定子叶片隔板环、涡轮机及方法
【专利摘要】一种定子叶片隔板环包括均具有根部(18)和径向销接收器(22)的多个定子叶片(16)。隔板环还包括具有多个槽口(28)的第一环(24)，其中各个槽口由多个定子叶片(16)中的一个的根部(18)接合，以及具有多个径向贯穿通路(32)的第二环(26)，其中各个径向贯穿通路与多个定子叶片中的一个的径向销接收器对准。隔板还包括多个销(34)，其中各个销从径向贯穿通路中的一个延伸到多个定子叶片中的一个的径向销接收器中。
【专利说明】定子叶片隔板环、涡轮机及方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及涡轮机，具体是蒸汽涡轮，并且更具体地涉及一种定子叶片隔板和一种制作定子叶片隔板的方法。
【背景技术】
[0002]蒸汽涡轮为将蒸汽的热能和压力能转换成可用于执行工作的旋转运动的涡轮机。例如，蒸汽涡轮可用于驱动发电机或压缩机。
[0003]为了提高蒸汽涡轮效率，蒸汽通常通过一定数量的级膨胀。各个级可包括定子叶片隔板和包括至少一个叶轮的装有轴承的转子组件。
[0004]在现代蒸汽涡轮中，定子叶片隔板的制造代表了显著的成本，特别是在具有三个或更多个级的多级蒸汽涡轮中，该三个或更多个级中的各个可包括一个或更多个单独的定子叶片隔板。
[0005]在一个此类制造过程中，加工了一定数量的独立定子叶片和隔离件。接着，叶片的一端和隔离件围绕定子环的周边交错地放置。各个叶片的自由端包括从一端延伸的柱。具有孔的护罩条接着被锤到叶片的松弛自由端上，直到柱从条的后侧延伸出。该过程耗时、劳动密集，并且潜在地损坏所有定子隔板部分。例如，在锤击期间，一个或更多个定子叶片可弯曲或以其它方式变形。即使定子叶片不变形，也仍存在以下可能性:叶片和/或隔板的其它部分将由于潜在不精确的锤击而不正确地成角和/或间隔。
[0006]因此，所需的是一种较不昂贵、更有可能符合设计规格并且需要较少时间来制造的定子叶片隔板。
【发明内容】
[0007]根据示例性实施例，一种定子叶片隔板环包括均具有根部和径向销接收器的多个定子叶片。隔板环还包括具有多个槽口的第一环，其中各个槽口通过多个定子叶片中的一个的根部接合，以及第二环，该第二环具有多个径向贯穿通路，其中各个径向贯穿通路与多个定子叶片中的一个的径向销接收器对准。隔板还包括多个销，其中各个销从径向贯穿通路中的一个延伸到多个定子叶片中的一个的径向销接收器中。
[0008]根据另一个示例性实施例，一种涡轮机包括:包括至少一个叶轮的转子组件、连接于并且用于可旋转地支承转子组件的轴承，以及包括分段的定子隔板环的定子组件。定子隔板环中的各个节段包括具有均带有至少一个销接收器的第一端和第二端的定子叶片、具有至少一个径向贯穿通路的第一环节段，至少一个径向贯穿通路中的各个与定子叶片的第一端中的至少一个销接收器中的对应一个对准，以及第二环节段，其具有至少一个径向贯穿通路，至少一个径向贯穿通路中的各个与定子叶片的第二端中的至少一个销接收器中的对应一个对准。涡轮机还包括从第一环节段和第二环节段的径向贯穿通路延伸到定子叶片销接收器中的多个销。
[0009]根据另一个示例性实施例，一种制作包括多个定子叶片、第一环和第二环的定子隔板的方法可包括以下步骤:将多个定子叶片中的各个的根部插入到第一环中的多个根部接收器中的对应一个中、围绕多个定子叶片定位第二环，使得第二环中的多个径向贯穿通路与多个定子叶片中的多个销接收器对准，通过多个径向贯穿通路插入多个销，使得多个销中的各个从多个通路中的对应一个延伸到多个销接收器中的对应一个中，以及将多个销真空硬钎焊于多个径向贯穿通路中的至少一个和多个销接收器中的至少一个。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]并入说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了一个或更多个实施例，并且结合描述阐释了这些实施例。在附图中:
图1示出了根据示例性实施例的定子叶片隔板环的透视图。
[0011]图2示出了图1的示例性实施例的定子叶片。
[0012]图3示出了图1中所示的示例性实施例的截面视图。
[0013]图4示出了根据示例性实施例的另一个定子叶片隔板环。
[0014]图5示出了根据示例性实施例的利用销附接于内环的定子叶片。
[0015]图6示出了根据示例性实施例的附接于由两部分制成的内环的定子叶片。
[0016]图7示出了根据示例性实施例的具有整体结合的销的定子叶片。
[0017]图8示出了根据示例性实施例的利用多个销附接的定子叶片。
[0018]图9为示出根据示例性实施例的制作隔板环的方法的流程图。
[0019]图10绘出了蒸汽涡轮。
【具体实施方式】
