专利名称：用于安装涡轮叶片的侧进槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒸汽涡轮，更确切地说，涉及用以在其内安装涡轮叶片的侧进槽装置。
一个蒸汽涡轮可由连在一起以构成一单一功率输出的低压，中压，和/或高压蒸汽涡轮组合而成。每个蒸汽涡轮包括其上成排地装着若干旋转叶片的转子。通常，一排中的叶片是相同的。每排的旋转叶片从转子的外表面沿轴向向外伸展，排与排间互相分开。一排的旋转叶片的形状与其它排的叶片的形状不同;尤为明显的是，每一排(或级)的旋转叶片的长度因其在转子上的位置而变。
每个旋转叶片，不管它属于哪一排，都有一个从转子沿轴向向外伸展的叶形部分和一个用以将叶片装到转子上基座部分。基座部分包括一个固定在为一排的每个叶片提供的安装槽内的根部，和一个整体地成形在叶形部分的邻近端的平台。叶形部分在远端有一尖端，从邻近端到远端可能有一个扭曲的轮廓，或者是两边平行的。通常在尖端处以分离附加组件或整体成形组件形式装一护罩。
一个固定园筒被绕转子轴向支承住，有若干固定叶片装在其内表面。固定叶片成排布置，当园筒与转子组装到一起时，它们与旋转叶片排交叉排列。一排上的固定叶片形状不同于另一排上的，尽管，所有固定叶片都有一叶形部分。叶形部分的尖端被一串护罩罩住。一些固定叶片有一个包括一根部和一平台的基座部分。其它固定叶片则无根部或平台，而是直接被焊到叶片环上的。
每个固定叶片的根部可配给一V型侧凹槽，当根部固定于槽中时，此V型侧凹槽就与环形凹口相对。V形侧凹槽与环形凹口一起构成为园筒和根部所共有的空间。当此空间被填隙材料充填时，园筒与根部就相互连接起来。
配备在转子上，用以安装转子叶片的转子叶片槽的几何形状通常比以固定叶片配备的安装槽的几何形状复杂。另外，旋转叶片的根部和转子比固定叶片相应的根部承受较大的应力。
有些涡轮机中有装在配备于转子上的所谓“侧进”槽内的涡轮转子叶片。安装好后，这些绕转子园周布置的转子叶片成排地从转子沿轴向向外伸展。安装这些成一排的转子叶片不是采用单一的环形槽，而是采用一种“侧进”槽结构，对给定的一排，它包括一系列等距排列的侧进槽，一些系列中每个侧进槽对应于这一排中一个转子叶片。虽然侧进槽通常是等距分开的，但有时要变化间距以便组装一个收尾叶片。
典型的侧进槽在转子外表面形成一开口，并沿朝着槽底的方向向内逐渐变细。在开口到槽底之间，槽的相对侧壁之上对称地装备有一系列波纹。相应的涡轮转子叶片典型的根部的形状基本上与槽形状一致。这些波纹提供了一系列锁定台阶。有了起伏的侧壁，根部就不能顺转子径向插入槽中。
在一侧进槽中，根部是平行于涡轮转子轴被推入槽内的，因而能实现锁定。根部和槽的公差都很精密。一根部轮廓的接触面公差包迹一般沿根部轮廓在0.0025到0.0127毫米之间变化。一个槽轮廓的接触面公差包迹一般沿槽轮廓在0.015到0.02毫米之间变化。根部和槽之间的精密配和要求根部与槽之间的最大公隙非常之小，约在0.4毫米的量级。
一旦发展起一种特别的设计，人们一般不愿改变转子叶片根部和槽的构形。这是因为要得到一个特别的设计，必须进行几个月或几年的仔细计算。有时转子叶片根部和槽的轮廓的微小改变都可导致叶片或转子的功能或运转性能的不可接受的降低。若对根部与槽之间的配合公差，要求严格，改变两者或两者之一的轮廓是常规方法难以解决的。
经验证明有希望在安装槽里提供冷却狭道以使水蒸汽在转子外表面之下起冷却流的作用。常规地，冷却狭道是通过把槽切深而形成。这种较深的切槽是在涡轮转子的初始制造过程中就切成的。这种切一个较深槽的作法曾被专门用在化石燃料涡轮机的中压区的头一到二排。
这种处理有几个缺点。尤其是，靠切去槽的底部形成的狭道会增加转子标称应力和转子应力集中。而且，必须有一种专门的切削工具用以切槽，。虽然这些缺点部分地其热传递增加所弥补，但对冷却狭道仍有如下要求提供适当热传递并使增加的转子标称应力和转子应力集中尽可能降低。
