定子葉片隔板環(huán)、渦輪機及方法
【專利摘要】一種定子葉片隔板環(huán)包括均具有根部(18)和徑向銷接收器(22)的多個定子葉片(16)。隔板環(huán)還包括具有多個槽口(28)的第一環(huán)(24)，其中各個槽口由多個定子葉片(16)中的一個的根部(18)接合，以及具有多個徑向貫穿通路(32)的第二環(huán)(26)，其中各個徑向貫穿通路與多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器對準。隔板還包括多個銷(34)，其中各個銷從徑向貫穿通路中的一個延伸到多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器中。
【專利說明】定子葉片隔板環(huán)、渦輪機及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及渦輪機，具體是蒸汽渦輪，并且更具體地涉及一種定子葉片隔板和一種制作定子葉片隔板的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽渦輪為將蒸汽的熱能和壓力能轉(zhuǎn)換成可用于執(zhí)行工作的旋轉(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。
[0003]為了提高蒸汽渦輪效率，蒸汽通常通過一定數(shù)量的級膨脹。各個級可包括定子葉片隔板和包括至少一個葉輪的裝有軸承的轉(zhuǎn)子組件。
[0004]在現(xiàn)代蒸汽渦輪中，定子葉片隔板的制造代表了顯著的成本，特別是在具有三個或更多個級的多級蒸汽渦輪中，該三個或更多個級中的各個可包括一個或更多個單獨的定子葉片隔板。
[0005]在一個此類制造過程中，加工了一定數(shù)量的獨立定子葉片和隔離件。接著，葉片的一端和隔離件圍繞定子環(huán)的周邊交錯地放置。各個葉片的自由端包括從一端延伸的柱。具有孔的護罩條接著被錘到葉片的松弛自由端上，直到柱從條的后側(cè)延伸出。該過程耗時、勞動密集，并且潛在地損壞所有定子隔板部分。例如，在錘擊期間，一個或更多個定子葉片可彎曲或以其它方式變形。即使定子葉片不變形，也仍存在以下可能性:葉片和/或隔板的其它部分將由于潛在不精確的錘擊而不正確地成角和/或間隔。
[0006]因此，所需的是一種較不昂貴、更有可能符合設(shè)計規(guī)格并且需要較少時間來制造的定子葉片隔板。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)示例性實施例，一種定子葉片隔板環(huán)包括均具有根部和徑向銷接收器的多個定子葉片。隔板環(huán)還包括具有多個槽口的第一環(huán)，其中各個槽口通過多個定子葉片中的一個的根部接合，以及第二環(huán)，該第二環(huán)具有多個徑向貫穿通路，其中各個徑向貫穿通路與多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器對準。隔板還包括多個銷，其中各個銷從徑向貫穿通路中的一個延伸到多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器中。
[0008]根據(jù)另一個示例性實施例，一種渦輪機包括:包括至少一個葉輪的轉(zhuǎn)子組件、連接于并且用于可旋轉(zhuǎn)地支承轉(zhuǎn)子組件的軸承，以及包括分段的定子隔板環(huán)的定子組件。定子隔板環(huán)中的各個節(jié)段包括具有均帶有至少一個銷接收器的第一端和第二端的定子葉片、具有至少一個徑向貫穿通路的第一環(huán)節(jié)段，至少一個徑向貫穿通路中的各個與定子葉片的第一端中的至少一個銷接收器中的對應(yīng)一個對準，以及第二環(huán)節(jié)段，其具有至少一個徑向貫穿通路，至少一個徑向貫穿通路中的各個與定子葉片的第二端中的至少一個銷接收器中的對應(yīng)一個對準。渦輪機還包括從第一環(huán)節(jié)段和第二環(huán)節(jié)段的徑向貫穿通路延伸到定子葉片銷接收器中的多個銷。
[0009]根據(jù)另一個示例性實施例，一種制作包括多個定子葉片、第一環(huán)和第二環(huán)的定子隔板的方法可包括以下步驟:將多個定子葉片中的各個的根部插入到第一環(huán)中的多個根部接收器中的對應(yīng)一個中、圍繞多個定子葉片定位第二環(huán)，使得第二環(huán)中的多個徑向貫穿通路與多個定子葉片中的多個銷接收器對準，通過多個徑向貫穿通路插入多個銷，使得多個銷中的各個從多個通路中的對應(yīng)一個延伸到多個銷接收器中的對應(yīng)一個中，以及將多個銷真空硬釬焊于多個徑向貫穿通路中的至少一個和多個銷接收器中的至少一個。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]并入說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了一個或更多個實施例，并且結(jié)合描述闡釋了這些實施例。在附圖中:
圖1示出了根據(jù)示例性實施例的定子葉片隔板環(huán)的透視圖。
[0011]圖2示出了圖1的示例性實施例的定子葉片。
[0012]圖3示出了圖1中所示的示例性實施例的截面視圖。
[0013]圖4示出了根據(jù)示例性實施例的另一個定子葉片隔板環(huán)。
[0014]圖5示出了根據(jù)示例性實施例的利用銷附接于內(nèi)環(huán)的定子葉片。
[0015]圖6示出了根據(jù)示例性實施例的附接于由兩部分制成的內(nèi)環(huán)的定子葉片。
[0016]圖7示出了根據(jù)示例性實施例的具有整體結(jié)合的銷的定子葉片。
[0017]圖8示出了根據(jù)示例性實施例的利用多個銷附接的定子葉片。
[0018]圖9為示出根據(jù)示例性實施例的制作隔板環(huán)的方法的流程圖。
[0019]圖10繪出了蒸汽渦輪。

【具體實施方式】
[0020]示例性實施例的以下描述提到了附圖。不同圖中的相同附圖標(biāo)記識別相同或相似的元件。以下詳細描述并未限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為了簡單，關(guān)于具有定子和轉(zhuǎn)子的渦輪機的術(shù)語和結(jié)構(gòu)論述了以下實施例。然而，接下來將論述的實施例不限于這些示例性系統(tǒng)，而是可應(yīng)用于其它系統(tǒng)。
[0021]遍及說明書提到〃 一個實施例〃或〃實施例〃意指結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在公開的主題的至少一個實施例中。因此，在遍及說明書的各個地方出現(xiàn)短語〃在一個實施例中〃或〃在實施例中〃不一定是指相同的實施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適合的方式組合在一個或更多個實施例中。
[0022]圖1至3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的定子葉片隔板14。隔板14可用于定子組件(例如，隨后將論述的蒸汽渦輪500)中。如圖1至3中所示，定子葉片隔板14包括多個定子葉片16，其中的各個包括圓柱形根部18(圖2)和圓柱形徑向銷接收器22 (圖2)。
[0023]隔板14還包括具有多個圓柱形徑向槽口 28的內(nèi)環(huán)24，以及具有多個圓柱形徑向通路32的外環(huán)26。在圖1至圖3的實施例中，徑向槽口 28延伸穿過內(nèi)環(huán)24，從而形成孔。注意，各個槽口 28構(gòu)造成使得各個根部18可直接地插入到槽口 28中，例如不必如前文論述地滑動穿過通道和/或利用隔離件與相鄰葉片分開。各個根部18與各個槽口 28的接合還可構(gòu)造成提供略微過盈或摩擦的配合，使得各個葉片16在進一步組裝步驟期間保持就位。
[0024]如圖3中所示，圓柱形銷34從各個徑向貫穿通路32延伸到各個徑向銷接收器22中，從而將各個葉片16裝固在內(nèi)環(huán)24與外環(huán)26之間。在組裝期間，外環(huán)26定位成使得定子葉片16設(shè)置在內(nèi)環(huán)24與外環(huán)26之間。內(nèi)環(huán)24上的槽口 28可構(gòu)造成使得在外環(huán)26置于葉片16之上時，徑向貫穿通路32中的各個自動地換位(index)或?qū)手料鄳?yīng)的定子葉片徑向銷接收器22，從而使組裝過程較容易。各個銷34接著插入到徑向貫穿通路32中的一個中，并且前移，直到部分地位于相應(yīng)的徑向銷接收器22中。注意，開啟的徑向槽口 28、徑向銷接收器22、銷34和徑向貫穿通路32位于隔板14的徑向軸線36上。
[0025]各個徑向銷接收器22可構(gòu)造成提供與各個銷34的過盈或摩擦配合，使得各個葉片16在進一步組裝步驟期間保持就位。作為備選，銷34、徑向貫穿通路32和銷接收器22可構(gòu)造成使得在各個銷34位于各個銷接收器22內(nèi)時，各個葉片16可充分地裝固在內(nèi)環(huán)24與外環(huán)26之間，以致使隔板環(huán)14的組裝完成。
[0026]外環(huán)26中的一個或更多個徑向貫穿通路32可包括具有第一截面面積的第一部分38和具有大于第一截面面積的第二截面面積的第二部分42。例如，第一部分38可具有對應(yīng)于銷34的圓柱形截面面積，并且第二截面區(qū)域42可具有構(gòu)造成提供加強的接近的第二截面面積，例如，以允許工具容易地到達徑向通路32內(nèi)。此外，并且如圖3中所示，當(dāng)銷34位于徑向銷接收器22內(nèi)時，銷34的部分44可延伸到徑向通路32的第二部分42中。
