蒸汽涡轮机及其鼓形喷嘴的制作方法
本文中所公开的主题涉及蒸汽涡轮机。具体而言，本文中所公开的主题涉及蒸汽涡轮机中的喷嘴。
背景技术：
蒸汽涡轮机包括固定喷嘴组件，所述固定喷嘴组件将工作流体流引导至与旋转转子相连的涡轮斗叶中。喷嘴构造(其中包括多个喷嘴、或“翼型件”)有时被称作“膜片”或“喷嘴组件级”。蒸汽涡轮机膜片包括两个半部，该两个半部围绕转子组装，从而在这两个半部之间产生水平接头。每一个涡轮膜片级都由支承杆、支承凸耳或支承螺钉在相应的水平接头处被竖直支承在膜片的每一侧上。膜片的水平接头还与涡轮壳体的水平接头相对应，该涡轮壳体包绕蒸汽涡轮机膜六。
蒸汽涡轮机鼓形喷嘴被加载到位于周向槽或凹槽内的膜片(鼓)中。这些鼓形喷嘴的组装与传统的喷嘴组件类似，然而，这些鼓形喷嘴通常包括与(径向)外部膜片环的燕尾榫/钩状界面、和位于相对端部处的盖，盖限定径向内部流动路径。这些鼓形喷嘴组件通常并不包括内部膜片环，原因在于径向内部盖起到限制流动路径的作用。在将鼓形喷嘴加载到膜片环中时，通常在销被楔入喷嘴后部以将其保持就位的同时将接近水平接头中的一个的第一喷嘴保持就位。喷嘴燕尾榫的楔角通常被测量并且与膜片环的水平接头对准。在放置第一喷嘴之后，其它的喷嘴随后被放置在周向槽内，直到组件的半部级(上部或下部)完成。当末尾喷嘴被放置到槽中时，进行其它的测量以确定是否需要以及需要机器加工多少喷嘴和/或相邻喷嘴(或者被尺寸不同的喷嘴代替)以便与位于槽的另一端部上的膜片环的水平接头对准。此外，喷嘴组件被设计成具有位于接近水平接头的下半部喷嘴和上半部喷嘴之间的预定间隙。该间隙有助于控制喉道通过区域、谐波含量和/或水平接头处的环卷曲。由于传统喷嘴上的边缘，可能难以测量和验证该间隙，并且可能也难以在其它的喷嘴受力加载到周向槽中时将第一喷嘴固定就位。
技术实现要素：
本发明的多个实施例包括一种蒸汽涡轮机鼓形喷嘴以及相关组件和蒸汽涡轮机。
本发明的第一方面包括一种喷嘴，该喷嘴具有：翼型件；径向内部侧壁，该径向内部侧壁与翼型件的第一端部相联接；和径向外部侧壁，该径向外部侧壁与翼型件的第二端部相联接，第二端部与第一端部相对，其中径向外部侧壁包括：相对于翼型件径向向外的第一部段；与第一部段相联接的变薄部段；和相对于翼型件径向向外地与变薄部段相联接的第二部段，第二部段具有径向外部面和抵靠该径向外部面的周向面向侧，其中第二部段包括周向延伸槽，并且其中第二部段包括从周向面向侧延伸到第二部段的主体中的卸压槽。
根据本发明的一实施例，第一部段包括第一组轴向延伸凸起，变薄部段相对于第一组轴向延伸凸起径向向外，并且第二部段包括相对于变薄部段径向向外的第二组轴向延伸凸起。
根据本发明的一实施例，卸压槽从周向面向侧上的大致轴向中点延伸到第二部段的轴向面向侧。
根据本发明的一实施例，周向延伸槽在径向外部面处基本完全延伸通过第二部段。
根据本发明的一实施例，卸压槽从周向面向侧上的大致轴向中点延伸到相对于第二部段的轴向面向表面轴向向内的位置。
根据本发明的一实施例，卸压槽至少部分地包绕周向延伸槽
根据本发明的一实施例，卸压槽抵靠周向延伸槽。
根据本发明的一实施例，卸压槽以大致处于一度至五度之间的角度从周向面向侧延伸到第二部段中。
本发明的第二方面包括一种蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机具有：鼓形喷嘴环，该鼓形喷嘴环中具有周向延伸槽；和多个鼓形喷嘴，该多个鼓形喷嘴与周向延伸槽对准，该多个鼓形喷嘴中的至少一个包括：翼型件；径向内部侧壁，该径向内部侧壁与翼型件的第一端部相联接；和径向外部侧壁，该径向外部侧壁与翼型件的第二端部相联接，第二端部与第一端部相对，其中径向外部侧壁包括：相对于翼型件径向向外的第一部段；与第一部段相联接的变薄部段；和相对于翼型件径向向外地与变薄部段相联接的第二部段，第二部段具有径向外部面和抵靠该径向外部面的周向面向侧，其中第二部段包括周向延伸槽，并且其中第二部段包括从周向面向侧延伸到第二部段的主体中的卸压槽。
