專利名稱：用于渦輪葉片的蓋罩及其組裝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于渦輪的多層式葉片蓋罩并特別涉及一種具有中間穿孔層的多層式葉片蓋罩及其組裝的方法。
背景技術(shù)：
渦輪轉(zhuǎn)子通常安裝了多個(gè)沿圓周間置的總體徑向延伸的翼面或葉片。傳統(tǒng)上在該葉片的尖頂設(shè)置了蓋罩，該蓋罩形成一圍繞該葉片的360°的環(huán)形結(jié)構(gòu)，同時(shí)該蓋罩的外表面和該環(huán)繞的套筒之間有小間隙。
為了將蓋罩固定在該葉片的尖頂上已有多種不同的結(jié)構(gòu)和方法。一種這類公知結(jié)構(gòu)是卡扣榫/蓋罩結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)從每個(gè)葉片基本沿徑向伸出的榫件穿過(guò)在蓋罩中相應(yīng)的孔并沿著該蓋罩的外表面最好自動(dòng)鉚固。這種卡扣榫/蓋罩結(jié)構(gòu)可提供顯著的車?yán)瓘?qiáng)度(即在蓋罩和葉片之間足夠的結(jié)構(gòu)整體性)以阻止蓋罩在離心力作用下脫離該葉片的端部。然而，這種卡扣榫/蓋罩結(jié)構(gòu)不能提供適當(dāng)?shù)纳w罩密封。這就是說(shuō)，該卡扣件沿著該蓋罩的外表面形成一系列徑向向外的伸出部，故必須增加在所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件(即該蓋罩)和環(huán)繞的靜止構(gòu)件(即殼體)之間的間隙，依此增加了尖頂泄漏損失。但是，該卡扣榫/蓋罩結(jié)構(gòu)具有優(yōu)點(diǎn)是，可使所述鉚固操作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
在另一種公稱為“福斯孔”(foxhole)榫/蓋罩結(jié)構(gòu)中，該在葉片上的榫件從該蓋罩的外開(kāi)口凹入。由于榫部沒(méi)有伸出該蓋罩的外表面，這種“福斯孔”結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)與環(huán)繞的靜止構(gòu)件的較緊密的頂間隙，從而提供改善的蓋密封和降低尖頂泄漏損失。然而，福斯孔榫/蓋罩結(jié)構(gòu)則要求手工鉚固工藝以將蓋罩固定到葉片上。這種工藝是很費(fèi)體力和成本昂貴的。因此，需要提供如下的葉片蓋罩，其能提供足夠的牽拉強(qiáng)度并且能自動(dòng)將兩者鉚固并提供將尖頂泄漏損失最小化的適當(dāng)蓋罩密封。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，提供一種葉片蓋罩，其由多層或元件構(gòu)成跨過(guò)該葉片的外尖頂?shù)幕⌒螛?gòu)型。該葉片蓋罩設(shè)置多個(gè)弧形部段以形成完整的圍繞該轉(zhuǎn)子的周邊的環(huán)形結(jié)構(gòu)。每個(gè)部段由多個(gè)元件構(gòu)成。作為優(yōu)選，每個(gè)葉片蓋罩部段包括內(nèi)部元件，外部元件和配置在該內(nèi)及外部元件之間的中間元件。該部段和由此該元件可跨過(guò)三個(gè)或更多個(gè)葉片并裝配到該葉片的榫部上。
具體地，該些元件設(shè)有周向間置的相互對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)孔以接納葉片端部上的榫部。應(yīng)當(dāng)理解，該榫部具有比葉片的翼面輪廓減小的型廓。倒圓或斜切結(jié)構(gòu)設(shè)置在該榫部的減小型廓和位于該葉片的尖頂?shù)囊砻孑喞g。通過(guò)該內(nèi)部元件的每個(gè)開(kāi)孔具有徑向向內(nèi)伸長(zhǎng)的斜切結(jié)構(gòu)以覆蓋所述在榫部和葉片翼面之間的接合部位上的倒圓部分。該中間元件具有該榫部型廓相對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔。該外部元件具有包含徑向向外指向的斜切結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔。該內(nèi)、中間和外部元件依次用接納該榫部的開(kāi)孔配置在葉片上。然后該榫部的伸出端部最好自動(dòng)鉚固，以將元件固定到葉片上。該榫部的多余材料例如通過(guò)機(jī)加工去除掉以提供沿著該蓋罩的外周的平滑、連續(xù)的表面。依此方式，可在該蓋罩和環(huán)繞的靜止構(gòu)件之間保持一緊密間隙。為了提供所需的牽拉強(qiáng)度，在位于相鄰的榫部之間的中間元件內(nèi)設(shè)置空腔。這些空腔是無(wú)材料的但是通過(guò)該中間元件的面對(duì)熱燃?xì)馔ㄟ^(guò)渦輪的流動(dòng)方向的上游和下游的端壁而封閉并且分別通過(guò)該內(nèi)和外部元件的外和內(nèi)表面而限定邊界。依此方式，實(shí)現(xiàn)了蓋罩重量明顯減輕并因此使蓋罩由于離心力徑向向外移動(dòng)的趨勢(shì)最小化以及有效減小了該牽拉強(qiáng)度。雖然該蓋罩元件可在它們的周向相鄰連接處徑向相互對(duì)準(zhǔn)定位，但是該元件也可以相互交錯(cuò)配置，以便這些在周向相鄰元件之間的連接部位在周向上相互偏離或交錯(cuò)排列。
借助利用前述的結(jié)構(gòu)造型，提供一種具有足夠牽拉強(qiáng)度的齊平式榫部/蓋罩結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于可應(yīng)用自動(dòng)鉚固機(jī)械制造。同時(shí)，通過(guò)緊密蓋罩環(huán)形結(jié)構(gòu)和環(huán)繞的套筒之間的間隙而改進(jìn)蓋罩密封。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提供一種用于渦輪葉片的蓋罩，該葉片具有鄰接葉片的尖頂?shù)拈静浚撋w罩包括分立的內(nèi)和外部弧形蓋罩元件和位于其間的中間弧形蓋罩元件，這些元件具有基本徑向?qū)?zhǔn)以便接納該葉片榫部的開(kāi)孔，該外部元件具有徑向向外的斜切結(jié)構(gòu)以接納鉚固的葉片榫部的材料從而將元件保持在葉片上。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供用于渦輪的可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其包括多個(gè)周向間置的可圍繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且終止徑向向外延伸的榫部上的葉片，用于葉片的蓋罩包括多個(gè)分立的弧形蓋罩部段，每個(gè)部段具有內(nèi)、外和中間弧形延伸元件，這些元件具有基本徑向?qū)?zhǔn)的并位于該部段的周向間隔的位置上以接納榫部的開(kāi)孔，該榫部鉚固以將元件固定到葉片上并與該外部元件的外表面一起形成基本平滑連續(xù)的外表面。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，提供將蓋罩組裝到渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)件的葉片上的方法，包括步驟如下提供內(nèi)、外和中間弧形蓋罩元件，它們具有貫穿自身的開(kāi)孔以接納在葉片的端部上形成的榫部；將內(nèi)、中和外部蓋罩元件依次序安裝到葉片的榫部上并使榫部的端部從該外部元件伸出；將該榫部的伸出端鉚固以將元件固定到葉片上并且沿該蓋罩的外表面并包括沿榫部的鉚固的端部形成平滑連續(xù)的弧形表面。


圖1是渦輪一部分的局部剖視圖，其表示了帶有葉片和蓋罩的渦輪轉(zhuǎn)子及相關(guān)的渦輪定子級(jí)；圖2表明了本發(fā)明的多層式葉片蓋罩應(yīng)用于轉(zhuǎn)子葉片的榫部上的軸向局部剖視圖；圖3是類似于圖2表明該完整的葉片蓋罩組件的示意圖；以及圖4是按照?qǐng)D3中線4-4總體截取的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，具體指圖1，其中表示了安裝有多個(gè)周向間置的葉片，其中之一以12表示并具有葉片蓋罩14。該渦輪的固定構(gòu)件的軸向相鄰的定子葉片16和18也揭示在該渦輪流路20中。迷宮型密封22以及刷式密封24表示為用于在渦輪的運(yùn)行期間密封該蓋罩14的周圍。