[0027]將注意的是，在圖3的有利實施例中，定子葉片16不延伸到外環(huán)26中，以使外環(huán)26可置于葉片16之上，而不論外環(huán)26為單件或者分成小數(shù)量的件；這也對于圖4的實施例有效。具體而言，定子葉片16的外端表面與外環(huán)26的內(nèi)表面匹配。
[0028]在圖1至3的實施例中，各個銷34可真空硬釬焊于徑向通路32中的對應(yīng)一個和各個銷34位于其中的徑向銷接收器22。此外，各個根部18可真空硬釬焊于其對應(yīng)的槽口28。真空硬釬焊過程還將各個定子葉片16裝固于內(nèi)環(huán)24、外環(huán)26和各個銷34，并且可在隔板14的單個均勻加熱和冷卻循環(huán)中執(zhí)行。用于執(zhí)行隔板14的真空硬釬焊的真空硬釬焊設(shè)備可為標(biāo)準真空硬釬焊設(shè)備，如例如美國專利第4，874，918號和第4，401，254號中公開的，其公開內(nèi)容通過引用并入本文中。
[0029]對于硬釬焊過程，優(yōu)選的是使用硬釬焊軟膏；硬釬焊軟膏優(yōu)選為鎳基硬釬焊軟膏，更優(yōu)選為鎳磷硬釬焊軟膏。
[0030]在圖3的實施例中，一些硬釬焊軟膏在插入各個根部18之前插入到各個槽口 28中；一些硬釬焊軟膏在插入各個銷34之后插入到各個貫穿通路32中。葉片16、內(nèi)環(huán)24、夕卜環(huán)26和銷34之間的間隙尺寸確定為使得在硬釬焊過程期間，硬釬焊軟膏熔化，并且通過毛細作用沿槽口 28上升，直到內(nèi)環(huán)24的上表面，并且沿銷34移動；以該方式，完美的密封在葉片16與環(huán)24和26之間獲得。
[0031]如圖1和3中進一步所示，內(nèi)環(huán)24和外環(huán)26可在沿隔板14的周邊的第一位置46和第二位置48處在硬釬焊連接之間切割。所得的分段隔板可容易安裝于定子組件，諸如，在蒸汽渦輪500內(nèi)。此外，由于切割提供了從與包括真空硬釬焊連接的連續(xù)環(huán)相關(guān)聯(lián)的約束的釋放，故分段的隔板環(huán)14可能夠更好地適應(yīng)突然和/或局部的加熱相關(guān)的膨脹和收縮，其可在隔板14安裝在其中的蒸汽渦輪的啟動或停機期間發(fā)生。在圖1和圖3中的實施例中，隔板14中的切口的第一位置46和第二位置48選定成提供相等長度的第一定子隔板節(jié)段25和第二定子隔板節(jié)段27，即，定子隔板14半環(huán)節(jié)段。
[0032]圖4示出了隔板環(huán)114的備選實施例，其中定子葉片根部118中的各個和內(nèi)環(huán)槽口 128中的各個設(shè)有橢圓形的截面，以防止各個定子葉片116與內(nèi)環(huán)124之間的相對軸向旋轉(zhuǎn)。作為備選，根部118中的一個或更多個和一個或更多個相應(yīng)的槽口 128可設(shè)有其它對應(yīng)的非圓形的截面形狀。類似地，銷134中的一個或更多個和一個或更多個相應(yīng)的銷接收器(圖4中未示出)或徑向通路132可設(shè)有對應(yīng)的非圓形截面形狀，以進一步防止葉片116的軸向旋轉(zhuǎn)。
[0033]在圖1至3中所示的實施例中，葉片16構(gòu)造成使得根部18接合內(nèi)環(huán)24，同時銷接收器與外環(huán)26中的徑向通路對準。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到其它構(gòu)造也是可能的，例如，并且如圖5中所示，葉片116可包括接合外環(huán)126中的槽口 128的根部118，以及接收從內(nèi)環(huán)124中的徑向通路132延伸的銷134的銷接收器122。在操作中，根部118和外環(huán)126中的槽口 128的非圓形輪廓可有助于防止葉片116的軸向旋轉(zhuǎn)。
[0034]在圖6中所示的另一個備選實施例中，葉片216包括從第一端延伸的整體結(jié)合的銷234和從其第二端延伸的根部218。在整體結(jié)合的銷234接收在外環(huán)226的徑向通路232中之后，根部218可裝固于內(nèi)環(huán)224。具體而言，圖6中所示的實施例的內(nèi)環(huán)224包括沿周向界面220接合于彼此的第一環(huán)部分224a和第二環(huán)部分224b。該特征簡單地通過使環(huán)部分224a和224b與彼此接合來允許各個根部218由各個對應(yīng)槽口 228接合。如圖6中所示，周向界面220可相交于并且更具體地平分多個槽口 228中的各個。