根据本发明的一实施例，第一部段包括第一组轴向延伸凸起，变薄部段相对于第一组轴向延伸凸起径向向外，并且第二部段包括相对于变薄部段径向向外的第二组轴向延伸凸起。
根据本发明的一实施例，卸压槽从周向面向侧上的大致轴向中点延伸到第二部段的轴向面向侧。
根据本发明的一实施例，周向延伸槽在径向外部面处基本完全延伸通过第二部段。
根据本发明的一实施例，卸压槽从周向面向侧上的大致轴向中点延伸到位于第二部段的轴向面向表面的轴向内部的位置。
根据本发明的一实施例，卸压槽至少部分地包绕周向延伸槽。
根据本发明的一实施例，卸压槽抵靠周向延伸槽。
根据本发明的一实施例，卸压槽以大致处于一度至五度之间的角度从周向面向侧延伸到第二部段中。
根据本发明的一实施例，鼓形喷嘴环被至少部分地容纳在定子部段内。
根据本发明的一实施例，蒸汽涡轮机还包括至少部分地由定子部段包绕的转子部段。
本发明的第三方面包括一种存储代表蒸汽涡轮机鼓形喷嘴的代码的非暂时性计算机可读存储介质，该蒸汽涡轮机鼓形喷嘴在由计算机化增材增材制造系统执行代码时物理地产生，该代码包括代表蒸汽涡轮机鼓形喷嘴的代码，该蒸汽涡轮机鼓形喷嘴包括：翼型件；径向内部侧壁，该径向内部侧壁与翼型件的第一端部相联接；和径向外部侧壁，该径向外部侧壁与翼型件的第二端部相联接，第二端部与第一端部相对，其中径向外部侧壁包括：相对于翼型件径向向外的第一部段；与第一部段相联接的变薄部段；和相对于翼型件径向向外地与变薄部段相联接的第二部段，第二部段具有径向外部面和抵靠该径向外部面的周向面向侧，其中第二部段包括周向延伸槽，并且其中第二部段包括从周向面向侧延伸到第二部段的主体中的卸压槽。
根据本发明的一实施例，第一部段包括第一组轴向延伸凸起，变薄部段相对于第一组轴向延伸凸起径向向外，并且第二部段包括相对于变薄部段径向向外的第二组轴向延伸凸起。
附图说明
结合示出了本发明的多个实施例的附图，下文对本发明多个方面的详细描述使得本发明的这些以及其它的特征得以更加理解，在附图中：
图1示出了根据多个实施例的蒸汽涡轮机的局部横截面示意图。
图2示出了根据本发明多个实施例的鼓形转子喷嘴的示意性透视图。
图3示出了根据本发明多个实施例的鼓形转子喷嘴的示意性局部透视图。
图4示出了根据本发明多个实施例的蒸汽涡轮机鼓形组件的一部分的示意性透视图。
图5示出了根据本发明多个实施例的鼓形转子喷嘴的示意性局部透视图；
图6示出了根据本发明多个实施例的蒸汽涡轮机鼓形组件的一部分的示意性透视图。
图7示出了根据本发明实施例的增材增材制造工艺的方框图，其中包括非暂时性计算机可读存储介质，该存储介质存储代表模板的代码。
应当注意到，本发明的附图不必成比例。附图仅旨在示出本发明的典型方面，并且因此不应当被认为对本发明的范围构成限制。在附图中，相似的附图标记代表附图中相似的元件。
具体实施方式
本文中所公开的主题涉及蒸汽涡轮机。具体而言，本文中所公开的主题涉及蒸汽涡轮机中的喷嘴。
根据本发明的多个实施例，一种蒸汽涡轮机鼓形(drum)喷嘴包括位于喷嘴燕尾榫部段的周向面向侧中的至少一个卸压槽。在多个实施例中，卸压槽在燕尾榫部段的径向外部面处抵靠周向延伸槽。在一些实施例中，卸压槽至少部分地包绕周向延伸槽。在一些实施例中，卸压槽从周向延伸槽延伸到燕尾榫部段的轴向面向槽。在一些实施例中，卸压槽能够以大致大于零度并且小于五度(例如，在一些情况下1至5度)的角度从喷嘴燕尾榫部段的周向面向侧延伸到燕尾榫部段中。在多个实施例中，该卸压槽以一定角度从周向面向槽延伸，使得其与鼓形喷嘴环的水平接头表面基本共面。与传统的喷嘴和组件相比，卸压槽(多个卸压槽)能够允许蒸汽涡轮机鼓形喷嘴(多个蒸汽涡轮机鼓形喷嘴)的改进的对准和/或安装。
