專利名稱：裝有整體可調(diào)級葉片組的汽輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機，特別是涉及安裝到汽輪機轉(zhuǎn)子上的汽輪機附件。
在1943年公開的№2，326，145美國專利中，建議在葉片組的葉根端面或其附近設置的孔中插入三個橫向的銷子來將扇形葉片組緊固到汽輪機上。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，在二個銷子周圍的葉根金屬趨于變形，并且銷子集中的作用力導致轉(zhuǎn)子表面的凸起。為了減輕蠕變問題，利用加長葉根的高度足以使得第三個銷子插入來改進緊固裝置。第三個銷子置于原來的二個銷子直徑的下面從而形成了一個三角形的銷子裝置。這種形式的葉片組裝置至少已經(jīng)使用了三十年。
當這種三銷緊固裝置已經(jīng)基本滿意時，進而希望改進這種扇形葉片組的振動強度并且簡化葉片組在汽輪機轉(zhuǎn)子的裝配。例如，現(xiàn)有技術的葉片組通常將三個葉片編入一組并帶有三個緊固銷子。這通常需要較小的銷子和在葉根和轉(zhuǎn)子凸緣處有較小直徑的孔。當孔的直徑是1.3cm左右時，通過葉根上三個凸緣和轉(zhuǎn)子的四個凸緣進行鉆孔，要加工出一個精確的孔是很困難的。即當鉆孔時鉆頭稍微偏移是難免的。這樣的結(jié)果會產(chǎn)生銷子裝配問題和銷子上的有害作用載荷。另外，對于偏置的銷子(即距轉(zhuǎn)子不同徑向距離)，外邊的銷子熱膨脹大于里邊的銷子從而使里邊的銷子上有更大的載荷。因為作用在葉片組上的離心負載可達50，000kg，所以銷子上的不均勻負載會導致縮短使用壽命。
本發(fā)明的基本目的是提供一個將扇形葉片組組裝到汽輪機轉(zhuǎn)子上的葉片組緊固裝置，其克服了前述的和其它的缺點，增強了葉片組的強度，允許設置可與相對更易對中的較大孔配合的較大直徑的銷子，將銷子緊固在轉(zhuǎn)子的一個相同的直徑上。
按照這一目的，本發(fā)明汽輪機包括一個帶有相對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)級葉片組裝在所述的凸緣上，每個葉片組包括多個從一個整體平臺上伸出的葉片，多個葉根部分沿所述葉片的反方向由平臺懸出，當所述葉片組安裝到轉(zhuǎn)子上時，葉根部分沿著平臺在圓周方向伸展，每個葉根裝入轉(zhuǎn)子中的一個相應環(huán)形槽內(nèi)，其特征在于每個葉片組包括三個以上的葉片并且在葉根部設置至少三個間隔的孔，當葉片組安裝到轉(zhuǎn)子上時，該孔與轉(zhuǎn)子凸緣的相應孔對中，每個孔設置在相同直徑的圓周上并且平行于轉(zhuǎn)子的軸線延伸，銷子通過對中的孔將葉片組緊固到轉(zhuǎn)子上。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將扇形葉片組延長到包括三個以上葉片的轉(zhuǎn)子弧度可以增強現(xiàn)有的緊固裝置的振動強度特性，這種設置允許使用更大直徑的銷子以將葉片組固定到轉(zhuǎn)子上并且還允許銷子進行間隔安置這樣每個銷子處的應力不會傳播到相鄰的銷子。按照本發(fā)明，對于給定的葉片組長度尤其被安裝到相同的直徑圓周上時，較大的銷子具有較小的應力集中因數(shù)。另外，通過增長葉片組的弧度，一排葉柵只需要較小數(shù)目的銷子從而具有低成本和銷子安裝準確的優(yōu)點。
下面，借助實例，特別通過附圖中所示的最佳實施例的描述，對本發(fā)明將更加理解。


圖1表示現(xiàn)有技術中典型的一個帶非對中銷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)形式的一個加長弧度的葉片組;
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，其帶有一個允許使用三個以上銷子的改進的葉根部分。
參照圖1和圖2，典型的現(xiàn)有技術扇形葉片組10包括連接到一個共同平臺14和一個整體圍帶16上的三個葉片或翼片12。一個葉根部分18由平臺14伸出并且包括三個成一個三角形結(jié)構(gòu)布置的孔20。銷子22插入每個孔20中從而將葉片組緊固到一個轉(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對中的孔以作為銷子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，所以它是一個良好的緊固裝置。然而，通過在圓周方向擴展葉片組及增加銷子直徑可以進一步明顯地改進這些性質(zhì)。在現(xiàn)有技術中，葉片組的尺寸象常見的三葉片組需要使用小直徑銷子22，例如銷子直徑為1.3cm，較小直徑的銷子會導致較大的應力集中并且在轉(zhuǎn)子和葉根上造成更多的應力。另外，銷子處在距轉(zhuǎn)子軸不同的直徑上，高溫分布趨向于使外銷子比內(nèi)銷子更易卸載從而將更多的載荷傳遞到內(nèi)銷子上。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蠕變問題與現(xiàn)有技術的兩個銷子固定裝置有關，該問題導致了三個銷子的三角形緊固裝置，并可通過使用二個以上銷子和在一條線上的多銷緊固裝置加以免除。另外，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當每組的葉片數(shù)目增加時，對于部分進汽運行可降低沖擊負載的放大因數(shù)。因而，希望形成具有三個以上葉片的扇形葉片組。對于較大的葉片組，(對于給定的葉根高度)可以使用較大直徑的銷子從而對于給定的葉片組長度也只產(chǎn)生較低的應力集中因數(shù)。通過在較長的葉片上間隔較遠地放置銷子，可減小銷子振動力及葉片和轉(zhuǎn)子應力。當銷子處在同一個轉(zhuǎn)子直徑上時，對于給定的轉(zhuǎn)子槽深度，在銷子邊緣和轉(zhuǎn)子與葉根的邊緣之間有一個較大的徑向距離。減小每排的銷子數(shù)目例如對于六個葉片的一個扇形葉片組采用三個銷子會節(jié)約很大的成本。因為銷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，較大尺寸的銷子有利于固緊安裝。這種固緊安裝很重要，因為葉片組要承受部分進汽的沖擊力，該力高達6，000磅，并每秒產(chǎn)生60次。另外，較大的銷子允許使用較大的鉆頭，當鉆頭通過多個凸緣時，也不易偏離預定的軌跡。
