专利名称：装配型喷嘴隔板及喷嘴隔板的装配方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于蒸汽轮机的装配型喷嘴隔板，以及一种装配喷嘴隔板的方法。
背景技术：
一般常会用到所谓的轴流蒸汽涡轮，具有大功率并包括沿着蒸汽流方向布置的多级，每一级包括涡轮喷嘴(涡轮静止(定子)叶片)和涡轮移动或可动(转子)叶片的组合。
该轴流蒸汽涡轮粗略地分为反作用型和推动型。
推动型蒸汽涡轮利用每个涡轮喷嘴致使蒸汽热能做更多的膨胀功，在膨胀功后使用每个涡轮移动叶片将蒸汽转化为偏转流，并且引导所产生的偏转流到下一级。
在转化蒸汽的大部分热能为动能的涡轮喷嘴内，在涡轮喷嘴的蒸汽入口和蒸汽出口之间出现大的压力差。为了对付该压力差，因此涡轮喷嘴采用了如图24所示的隔板结构。
如图24所示的涡轮喷嘴的隔板结构组成如下。环体1在水平接头表面2分成两部分，以环柱布置的喷嘴叶片(喷嘴板)3的两端被隔板外环4和隔板内环5支撑，并且在朝向涡轮轴(未示出)的隔板内环5的内周提供有汽封安装槽6。
而且，该涡轮喷嘴为所谓的焊接型涡轮喷嘴，其中当喷嘴叶片3连接到隔板外环4和隔板内环5时，喷嘴叶片3通过焊接部分8a和8b穿过磨损板7a和7b分别固定安装在隔板外环4和隔板内环5上，如图25所示。
另一方面，如图30所示的将蒸汽流在入口分成左侧流和右侧流的所谓的逆流(双流)涡轮，当第一分流喷嘴叶片49和第二分流喷嘴叶片50的顶部侧被第一分流隔板外环52和第二分流隔板外环53分别支撑时，第一和第二分流喷嘴叶片49和50通过焊接部分54a和54b固定连接在第一和第二分流隔板外环52和53上，并且第一和第二分流喷嘴叶片49和50的底部使用在第一和第二分流喷嘴叶片49和50之间共用的共用隔板内环51通过焊接部分54c和54d分别固定。
如图25所示的焊接型涡轮喷嘴已经长时间应用并且已经给出实际效果。然而，由于国际竞争已经日趋激烈，对于涡轮喷嘴市场需求更加严格地提高性能和降低成本。针对这种需求，一直认为不重要的下述内容构成了要考虑或解决的重要内容或问题。
(1)关于性能对于焊接型涡轮喷嘴，由于焊接变形而产生的制造差错所导致的性能变坏。
焊接变形的最严重效果为蒸汽路径内外直径分别与设计直径的偏差。例如如图26所示，即使涡轮喷嘴设计为所谓的无重叠(阶)状态，其中叶片根部(叶片基部)10和叶片顶部(顶端部)11都线性制成，由于焊接变形作用，叶片根部10和叶片顶部11都相对于设计值实际上具有正(+)或负(-)重叠，它们分别的参考位置如图27所示。
通过基于正或负重叠的实验已经证实了涡轮分级效率，发现如果正或负重叠较大，涡轮分级效率变坏更高。由于此原因，即使通过反复试验发现了减小焊接变形的方法，该方法天生地具有它的局限，长时间使用该涡轮喷嘴的结果是经常会再次出现大的正或负重叠。
而且，已经引入了所谓的补偿设计概念，其中在假定出现负重叠进行设计的时候，无尺寸重叠的设计位置设定在箭头AR指示的正位置，以便在操作涡轮喷嘴的过程中试着保持涡轮分级效率处在最大值(Mmax)。然而，该方法也天生地具有它的局限。
(2)关于成本由于有许多焊接步骤，难于实现降低成本。
图29以圆形图的形式示出了一个焊接型涡轮喷嘴实例的制造成本组成比率。在图29的实例中，焊接成本达到整个制造成本的约38％。因此，即使试图有效降低材料成本和加工成本，对于成本降低也有一个限制。另外，由于难于100％实现机械化和自动化焊接，因此难于降低焊接成本自身。
本发明在这些环境条件下获得。本发明的一个目的是改变从而简化涡轮喷嘴结构，并且提供能够易于装配而不用执行焊接操作的装配型喷嘴隔板以及装配这种喷嘴隔板的方法。
发明内容
根据本发明获得上述目的的装配型喷嘴隔板，包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；隔板内环，具有朝向外径侧开口并在隔板内环外圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分并且具有位于另一端的用于隔板内环的插入部分，其中朝向隔板外环内径侧开口的所述沟槽和喷嘴叶片的所述隔板外环插入部分成形为仅仅在沟槽和隔板外环插入部分中每一个的圆周方向上相互装入，并且朝向隔板内环外径侧开口的所述沟槽和喷嘴叶片的所述隔板内环插入部分成形为仅仅在沟槽和隔板内环插入部分中每一个的圆周方向和径向之一上相互装入。
在本发明上述方面的优选实施例中，朝向液体(蒸汽)流的隔板外环插入部分的上游侧表面通过凸起弯曲部分和连着凸起弯曲部分的台阶块部分相结合制成，并且凸起弯曲部分和台阶块部分在圆周方向上延伸。
另外，隔板内环插入部分可以具有在中间位置形成的凸柱状件，并且该凸柱状件可以在圆周方向延伸。
所述隔板外环具有在圆周方向上形成的帽状槽，该帽状槽在进口处包括凸起的弯曲部分。
而且，所述隔板内环可以具有在圆周方向形成的凹槽。
在隔板外环插入部分和隔板外环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米的范围内。
在隔板外环插入部分和隔板外环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙是在位于隔板外环插入部分头部侧并平行于液体流的表面与隔板外环之间的间隙和位于隔板外环插入部分上游侧表面且在径向上的表面与隔板外环之间的间隙当中的至少一个。
在隔板内环插入部分和隔板内环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米的范围内。
在隔板内环插入部分和隔板内环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙是在径向上在隔板内环插入部分的柱状件表面与隔板内环之间的间隙。
