专利名称：用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及燃气涡轮机，且更具体地涉及一种用于修
理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置。
背景技术：
通常，燃气涡轮机的压缩机转子叶轮组件可包括转子盘和 多个转子叶片。转子盘可设有围绕其外周的多个燕尾槽，并且该多个 转子叶片中的每一个均设有燕尾部。多个转子叶片中每一个转子叶片 的燕尾部可轴向地插入转子盘的多个燕尾槽的一个燕尾槽中，以完成 压缩机转子叶轮组件。在有些情况下，这种压缩机转子叶轮组件的应 用场合并不限于燃气涡轮机。压缩机转子叶轮组件还可用于其它发电 应用场合和推力产生应用场合。在转子盘装入燃气涡轮机之后，可才艮据工作流体的流向来 限定前侧和后侧。燃气涡轮机中的工作流体可从转子盘的前侧进入， 并从转子盘的后侧流出。此外，转子盘的多个燕尾槽中的每一个均可 包括一对燕尾壁以及转子盘的基部。多个燕尾槽中的每一个均可在转 子盘前侧和后侧上包括位于转子盘基部上的多个尖锐角部。在工作状态期间，转子盘的高转速和/或热梯度可造成多个 尖锐角部经受高的切向应力和径向应力，这可导致在多个燕尾槽的多 个尖锐角部处引发一个或多个裂紋。此外，各裂紋可随着转子盘的运 行而增大。用于修理燃气涡轮机的转子盘的常规方法涉及长度小于约 0.1英寸(2.5mm)的裂紋。然而，如果裂紋的长度大于约0.1英寸 (2.5mm)，则不限定选择修理，且转子盘可报废。
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由于拆卸相关的涡轮机和移除转子盘需要停机时间和/或维 修时间，故转子盘的报废可直接增加燃气涡轮机的运行成本。鉴于上 述问题，就需要一种用于具有长度大于约0.1英寸的一个或多个裂紋 的转子盘的修理工艺。此外，需要用于燃气涡轮机的转子盘修理方法 及装置。
发明内容
本发明的实施例可解决上述需要的一些或全部。本发明的 实施例可提供用于燃气涡轮机的转子盘修理方法及装置。在一个实施 例中，提供了一种用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法，其中，转子 盘可包括基部和至少一个位于一对燕尾壁之间的燕尾槽。在该实施例 中，在转子盘的基部上可识別到一个或多个裂紋。识別到的一个或多 个裂紋可被除去，并且可在转子盘的基部上设置一个或多个倒角。此 外， 一个或多个锥形切口可设置在位于至少 一个燕尾槽的一对燕尾壁 之间的转子盘基部上。在本发明的另 一个实施例中，提供了 一种容许在燃气涡轮 机中重复使用转子盘的方法。该方法可包括在转子盘基部上识别长度 大于约0.1英寸(2.5mm)且在大约0.25英寸(6.4mm)内的一个或多个裂 紋。识别到的一个或多个裂紋可从转子盘的基部上除去，并且可在基 部上设置一个或多个倒角。设置在基部上的一个或多个倒角，其半径 可为大约0.1英寸(2.5mm)。此外，可在至少一个燕尾槽的一对燕尾壁 之间设置rho值(也称为凸出判别式)小于约0.5的一个或多个锥形切 口。 一个或多个锥形切口的深度可约为0.45英寸(11.4mm)，并且一个 或多个锥形切口的对应长度可约为0.55英寸(14.0mm)的尺寸。在本发明的另 一个实施例中，可提供一种用于燃气涡轮机 的转子盘修理装置，其中，转子盘可包括基部和至少一个位于一对燕 尾壁之间的燕尾槽。该装置可包括在基部上的一个或多个倒角，其中， 从转子盘的基部上除去了一个或多个裂紋。此外， 一个或多个锥形切口可设置在至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间的转子盘上，其中，一
个或多个锥形切口可包括小于约0.5的rho。
现通过参照附图，以举例的方式来更详细地论述本发明的 实施例，在附图中图1示出了燃气涡轮机的示例性转子盘的一部分。图2为图1中的转子盘的至少一个燕尾槽的示例性#见图， 并且一个或多个示例性裂紋位于至少一个燕尾槽的基部上。图3a至图3e为在根据本发明实施例的转子盘上的、具有 一个或多个倒角和一个或多个锥形切口的至少一个燕尾槽的示例性 视图。图4a至图4b示出了设置在冲艮据本发明实施例的转子盘的 至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间的一个或多个锥形切口的示例性 几何形状。图5示出了用于修理冲艮据本发明实施例的转子盘的示例性 方法。