現(xiàn)參看圖2，該蓋罩14包括多個(gè)弧形蓋罩部段23，其每個(gè)包括蓋罩層或元件，總的以25表示。如表示的那樣，每個(gè)部段23的總體蓋罩元件25包括弧形延伸的外部元件26，內(nèi)部元件28和中間蓋罩元件30。該蓋罩元件26、28和30以弧形方式延伸并跨過(guò)多個(gè)葉片12，例如4-20葉片，這取決于所述級(jí)。這些弧形的蓋罩部段固定在每個(gè)葉片12尖頂上形成的榫件32上。該蓋罩部段23在葉片之間的位置的周向上以相對(duì)的端部鄰接相鄰的蓋罩元件從而形成完整的圍繞該葉片12的環(huán)形構(gòu)件。類似地，每個(gè)外、內(nèi)和中間元件26、28和30分別在周向相互對(duì)接。于是，該在所述部段23之間的連接結(jié)構(gòu)31則具有徑向相互對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)、中和外部元件。作為選擇，這些元件可以在周向上相互交錯(cuò)配置，因此，對(duì)應(yīng)的元件26、28和30之間的連接結(jié)構(gòu)在周向上相對(duì)交錯(cuò)配置。
如圖2所示，葉片12終止在它們的榫部32中的外尖頂處。該蓋罩元件26、28和30在周向間隔的位置上具有開(kāi)口以接納榫部32。如圖4所示，該榫部32的橫截面構(gòu)型從圖4中以虛線表示并標(biāo)號(hào)為34的葉片翼面減小。每個(gè)榫部32還在不到該對(duì)應(yīng)葉片的前和尾邊緣兩者處終止。于是它們的側(cè)表面位于該葉片12的翼面表面的負(fù)壓和壓力側(cè)的內(nèi)側(cè)。
如圖2所示，該葉片12的翼面的榫部32和徑向上外端部的接合部位倒圓或斜切，如36所示。通過(guò)內(nèi)部元件28的開(kāi)孔38也倒圓以使與位于該榫部和葉片翼面的接合部位的倒圓36相接合。如圖4所示，該中間元件30包括周向間置的并以榫部為總體形狀以接納該榫部32的開(kāi)孔40。再參看圖2，通過(guò)外部元件30的開(kāi)孔42也倒圓以提供圍繞榫部32總體凹入的表面44。應(yīng)該理解，每個(gè)蓋罩元件26、28和30包括分立的元件，它們?cè)诮M裝到轉(zhuǎn)子10上期間獨(dú)立和依次施加到該葉片12的榫部32上。
如圖2、3和4所示，該中間元件30還包括在圍繞蓋罩12周向的間隔位置上的空腔46。作為優(yōu)選，每個(gè)空腔46徑向從中間元件30徑向向外和向內(nèi)敞口。然而應(yīng)當(dāng)理解，該中間元件可以具有在其中構(gòu)成的空腔而不是貫穿該元件形成的空腔。該空腔46通過(guò)端壁48和50以及通過(guò)相鄰的隔板52限定邊界。每個(gè)隔板52跨過(guò)端壁48和50之間。該隔板52環(huán)繞著該接納榫部32的開(kāi)孔40。該端壁48和50沿渦輪流路面向流動(dòng)方向的上游或下游。在組裝中，也應(yīng)當(dāng)理解，該空腔46分別通過(guò)該外部和內(nèi)部元件26和28的內(nèi)和外表面限定邊界。在最終的組裝中，也將因此理解，每個(gè)沿著蓋罩并在葉片之間的空腔是整體封閉的。
為了組裝該蓋罩到轉(zhuǎn)子10上并具體在該葉片的尖頂上，每個(gè)蓋罩部段23的內(nèi)部、中間和外部元件依次安置在該榫部32上。一旦安置在該榫部上，如圖2所示，該榫部就可鉚固。因?yàn)樵撻静可斐龅矫總€(gè)外部蓋罩元件26的外表面之外，故該榫部可通過(guò)自動(dòng)機(jī)械裝置鉚固。在鉚固期間，該榫部的材料變形以在橫向延展從而填充該榫部和貫穿該元件26、28和30的開(kāi)孔的邊緣之間的空間。具體地，這些變形的材料填充圍繞貫穿外部蓋罩元件26的開(kāi)孔的倒圓或凹入的開(kāi)孔44。由于該材料通過(guò)鉚固操作變形到該貫穿外部蓋罩元件26的開(kāi)孔的擴(kuò)大區(qū)域中，故相互疊置的內(nèi)部、中間和外部元件就固定到榫部32鄰近的葉片12上。