而且，隔板外环插入部分可以通过在朝向液体流的上游侧表面和沿着液体流的下游侧表面上分别提供的凸起弯曲部分相结合制成，提供的台阶块部分连着各个凸起弯曲部分，并且提供的凸起底座部分连着各个台阶块部分。
所述隔板外环插入部分通过朝向径向的柱状件和连着柱状件的所述凸起底座部分相结合而构成。
其表面朝向液体流的隔板外环插入部分的上游侧表面可以通过凸起的弯曲部分、连着该弯曲部分的台阶块部分以及连着该块部分的凸起底座部分相结合而形成，并且环部件连接在该块部分上，并且在该隔板外环提供有固定装置以便施加压力到隔板外环插入部分。
朝向液体流的隔板外环插入部分的上游表面可以通过凸起的弯曲部分、连着该弯曲部分的台阶块部分以及连着该块部分的凸起底座部分相结合而形成，并且在隔板外环插入部分装入隔板外环的安装表面上提供有振动阻止件。
该振动阻止件提供有位于隔板外环插入部分头部侧并平行于液体流的表面与隔板外环之间的间隙和位于隔板外环插入部分上游侧表面且在径向上的表面与隔板外环之间的间隙当中的至少一个。
可以在位于隔板外环插入部分头部侧的上游侧表面的角部提供该振动阻止件。
另外，每个都被隔板外环和隔板内环支撑的多个喷嘴叶片可以沿着要分开的液体流在逆流位置布置，并且布置在逆流位置的多个喷嘴叶片可以被单个隔板内环支撑。
另一方面，每个都被隔板外环和隔板内环支撑的多个喷嘴叶片可以沿着要分开的液体流在逆流位置布置，并且布置在逆流位置的多个喷嘴叶片中每一个的隔板外环插入部分可以被单个隔板内环支撑。
而且在本发明的另一方面中，上述目的也能够通过提供下述的装配型喷嘴隔板而获得，该喷嘴隔板包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；隔板内环，具有朝向外径侧开口并在隔板内环外圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分并且具有位于另一端的用于隔板内环的插入部分，其中所述隔板内环包括与喷嘴叶片整体形成的喷嘴叶片内圆周侧部件。
该隔板外环可以包括位于隔板外环插入部分装入隔板外环的安装表面上的振动阻止件。
而且，上述目的也能够通过提供下述的装配型喷嘴隔板而获得，该喷嘴隔板包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分和位于另一端的隔板内环，其中在该隔板内环内插入一块板。
而且进一方面，上述目的也能够通过提供装配喷嘴隔板的方法而获得，该喷嘴隔板包括具有朝向内径侧开口的沟槽并在隔板外环内圆周方向上是连续的隔板外环、具有朝向外径侧开口的沟槽并在隔板内环外圆周方向上是连续的隔板内环、以及具有位于一端的用于隔板外环的插入部分和位于另一端的用于隔板内环的插入部分的喷嘴叶片，该方法的特征在于包括如下步骤加工隔板外环以使其在水平接头表面位置基本上以180度对半分成隔板外环上半部分和隔板外环下半部分，从而制成环体的隔板外环；加工隔板内环以使其在水平接头表面位置基本上以180度对半分成隔板内环上半部分和隔板内环下半部分，从而制成环体的隔板内环；从隔板外环上半部分和隔板外环下半部分之一的水平接头表面朝向隔板外环上半部分和隔板外环下半部分另一个的水平接头表面安装喷嘴叶片的所述隔板外环插入部分，以便在圆周方向顺序地一一插入预定数量的喷嘴叶片；在所述一个半部分的水平接头表面上和在所述另一个半部分的水平接头表面上通过制动件分别固定所述多个插入的喷嘴叶片；从内环插入部分的内径方向将隔板内环上半部分和隔板内环下半部分插入喷嘴叶片的内环插入部分；在插入的隔板内环上半部分的水平接头表面上和在插入的隔板内环下半部分的水平接头表面上通过制动件分别固定所述多个插入的喷嘴叶片；以及在各个水平接头表面上将隔板内环上半部分及与预定数量的喷嘴叶片结合的隔板外环上半部分固定到隔板内环下半部分及与预定数量的喷嘴叶片结合的隔板外环下半部分。
在该喷嘴隔板装配方法中，在隔板外环插入部分和隔板外环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米范围内。
另外，在隔板外环插入部分和隔板外环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙是在位于隔板外环插入部分头部侧并平行于液体流的表面与隔板外环之间的间隙和位于隔板外环插入部分上游侧表面且在径向上的表面与隔板外环之间的间隙当中的至少一个。
而且在隔板内环插入部分和隔板内环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米的范围内。
在隔板内环插入部分和隔板内环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙存在于隔板内环插入部分的柱状件的径向上。
根据本发明具有上述特征的装配型喷嘴隔板能够运用了简单的装配结构，其中在喷嘴叶片一端提供的隔板外环插入部分装入隔板外环并且在喷嘴叶片另一端提供的隔板内环插入部分装入隔板内环。因此根据本发明的装配型喷嘴隔板用于例如蒸汽涡轮时，蒸汽路径的路径宽度能够精确地保持在设计尺寸并且能够操作该涡轮喷嘴具有更高的涡轮分级效率。
另外，根据本发明的喷嘴隔板装配方法，喷嘴叶片能够相对于隔板内环和外环自由移动。因此，即使在操作蒸汽涡轮的过程中喷嘴叶片发生例如裂缝这样的损伤，仅仅更换发生损伤等的喷嘴叶片就足够了。从而不同于传统技术，不必更换整个隔板，因此能够进一步减少更换操作。
图1示出了根据本发明第一实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图2示出从图1所示的隔板外环和隔板内环中拔出的喷嘴叶片。
图3是图2所示的喷嘴叶片从喷嘴叶片前边缘看的斜视透视图。
图4示出从图1所示的喷嘴叶片中拔出的隔板外环。