因而本发明的一个主要目的是在蒸汽涡轮转子叶片安装槽内提供一种使转子标称应力降到最少并且无须专门工具便可再次的冷却狭道。
考虑到这一目的，本发明体现在一个蒸汽涡轮的转子组合件中，其中转子有若干在其园周上形成的转子叶片安装部分，若干成形于这些安装部分的每一个之上，在转子园周上等距分开并基本上沿轴向取向的侧进安装槽，每个安装槽有两个轮廓对称的相对侧壁和一个底;至少一排叶片被装在转子的若干安装部分的一个之上的若干安装槽内，每一排的转子叶片基本上相同，每个叶片都有一个根部，一个平台部分，和一个叶形部分;每个根部的形状都基本上与其相应的安装槽的形状一致;其特点表现在冷却通道布置在安装槽的相邻表面区之间的所述最底部突出部分的相对侧壁上，突出部分被调节得适宜于冷却蒸汽流过其中。
两个冷却通道或狭管可通过切入安装槽的相对侧壁，或通过从每一侧到其底部斜切根部的最底部突出部分的相对侧壁形成。
在安装的底部和每个转子叶片的最底部突出部分的底部之间也可形成单一的冷却通道。这种通道或狭道靠切去最底部突出部分的底部形成。
从下面通过举例对附图中所示的最佳实施方案的描述可以更清楚地了解本发明，其中
图1是一种已知的蒸汽涡轮机的局部纵剖面图，显示一个转子的一部分，一个涡轮外壳，一个园筒，若干固定叶片和旋转叶片;
图2是图1所示的转子的局部纵剖面图;
图3是沿图2中Ⅲ-Ⅲ线取的放大局部剖面图，显示用以将转子叶片安装到图1的转子上的侧进槽的一部分;
图4是图3所示侧进槽的顶视图;
图5是转在图1所示的转子上的转子叶片的正视图;
图6是装在图1所示的转子上的两相邻排的两个转子叶片的局部侧视图;
图7是装在本发明的第一个最佳实施方案的转子槽中的一个转子叶片根部的放大的正视图;
图8是说明本发明的第二个最佳实施方案的一个转子叶片根部的局部正视图;
图9是代表本发明的第三个最佳实施方案的一转子叶片根部的局部正视图;
图1局部地显示了一个蒸汽涡轮10的一部分，包括一个转子12(局部)，和一个完全围绕转子12的固定园筒14(局部)。若干转子叶片16，18，20，22，24和26成排地装在转子12上。每一排都环绕转子12园周布置。每个转子叶片都从转子12的外表面沿径向向外伸展。图1所示的六个转子叶片各属独立的一排。
园筒14支承若干也是成排布置的固定叶片28，30，32，34，36和38。如图1所示，固定叶片和转子叶片相互交错。一个外壳40(局部)封住园筒14和转子12，并装备有蒸汽塞42，不使蒸汽在转子12旋转时在转子12和外壳40之间泄漏。在转子叶片尖端和园筒之间，以及固定叶片尖端与转子之间也装备有蒸汽塞42。
现在参照图2，这里去掉了叶片16～26和所有其它结构，而更详细地显示了转子12。转子12装有若干转子叶片安装部分44，46，48，50，52和54，每一个安装部分都绕转子12园周延伸。
图3显示图2所示安装部分54的一个局部的放大剖面图。安装部分54装备有若干侧进安装槽56，58和60，这些安装槽从安装部分54的外表面62向内延伸。每个安装槽都有一个底面64和相对侧壁66和68。相对侧壁66和68向内倾斜，其上有对称的波纹。底面64和一对所述相对凸角72构成底部空间70。其它凸角对74和76构成从底部空间往上顺次构成越来越大的空间。
图4显示安装槽56，58和60的顶视图，并且显示了有助于将转子叶片固定到各自安装槽内的槽78。
图5显示一个典型的转子叶片26，它包括一个根部80，一个平台82，一个叶形部分84和被罩住的尖端部分86。护套与叶片构成一整体，但它也可取分立形式。在后一种情况下，可通过使叶片尖端的一个称作凸榫的突出物变形来将护罩铆到叶片尖端上。当转子叶片26装到安装部分54上时，参见图6，平台82的底部就与安装部分54的顶部基本齐平。在已安装的位置上，平台82上的一条槽88与安装槽56上相应的槽78(未标出)对准。每个根部80有一串颈状部分90，92和94，它们的宽度从最底部的颈状部分90到最上面的颈状部分94逐渐增加。这些颈状部分确定突出部分96，98和100它们的宽度也是从下到上逐渐增加。