如这些附图中所示，“a”轴线代表轴向取向(沿涡轮转子的轴线，有时被称为涡轮中心线)。当在本文中使用时，术语“轴向的”和/或“轴向地”指的是物体沿轴线a的相对位置/方向，轴线a与涡轮机(具体而言，转子部段)的旋转轴线基本平行。当进一步在本文中使用时，术语“径向的”和/或“径向地”指的是物体沿轴线(r)的相对位置/方向，该轴线(r)与轴线a基本垂直并且仅在一个位置处与轴线a相交。此外，术语“周向的”和/或“周向地”指的是物体沿圆周(c)的相对位置/方向，该圆周(c)包绕轴线a并且不在任何位置处与轴线a相交。附图中标记相同的元件图示基本类似(例如，相同)的部件。
参照图1，示出了蒸汽涡轮机2(例如，高压/中压蒸汽涡轮机)的局部横截面示意图。例如，蒸汽涡轮机2可以包括低压(lp)部段4和高压(hp)部段6(应当理解，如本领域内众所周知的，lp部段4或hp部段6能够包括中压(ip)部段)。lp部段4和hp部段6被至少部分地封装在壳体7中。蒸汽可以通过壳体7中的一个或多个入口8进入hp部段6和lp部段4，并且从入口(多个入口)8轴向地流向下游。在一些实施例中，hp部段6和lp部段4通过公共轴10联结，该公共轴可以与轴承12相接触，从而允许轴10的旋转，原因在于工作流体(蒸汽)迫使位于lp部段4和hp部段6中的每一个内的轮叶旋转。在位于lp部段4和hp部段6内的轮叶上做机械功之后，工作流体(例如，蒸汽)可以通过壳体7中的出口14离开。hp部段6和lp部段4的中心线(cl)16被图示为参考点。lp部段4和hp部段6都能够包括膜片组件，所述膜片组件被包含在壳体7的部段内。
图2示出了根据本发明多个实施例的蒸汽涡轮机鼓形喷嘴(或者简而言之鼓形喷嘴、或喷嘴)20的示意性三维视图。鼓形喷嘴20能够包括翼型件22、与翼型件22的第一端部26相联接的径向内部侧壁24、和与翼型件22的第二端部30相联接的径向外部侧壁28，其中第二端部30与第一端部26相对。根据多个实施例，径向外部侧壁28包括：相对于翼型件22径向向外的第一部段32、与第一部段32相联接的变薄部段34(相对于第一部段32具有减小的轴向厚度)、和与变薄部段34相联接并且相对于翼型件22径向向外地定位的第二部段36(相比变薄部段34轴向变厚)。第二部段36能够具有径向外部面38和抵靠径向外部面38的周向面向侧40。根据多个实施例，第二部段36包括周向延伸槽42和从周向面向侧40延伸到第二部段36中(延伸到第二部段36的主体46中)的卸压槽44。根据多个实施例，第一部段32包括第一组轴向延伸凸起48，变薄部段34相对于第一部段32径向向外定位，并且第二部段36包括相对于变薄部段34径向向外定位的第二组轴向延伸凸起50。在多个实施例中，周向延伸槽42在径向外部面38处基本完全延伸通过第二部段36(沿周向方向)。
图3示出了根据多个实施例的鼓形喷嘴20(图2)的一部分的特写透视图。在一些情况下，鼓形喷嘴20包括卸压槽44，该卸压槽从周向面向侧40上的大致轴向中点52延伸到第二部段36的轴向面向侧54。如本文中所讨论的，卸压槽44延伸到第二部段36的主体46中，使得其配合到第二部段36的轴向、周向和径向轮廓内。进一步地，在多个实施例中，卸压槽44能够径向延伸超过第二部段36并且进入变薄部段34中，从而暴露变薄部段34中的径向面向壁58。根据多个实施例，卸压槽44能够抵靠(例如，接触或接近接触)周向延伸槽42，例如接近周向面向侧40。卸压槽44能够以大致小于五度(例如，大于零度并且直到大约五度，并且在一些情况下处于一至五度之间)的角度从周向面向侧40延伸到第二部段36(第二部段的主体46)中。