图5是沿着图4中所示的V-V线的截面图。
图6示出从图1所示的喷嘴叶片中拔出的隔板内环。
图7是沿着图6中所示的VII-VII线的截面图。
图8是一个透视图，示出了多个喷嘴叶片装在一起的状态。
图9示出隔板外环和隔板内环的水平接头表面。
图10示出隔板外环和隔板内环的水平接头表面的一个改进实例。
图11示出根据本发明第二实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图12示出根据本发明第三实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图13示出根据本发明第四实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图14示出根据本发明第五实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图15示出根据本发明第六实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图16示出根据本发明第七实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图17示出根据本发明第八实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图18示出根据本发明第九实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图19示出根据本发明第十实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图20示出根据本发明第十一实施例的装配型喷嘴隔板的截面图。
图21是一个流程图，示出了根据本发明第一到第二实施例的装配型喷嘴隔板的装配程序的步骤。
图22是一个流程图，示出了根据本发明第四实施例的装配型喷嘴隔板的装配程序步骤。
图23是一个流程图，示出了根据本发明第五到第七实施例的装配型喷嘴隔板的装配程序步骤。
图24是一个透视图，示出了一个分成一半的传统喷嘴隔板。
图25示出了一个传统的焊接型喷嘴隔板。
图26是一个示意图，用于说明蒸汽路径的设计路径宽度。
图27是一个示意图，用于说明蒸汽路径的实际路径宽度。
图28是一个图表，示出了由于蒸汽路径宽度重叠波动而产生的涡轮分级效率的波动。
图29是一个圆形图，示出了传统涡轮喷嘴生产成本的细节内容。
图30示出了传统焊接型和逆流(双流)型喷嘴隔板。
图31是一个具有装配型喷嘴隔板的轴流式涡轮的纵断面简图。
具体实施例方式
下面将通过在图上标注的参考数字并参照附图来描述本发明的装配型喷嘴隔板及装配方法的实施例。在各实施例中，装配型喷嘴隔板应用于蒸汽涡轮中。图中的参考标记ST代表蒸汽涡轮内的蒸汽流。
图31示出了具有装配型喷嘴隔板的轴流式蒸汽涡轮100的多级。每个喷嘴叶片104连接到隔板外环102以及隔板内环103上，从而形成喷嘴叶片流动通道，其中隔板外环102连接到涡轮壳体101上。多个涡轮移动(转子)叶片106布置在该喷嘴叶片流动路径下游。该移动叶片106在圆周方向上以预定间隔在转子轮105外周上建造或装配，并且阻止工作液体泄漏的盖107连接在每个移动叶片106的外周端。
在图31中，液体也即蒸汽ST，从蒸汽涡轮右方(上游侧)到左方(下游侧)流动。而且，应当指出在各个实施例中，当根据本发明的装配型喷嘴隔板应用到蒸汽涡轮上的时候，装配型喷嘴隔板的组成元件在图3 1所示位置提供，即使并没有详细说明。
图1是根据本发明的装配型喷嘴隔板的第一实施例的正视图。
该实施例的装配型喷嘴隔板组成为两端分别包括隔板外环插入部分12及隔板内环插入部分13的喷嘴叶片(喷嘴板)14、与隔板外环插入部分12相适配并且支撑喷嘴叶片(喷嘴板)14头部的隔板外环15、以及与隔板内环插入部分13相适配并且支撑喷嘴叶片(喷嘴板)14底部的隔板内环16。
如图2和3所示，通过精密铸造或者通过机床加工从喷嘴叶片元件上整体切削，而使隔板外环插入部分12与喷嘴叶片14形成在一起。在该装配型喷嘴隔板安装在蒸汽涡轮上的情况下，朝向蒸汽ST流的喷嘴外环插入部分12的上游侧表面部分19整体上被制成凸起的。该上游侧表面部分19制成为环块体，其中该环块体包括弯曲部分17和以台阶形式制成的块部分18，并且该上游侧表面部分19在圆周方向上(在相对蒸汽流垂直的平面上移动叶片旋转方向)延伸。
而且，类似于如图2和3所示的隔板外环插入部分12，通过精密铸造或者通过机床加工从喷嘴叶片元件上整体切削，隔板内环插入部分13与喷嘴叶片14形成在一起。隔板内环插入部分13在中间部分包括凸起的柱状件20，并且该柱状件20制成在圆周方向上延伸的环块体。
如图4所示，安装隔板外环插入部分12的隔板外环15被制成环体，并且在水平接头表面HJS1上对半分为外环上半部分21和外环下半部分22。分成两半的隔板外环15包括在帽或帽形沟槽23入口处的凸起弯曲部分24，并且该弯曲部分24施加压力到隔板外环插入部分12的台阶块部分18上同时结合并支撑隔板外环插入部分12的弯曲部分17。
也即，提供了隔板外环15的帽形沟槽23和弯曲部分24使得仅仅在水平接头表面HJS1上将喷嘴叶片14的隔板外环插入部分12安装到并插入隔板外环15内，而在其它区域喷嘴叶片14不能插入隔板外环15内。
当隔板外环插入部分12成功地在隔板外环15内形成的帽形沟槽23内安装并且隔板外环插入部分12在隔板外环15整个圆周上布置时，隔板外环15的外环上半部分21和外环下半部分22随后通过螺栓25a和25b固定，这一点如图4所示。隔板外环15与壳体(未示出)结合并通过壳体支撑。