[0020]示例性实施例的以下描述提到了附图。不同图中的相同附图标记识别相同或相似的元件。以下详细描述并未限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单，关于具有定子和转子的涡轮机的术语和结构论述了以下实施例。然而，接下来将论述的实施例不限于这些示例性系统，而是可应用于其它系统。
[0021]遍及说明书提到〃 一个实施例〃或〃实施例〃意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，在遍及说明书的各个地方出现短语〃在一个实施例中〃或〃在实施例中〃不一定是指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何适合的方式组合在一个或更多个实施例中。
[0022]图1至3示出了根据本发明的示例性实施例的定子叶片隔板14。隔板14可用于定子组件(例如，随后将论述的蒸汽涡轮500)中。如图1至3中所示，定子叶片隔板14包括多个定子叶片16，其中的各个包括圆柱形根部18(图2)和圆柱形径向销接收器22 (图2)。
[0023]隔板14还包括具有多个圆柱形径向槽口 28的内环24，以及具有多个圆柱形径向通路32的外环26。在图1至图3的实施例中，径向槽口 28延伸穿过内环24，从而形成孔。注意，各个槽口 28构造成使得各个根部18可直接地插入到槽口 28中，例如不必如前文论述地滑动穿过通道和/或利用隔离件与相邻叶片分开。各个根部18与各个槽口 28的接合还可构造成提供略微过盈或摩擦的配合，使得各个叶片16在进一步组装步骤期间保持就位。
[0024]如图3中所示，圆柱形销34从各个径向贯穿通路32延伸到各个径向销接收器22中，从而将各个叶片16装固在内环24与外环26之间。在组装期间，外环26定位成使得定子叶片16设置在内环24与外环26之间。内环24上的槽口 28可构造成使得在外环26置于叶片16之上时，径向贯穿通路32中的各个自动地换位(index)或对准至相应的定子叶片径向销接收器22，从而使组装过程较容易。各个销34接着插入到径向贯穿通路32中的一个中，并且前移，直到部分地位于相应的径向销接收器22中。注意，开启的径向槽口 28、径向销接收器22、销34和径向贯穿通路32位于隔板14的径向轴线36上。
[0025]各个径向销接收器22可构造成提供与各个销34的过盈或摩擦配合，使得各个叶片16在进一步组装步骤期间保持就位。作为备选，销34、径向贯穿通路32和销接收器22可构造成使得在各个销34位于各个销接收器22内时，各个叶片16可充分地装固在内环24与外环26之间，以致使隔板环14的组装完成。
[0026]外环26中的一个或更多个径向贯穿通路32可包括具有第一截面面积的第一部分38和具有大于第一截面面积的第二截面面积的第二部分42。例如，第一部分38可具有对应于销34的圆柱形截面面积，并且第二截面区域42可具有构造成提供加强的接近的第二截面面积，例如，以允许工具容易地到达径向通路32内。此外，并且如图3中所示，当销34位于径向销接收器22内时，销34的部分44可延伸到径向通路32的第二部分42中。
[0027]将注意的是，在图3的有利实施例中，定子叶片16不延伸到外环26中，以使外环26可置于叶片16之上，而不论外环26为单件或者分成小数量的件；这也对于图4的实施例有效。具体而言，定子叶片16的外端表面与外环26的内表面匹配。
[0028]在图1至3的实施例中，各个销34可真空硬钎焊于径向通路32中的对应一个和各个销34位于其中的径向销接收器22。此外，各个根部18可真空硬钎焊于其对应的槽口28。真空硬钎焊过程还将各个定子叶片16装固于内环24、外环26和各个销34，并且可在隔板14的单个均匀加热和冷却循环中执行。用于执行隔板14的真空硬钎焊的真空硬钎焊设备可为标准真空硬钎焊设备，如例如美国专利第4，874，918号和第4，401，254号中公开的，其公开内容通过引用并入本文中。
[0029]对于硬钎焊过程，优选的是使用硬钎焊软膏；硬钎焊软膏优选为镍基硬钎焊软膏，更优选为镍磷硬钎焊软膏。
[0030]在图3的实施例中，一些硬钎焊软膏在插入各个根部18之前插入到各个槽口 28中；一些硬钎焊软膏在插入各个销34之后插入到各个贯穿通路32中。叶片16、内环24、夕卜环26和销34之间的间隙尺寸确定为使得在硬钎焊过程期间，硬钎焊软膏熔化，并且通过毛细作用沿槽口 28上升，直到内环24的上表面，并且沿销34移动；以该方式，完美的密封在叶片16与环24和26之间获得。
[0031]如图1和3中进一步所示，内环24和外环26可在沿隔板14的周边的第一位置46和第二位置48处在硬钎焊连接之间切割。所得的分段隔板可容易安装于定子组件，诸如，在蒸汽涡轮500内。此外，由于切割提供了从与包括真空硬钎焊连接的连续环相关联的约束的释放，故分段的隔板环14可能够更好地适应突然和/或局部的加热相关的膨胀和收缩，其可在隔板14安装在其中的蒸汽涡轮的启动或停机期间发生。在图1和图3中的实施例中，隔板14中的切口的第一位置46和第二位置48选定成提供相等长度的第一定子隔板节段25和第二定子隔板节段27，即，定子隔板14半环节段。