現(xiàn)在來看圖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)量為三個以上(最好是六個)。葉片36在外邊的葉片圍帶38和內(nèi)部的平臺40之間伸展。葉根42由平臺40徑向地向內(nèi)伸展。在葉根42中，置有多個(最好是3個)在轉(zhuǎn)子46的同一直徑或相同圓周上都對中的孔44。如圖4所示，葉根42最好是有三個凸緣的三叉形葉根。轉(zhuǎn)子46至少包括三個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，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)子上有四個凸緣、而在葉片組上有三個凸緣。轉(zhuǎn)子凸緣包括當葉片組安裝到轉(zhuǎn)子上時與孔44對中的孔45。銷子54通過孔44和45延伸以將葉片組裝配到轉(zhuǎn)子上。銷子54壓緊地裝配到對中的孔中。
圖3中加長的扇形葉片組具有足夠長度以便可使用較大的銷子54將葉片組固定到轉(zhuǎn)子上。銷子的直徑可以是例如0.9英寸inch。由于這種加長的扇形葉片組，銷子54之間的距離可以大于銷子直徑。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個銷子54將葉片組緊固到轉(zhuǎn)子上。即使采用附加的銷子，則由于該葉片組有較大長度也允許使用更大的銷子54且在銷子之間仍保留足夠的空間以便緩解銷子之間傳遞的應力。在圖3或圖5的任一實施例中，銷子54相對轉(zhuǎn)子軸是在一個相同的直徑上從而熱能傳遞是均勻的并且每個銷子都支承著葉片組。另外，銷子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運行溫度達到550℃時，銷子仍然處于緊密的接觸。
現(xiàn)在，本發(fā)明的原理通過實施例的說明已經(jīng)很清楚，為了適應特殊工作運行的要求，本領域的普通技術人員顯然可對本發(fā)明及其優(yōu)選實施例加以發(fā)展和實踐，即對上述說明中的結(jié)構(gòu)、裝置及元件可作出許多改進但不會超出如權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽輪機，包括一個具有徑向凸緣(48)的轉(zhuǎn)子(46)，凸緣(48)具有相對的和光滑的表面，轉(zhuǎn)子(46)有許多間隔的環(huán)形槽(52)，整體可調(diào)節(jié)級葉片組(34)裝在所述凸緣上，每個葉片組(34)包括多個從一個整體平臺(40)上伸出的葉片(36)，多個葉根部分(42)沿葉片(36)的反方向由平臺(40)懸出，當葉片組(34)安裝到轉(zhuǎn)子(46)時，葉根部分(42)沿著平臺(40)在圓周方向伸展，每個葉根部分(42)裝入轉(zhuǎn)子(46)上相應的一個環(huán)形槽(52)中，其特征在于每個葉片組包括三個以上的葉片并且在葉根部分(42)至少設置三個間隔的孔(44)，當葉片組(34)安裝到轉(zhuǎn)子(46)上時，孔(44)與轉(zhuǎn)子凸緣(42A，42B，42C)中相應的孔(45)對中，每個孔(44，45)設置在相同直徑的圓周上且與轉(zhuǎn)子(46)的軸線平行延伸，以便銷子(54)通過對中的孔(44，45)來將葉片組(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，其特征在于每個葉片組(36)包括6個葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機，其特征在于所述的孔(44，45)在圓周方向安置得足夠遠，從而使每個銷子(54)傳遞到葉根(42)的應力與從相鄰銷子傳遞的應力不相互影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機，其特征在于每個孔(44，45)的尺寸定為可以裝配直徑大約23mm的銷子(54)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機，其特征在于葉根部分(42)置有4個間隔孔(44)以便裝配4個銷子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機，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，其特征在于每個銷子(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，從而在汽輪機運行溫度下保證銷子(54)的緊密配合。
全文摘要
用于有一個轉(zhuǎn)子的蒸汽輪機的整體可調(diào)級葉片組，轉(zhuǎn)子包括帶有相對和光滑表面的徑向延伸凸緣，以限定至少一對間隔的環(huán)形槽，葉片組包括裝到單一平臺上的多個葉片和多個葉片反方向從平臺上懸出的葉根部分。當葉片組裝到轉(zhuǎn)子上時葉根部分沿圓周方向順平臺伸展。葉根部分裝在轉(zhuǎn)子上的環(huán)形槽中并至少有三個間置的孔，該孔與轉(zhuǎn)子凸緣中相應孔對中。每個孔設置在相同的轉(zhuǎn)子圓周上并且平行于轉(zhuǎn)子軸延伸線從而在對中的孔裝一銷子將葉片組緊固到轉(zhuǎn)子上。
文檔編號F01D5/30GK1055575SQ9110227
公開日1991年10月23日 申請日期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 申請人:西屋電氣公司