如圖3所示，該鉚固操作沿著該外部元件的外表面將導(dǎo)致小的鉚鈕，如圖3中54所示。這些通過(guò)該榫部的多余材料形成的鉚鈕然后可機(jī)械加工去掉以便圍繞該環(huán)形蓋罩提供平滑的、連續(xù)的外弧形表面。這就是，該榫部的外表面與該蓋罩的弧形周邊外形一致。
對(duì)于這種上述的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解到，所提供的蓋罩密封使得尖頂泄漏損失減小，因?yàn)樵谏w罩的外表面和環(huán)繞的套筒或密封表面之間可保持緊密的間隙。雖然一般的齊平式榫部/蓋罩結(jié)構(gòu)不能提供適當(dāng)?shù)臓坷瓘?qiáng)度，亦即在高的離心力負(fù)荷期間沒(méi)有足夠的強(qiáng)度使蓋罩保持在葉片上，但本發(fā)明的齊平式榫部/蓋罩卻具有足夠的牽拉強(qiáng)度，因?yàn)橥ㄟ^(guò)在中間元件30中形成該空腔46使得蓋罩的重量減小。因此采用這一結(jié)構(gòu)，將認(rèn)識(shí)到，可滿足所述的牽拉強(qiáng)度需要。重要的是，這種榫部可自動(dòng)鉚固并且由于這種齊平式榫部/蓋罩結(jié)構(gòu)而能提供緊密的蓋罩密封。這種帶通孔的蓋罩結(jié)構(gòu)方案滿足了這些上述的要求。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例作了闡述，但應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明不能局限到這些揭示的具體實(shí)施例上，而是相反，其意圖是覆蓋在所附權(quán)利要求書(shū)的構(gòu)思和保護(hù)范圍中包含的各種修改變型和等同配置方案。
權(quán)利要求
1.一種將蓋罩組裝到一渦輪轉(zhuǎn)子構(gòu)件的葉片上的方法包括如下步驟提供內(nèi)部弧形蓋罩元件(28)，外部弧形蓋罩元件(26)和中間弧形蓋罩元件(30)，它們具有貫穿自身的開(kāi)孔以接納在葉片的端部上形成的榫部(32)；將內(nèi)部、中間和外部蓋罩元件依次安裝在該葉片的榫部上并且榫部的端頭從該外部元件伸出；將榫部的伸出端頭鉚固以將該元件固定到葉片上；以及沿著該蓋罩的外表面形成一包括沿著該榫部的鉚固的端頭的平滑連續(xù)的弧形表面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在相鄰開(kāi)孔之間在所述中間元件中形成一空腔(46)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括在相鄰開(kāi)孔之間貫穿所述中間元件形成一空腔(46)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括貫穿所述中間元件形成空腔(46)，以便該空腔分別通過(guò)該外部和內(nèi)部元件的內(nèi)和外表面、所述中間元件的軸向相對(duì)的端壁(48，50)以及構(gòu)成該端壁的所述中間元件的周向相對(duì)隔板(52)來(lái)限定邊界。
全文摘要
一種葉片蓋罩(14)包括周向安置的弧形蓋罩部段(23)，其中每個(gè)具有分立的弧形內(nèi)部(28)、中間(30)和外部蓋罩元件(26)以便跨過(guò)多個(gè)渦輪葉片(12)的尖頂。每個(gè)部段包括通過(guò)所述元件的周向間置的徑向開(kāi)孔以接納葉片尖頂?shù)拈静?32)。該中間元件具有形成在周向間置隔板(52)之間的空腔(46)或凹槽，隔板限定通過(guò)該中間元件的開(kāi)孔以便減輕重量。在最后的組裝中，該榫部的尖頂鉚固以將元件保持在葉片上并且機(jī)加工過(guò)多的材料以提供平滑、連續(xù)弧形、周向延伸的外表面。空腔分別通過(guò)隔板(52)、前(48)和后(50)端壁以及該外部和內(nèi)部元件的內(nèi)和外表面來(lái)限定邊界。
文檔編號(hào)F01D5/12GK1461874SQ0313840
公開(kāi)日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者B·I·弗羅洛夫, A·K·托爾帕迪, G·L·蘭德里 申請(qǐng)人:通用電氣公司