如图6所示，安装隔板内环插入部分13的隔板内环16被制成环体，并且在水平接头表面HJS2上对半分为内环上半部分26和内环下半部分27，类似于隔板外环15。如图7所示，分成两半的隔板内环16包括位于头部侧(外径侧)的凹槽28以及位于底部侧(内径侧)的汽封沟槽29。隔板内环插入部分13安装在位于头部侧的凹槽28内，汽封30安装在汽封沟槽29内，并且内环上半部分26和内环下半部分27随后通过键(未示出)连接在一起，这一点如图6所示。
也即，装配型喷嘴隔板具有的结构为喷嘴叶片14的隔板内环插入部分13通过简单的凹槽28与简单的凸起柱状件20结合而安装到隔板内环16上。因此，没有必要在圆周方向从水平接头表面HJS2移动隔板内环16，从而成功地将喷嘴叶片14的隔板内环插入部分13插入隔板内环16，并且隔板内环插入部分13从内径方向(图7中从向下方向到向上方向)能够简单地被插入进去。
另外，当隔板外环插入部分12和隔板内环插入部分13分别安装进入隔板外环15和隔板内环16内之后，制动件31a和31b在水平接头表面HJS1和HJS2上分别安装在隔板外环15及隔板外环插入部分12上，同时也安装在隔板内环16及隔板内环插入部分16上，如图9所示，其中都分成两半的隔板外环15与隔板内环16的外环和内环上半部分21和26以及外环和内环下半部分22和27相互之间分别固定连接。隔板外环插入部分12到隔板外环15的固定以及隔板内环插入部分13到隔板内环16的固定可以例如分别使用紧固件32a和32b而完成，这一点如图10所示。
在该实施例中，对于每个喷嘴叶片4进行隔板外环插入部分12到隔板外环15的安装以及隔板内环插入部分13到隔板内环16的安装。然而，本发明并不限于该实施例。例如如图8所示，可以提供喷嘴隔板块体33，它与多个喷嘴叶片14例如三个喷嘴叶片一起弯曲并且使得喷嘴叶片14被隔板外环15和隔板内环16支撑。
在隔板外环插入部分12安装到隔板外环15的情况下，最大程度上优选设定安装到隔板外环15的隔板外环插入部分12的安装尺寸处在一个范围内，其中在蒸汽ST流动方向沿着隔板外环插入部分12的头部侧表面形成0.03到0.12毫米的间隔，并且在径向侧(正交于蒸汽ST流动方向的一侧)在台阶块部分18的表面形成0.03到0.12毫米的间隙，这一点如图1所示。
另一方面，在隔板内环插入部分13安装到隔板内环16的情况下，最大程度上优选设定安装到隔板内环16的隔板内环插入部分13的安装尺寸处在一个范围内，其中在隔板内环插入部分13的柱状件20的径向侧(正交于蒸汽ST流动方向的一侧)形成0.03到0.12毫米的间隔，这一点如图1所示。
设定隔板外环插入部分12安装到隔板外环15与隔板内环插入部分13安装到隔板内环16的每个安装尺寸处于0.03-0.12毫米范围内是基于这样一个事实如果它们设定为0.03或者更小，隔板外环和内环插入部分12和13不能与隔板外环和内环15和16手工装配，以及如果它们超过0.12毫米，在操作过程中会产生游隙并且该装配型喷嘴隔板发生振动。FEM(有限元方法)分析、实验测试或者类似方法也证实了这些安装尺寸为最合适的尺寸。
从上述已经明白，根据该实施例，在喷嘴叶片(喷嘴板)14一端设置有隔板外环插入部分12，其中在另一端设置有隔板内环插入部分13，在隔板外环15设置有可安装隔板外环插入部分12的沟槽23，以及在隔板内环16设置有隔板内环插入部分13进行安装的沟槽28，由此能够提供简单的装配结构，不再需要用来将隔板外环插入部分12和隔板内环插入部分13焊接到各个沟槽23和28上的焊接操作。因此，在涡轮喷嘴装配过程中，蒸汽路径34能够保持在设计尺寸并且该涡轮喷嘴能够以不附加焊接成本在内的低成本操作并具有改进的涡轮分级效率。
根据本发明的喷嘴隔板装配方法将在下面描述。
图21是一个示意方块图，示出了根据本发明的喷嘴隔板装配方法的步骤。
当喷嘴隔板完成时，作为环体的隔板外环15和隔板外环16独立制造，在基本上180度的位置通过将隔板外环15分为两半而获得隔板外环上半部分21和隔板外环下半部分22，以及在基本上180度的位置通过将隔板内环16分为两半而获得隔板内环上半部分26和隔板内环下半部分27。安装喷嘴叶片14的沟槽在上半部分21和26及下半部分22和27上预先制成。也即，帽形沟槽23和弯曲部分24分别在隔板外环上半部分21和隔板外环下半部分22内制成，反之在隔板内环上半部分26和隔板内环下半部分27上制成凹槽28。这些沟槽的形状已预先设定，使得隔板外环插入部分12和喷嘴叶片14与各个沟槽可靠地结合。
接下来，喷嘴叶片14从水平接头表面HSJ1一侧顺序地插入制好的帽状沟槽23和弯曲部分24。被插入的喷嘴叶片14的数量首先基于该隔板的节距圆直径(PCD)以及喷嘴叶片14之间的节距而确定。
在插入的喷嘴叶片14中，第一个和最后一个插入的喷嘴叶片14，也即面向隔板外环15的水平接头表面HSJ1的两个喷嘴叶片14相对于圆周方向固定，以便通过固定在隔板外环15上的制动件31a使得喷嘴叶片14不会从外环沟槽脱落。因此分别通过将在喷嘴叶片14上提供的隔板外环插入部分12的弯曲部分17与隔板外环15的帽状沟槽23相结合以及将在喷嘴叶片14上提供的隔板外环插入部分12的块部分18与隔板外环15的弯曲部分24相结合，相对于蒸汽流方向与喷嘴叶片纵向固定插入的喷嘴叶片14。从而，并不特别需要使用机械装置如螺栓、销或如焊接来使喷嘴叶片14的隔板外环插入部分12分别安装进入各个隔板外环15内的固定手段。另一方面在圆周方向上，通过位于水平接头表面HSJ1上的制动件31a提供了防止喷嘴叶片14从各个沟槽中脱落的唯一手段，并且通过在圆周方向上一一连接相邻的叶片而将喷嘴叶片14固定在沟槽内。实验和FEM分析证实了考虑到易于装配、装配后蒸气产生的振动等，喷嘴叶片14上的每个隔板外环插入部分12装入隔板外环15内的部分的间隙优选在0.03至0.12毫米范围内。