[0035]各個葉片216接著可例如通過各個根部218與內(nèi)部部分224a和224b之間的真空硬釬焊和/或內(nèi)環(huán)部分224a和224b之間沿界面220的真空硬釬焊來裝固于內(nèi)環(huán)部分224a和224b。包括整體結(jié)合的銷234的葉片216可類似地裝固于外環(huán)226。如圖6中進一步所示，并且作為備選或除內(nèi)環(huán)224之外，外環(huán)226也可設(shè)有沿周向界面230接合于彼此的第一環(huán)部分226a和第二環(huán)部分226b。此外，周向界面230可相交于多個徑向通路232中的各個。
[0036]圖7示出了另一個備選實施例。葉片316類似于葉片216，然而，根部318延伸到外環(huán)326中的槽口 328中，并且整體結(jié)合的銷334延伸到由內(nèi)環(huán)324形成的徑向通路332中。內(nèi)環(huán)324可包括沿周向界面320接合于彼此的環(huán)部分324a和324b。作為備選，或除內(nèi)環(huán)324之外，外環(huán)326可設(shè)有沿周向界面330接合于彼此的第一環(huán)部分326a和第二環(huán)部分326b ο
[0037]在圖8中所示的另一個示例性實施例中，各個葉片416的第一端設(shè)有銷接收器422a，其由從內(nèi)環(huán)424中的徑向通路432a延伸的銷434接合。各個葉片的第二端設(shè)有至少兩個銷接收器422b，其由從外環(huán)部分426中的徑向通路432b延伸的銷434接合。在圖8的實施例中，延伸到銷接收器422b中的銷434可有助于防止葉片416的軸向旋轉(zhuǎn)。注意，銷434、銷接收器422a和422b，以及徑向通路432a和432b可均設(shè)有對應(yīng)的非圓形截面，以進一步有助于防止葉片416、內(nèi)環(huán)424與外環(huán)426之間的移動。此外，注意，銷434可通過真空硬釬焊裝固于內(nèi)環(huán)424、外環(huán)426和/或葉片416。因此，將清楚的是，在本發(fā)明的一個方面，內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的任一個或兩者可設(shè)有槽口和/或徑向通路的組合，并且進一步，葉片可均設(shè)有對應(yīng)根部、銷接收器和/或整體結(jié)合的銷的相同或不同的組合。
[0038]根據(jù)圖9中所示的示例性實施例，根據(jù)本發(fā)明的制作定子隔板的方法(1000)可包括以下步驟:將多個定子葉片中的各個的根部插入(1002)到第一環(huán)中的多個根部接收器中的對應(yīng)一個中；圍繞多個定子葉片定位(1004)第二環(huán)，使得第二環(huán)中的多個通路與多個定子葉片中的多個銷接收器對準；通過多個通路插入(1006)多個銷，使得多個銷中的各個從多個通路中的對應(yīng)一個延伸到多個銷接收器中的對應(yīng)一個中；以及將多個銷真空硬釬焊(1008)于多個徑向通路中的至少一個和多個銷接收器中的至少一個。
[0039]上文論述的新穎定子葉片隔板例如可實施到蒸汽渦輪中。在該方面，圖10示意性地示出了多級蒸汽渦輪500。其中，蒸汽渦輪500包括殼體(定子)520，一定數(shù)量的定子葉片隔板530與設(shè)有多個葉輪轉(zhuǎn)子540的轉(zhuǎn)子軸550 —起設(shè)置在殼體(定子)520內(nèi)。軸550通過軸承580沿徑向和沿軸向受支承。
[0040]在操作期間，蒸汽渦輪獲得從入口 560通過各種膨脹級至通向冷凝器的出口 570的蒸汽輸入。在各個渦輪級處，蒸汽由定子隔板530引導(dǎo)到葉輪轉(zhuǎn)子540上，從而將蒸汽的溫度和壓力能轉(zhuǎn)換成可用于轉(zhuǎn)子軸550處的工作的旋轉(zhuǎn)能。
[0041]上文所述的示例性實施例旨在在本發(fā)明的所有方面為示范性的，而非限制性的。因此，本發(fā)明能夠由本領(lǐng)域的技術(shù)人員產(chǎn)生可源自本文包含的描述的詳細實施方式中的許多變型。所有此類變型和改型認作是在由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。本申請的描述中使用的元件、動作或指令不應(yīng)當(dāng)看作是對本發(fā)明而言關(guān)鍵或基本的，除非明確這樣描述。另外，如本文使用的，冠詞〃一個〃旨在包括一個或更多個物品。
【權(quán)利要求】