具体实施例方式图1示出了燃气涡轮机的示例性转子盘100的一部分。转 子盘100可包括基部102以及用于附接转子叶片的至少一个燕尾槽 104。通常，转子盘包括多个转子叶片或转子叶片阵列。转子叶片设 有各自的燕尾部，其可轴向地插入至少一个燕尾槽104中，以将转子 叶片装配到转子盘100上。在燃气涡轮机运行期间，转子盘100可围 绕轴向106旋转。此外，转子盘IOO可包括前侧112以及后侧。在本 发明的一个方面，压缩机转子叶轮组件中的工作流体可从转子盘100 的前侧112进入相关的转子叶片阵列，并且可从转子盘100的后侧自 该阵列流出。[oon]在本发明的实施例中，转子盘ioo可用于燃气涡轮机的压 缩机转子叶轮组件。然而，转子盘ioo的应用场合并不限于燃气涡轮 机的压缩机转子叶轮组件，而是能够用于其它应用场合，例如发电和
产生推力。图2为图1中所示出的转子盘100的至少一个燕尾槽104 的示例性视图。转子盘100的各燕尾槽104均可包括一对燕尾壁202a 和202b。在图2中可看到转子盘IOO的基部102的一部分，其中，基 部102可包括宽度204和深度205。因此，各燕尾槽104均可包括可 通称为基部102的基部部分。此外，基部102可沿转子盘100的圆周 延伸。图2还示出了形成在前侧112和后侧处的多个尖锐角部206， 其中，各对燕尾壁202a和202b均可与基部102相接。在转子盘100的运行期间，多个尖锐角部206可能会经受 高的切向应力和径向应力，而高的切向应力和径向应力又可能会引起 一个或多个裂紋208。裂紋208可能在转子盘100的一定数目的工作 循环(在运行期间的启动和/或旋转)之后出现。在裂紋208可开始出现 之后的工作循环数目称为裂紋萌生寿命。在裂紋萌生寿命之后，裂紋 208的长度'C，可随着工作循环数目而连续地增大，且因此裂紋208的 长度'C，可取决于或换句话讲至少部分地基于在裂紋萌生寿命之后且 在检查转子盘100以识别裂紋208之前所发生的工作循环数目。在有 些情况下，裂紋208的长度'C，可在一个或多个其它方向上延伸，包括 向上、 一黄向以及向下。图3a至图3e为具有一个或多个倒角302和一个或多个锥 形切口 304的燕尾槽104的示例性一见图。图3e示出了至少一个倒角 302的半径'OR，和轴向延伸深度'L1，。图3b、图3c和图3d为取自不 同角度的至少一个燕尾槽104的示例性视图，以示出一个或多个倒角 302和一个或多个锥形切口 304的示例性形状。在本发明的实施例中，提供了 一种修理具有一个或多个裂 紋208的转子盘IOO的方法。在本发明的一个方面，在转子盘100的基部102前侧112的多个尖锐角部206上可识别到一个或多个裂紋 208。此外，裂紋208的长度'C，可大于约0.1英寸(2.5mm)并且小于约 0.25英寸(6.4mm)，或换句话讲，在大约0.25英寸(6.4mm)内。短语"大 约0.25英寸(6.4mm)"旨在包括达到大约0.30英寸(7.6mm)的尺寸。在 一些情况下，裂紋208的长度'C，可在一个或多个其它方向上延伸，包 括向上、横向，以及向下。此后，在转子盘IOO的前侧112经过基部 102的宽度204和/或深度205的一部分可除去一个或多个裂紋208, 用以提供一个或多个倒角302。沿转子盘100的圆周经过基部102的 宽度204和/或深度205的该部分可设置一个或多个倒角302。在本发 明的一个方面， 一个或多个倒角302可通常为圆形，并JU艮定位于转 子盘100基部102上的一个或多个倒角302可包括设置有半径'①R， 约为0.1英寸(2.5mm)且深度'Ll，约为0.1英寸(2.5mm)至大约0.25英 寸(6.4mm)之间的一个或多个倒角302。然而，由于人们可根据本发明 的实施例按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一 个或多 个倒角302的半径'①R，和深度'L1，以除去裂紋208，故一个或多个倒 角302的半径'①R，和深度'L1，不必局限于这些值。