下一步，从喷嘴叶片14的隔板内环插入部分一侧，将隔板内环16与插入了每个喷嘴叶片14的隔板外环15安装在一起。安装部分具有简单的形状，其由隔板内环16上的凹槽28和喷嘴叶片14的隔板内环插入部分13上的凸起柱状件20组成。由于上述原因，无需执行从水平接头表面HJS1将喷嘴叶片14顺序插入隔板外环15的步骤，但足以从喷嘴叶片14的隔板内环插入部分一侧简单地将隔板内环16装入隔板外环15。试验和FEM分析证实，考虑到容易装配、装配后蒸气产生的振动等，喷嘴叶片14上的隔板内环插入部分13装入每个隔板内环16内的部分的间隙优选设定在0.03至0.12毫米范围内。
随后，每个隔板内环16通过制动件31b被固定到喷嘴叶片14上，使得制动件31b相对于圆周方向固定喷嘴叶片14，并且将喷嘴叶片14的隔板内环插入部分13固定到隔板内环16上，从而防止隔板内环16脱落。
最后，隔板上半部分(或隔板下半部分)(其中隔板外环15、喷嘴叶片14和隔板内环16制成整体)与类似制成的隔板下半部分(或隔板上半部分)在它们的水平接头表面互相安装在一起，并且随后通过用螺栓将在隔板上半和下半部分之一的隔板外环15上提供的螺栓孔与在隔板上半和下半部分的另一个上提供的螺丝部分进行螺丝结合而完成喷嘴隔板。
根据上述特征的装配方法，由于喷嘴叶片14没有固定在隔板内环16和隔板外环15上，即使在操作过程中喷嘴叶片出现缺陷，可以更换仅仅出现缺陷的喷嘴叶片，而不用如传统技术中那样更换整个隔板。
而且，由于在喷嘴叶片14和隔板内环16之间的安装间隙以及在喷嘴叶片14和隔板外环15之间的间隙设定在0.03至0.12毫米范围内，喷嘴叶片插入操作不会出现问题并且即使在涡轮运行过程中通过蒸汽产生了振动，也能够操作该喷嘴隔板而不会有振动且不需有机械固定装置。
图11是一个正视截面图，示出了本发明装配型喷嘴隔板的第二实施例。在图11中，对应于第一实施例的组成元件添加了相同的参考数字。
在该第二实施例的装配型喷嘴隔板中，在隔板外环15内形成T形沟槽35，并且装入该沟槽35的隔板外环插入部分12提供有凸起的弯曲部分38a和38b，分别在朝向蒸汽ST流的上游侧表面36和朝向蒸汽ST流的下游侧37形成，台阶块部分39a和39b连着各个弯曲部分，并且底座部分40连着各个块部分。
下来而制成，这些连续的弯曲部分38a和38b、块部分39a和39b以及底座部分40均与喷嘴叶片14形成在一起，并且制成在圆周方向上(在相对蒸汽流垂直的平面上移动叶片旋转方向)延伸。由于其它组成元件与第一实施例中的相同，此处省略了相关描述。
从上述已经明白，根据该第二实施例，T形帽槽35在隔板外环15形成，隔板外环插入部分12的上游侧表面36和下游侧表面37也通过连续的弯曲部分38a和38b、块部分39a和39b以及底座部分40分别形成，并且隔板外环插入部分12的弯曲部分38a和38b以及块部分39a和39b装入隔板外环15的沟槽35内，从而提供了不需要焊接操作的简单装配结构。因此，在装配涡轮喷嘴的过程中，蒸汽路径43能够保持具有设计尺寸并且该涡轮喷嘴能够以不附加焊接成本在内的低成本操作并具有高度改进的涡轮分级效率。
在该实施例中，在上游侧表面36和下游侧表面37分别形成有凸起的弯曲部分38a和38b、台阶块部分39a和39b以及凸起的底座部分40的所谓I形隔板外环插入部分12装入在隔板外环15形成的T形帽槽35内。然而，本发明并不限于该实施例，例如如图12所示(第三实施例)，通过柱状件42形成的隔板外环插入部分12以及朝向径向方向(正交于蒸汽ST流的方向)的凸起底座部分40可以在凹槽41内形成，该凹槽41在隔板外环15内形成并且朝向径向方向。
而且，第二实施例中的喷嘴隔板装配方法的装配步骤基本上与第一实施例中的相同，因此在此将不再描述这些步骤。
图13是一个正视截面图，示出了本发明装配型喷嘴隔板的第四实施例。在图13中，对应于第二实施例的相同组成元件通过相同的参考数字指示。
在该实施例的装配型喷嘴隔板中，在进口侧提供有凸起弯曲部分24的帽或帽状槽35在隔板外环15内形成。朝向蒸汽ST流的隔板外环插入部分13的上游侧表面36也通过凸起的弯曲部分38a、台阶块部分39a以及凸起的底座部分40相结合而形成，并且被分割的环部件44连接在块部分39a上。在隔板外环15上也提供了螺栓45用来施加压力到隔板外环插入部分12上，并且装到沟槽35的隔板外环插入部分12m结合到隔板外环15的结合表面被密封。其它结构基本上与第一实施例中的相同，此处省略了其中的细节。
而且，通过精密铸造或者通过机床加工从喷嘴叶片元件上整体切削，连续的弯曲部分38a、块部分39a以及底座部分40与喷嘴叶片14形成在一起。
从上述已经明白，在该第四实施例中，当隔板外环插入部分12被安装且插入隔板外环15内时，然后环部件44插入隔板外环插入部分12和隔板外环15之间，并且在隔板外环插入部分12和隔板外环15之间的结合表面46由于螺栓45与隔板外环15相结合的压力而被密封。因此，能够确确保阻止发生涡轮喷嘴的振动并且因此涡轮喷嘴能够平稳运行。
而且，在该实施例中，通过使用螺栓45的压力，在隔板外环插入部分12和隔板外环15之间的结合表面46被密封。因此，不必提高或保持在隔板外环插入部分12和隔板外环15之间的安装间隙精度，从而降低了生产成本。
将参照图22的示意方框图描述第四实施例的该喷嘴隔板的装配步骤。该喷嘴隔板装配方法与第一实施例不同在于当喷嘴叶片插入隔板外环时，不仅仅喷嘴叶片而且振动阻止件都能够插入隔板外环，以及在于振动阻止件通过在隔板外环的弯曲部分应用的螺栓而被固定，从而来固定或紧固喷嘴叶片。而且除了上述步骤外的步骤基本上与图21所示的第一实施例中的相同，此处将不再描述。
图14是一个正视截面图，示出了根据本发明第五实施例的装配型喷嘴隔板。在图14中，对应于第二实施例的相同组成元件通过相同的参考数字指示。