在一些情况下，鼓形喷嘴20能够包括被放置在鼓形喷嘴60中的起始或初始鼓形喷嘴(在图4中的示意性透视图中部分示出)。即，鼓形喷嘴20能够被放置成其中具有周向延伸槽64的鼓形喷嘴环62中的初始喷嘴。如图所示，包括卸压槽44的鼓形喷嘴20能够配合到鼓形喷嘴环62内，接近鼓形喷嘴环62的水平接头表面66。如本领域内众所周知的，水平接头表面66是位于围绕转子形成鼓形喷嘴环62的半部的每一个周向端部上的位置(或平面)。每一个水平接头表面66都被设计成与鼓形喷嘴环62的相对应的另一个半部上的相对水平接头表面相接口。在鼓形喷嘴20包括位于鼓形喷嘴环62中的初始喷嘴的情况下，能够使用销68将鼓形喷嘴20保持在槽64中，该销能够压入配合(例如，楔入、锤入或以其它方式物理移位)到槽64的内壁和周向延伸槽42之间。根据多个实施例，卸压槽44允许喷嘴20与水平接头表面66、以及鼓形喷嘴环62的互补半部中的对应喷嘴20之间的对准和间隔。
图5示出了鼓形喷嘴120的备选实施例，该鼓形喷嘴能够包括鼓形喷嘴组件122中的外壳或末尾鼓形喷嘴(图6)，该鼓形喷嘴组件包括多个附加喷嘴220。应当理解，附图之间类似的附图标记能够代表基本类似的部件，并且为了描述清楚起见省略了多余的解释。在这些实施例中，鼓形喷嘴120包括卸压槽44，该卸压槽大致从轴向中点52延伸到相对于第二部段36的轴向面向表面(侧面)54(在该视图中被遮挡)位于轴向内部的位置124。在一些情况下，卸压槽44至少部分地周向包绕延伸槽42(例如，沿轴向平面)，并且在多个实施例中，卸压槽44(像在鼓形喷嘴20中一样)抵靠周向延伸槽42。在一些实施例中，卸压槽44能够径向延伸到变薄部段34中，并且在多种情况下，卸压槽44能够以大致小于五度(例如，大于零度并且直到大约五度，并且在一些情况下，处于一至五度之间)的角度从周向面向侧40延伸到第二部段36(第二部段36的主体46)中。在一些情况下，如图6的鼓形喷嘴组件122中所示，能够通过键构件126将鼓形喷嘴120至少部分地保持在周向延伸槽64内，其中键构件126能够至少部分地限制鼓形喷嘴120在周向延伸槽64内的旋转。鼓形喷嘴20、120(图2至图6)可以通过多种方式形成。在一个实施例中，鼓形喷嘴20、120可以通过铸造、锻造、焊接和/或机械加工形成。然而，在一个实施例中，增材增材制造特别适于制造鼓形喷嘴20、120(图2至图6)。当在本文中使用时，增材增材制造(am)可以包括通过材料连续分层而不是移除材料(传统工艺)来制造物体的任何工艺。增材增材制造能够形成复杂几何形状而无需使用任何种类的工具、模具或固定件，并且很少或毫不浪费材料。与通过实心塑料坯机械加工部件不同(大部分实心塑料坯被切割并丢弃)，增材增材制造中所使用的唯一材料是部件成型所需的材料。增材增材制造工艺可以包括但不限于：3d打印、快速成型(rp)、直接数字化制造(ddm)、选择性激光熔化(slm)和直接金属激光熔化(dmlm)。在当前设定中，已发现dmlm是有利的。
