用于涡轮叶片翼型的中跨护罩组件及对应的涡轮叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型总体上涉及一种祸轮叶片(turbine blade)。更具体地说，本实用新型涉及一种用于祸轮叶片的中跨护罩组件(mid-span shroud assembly) ο
【背景技术】
[0002]—种旋转涡轮叶片，也称为涡轮动叶或涡轮转子叶片，通过引起涡轮机的轴旋转来将来自如热燃烧气体或蒸汽的流动流体的能量转化为机械能。当涡轮机在不同运行模式之间转换时，涡轮叶片承受机械应力和热应力两者。
[0003]脉动力(fluctuating force)结合稳态力可引起机械应力如疲劳(fatigue)。更具体地说，涡轮叶片可在它们旋转通过固定轮叶下游的非均匀流体流动时经历脉动力，固定轮叶也称为喷嘴、定位在邻近的多排涡轮叶片之间。涡轮机的基本设计构思是避免或最小化与涡轮叶片固有频率的共振以及由强制响应和/或气动弹性不稳定性引起的动态应力。
[0004]例如，旋转涡轮圆盘上的每个涡轮叶片在旋转通过来自固定轮叶的非均匀流动时经受动态力。当涡轮叶片旋转通过非均匀流动区域时，涡轮叶片可表现出动态响应，例如像应力、位移等等。此外，可引起涡轮叶片圆盘进入振动状态，在振动状态下能量积累为最大值。这通过叶片或圆盘中应力或位移处于最大水平并且对叶片或圆盘的激振力(exciting force)的阻力处于最小值的区域来举例说明。这种状况被称作共振状态。
[0005]当分析或经验测试表明涡轮叶片和/或转子盘在涡轮机运行期间可能遭遇共振状况时，可采取措施来促进最小化遭遇共振的可能性。例如，可沿每个涡轮叶片的跨距形成护罩组。每个护罩组总体上包括一对周向延伸的护罩，一个护罩从涡轮叶片的吸入侧表面突出，并且一个护罩从同一涡轮叶片的压力侧表面突出。由于护罩位于每个涡轮叶片的叶片根部部分与叶片尖端部分的中间，护罩通常被称为中跨护罩。然而，中跨护罩可位于沿涡轮叶片跨距的任何位置，不仅仅是位于跨距的物理中点处。
[0006]通常，中跨护罩总体上对避免或最小化与涡轮叶片固有频率的共振和/或由脉动力或“颤振”产生的动态应力是有效的。然而，中跨护罩通常被铸造成涡轮叶片的一部分，并且可能需要另外机械加工或其他精加工过程以产生成品涡轮叶片。这可能仅仅在涡轮叶片的设计阶段期间是成本有效的。此外，铸入式(cast in)中跨护罩可能无法改装成先已存在的涡轮叶片设计。
[0007]用于向涡轮叶片提供中跨护罩的另一种方法包括:穿过限定在涡轮叶片中的钻孔压配(press fitting)支撑构件并且将每个护罩连接至支撑构件。然而，在涡轮机运行期间，这种方法可能在涡轮叶片上产生不期望的应力，和/或由于涡轮叶片与压配的支撑构件之间的热膨胀差异而可能导致支撑构件在钻孔内变松。因此，一种非铸造或非整体的中跨护罩组件将是有用的，所述中跨护罩组件连接至新的或先已存在的涡轮叶片以改变频率和振型(mode shapes)，从而减轻颤振和/或改变动叶振动特性。【实用新型内容】
[0008]本实用新型的方面和优点会在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中清楚，或可以通过实践本实用新型来了解。
[0009]本实用新型的一个实施例是用于涡轮叶片翼型的中跨护罩组件。中跨护罩组件包括限定第一翼梁(spar)的吸入侧护罩主体。第一翼梁被形成为至少部分地延伸穿过限定在翼型内的翼梁开口。第一翼梁包括根部部分、尖端部分、上面和下面。上面和下面从尖端部分朝向根部部分会聚。中跨护罩组件进一步包括压力侧护罩主体。压力侧护罩主体限定被形成为至少部分地延伸穿过翼型的翼梁开口的第二翼梁。第二翼梁包括根部部分、尖端部分、上面和下面。第二翼梁的上面的至少一部分被形成为大体上与第一翼梁的下面平行。例如，当第一翼梁和第二翼梁均插入翼梁开口中时。