1.一種定子葉片隔板環(huán)，包括: 均具有根部和徑向銷接收器的多個定子葉片； 具有多個槽口的第一環(huán)，其中各個槽口由所述多個定子葉片中的一個的所述根部接合； 具有多個徑向貫穿通路的第二環(huán)，其中各個徑向貫穿通路與所述多個定子葉片中的一個的所述徑向銷接收器對準；以及 多個銷，其中各個所述銷從所述徑向貫穿通路中的一個延伸到所述多個定子葉片中的一個的徑向銷接收器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述徑向貫穿通路具有截面，所述截面尺寸確定成使得在所述銷延伸到所述徑向銷接收器中時，允許所述銷的貫穿經(jīng)過和與所述銷匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述定子葉片并未延伸到所述第二環(huán)中。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述定子葉片的外端表面與所述第二環(huán)的內(nèi)表面匹配。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述多個銷中的至少一個硬釬焊于所述多個第二環(huán)通路中的一個。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述多個銷中的至少一個硬釬焊于所述多個定子葉片中的一個的所述徑向銷接收器。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述多個定子葉片中的至少一個的所述根部硬釬焊于所述槽口中的一個。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述第一環(huán)和所述第二環(huán)在所述硬釬焊之間沿徑向切割，從而形成分段的定子葉片隔板環(huán)。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，所述多個定子葉片中的至少一個的所述根部和所述至少一個槽口具有對應(yīng)非圓形截面形狀，從而防止所述至少一個定子葉片與所述第一環(huán)之間的相對軸向旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的定子葉片隔板環(huán)，其特征在于，至少一個所述定子葉片的所述銷接收器、所述多個銷中的至少一個，以及所述徑向通路中的至少一個具有對應(yīng)的非圓形截面形狀，從而防止所述至少一個所述定子葉片與所述第二環(huán)之間的相對軸向旋轉(zhuǎn)。
11.一種渦輪機，包括: 包括至少一個葉輪的轉(zhuǎn)子組件； 連接于所述轉(zhuǎn)子組件并且用于可旋轉(zhuǎn)地支承所述轉(zhuǎn)子組件的軸承； 包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的分段定子隔板環(huán)的定子組件。
12.—種制作包括多個定子葉片、第一環(huán)和第二環(huán)的定子隔板環(huán)的方法，所述方法包括: 將所述多個定子葉片中的各個的根部插入到所述第一環(huán)中的多個根部接收器中的對應(yīng)一個中； 圍繞所述多個定子葉片定位所述第二環(huán)，使得所述第二環(huán)中的多個貫穿通路與所述多個定子葉片中的多個銷接收器對準； 通過所述多個貫穿通路插入多個銷，使得所述多個銷中的各個從所述多個通路中的對應(yīng)一個延伸到所述多個銷接收器中的對應(yīng)一個中；以及 將所述多個銷真空硬釬焊于所述多個徑向通路中的至少一個和所述多個銷接收器中的至少一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作定子隔板環(huán)的方法，其特征在于，一些硬釬焊軟膏在插入所述定子葉片的所述根部之前插入到所述第一環(huán)的所述根部接收器中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的制作定子隔板環(huán)的方法，其特征在于，一些硬釬焊軟膏在插入所述銷之后插入到所述第二環(huán)的所述貫穿通路中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求14中任一項所述的制作定子隔板環(huán)的方法，其特征在于，所述硬釬焊軟膏為鎳基硬釬焊軟膏，優(yōu)選為鎳磷硬釬焊軟膏。
【文檔編號】F01D9/04GK104364474SQ201380018878
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月6日
【發(fā)明者】M.格里利, E.久斯蒂, E.因帕拉托 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)股份有限公司