为了说明增材增材制造工艺的例子，图7示出了用于产生物体902的说明性计算机化增材增材制造系统900的示意图/方框图。在该例子中，系统900被布置成用于dmlm。应当理解，本发明的大体教导内容能够等同地应用于其它形式的增材增材制造。物体902被图示为双壁涡轮元件；然而，应当理解，增材增材制造工艺能够易于适于制造鼓形喷嘴20、120(图2至图6)。am系统900大体包括计算机化增材增材制造(am)控制系统904和am打印机906。如将描述的那样，am系统900执行代码920(包括限定鼓形喷嘴20、120(图2至图6)的一组计算机可执行指令)，以使用am打印机906物理产生物体。每一个am工艺都可以使用可被保持在am打印机906的室910中的一批不同的原材料(例如呈细颗粒粉末、液体(例如，聚合物)、片等的形式)。在当前情况下，鼓形喷嘴20、120(图2至图6)可以由塑料/聚合物或者类似的材料制成。如图所示，施布器912可以产生伸展为空白帆布的原材料薄层914，通过该空白帆布将形成最终物体的每一个连续片。在其它情况下，如代码920所定义地，施布器912可以将下一层直接施布或打印到在先层上(例如，当材料是聚合物时)。在图示的例子中，如代码920所定义地，激光或电子束916熔化每一片的颗粒，但是这在采用快速设定液体塑料/聚合物的情况下可能不是必需的。am打印机906的多个部件可以移动以容纳增加的每一个新的层，例如在每一层之后，构建平台918可以降低并且/或者室910和/或施布器912可以上升。
am控制系统904图示为作为计算机程序代码在计算机930上实施。就此程度而言，计算机930图示为包括存储器932、处理器934、输入/输出(i/o)接口936、和总线938。此外，计算机930图示为与外部i/o装置/源940以及存储系统942通信。总体而言，处理器934在来自代表鼓形喷嘴20、120(图2至图6)的代码920的指令下执行存储于存储器932和/存储系统942中的计算机程序代码(例如am控制系统904)，如本文中所描述的。在执行计算机程序代码的同时，处理器934能够从存储器932、存储系统942、i/o装置940和/或am打印机906读取并且/或者向上述设备写入数据。总线938提供计算机930中的部件中的每一个之间的通信链路，并且i/o装置940能够包括使得用户能够与计算机940互动的任何装置(例如，键盘、定点装置、显示器等)。计算机930仅代表硬件和软件的多种可能的组合。例如，处理器934可以包括单个处理单元、或者是分布于一个或多个位置处(例如，客户端和服务器上)的一个或多个处理单元。类似地，存储器932和/或存储系统942可以位于一个或多个物理位置处。存储器932和/或存储系统942能够包括多种类型的非暂时性计算机可读存储介质(其中包括磁性介质、光学介质、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等)的任何组合。计算机930能够包括任何类型的计算装置，例如网络服务器、台式电脑、膝上电脑、手持装置、移动电话、传呼机、个人数字助理等。
增材增材制造工艺开始于非暂时性计算机可读存储介质(例如，存储器932、存储系统942等)，其存储代表鼓形喷嘴20、120(图2至图6)的代码920。如上所述，代码920包括定义了能够用于在由系统900执行代码时物理产生尖端的外部电极的一组计算机可执行指令。例如，代码920可以包括被准确定义的外部电极的3d模型并且能够由多种众所周知的计算机辅助设计(cad)软件系统(例如