此外，在转子盘100 的基部102的前侧112，位于燕尾槽104的一对燕尾壁202a和202b 之间可设置一个或多个锥形切口 304。在本发明的一个方面， 一个或 多个锥形切口 304可设置在转子盘IOO基部102的前侧112和后侧。 结合图4a至图4b，详细地说明并示出了一个或多个锥形切口 304的 示例性形状。现参看图4a至图4b,根据本发明的实施例而示出了设置在 转子盘100的至少一个燕尾槽104的一对燕尾壁202a和202b之间的 一个或多个锥形切口 304的示例性几^可形状。图4a示出了一个或多个 锥形切口 304的俯斗见图，而图4b示出了一个或多个锥形切口 304的 示例性几何形状。图4a还示出了一个或多个锥形切口 304的深度'D， 和长度'L，。图4b中的实线表示二次曲线402,并且二次曲线402的 端点称为开始边缘曲线404和结束边缘曲线406。源自开始边缘曲线
8404和结束边缘曲线406的相应虚线表示在这些点处的切线，并且它 们在称为顶点曲线408的点处相交。此外，沿连结开始边缘曲线404 和结束边缘曲线406的直线的方向称为x轴410，而与x轴410垂直 的方向称为y轴412。顶点416的距离Dl可限定为沿y轴412从x 轴410到顶点416的距离。同样地，距离D2可限定为沿y轴412从 x轴410到顶点曲线408的距离。通过限定这些示例性参^:,亦称为 凸出判定式的rho值可限定为距离Dl与距离D2的比率。对于锥形形 状可限定rho值，并且rho值可在大约O至大约l之间的范围内取值。 在一些情况下，如果rho值小于约0.5,则可表示椭圆，如果约等于 0.5，则可表示抛物线，并且如果大于约0.5,则可表示双曲线。在其 它实施例中，rho值可在大约O至大约l之间的范围内取值。在本发明的一个方面，々i定一个或多个4^形切口 304可包 括设置有椭圆形或类似几何形状的一个或多个锥形切口 ，则该锥形切 口对应于小于约0.5的rho值，并且保持大约0.45英寸(11.4mm)的深 度和大约0.55英寸(14.0mm)的长度。重新参看图3a至图3e，本发明的另 一个实施例可包括用于 修理具有一个或多个裂紋208的转子盘100的方法，其中，在转子盘 100的基部102前侧112的多个尖锐角部206中可识别到一个或多个 裂紋208。而且，该一个或多个裂紋208的长度'C，可大于约0.1英寸 (2.5111111)且在大约0.25英寸(6.4111111)之内。此后，在转子盘100的前侧 112经过基部102的宽度204和/或深度205的一部分可除去该一个或 多个裂紋208,以在转子盘100的基部102上设置一个或多个倒角302。 在本发明的一个方面， 一个或多个倒角的半径'OR，可为大约O.l英寸 (2.5mm)，并且深度'L1，可为大约0.25英寸(6.4mm)。经过基部102的 宽度204和/或深度205的该部分并且沿着转子盘100的圆周，可设置 一个或多个倒角302。在本发明的一个方面， 一个或多个倒角302可为圆形，并 且假定转子盘100的基部102上的一个或多个倒角302可包括设置有半径'OR，约为0.1英寸(2.5mm)且深度'Ll，为大约0.1英寸(2.5mm)至 大约0.25英寸(6.4mm)之间的一个或多个倒角302。然而，由于人们 可按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多个倒角 302的半径'OR，和深度'Ll，，以除去#4居本发明实施例的一个或多个 裂紋20S，故一个或多个倒角302的半径'①R，和深度'L1，不必局限于 这些值。此外，在转子盘100基部102的前侧112，位于至少一个燕 尾槽104的一对燕尾壁202a和202b之间可设置具有椭圓形状的一个 或多个锥形切口 304。在本发明的一个方面， 一个或多个4偉形切口可 具有大约0.45英寸(11.4mm)的深度'D，和大约0.55英寸(14.0mm)的长 度'L，。在本发明的另一个方面， 一个或多个锥形切口 304可设置在转 子盘100基部102的前侧112和后侧上。该方法还可包括在燃气涡轮 机中安装经修理的转子盘。