根据第五实施例中的装配型喷嘴隔板，设置有凸起弯曲部分的帽状沟槽35在隔板外环15的入口侧形成，装入该沟槽35的隔板外环插入部分12的上游侧表面36通过凸起的弯曲部分38a、台阶块部分39a相结合制成，其中所述表面36朝向蒸汽ST流。
振动阻止件47a设置在与隔板外环15相结合的结合面46a上，该结合面46a位于凸起弯曲部分38a的头部侧并平行于蒸汽ST流，振动阻止件47b也设置在结合面46b上，该结合面46b位于隔板外环插入部分12的上游侧表面的弯曲部分38a的径向侧。根据这样的布置，该振动阻止件47a阻止了隔板外环插入部分12在蒸汽ST流动方向(蒸汽涡轮轴方向)上的振动，并且另一方面，振动阻止件47b阻止了隔板外环插入部分12在径向(正交于蒸汽ST流的方向)上的振动。
其它组成元件基本上与第一实施例中的相同，此处不再描述。
而且，连续的弯曲部分38a、块部分39a以及底座部分40与喷嘴叶片14一起都通过精密铸造或者通过机床加工从喷嘴叶片元件上整体切削下来而制成。
从上述已经明白，根据该实施例，当隔板外环插入部分12安装且插入隔板外环15内时，位于隔板外环插入部分12凸起弯曲部分38a的头部侧平行于蒸汽ST流并与隔板外环15相结合的结合面46a，以及位于弯曲部分38a的径向侧并与隔板外环15相结合的结合面46b分别设置有振动阻止件47a和47b。因此，确保能够阻止产生涡轮喷嘴的振动并且涡轮喷嘴能够平稳运行。
而且，在该实施例中如上所述，由于结合面46a和46b分别设置有振动阻止件47a和47b，因此不必提高在隔板外环插入部分12和隔板外环15之间的安装间隙精度，从而降低了生产成本。
而且，在该实施例中，在隔板外环插入部分12内，位于凸起弯曲部分38a的头部侧平行于蒸汽ST流并与隔板外环15相结合的结合面46a，以及位于弯曲部分38a的径向侧并与隔板外环15相结合的结合面46b分别提供有振动阻止件47a和47b。然而，本发明并不限于该实施例中的这种布置，并且如图15所示，作为第六实施例，例如在隔板外环插入部分12内，进一步在位于凸起弯曲部分38a的头部侧的上游侧表面36的角部(肩部)设置有振动阻止件47c。特别地，在凸起弯曲部分38a的角部提供有振动阻止件47c的情况下，能够更有效地同时阻止在蒸汽ST流动方向和正交于蒸汽ST流的方向上的隔板外环插入部分12的振动。
图16是一个正视截面图，示出了根据本发明第七实施例的装配型喷嘴隔板。在图16中，与第一实施例相同的组成元件通过相同的参考数字指示。
在该实施例的装配型喷嘴隔板中，位于喷嘴叶片(喷嘴板)14一端的隔板外环插入部分12以及该隔板外环插入部分12装入的隔板外环15，其组成基本上与图14所示的第四实施例中的相同。喷嘴叶片内圆周侧部件48与喷嘴叶片14一起整体提供，并位于喷嘴叶片14的另一端。也即在该实施例中，喷嘴叶片内圆周侧部件48代替图14所示的隔板外环插入部分13及隔板内环并与喷嘴叶片14一起整体制成。该实施例对于在喷嘴叶片14和涡轮轴之间的距离(未示出)小的情况是有效的。
将通过图23的示意方框图描述第五到第七实施例的喷嘴隔板装配方法的装配步骤。该第五到第七实施例的喷嘴隔板装配方法与第一实施例不同在于当喷嘴叶片插入隔板外环时，不仅仅喷嘴叶片而且振动阻止件都插入隔板外环。而且其它步骤基本上与图21所示的第一实施例中的相同，此处将不再描述。
图17是一个正视截面图，示出了根据本发明第八实施例的装配型喷嘴隔板。在图17中，与第二实施例相同的组成元件通过相同的参考数字指示。
该实施例中的装配型喷嘴隔板在将蒸汽流分成左侧流和右侧流的蒸汽涡轮中应用，这种蒸汽涡轮为所谓的逆流(双流)型。在用于蒸汽ST的第一和第二分流喷嘴叶片49和50的底部制成的第一和第二分流隔板内环插入部分55和56分别提供有凸起的柱状件57和58。该柱状件57和58装入共有的隔板内环51内，该隔板内环51在第一和第二分流喷嘴叶片49和50之间共有。
装入第一和第二分流喷嘴叶片49和50的第一和第二分流隔板外环插入部分55和56内的第一和第二分流喷嘴外环52和53在结构上与第一实施例的外环相同，此处不再描述。
从上面可以看到，根据该实施例，第一和第二分流喷嘴叶片49和50的第一和第二分流隔板内环插入部分55和56装入共有的隔板内环51内，该隔板内环51在第一和第二分流喷嘴叶片49和50之间共有。因此能够进一步降低生产成本和工人劳动。当该装配型喷嘴隔板应用到蒸汽涡轮时，能够长时间持续稳定运行，而不会产生例如传统技术中焊接所致的任何变形问题。
在该第八实施例中，已经描述了应用装配型喷嘴隔板到逆流型蒸汽涡轮的实例。然而，本发明并不限于该逆流型蒸汽涡轮，例如图20所示，装配型喷嘴隔板安装结构可以应用到所谓的连成一体的涡轮级(tie-in turbine stages)，该连成一体的涡轮级构造为使得通过焊接部分61a、61b、61c和61d固定有第一级喷嘴叶片59和第二级喷嘴叶片60的第一级隔板外环62通过螺栓66连接在第二级喷嘴隔板外环64上。
在该实施例中，所述装配型喷嘴隔板可以仅仅用于第一级喷嘴隔板外环62和第二级喷嘴隔板外环64或者用于第一级喷嘴隔板内环63和第二级喷嘴隔板外内环65上部。
图18是一个正视截面图，示出了根据本发明第九实施例的装配型喷嘴隔板。在图18中，与第一实施例相同的组成元件通过相同的参考数字指示。
在该实施例的装配型喷嘴隔板中，多级隔板外环插入部分69，例如第一级喷嘴叶片59的第一级喷嘴隔板外环插入部分67和第二级喷嘴叶片60的第二级喷嘴隔板外环插入部分68，共同装入多级隔板外环70。
而且，其它组成元件基本上与第一实施例中的相同，此处不再描述。
可以看到在该实施例中，多级隔板外环插入部分69，例如第一级喷嘴叶片59的第一级喷嘴隔板外环插入部分67和第二级喷嘴叶片60的第二级喷嘴隔板外环插入部分68，共同装入多级隔板外环70。因此，当执行装配操作时，能够进一步减少装配步骤数量和工人劳动。