[0010]其中，所述压力侧护罩主体和所述吸入侧护罩主体限定紧固件孔，所述中跨护罩组件进一步包括被形成为延伸穿过所述紧固件孔的紧固件，其中所述紧固件提供夹紧力以保持所述压力侧护罩主体和所述吸入侧护罩主体分别抵靠所述翼型的压力侧壁和吸入侧壁。
[0011 ] 其中，所述第一翼梁的所述上面被形成为与所述翼梁开口的上接合表面平行。
[0012]其中，所述第二翼梁的所述下面被形成为与所述翼梁开口的下接合表面平行。
[0013]其中，所述第二翼梁的所述下面从所述尖端部分朝向所述根部部分发散。
[0014]其中，所述压力侧护罩主体包括被形成为与所述翼型的所述压力侧壁的轮廓吻合的匹配侧部，并且所述吸入侧护罩主体包括被形成为与所述吸入侧壁的轮廓吻合的匹配侧部。
[0015]其中，所述第一翼梁为大体上楔形(wedge)或燕尾形(dovetail shaped)。
[0016]其中，所述翼梁开口为燕尾形。本实用新型的另一个实施例是一种涡轮叶片。涡轮叶片包括翼型，所述翼型具有压力侧壁、与压力侧壁相对的吸入侧壁以及翼梁开口。翼梁开口延伸穿过压力侧壁和吸入侧壁并且限定上接合表面和下接合表面。涡轮叶片进一步包括中跨护罩组件。中跨护罩组件包括限定第一翼梁的压力侧护罩主体。第一翼梁被形成为至少部分地延伸穿过限定在翼型内的翼梁开口。第一翼梁包括根部部分、尖端部分、上面和下面。上面和下面从尖端部分朝向根部部分会聚。中跨护罩组件进一步包括限定第二翼梁的吸入侧护罩主体。第二翼梁被形成为至少部分地延伸穿过翼梁开口。第二翼梁包括根部部分、尖端部分、上面和下面，其中第二翼梁的上面被形成为大体上与第一翼梁的下面平行。例如，当第一翼梁和第二翼梁均插入翼梁开口中时。
[0017]其中所述吸入侧护罩主体和所述压力侧护罩主体限定紧固件孔，所述中跨护罩组件进一步包括被形成为延伸穿过所述紧固件孔和所述翼型的紧固件，其中所述紧固件提供夹紧力以保持所述压力侧护罩主体和所述吸入侧护罩主体分别抵靠所述压力侧壁和所述吸入侧壁。
[0018]其中所述第一翼梁的所述上面被形成为与所述翼梁开口的所述上接合表面平行。
[0019]其中所述第二翼梁的所述下面被形成为与所述翼梁开口的所述下接合表面平行。
[0020]其中所述第二翼梁的所述下面从所述尖端部分朝向所述根部部分发散。
[0021]其中所述压力侧护罩主体包括被形成为与所述翼型的所述压力侧壁的轮廓吻合的匹配侧部，并且所述吸入侧护罩主体包括被形成为与所述吸入侧壁的轮廓吻合的匹配侧部。
[0022]其中所述第一翼梁为大体上楔形或燕尾形。
[0023]其中所述上接合表面和所述下接合表面从所述压力侧壁朝向所述吸入侧壁在径向相反的方向上发散。本实用新型的另一个实施例是一种燃气涡轮机。燃气涡轮机包括压缩机段、在压缩机段下游的燃烧段以及在燃烧段下游的涡轮段。涡轮段包括联接至转子轴的多个涡轮叶片。每个涡轮叶片包括翼型，所述翼型具有压力侧壁、吸入侧壁和翼梁开口。每个涡轮叶片包括联接至翼型的中跨护罩组件。中跨护罩组件包括吸入侧护罩主体，所述吸入侧护罩主体限定被形成为至少部分地延伸穿过翼梁开口的第一翼梁。第一翼梁包括根部部分、尖端部分、上面和下面。上面和下面从尖端部分朝向根部部分会聚。中跨护罩组件进一步包括压力侧护罩主体，所述压力侧护罩主体限定被形成为至少部分地延伸穿过翼梁开口的第二翼梁。第二翼梁包括根部部分、尖端部分、上面和下面。第二翼梁的上面的至少一部分被形成为大体上与第一翼梁的下面平行。例如，当第一翼梁和第二翼梁均插入翼梁开口中时。
[0024]其中，所述压力侧护罩主体和所述吸入侧护罩主体限定紧固件孔，所述中跨护罩组件进一步包括被形成为延伸穿过所述紧固件孔和所述翼型的紧固件，其中所述紧固件提供夹紧力以保持所述压力侧护罩主体和所述吸入侧护罩主体分别抵靠所述翼型的所述压力侧壁和所述吸入侧壁。
[0025]其中，所述第一翼梁的所述上面被形成为与所述翼梁开口的上接合表面平行。
[0026]其中，所述第二翼梁的所述下面被形