图5示出了修理根据本发明实施例的转子盘的示例性方法。 在图5所示的实施例中，提供了一种用于修理转子盘以便在燃气涡轮 机中重复使用的方法500。该方法500可始于方框502，其中，在转 子盘100的基部102上识别到一个或多个裂紋208。 一个或多个裂紋 208的长度'C，可大于约0.1英寸(2.5mm)且在大约0.25英寸(6.4mm)之 内。在本发明的一个方面，至少在转子盘100的基部102的前侧112 或后侧上可识别到裂紋。方框502之后紧跟着方框504,其中，为除去一个或多个裂 紋208,可在转子盘100的基部102上设置一个或多个倒角302。在本发明的一个方面，经过基部102的宽度204和/或深度 205的一部分并沿着转子盘100的圆周，可"&置一个或多个倒角302。 在本发明的一个方面， 一个或多个倒角302可为圆形，并且假定转子 盘100的基部102上的一个或多个倒角302可包括设置有半径'①R， 为大约0.1英寸(2.5mm)且深度'Ll，为大约0.1英寸(2.5mm)至大约0.25 英寸(6.4mm)之间的一个或多个倒角302。然而，由于人们可按压缩才几
10转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多个倒角302的半径 'OR，和深度'Ll，以除去根据本发明实施例的一个或多个裂紋208，故 该一个或多个倒角302的半径'OR，和深度'Ll，并不限于这些值。方框504后面紧跟着方框506，其中， 一个或多个锥形切口 304可设置于转子盘100的至少一个燕尾槽中的一对燕尾壁202a和 20b之间。至少在转子盘100基部102的后侧或前侧112上，可在该 对燕尾壁202a和202b之间设置一个或多个锥形切口 304，以促进或 换句话讲在至少一个燕尾槽104的多个尖锐角部206中的一些或全部
上使得一些或全部的切向应力和/或径向应力;^弛。较高的应力值可不
利地影响转子盘100的使用寿命。相对较低的应力值可增加转子盘100 的寿命。裂紋萌生寿命为转子盘IOO寿命的一个度量标准。因此，使 应力的一些或全部+〉弛可使得转子盘IOO裂紋萌生寿命的一是高，并且 可避免或换句话讲可最大限度地减少具有一个或多个裂紋208的转子 盘100的报废。在本发明的一个方面，位于一对燕尾壁202a和202b之间 的一个或多个锥形切口 304可包括大约0.45英寸(11.4mm)的深度'D， 和大约0.55英寸(14.0mm)的长度'L，。然而，由于人们可根据本发明 的实施例按压缩机转子叶轮组件的应用场合来适当地选择一个或多 个^l,形切口 304的深度'D，和长度'L，，故一个或多个锥形切口 304的 深度'D'和长度'L'并不限于这些值。为限定一个或多个锥形切口 304的 几何形状，可选择亦称为凸出判别式的rho值。设置一个或多个锥形 切口 304的方法可包括保持切口的形状或几何形状的rho(凸出判别式) 值为小于约0.5,且由此控制或换句话讲确定该一个或多个锥形切口 304的几何形状为椭圓形。该方法500在方框506后结束。在其它实施例中，示例性 方法可具有更少或更多的要素，其可以与上述相同或不同的顺序来实 施。在本发明的实施例中，提供了 一种重复使用具有一个或多
ii个倒角302和一个或多个锥形切口 304的、经修理过的转子盘的方法。 在修理转子盘100之后，该转子盘100可装入燃气涡轮机中。在一些 情况下，可在相关的燃气涡轮机的装置外进行修理，并因此可使得转 子盘100的一些或全部运输成本减到最少。在经^修理的转子盘100中 可设置一个或多个锥形切口 304，其可在运行状态或冷启动状态期间 减小一些或全部的切向应力和/或径向应力，这继而可提高至少一个燕 尾槽104的多个尖锐角部206中的一些或全部上的一个或多个裂紋 208的裂紋萌生寿命。所提供的本发明的实施例并不限于燃气涡轮机 的转子盘的修理方法。人们可认识到，应用于具有至少一个燕尾槽104 的转子盘100上的修理工艺的适用性可适用于许多类似的转子应用场 合，包括发电以及产生推力。本发明的方面可包括减少在多个角部处 具有一个或多个裂紋的转子盘的报废。此外，根据本发明实施例的修 理工艺可在安装现场或客户现场处较为容易地进行。上述书面说明使用了实例来描述本发明的各种实施例。本 领域的技术人员将认识到，在不背离上述实施例的原理的情况下，可 对上述实施例做出修改。本发明并不限于所公开的具体实施例，而是 旨在将所有修改涵盖于本申请的范围之内。
