中。該插入片107和該最后的葉片105借助于螺釘109、111而被鎖定在轉(zhuǎn)子或鼓筒100上。
[0007]該已知的安裝系統(tǒng)具有一些缺點，包括在最后的葉片105的固持方面的效率的降低。后者借助于螺釘109、111而被相對于離心力徑向地固持，該離心力在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間生成。為了獲得足夠的徑向固持效果，螺釘必須較深地接合到該轉(zhuǎn)子中。這導(dǎo)致應(yīng)力集中，特別是在經(jīng)受高操作溫度(諸如在蒸汽渦輪中發(fā)生的那些)的渦輪機中。
[0008]US專利號7，168,919描述了一種用于在轉(zhuǎn)子鼓筒上組裝和切向地鎖定葉片的另一已知的布置。在該已知的布置中，各葉片具有根部，該根部帶有相反的凸起部分，該相反的凸起部分沿根部的軸向方向延伸。葉片以徑向地交錯的布置被引入T形溝槽中，以便相應(yīng)的凸起部分最初徑向地交錯。最后，該葉片徑向向外位移，以便所有葉片的凸起部分徑向地對齊，從而消除了相鄰葉片之間的間隙，并沿切向方向一個靠著另一個地對葉片施力。葉片的加工非常復(fù)雜，且在組裝過程中，很難控制和調(diào)整最終的切向干擾。
[0009]在其他已知的布置中，將墊片強迫地引入相鄰葉片的根部之間，以在葉片之間生成切向干擾，并沿切向方向一個靠著另一個地對它們施力。借助于螺釘來鎖定墊片。而且，這種布置也被證明不是令人滿意的，因為它需要組件處的關(guān)鍵加工。此外，墊片必須是厚的，以被強迫地引入且容納固持螺釘。這需要具有不均勻的根部間距的葉片，以至于從耐應(yīng)力性的觀點來看，葉片排不可被優(yōu)化。
[0010]因此需要一種在渦輪機轉(zhuǎn)子上安裝葉片的更有效的系統(tǒng)，且特別是一種插入最后的葉片并封閉整個葉片環(huán)的更有效的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本文中公開的主題，單個渦輪機級的旋轉(zhuǎn)葉片借助于接合在底切葉片固持溝槽或通道中的根部部分而組裝在轉(zhuǎn)子上，該底切葉片固持溝槽或通道圍繞轉(zhuǎn)子軸線周向地延伸。葉片固持溝槽和葉片根部部分定形為以便使各葉片徑向地接合于轉(zhuǎn)子。葉片固持溝槽設(shè)有底切，例如其截面的一部分為T形，以形成燕尾連接，各葉片的根部部分的類似的T形或燕尾形部分接合在其中。葉片固持溝槽具有擴大部分。沿所述擴大溝槽部分引入的葉片可相對于它們的最終組裝角位置過度扭轉(zhuǎn)，以便暫時地采用最小切向尺寸的位置，從而產(chǎn)生自由間隙。最后的葉片被引入間隙中并被扭轉(zhuǎn)，以接合在由葉片固持溝槽形成的底切中。切向插入件最終被引入擴大溝槽部分中，以通過使各葉片繞其相應(yīng)的徑向軸線旋轉(zhuǎn)而迫使過度扭轉(zhuǎn)的葉片回到其最終角位置中。在將葉片扭轉(zhuǎn)到最終角位置中時，其切向尺寸增大，且消除了相鄰葉片之間的余隙。獲得了完整的葉片環(huán)。葉片以有效的方式被徑向地固持在葉片固持溝槽中，而無需葉片根部部分的復(fù)雜成型，且不使用關(guān)鍵的葉片轉(zhuǎn)子約束手段，包括徑向螺釘和類似的鎖定部件。
[0012]根據(jù)一些實施例，因此提供了一種渦輪機組件，其包括轉(zhuǎn)子和安裝在所述轉(zhuǎn)子上的葉片環(huán)，各葉片包括翼型件部分和根部部分，該根部部分插入轉(zhuǎn)子的底切葉片固持溝槽中。葉片固持溝槽在轉(zhuǎn)子核心或轉(zhuǎn)子鼓筒的外周上圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線周向地延伸。葉片固持溝槽包括沿溝槽的周向擴展范圍的一小部分延伸的擴大溝槽部分，如從大約20°到大約100°，優(yōu)選地從大約30°到大約60°。擴大溝槽部分具有其截面的一部分，該部分具有比溝槽的其余部分大的軸向方向上(即平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)的尺寸。擴大溝槽部分中的葉片能夠圍繞大體上徑向的軸線旋轉(zhuǎn)，以采用最小切向尺寸的位置。多個可移除的插入件在葉片根部部分與溝槽的側(cè)面之間沿所述擴大溝槽部分布置，以在最終組裝位置中對葉片進行施力和鎖定。在所述位置中，葉片可處于相互干涉的狀態(tài)。