在多个实施例中，被描述成“联接到”彼此的部件能够沿一个或多个界面联结。在一些实施例中，这些界面能够包括不同部件之间的结合部，并且在其它情况下，这些界面能够包括坚固地并且/或者整体形成的互连。即，在一些情况下，彼此“联接”的部件能够同时形成以限定单个的连续构件。然而，在其它实施例中，这些联接部件能够形成为单独构件并且随后通过已知的工艺(例如，钎焊、紧固、超声焊接、粘结)结合。在多个实施例中，被描述为“联接”的电子部件能够通过传统的硬接线和/或无线装置链接，使得这些电子部件能够彼此通信数据。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定示例性实施例的目的并且不期望构成限制。当在本文中使用时，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”旨在也包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包括性的并且因此特别指存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件，但是不排除存在或另有一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组。本文中描述的方法步骤、工艺、和操作不应当被理解为必须要求其以所讨论或图示的特定数序执行，除非具体指定执行顺序。还应当理解，可以采用其它或备选的步骤。
当元件或层被称为“位于”另一个元件或层“之上”、“接合到”、“连接到”或者“联接到”该另一个元件或层时，该元件或层可以直接位于该另一个元件或层上、接合到、连接到或联接到该另一个元件或层、或者可以存在介入元件或层。相比之下，当元件被称为“直接位于”另一个元或层“之上”、“直接接合到”、“直接连接到”或者“直接联接到”该另一个元件或层时，可能不存在介入元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应当以类似的方式理解(例如，“位于……之间”和“直接位于……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。当在本文中使用时，术语“和/或”包括相关列举物件中一个或多个的任何以及所有的组合。
诸如“内部”、“外部”、“下方”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”等之类的空间相对术语可以在本文中用于简化描述以说明如附图中示出的一个元件或特征与另一个元件(多个元件)或特征(多个特征)之的关系。空间相对术语可以旨在除了附图中所示的取向之外包括装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的装置翻转，被描述为位于其它元件或特征“之下”或“下方”的元件将定向于其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“之下”能够包括之上和之下的两种取向。装置可以通过其它方式定向(旋转90度或者处于其它取向)并且应当相应地理解本文中所使用的空间相对描述。
本书面描述使用例子对本发明进行了公开(其中包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实施本发明(其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法)。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的例子。如果该等其它的例子具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果该等其它的例子包括与权利要求书的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望该等其它的例子落入权利要求书的范围内。
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