权利要求
1. 一种用于修理燃气涡轮机的转子盘(100)的方法(500)，其中，所述转子盘(100)包括基部(102)和至少一个位于一对燕尾壁(202a，202b)之间的燕尾槽(104)，所述方法(500)其特征在于在所述转子盘(100)的基部(102)上识别(502)一个或多个裂纹(208)；通过除去所述一个或多个裂纹(208)，在所述转子盘(100)的基部(102)上设置(504)一个或多个倒角(302)；以及在至少一个燕尾槽(104)的所述一对燕尾壁(202a，202b)之间设置(506)一个或多个锥形切口(304)。
2. 根据权利要求1所述的方法(500),其特征还在于，将经修理的 转子盘(100)安装到所述燃气涡4仑^L中。
3. 根据权利要求1所述的方法(500)，其中，识别(502)—个或多 个裂紋(208)其特征在于，识别(502)具有大于约0.1英寸并在大约0.25 英寸内的长度的一个或多个裂玟(208)。
4. 根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(504)—个或多 个倒角(302)其特征在于，在所述转子盘(100)的后侧经过所述基部(102) 的宽度(204)或深度(205)的一部分除去一个或多个裂紋(208)。
5. 根据权利要求1所述的方法(500),其中，设置(504)—个或多 个倒角(302)其特征在于，在所述转子盘(100)的前侧(112)经过所述基 部(102)的宽度(204)或深度(205)的一部分除去一个或多个裂纟文(208)。
6. 根据权利要求1所述的方法(500),其中，设置(504)—个或多 个倒角(302)其特征在于，设置(504)具有大约0.1英寸的半径和大于约 0.1英寸并在大约0.25英寸内的深度的一个或多个倒角(302)。
7. 根据权利要求1所述的方法(500),其中，设置(506)—个或多 个锥形切口(304)其特征在于，在所述转子盘(100)的前侧(112)上设置 (506)—个或多个锥形切口 (304)。
8. 才艮据权利要求1所述的方法(500),其中，设置(506)—个或多 个锥形切口(304)其特征在于，设置(506)具有小于约0.5的rho值的一 个或多个锥形切口(304)。
9. 根据权利要求1所述的方法(500)，其中，设置(506)—个或多 个锥形切口(304)其特征在于，设置(506)具有大约0.05英寸至大约0.45 英寸之间的深度和大约0.05英寸至大约0.55英寸之间的长度的一个 或多个锥形切口(304)。
10. —种用于燃气涡轮机的转子盘(IOO)，其中，所述转子盘(IOO) 其特征在于基部(102)和至少一个位于一对燕尾壁(202a,202b)之间的 燕尾槽(104)，所述转子盘(100)其特征在于一个或多个倒角(302)，其设置在所述转子盘(100)的基部(102)上， 以从所述转子盘(100)的基部(102)除去一个或多个裂紋(208);以及一个或多个锥形切口(304)，其位于所述至少一个燕尾槽(104)的一 对燕尾壁(202a,202b)之间设置在所述转子盘(100)的基部(102)上。
全文摘要
本发明的实施例可提供用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法及装置。在一个实施例中，提供了一种用于修理燃气涡轮机的转子盘的方法，其中，转子盘可包括基部和至少一个位于一对燕尾壁之间的燕尾槽。该方法可包括在转子盘基部上识别一个或多个裂纹，以及通过在转子盘的基部上设置一个或多个倒角来除去一个或多个裂纹。此外，该方法可包括在至少一个燕尾槽的一对燕尾壁之间设置一个或多个锥形切口到转子盘的基部上。
文档编号B23P6/00GK101508063SQ20091000332
公开日2009年8月19日 申请日期2009年1月14日 优先权日2008年1月14日
发明者A·M·萨蒂什, D·T·沙拉钱德拉, M·B·奈柯克, R·拉亚拉彦, S·巴布 申请人:通用电气公司