[0013]本公開的背景下的底切葉片固持溝槽應(yīng)當(dāng)理解為如下溝槽，該溝槽具有適合于徑向地接合葉片根部部分的截面形狀，例如，T形或燕尾形截面。
[0014]在一些實施例中，各葉片可設(shè)有外護罩部分。一旦組裝在最終位置中，則相鄰葉片的護罩部分相互接觸，以形成圍繞葉片的連續(xù)環(huán)形護罩，葉片圍繞轉(zhuǎn)子軸線形成葉片環(huán)。
[0015]根據(jù)另一方面，本文中公開的主題涉及一種組裝如上所述的渦輪機組件的方法，其包括以下步驟:將第一組葉片插入和扭轉(zhuǎn)成它們的根部接合在所述葉片固持溝槽中；將第二組葉片插入所述葉片固持溝槽的擴大部分中插入且圍繞所述第二組葉片的相應(yīng)徑向軸線過度扭轉(zhuǎn)所述第二組葉片，以便所述第二組葉片中的葉片采用減小切向尺寸的角位置，從而在所述葉片固持溝槽中形成自由間隙；將最后的葉片引入所述自由間隙中，并圍繞相應(yīng)的徑向軸線過度扭轉(zhuǎn)所述最后的葉片;在所述第二組葉片的根部與所述擴大溝槽部分的相對的側(cè)表面之間，將可移除插入件順序地引入所述擴大溝槽部分中，從而將第二組葉片中的葉片順序地扭轉(zhuǎn)到最終角位置中。
[0016]根據(jù)又一方面，本文中公開的主題涉及一種拆卸如上所述的渦輪機組件的方法，其包括以下步驟:從擴大溝槽部分移除可移除插入件;在擴大溝槽部分中過度扭轉(zhuǎn)所述葉片，從而形成間隙;扭轉(zhuǎn)沿擴大溝槽部分布置的葉片中的一個，從而使其根部部分從葉片固持溝槽分離且徑向地移除扭轉(zhuǎn)的葉片;從葉片固持溝槽移除其余的葉片。
[0017]在此，特征和實施例在下面公開，且在所附權(quán)利要求中進一步得到闡述，所附權(quán)力要求形成本說明書的整體部分。以上的簡要描述闡述了本發(fā)明的各種實施例的特征，以便可更好地理解隨后的詳細(xì)描述，且以便可更好地理解本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻。當(dāng)然，存在將在此后描述并將在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的其他特征。在這方面，在詳細(xì)地解釋本發(fā)明的若干實施例之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明的各種實施例在它們的應(yīng)用中不限于結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和在以下描述中闡述或在附圖中說明的構(gòu)件布置。本發(fā)明能夠有其他實施方式并且能夠以各種方式實踐和實施。而且，應(yīng)理解的是，本文中采用的短語和用語用于描述目的，且不應(yīng)視為是限制性的。
[0018]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明所基于的構(gòu)思可容易地用作用于設(shè)計實施本發(fā)明的若干目的的其他結(jié)構(gòu)、方法和/或系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求視為包括此種等同結(jié)構(gòu)，只要它們不背離本發(fā)明的精神和范圍。
【附