图19是一个正视截面图，示出了根据本发明第九实施例的装配型喷嘴隔板。在图19中，与第一实施例相同的组成元件通过相同的参考数字指示。
在该实施例的装配型喷嘴隔板中，例如固定类型的板71在圆周方向插入隔板内环16内。而且其它组成元件基本上与第一实施例中的相同，此处不再描述。
从上面可以看到，根据该实施例，装配型喷嘴隔板的硬度能够通过将固定板71插入隔板内环16内而得到加强。因此能够有效地对付基于不期望的振动而产生的裂缝等，上述振动由于在蒸汽流间歇波动或者压力波动而产生。该实施例对于隔板内环具有低的硬度的情况将会特别有效。
工业应用如前面所述，所述装配型喷嘴隔板使用了简单的装配结构，其中位于喷嘴叶片一端的隔板外环插入部分装入隔板外环并且位于喷嘴叶片另一端的隔板内环插入部分装入隔板内环。因此，在根据本发明的装配型喷嘴隔板应用到例如蒸汽涡轮的情况下，蒸汽路径的宽度能够保持精确的设计尺寸，并且能够以很高的涡轮分级效率运行涡轮喷嘴。
另外，根据本发明的喷嘴隔板装配方法，喷嘴叶片能够相对于隔板内环和外环自由移动。因此，即使在操作蒸汽涡轮的过程中喷嘴叶片发生例如裂缝这样的损伤，仅仅更换发生损伤等的喷嘴叶片就足够了，而且即使在这种情况下，不同于传统技术，不必更换整个隔板，因此能够进一步减少更换操作。本发明从而适合于工业应用。
权利要求
1.一种装配型喷嘴隔板，包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；隔板内环，具有朝向外径侧开口并在隔板内环外圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分并且具有位于另一端的用于隔板内环的插入部分，其特征在于，朝向隔板外环内径侧开口的所述沟槽和喷嘴叶片的所述隔板外环插入部分成形为仅仅在沟槽和隔板外环插入部分中每一个的圆周方向上相互装入，并且朝向隔板内环外径侧开口的所述沟槽和喷嘴叶片的所述隔板内环插入部分成形为仅仅在沟槽和隔板内环插入部分中每一个的圆周方向和径向之一上相互装入。
2.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，朝向液体流的隔板外环插入部分的上游侧表面通过凸起弯曲部分和连着凸起弯曲部分的台阶块部分相结合制成，并且凸起弯曲部分和台阶块部分在圆周方向上延伸。
3.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，隔板内环插入部分具有在中间位置形成的凸柱状件，并且该凸柱状件在圆周方向延伸。
4.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，所述隔板外环具有在圆周方向上形成的帽状槽，该帽状槽在进口处包括凸起的弯曲部分。
5.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，所述隔板内环具有在圆周方向形成的凹槽。
6.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，在隔板外环插入部分和隔板外环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米的范围内。
7.如权利要求6所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，在隔板外环插入部分和隔板外环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙是在位于隔板外环插入部分头部侧并平行于液体流的表面与隔板外环之间的间隙和位于隔板外环插入部分上游侧表面且在径向上的表面与隔板外环之间的间隙当中的至少一个。
8.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，在隔板内环插入部分和隔板内环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米的范围内。
9.如权利要求8所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，在隔板内环插入部分和隔板内环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙是在径向上在隔板内环插入部分的柱状件表面与隔板内环之间的间隙。
10.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，隔板外环插入部分通过在朝向液体流的上游侧表面和沿着液体流的下游侧表面上分别提供的凸起弯曲部分相结合制成，所提供的台阶块部分连着各个凸起弯曲部分，并且所提供的凸起底座部分连着各个台阶块部分。
11.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，所述隔板外环插入部分通过朝向径向的柱状件与连着柱状件的凸起底座部分相结合而构成。
12.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，朝向液体流的隔板外环插入部分的上游侧表面通过凸起的弯曲部分、连着该弯曲部分的台阶块部分、以及连着该块部分的凸起底座部分相结合而形成，环部件连接在该块部分上，并且在该隔板外环提供有固定装置以便施加压力到隔板外环插入部分。
13.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，朝向液体流的隔板外环插入部分的上游表面通过凸起的弯曲部分、连着该弯曲部分的台阶块部分、以及连着该块部分的凸起底座部分相结合而形成，并且在隔板外环插入部分装入隔板外环的安装表面上提供有振动阻止件。