[0032]图4示出了隔板环114的备选实施例，其中定子叶片根部118中的各个和内环槽口 128中的各个设有椭圆形的截面，以防止各个定子叶片116与内环124之间的相对轴向旋转。作为备选，根部118中的一个或更多个和一个或更多个相应的槽口 128可设有其它对应的非圆形的截面形状。类似地，销134中的一个或更多个和一个或更多个相应的销接收器(图4中未示出)或径向通路132可设有对应的非圆形截面形状，以进一步防止叶片116的轴向旋转。
[0033]在图1至3中所示的实施例中，叶片16构造成使得根部18接合内环24，同时销接收器与外环26中的径向通路对准。然而，本领域的普通技术人员将认识到其它构造也是可能的，例如，并且如图5中所示，叶片116可包括接合外环126中的槽口 128的根部118，以及接收从内环124中的径向通路132延伸的销134的销接收器122。在操作中，根部118和外环126中的槽口 128的非圆形轮廓可有助于防止叶片116的轴向旋转。
[0034]在图6中所示的另一个备选实施例中，叶片216包括从第一端延伸的整体结合的销234和从其第二端延伸的根部218。在整体结合的销234接收在外环226的径向通路232中之后，根部218可装固于内环224。具体而言，图6中所示的实施例的内环224包括沿周向界面220接合于彼此的第一环部分224a和第二环部分224b。该特征简单地通过使环部分224a和224b与彼此接合来允许各个根部218由各个对应槽口 228接合。如图6中所示，周向界面220可相交于并且更具体地平分多个槽口 228中的各个。
[0035]各个叶片216接着可例如通过各个根部218与内部部分224a和224b之间的真空硬钎焊和/或内环部分224a和224b之间沿界面220的真空硬钎焊来装固于内环部分224a和224b。包括整体结合的销234的叶片216可类似地装固于外环226。如图6中进一步所示，并且作为备选或除内环224之外，外环226也可设有沿周向界面230接合于彼此的第一环部分226a和第二环部分226b。此外，周向界面230可相交于多个径向通路232中的各个。
[0036]图7示出了另一个备选实施例。叶片316类似于叶片216，然而，根部318延伸到外环326中的槽口 328中，并且整体结合的销334延伸到由内环324形成的径向通路332中。内环324可包括沿周向界面320接合于彼此的环部分324a和324b。作为备选，或除内环324之外，外环326可设有沿周向界面330接合于彼此的第一环部分326a和第二环部分326b ο
[0037]在图8中所示的另一个示例性实施例中，各个叶片416的第一端设有销接收器422a，其由从内环424中的径向通路432a延伸的销434接合。各个叶片的第二端设有至少两个销接收器422b，其由从外环部分426中的径向通路432b延伸的销434接合。在图8的实施例中，延伸到销接收器422b中的销434可有助于防止叶片416的轴向旋转。注意，销434、销接收器422a和422b，以及径向通路432a和432b可均设有对应的非圆形截面，以进一步有助于防止叶片416、内环424与外环426之间的移动。此外，注意，销434可通过真空硬钎焊装固于内环424、外环426和/或叶片416。因此，将清楚的是，在本发明的一个方面，内环和外环中的任一个或两者可设有槽口和/或径向通路的组合，并且进一步，叶片可均设有对应根部、销接收器和/或整体结合的销的相同或不同的组合。
[0038]根据图9中所示的示例性实施例，根据本发明的制作定子隔板的方法(1000)可包括以下步骤:将多个定子叶片中的各个的根部插入(1002)到第一环中的多个根部接收器中的对应一个中；围绕多个定子叶片定位(1004)第二环，使得第二环中的多个通路与多个定子叶片中的多个销接收器对准；通过多个通路插入(1006)多个销，使得多个销中的各个从多个通路中的对应一个延伸到多个销接收器中的对应一个中；以及将多个销真空硬钎焊(1008)于多个径向通路中的至少一个和多个销接收器中的至少一个。
[0039]上文论述的新颖定子叶片隔板例如可实施到蒸汽涡轮中。在该方面，图10示意性地示出了多级蒸汽涡轮500。其中，蒸汽涡轮500包括壳体(定子)520，一定数量的定子叶片隔板530与设有多个叶轮转子540的转子轴550 —起设置在壳体(定子)520内。轴550通过轴承580沿径向和沿轴向受支承。
[0040]在操作期间，蒸汽涡轮获得从入口 560通过各种膨胀级至通向冷凝器的出口 570的蒸汽输入。在各个涡轮级处，蒸汽由定子隔板530引导到叶轮转子540上，从而将蒸汽的温度和压力能转换成可用于转子轴550处的工作的旋转能。
