制造涡轮机隔板的方法
【专利说明】制造涡轮机隔板的方法
[0001]本申请是于2008年I月8日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为200880001871.8，国际申请号为PCT/EP2008/050130，发明名称“用于涡轮机的隔板及制造方法”)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及轴流式涡轮机中所用的类型的隔板的新颖结构。特别涉及，但不局限于，汽轮机隔板。
【背景技术】
[0003]本发明涉及所谓的“平台”型隔板结构，见图1A和1B。图1A是静叶片或轮叶的透视图，图1B是构成静叶片的隔板在制造过程中的径向剖视图。在这种类型的隔板中，翼部(翼型)I的端部与径向内部和外部"平台"2、3形成一体，翼部和平台由实体材料机加工而成。在图1A中，相邻叶片形状以虚线表示，通过在内部和外部隔板环5、6之间将依次组合的翼部/平台部件4组装在一起形成为环形阵列，并将平台焊接到隔板环上，完整的一圈静叶片被组建起来。内部和外部隔板环和平台被进一步机加工，以适合于容纳涡轮机密封特征和装配相邻涡轮机特征。在组装完成后，内部和外部平台2、3形成隔板的内部和外部接口壁。
[0004]目前采用平台结构的HP和IP汽轮机的实践是将叶片构造在内部隔板环上，然后将外部隔板环收缩在叶片上。在目前的设计中，要求内部隔板环支撑静叶片，并且赋予隔板刚度，以抵抗在涡轮机的组装和操作过程中趋向于使隔板扭转变形的力。
【发明内容】
[0005]根据本发明，一种涡轮机隔板包括:
一圈静叶片，每个静叶片包括内部平台、翼部和外部平台；以及外部隔板环，其围绕所述一圈静叶片并且焊接在外部平台上；
其中，内部平台用作内部隔板环，内部平台的对置边缘彼此干涉配合(interferencefit)，并且翼部在内部和外部平台之间处在承受扭转应力状态。
[0006]内部平台之间的干涉产生了围绕着完整隔板的内径的刚性带，其有益地影响隔板的动力学特性。
[0007]本发明消除了现有技术的内部隔板环以及将其连接到叶片内部平台所需的焊接，从而减少了隔板所需的材料和制造环节。此外，消除了内部隔板环，还伴随着增大涡轮机转子(内部平台必须密封在该转子上)的半径，这降低了涡轮机工作流体在隔板上的总压力负载。
[0008]在隔板环的内径与外部平台的外径之间可以存在带锥度的界面。
[0009]可通过下述方式在组装隔板的过程中获得翼部中的扭转应力:
初始组装所述一圈叶片，以使得相邻内部平台的选定对置边缘部分彼此接触，而相邻外部平台的所有对置边缘部分之间存在间隙；以及
利用外部隔板环将所述一圈叶片径向压缩至预定的最终直径，即通过外部隔板环的内表面与外部平台的外表面之间强制接触，以使得相邻外部平台的选定对置边缘部分之间的间隙被缩减掉，相邻内部平台的选定对置边缘部分之间的接触变为干涉配合，并且翼部中建立弹性扭转应力。
[0010]隔板组件中建立预应力可以有益地影响叶片动力学特性。
[0011]为了确保隔板组件中的全部扭转负载被限定在叶片圈上并且只有来自叶片圈的径向向外负载被隔板环承受，相邻外部平台的选定对置边缘部分(在隔板环被推压到外部平台上时这些选定对置边缘部分之间发生接触)包括轴向定向边缘部分和相对于圆周方向倾斜的边缘部分。
[0012]通过上述特征，所产生的隔板同现有技术相比具有减少的焊接和材料需求，同时具有相同的静态强度和可预期的操作中的良好动力学特性。
[0013]通过阅读下面的详细描述以及权利要求书中可以清楚地理解本发明。
【附图说明】
[0014]下面将参照附图描述本发明的代表性实施方式，在附图中:
图1A和IB示出了现有技术的“平台”型涡轮机隔板结构，图1A为静叶片或轮叶的透视图，图1B为隔板的径向部分在制造过程中的局部视图；