14.如权利要求13所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，所述振动阻止件设置有在位于隔板外环插入部分头部侧并平行于液体流的表面与隔板外环之间的间隙和在隔板外环插入部分上游侧表面且在径向上的表面与隔板外环之间的间隙当中的至少一个间隙处。
15.如权利要求13所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，在位于隔板外环插入部分头部侧的上游侧表面的角部设置该振动阻止件。
16.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，每个都被隔板外环和隔板内环支撑的多个喷嘴叶片沿着要分开的液体流在逆流位置布置，并且布置在逆流位置的所述多个喷嘴叶片被单个隔板内环支撑。
17.如权利要求1所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，每个都被隔板外环和隔板内环支撑的多个喷嘴叶片沿着要分开的液体流在逆流位置布置，并且布置在逆流位置的所述多个喷嘴叶片中每一个的隔板外环插入部分被单个隔板外环支撑。
18.一种装配型喷嘴隔板，包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；隔板内环，具有朝向外径侧开口并在隔板内环外圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分以及位于另一端的用于隔板内环的插入部分，其中，所述隔板内环包括与喷嘴叶片整体形成的喷嘴叶片内圆周侧部件。
19.如权利要求18所述的装配型喷嘴隔板，其特征在于，所述隔板外环包括位于隔板外环插入部分装入隔板外环的安装表面上的振动阻止件。
20.一种装配型喷嘴隔板包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分和位于另一端的隔板内环，其中，在该隔板内环内插入一块板。
21.一种装配喷嘴隔板的方法，该喷嘴隔板包括隔板外环，具有朝向内径侧开口并在隔板外环内圆周方向上是连续的沟槽；隔板内环，具有朝向外径侧开口并在隔板内环外圆周方向上是连续的沟槽；以及喷嘴叶片，具有位于一端的用于隔板外环的插入部分并且具有位于另一端的用于隔板内环的插入部分，所述方法包括如下步骤加工隔板外环，使其在水平接头表面位置基本上以180度对半分成隔板外环上半部分和隔板外环下半部分，从而制成环体的隔板外环；加工隔板内环，使其在水平接头表面位置基本上以180度对半分成隔板内环上半部分和隔板内环下半部分，从而制成环体的隔板内环；从隔板外环上半部分和隔板外环下半部分之一的水平接头表面朝向隔板外环上半部分和隔板外环下半部分另一个的水平接头表面安装喷嘴叶片的所述隔板外环插入部分，以便在圆周方向顺序地一一插入预定数量的喷嘴叶片；在所述一个半部分的水平接头表面上和在所述另一个半部分的水平接头表面上通过制动件分别固定所述多个插入的喷嘴叶片；从内环插入部分的内径方向将隔板内环上半部分和隔板内环下半部分插入喷嘴叶片的内环插入部分；在插入的隔板内环上半部分的水平接头表面上和在插入的隔板内环下半部分的水平接头表面上通过制动件分别固定所述多个插入的喷嘴叶片；以及在各个水平接头表面上将隔板内环上半部分及与预定数量的喷嘴叶片结合的隔板外环上半部分固定到隔板内环下半部分及与预定数量的喷嘴叶片结合的隔板外环下半部分。
22.如权利要求21所述的喷嘴隔板的装配方法，其特征在于，在隔板外环插入部分和隔板外环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米范围内。
23.如权利要求22所述的喷嘴隔板的装配方法，其特征在于，在隔板外环插入部分和隔板外环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙是在位于隔板外环插入部分头部侧并平行于液体流的表面与隔板外环之间的间隙和位于隔板外环插入部分上游侧表面且在径向上的表面与隔板外环之间的间隙当中的至少一个。
24.如权利要求21所述的喷嘴隔板的装配方法，其特征在于，在隔板内环插入部分和隔板内环之间的安装间隙设定在0.03到0.12毫米的范围内。
25.如权利要求24所述的喷嘴隔板的装配方法，其特征在于，在隔板内环插入部分和隔板内环之间设定在0.03到0.12毫米范围内的安装间隙位于隔板内环插入部分的柱状件的径向上。
全文摘要
装配型喷嘴隔板，包括隔板外环(15)，具有朝向内径侧开口的沟槽(23)并在隔板外环(15)的内圆周方向上是连续的；隔板内环(16)，具有朝向外径侧开口的沟槽(28)并在隔板内环(16)外圆周方向上是连续的；以及喷嘴叶片(14)，具有位于一端的隔板外环插入部分(12)并且具有位于另一端的隔板内环插入部分(13)，其中朝向隔板外环(15)的内径侧开口的沟槽(23)以及喷嘴叶片(14)的隔板外环插入部分(12)成形为仅仅在沟槽(23)和隔板外环插入部分(12)中每一个的圆周方向上相互装入，并且朝向隔板内环(16)外径侧开口的所述沟槽(28)和喷嘴叶片(14)的所述隔板外环插入部分(13)成形为仅仅在沟槽(28)和隔板内环插入部分(16)中每一个的圆周方向和径向之一上相互装入。根据该结构，可以提供所述装配型喷嘴隔板和及其装配方法，以便能够改进和简化涡轮喷嘴的结构，并且方便装配工作且不用进行焊接操作。
文档编号F01D9/02GK1533466SQ02814568
公开日2004年9月29日 申请日期2002年7月18日 优先权日2001年7月19日
发明者佐佐木隆, 仲摩裕司, 司, 一, 今井健一 申请人:株式会社东芝