[0041]上文所述的示例性实施例旨在在本发明的所有方面为示范性的，而非限制性的。因此，本发明能够由本领域的技术人员产生可源自本文包含的描述的详细实施方式中的许多变型。所有此类变型和改型认作是在由以下权利要求限定的本发明的范围和精神内。本申请的描述中使用的元件、动作或指令不应当看作是对本发明而言关键或基本的，除非明确这样描述。另外，如本文使用的，冠词〃一个〃旨在包括一个或更多个物品。
【权利要求】
1.一种定子叶片隔板环，包括: 均具有根部和径向销接收器的多个定子叶片； 具有多个槽口的第一环，其中各个槽口由所述多个定子叶片中的一个的所述根部接合； 具有多个径向贯穿通路的第二环，其中各个径向贯穿通路与所述多个定子叶片中的一个的所述径向销接收器对准；以及 多个销，其中各个所述销从所述径向贯穿通路中的一个延伸到所述多个定子叶片中的一个的径向销接收器中。
2.根据权利要求1所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述径向贯穿通路具有截面，所述截面尺寸确定成使得在所述销延伸到所述径向销接收器中时，允许所述销的贯穿经过和与所述销匹配。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述定子叶片并未延伸到所述第二环中。
4.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述定子叶片的外端表面与所述第二环的内表面匹配。
5.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述多个销中的至少一个硬钎焊于所述多个第二环通路中的一个。
6.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述多个销中的至少一个硬钎焊于所述多个定子叶片中的一个的所述径向销接收器。
7.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述多个定子叶片中的至少一个的所述根部硬钎焊于所述槽口中的一个。
8.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述第一环和所述第二环在所述硬钎焊之间沿径向切割，从而形成分段的定子叶片隔板环。
9.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，所述多个定子叶片中的至少一个的所述根部和所述至少一个槽口具有对应非圆形截面形状，从而防止所述至少一个定子叶片与所述第一环之间的相对轴向旋转。
10.根据任一前述权利要求所述的定子叶片隔板环，其特征在于，至少一个所述定子叶片的所述销接收器、所述多个销中的至少一个，以及所述径向通路中的至少一个具有对应的非圆形截面形状，从而防止所述至少一个所述定子叶片与所述第二环之间的相对轴向旋转。
11.一种涡轮机，包括: 包括至少一个叶轮的转子组件； 连接于所述转子组件并且用于可旋转地支承所述转子组件的轴承； 包括根据前述权利要求中任一项所述的分段定子隔板环的定子组件。
12.—种制作包括多个定子叶片、第一环和第二环的定子隔板环的方法，所述方法包括: 将所述多个定子叶片中的各个的根部插入到所述第一环中的多个根部接收器中的对应一个中； 围绕所述多个定子叶片定位所述第二环，使得所述第二环中的多个贯穿通路与所述多个定子叶片中的多个销接收器对准； 通过所述多个贯穿通路插入多个销，使得所述多个销中的各个从所述多个通路中的对应一个延伸到所述多个销接收器中的对应一个中；以及 将所述多个销真空硬钎焊于所述多个径向通路中的至少一个和所述多个销接收器中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的制作定子隔板环的方法，其特征在于，一些硬钎焊软膏在插入所述定子叶片的所述根部之前插入到所述第一环的所述根部接收器中。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的制作定子隔板环的方法，其特征在于，一些硬钎焊软膏在插入所述销之后插入到所述第二环的所述贯穿通路中。
15.根据权利要求12或权利要求14中任一项所述的制作定子隔板环的方法，其特征在于，所述硬钎焊软膏为镍基硬钎焊软膏，优选为镍磷硬钎焊软膏。
【文档编号】F01D9/04GK104364474SQ201380018878
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2012年4月6日
【发明者】M.格里利, E.久斯蒂, E.因帕拉托 申请人:诺沃皮尼奥内股份有限公司