图2以局部径向剖视图示出了两个动涡轮机叶片列，和根据本发明的完全组装的涡轮机隔板，隔板安置在动叶片列之间；
图3A和3B是类似于图2所示的隔板中的单一静叶片的等角透视图，图3A是叶片翼部凹入(压力)侧的视图，图3B是叶片翼部凸出(吸力)侧的视图；
图4示出了根据本发明由金属板切割出多个半隔板环的过程；
图5示出了由两个半隔板环形成的完整隔板环的结构；
图6是根据本发明的涡轮机隔板组件的径向外侧部分的径向剖视图；
图7A和7B示出了根据本发明的涡轮机隔板组装过程的一部分；
图8A和SB显示了现有技术平台型涡轮机隔板结构与根据本发明的结构相比较的平台内间隙和接触；
图9是在根据本发明的焊接过程中涡轮机隔板的外侧部分的示意性径向剖视图；
图10是在对图9中的焊件进行机加工以将焊接的隔板分离为两个半体以便进行进一步机加工的半隔板的端部的等角透视图。
【具体实施方式】
[0015]图2是本发明的实施方式的局部径向剖切概图，显示了汽轮机中的完全组装的隔板10，其安置在依次相继的动叶片12、13的环形列之间。每个动叶片分别设有安置在机加工于转子毂18的轮缘中的相应槽16、17中的径向内部“T形叶根”部分14、15。动叶片还设有径向外部叶冠19、20，它们密封在外接分段环21、22上。已知的是，叶冠19、20和环21、22之间的密封由翅片23、24实现，所述翅片嵌塞到机加工于环21、22中的凹槽中。
[0016]隔板10包括一环形列的静叶片，每个静叶片具有翼部(翼型)30，翼部的径向内侧和外侧端部分别与径向内部和外部平台31、32形成一体。图3A和3B是静叶片在被组装到隔板中之前的相反两侧的图示，显示了内部和外部平台31、32的形状。在制造过程中，平台32的径向外表面焊接在大体积外部隔板环33的内径上，所说外部隔板环加固隔板并且在涡轮机操作中控制隔板的热膨胀和收缩。然而，与现有技术截然不同，本发明没有设置大体积内部隔板环。相反，内部平台31被制作成足够厚，以容纳密封在隔板10和转子毂18之间的浮动式迷宫密封件31A或类似物。
[0017]本发明的另一特征是内部和外部平台31、32的形状和相对尺寸，并且隔板10组装过程如后文所述使得翼部能够在它们的径向内侧和外侧端部之间承受一定程度的扭转；即，同它们被组装到隔板中之前的状态相比，组装过程使得内部平台31绕大致径向穿过每个叶片的扭转轴线相对于外部平台32略微扭转。这导致叶片承受预应力，从而对叶片处于负载下时的动力学特性产生有益的影响。
[0018]图8A示出了完成了的现有技术结构中的相邻平台之间的接触和间隙，图SB示出了完成了的本发明的结构中的接触和间隙。在图中，翼部30相对于平台31、32而言的近侧位置以虚线表示。可以预期，在圆周方向上内部平台比外部平台窄。图8A中的内部和外部平台具有相同的轴向宽度。在图8B中，外部平台的轴向宽度被显示为大于内部平台的轴向宽度，尽管这两个宽度可以相等。从俯视图中看，图8A和8B中的相邻内部和外部平台均沿着它们的界面具有互锁的锯齿或曲柄形状。内部平台31具有相对于流经涡轮机通道的气流而言的周向延伸的前缘和后缘L(i)、T(i)，所述通道的方向以框形箭头表示。类似地，夕卜部平台32的周向延伸的前缘和后缘表示为L (O)、T (O)。
[0019]在俯视图中看，图8A中的内部平台之间的界面的曲柄形状是这样实现的，即相邻平台的相互对置边缘80 (i)包括第一和第二(分别较短和较长)轴向定向边缘部分81 (i)和82(i)，这两个边缘部分沿圆周方向彼此错开，以形成曲柄形状的第一和第二轴向延伸臂。沿着从每个内部平台的后缘T(i)至前缘L(i)的顺序，第一轴向定向边缘部分81(i)后面跟着的是倾斜边缘部分83(i)，其形成该曲柄形状的倾斜臂并将第一轴向