本发明的第一个最佳实施方案在图7中显示，其中根部80被插入安装部分54的安装槽56内。冷却狭道102和104装在突出物96的相对两侧上，通过分别切入安装槽56在底部空间70的侧壁66和68形成。冷却狭道102和104由安装槽56的切后的面103和105与最底部突出物96的斜侧壁106和108所围空间确定。不同于已有的切出一较深槽以在最底部突出物96的底面97和安装槽56的底面64之间形成一空间的作法，相对侧冷却狭道避免了转子标称切向应力的增加，而降底了转子切向应力集中。
图8显示图7的实施方案的一个变形，其中最底部突出物96的底角被切去，形成相对的相互间有一夹角的面110和112，这两个面相对于根部80的中心线114对称布置。虚线116和118表示切之前根部80的轮廓，也可表示此时安装槽底部空间的轮廓。相对侧冷却狭道102和122由互成角度的面10和112与安装槽底面和侧壁的一部分所围的空间决定。
在图8的实施方案中，应力图由一计算机模拟，以确定相对侧冷却狭道120和122的效果。应力是根据离心负载，并假设所有突出部分96～100与安装槽56相应的区域完全接触计算而得。计算机模拟的结果表明，根部的底部颈状部分(图5中以标号90表示)处的峰值塑性应力只增加8%。与常规切深槽的方法相比，较小量的应力带来较大的热交换面积和较好的绕转子园周流动均匀性。而且，可以采用标准的根部切削工具，而无许切较深的，特殊的槽所要求的专门工具。
参看图9的实施方案，虚线124代表最底部突出物96上被切去以形成一冷却狭道126的那一部分。冷却狭道126由截头突出物96的底面和安装槽底面(也可用虚线124表示)之间的空间确定。安装槽中帮助形成冷却狭道126的那一部分包括由虚线124两端弯曲部分表示的那一部分安装槽相对侧壁。
图9的实施方案也被用计算机模拟，作了从离心负载导出的应力的检验。计算得峰值塑性应力增加了14%。图9的实施方案的优点就在于其槽可用标准切削工具切成。
在图7～9的实施方案中，冷却区的截面积约为32平方毫米。虽然图8的实施方案比图7和图9中的有应力最弱化能力，但所有实施方案比起已有技术都有增大安装槽底部的改进。
权利要求
1.蒸汽涡沦(10)的转子组合件，其中转子(12)有多个在其园周上形成的转子叶片安装部分(44，46，48，50，52，54)、多个成形于若干安装部分的每一个之上并等距分立于转子园周上并沿转子12径向取向的的侧进安装槽(56，58，60)，每个安装槽有两个轮廓对称的相对侧壁(66，68)和一个底面(64)，至少有一排转子叶片(16，18，20，22，24，26)装在若干安装部分中的一个处，若干安装槽内，从而与转子相连，每一排中的转子叶片基本上相同，每个叶片有一根部(80)，一平台部分(82)，和一个叶形部分84，每个根部的形状都基本上与其相应的安装槽的形状一致，其特点表现在冷却狭道(102，104)布置在最底部突出部分(96)的相对壁上，安装槽(56-60)和调节得允许冷却蒸汽通过的突出部分的相邻近面之间。
2.如权利要求1中所述的转子组合件，其特点在于每个冷却通道(102，104)由安装槽侧壁切后的面与根部的最底部突出物的相邻近表面(106，108)之间所围的空间决定。
3.如权利要求2所述的转子组合件，其特点在于每个安装槽侧壁切后的表面都呈弧形。
4.如权利要求1所述的转子组合件，其特点在于每个根部(80)的最底部突出部分(96，98，100)的相对侧壁在朝根部(80)底端方向上向内倾斜，以确定所述通道(102，104)。
5.如权利要求4所述的转子组合件，基特点在于突出部分的每个切后面都有一个从最底部突出部分(96)的一个侧壁延伸到最底部突出部分(96)的底面的平坦的倾斜表面。
6.如权利要求4所述的转子组合件，其特点在于冷却通道由最底部突出部分(96)的切后面(128)和安装槽的底面(124)之间的空间确定，切后面(128)形成-平行并离开安装槽底面(124)的突出部分的平坦底面。
7.如权利要求1～6中任何一个所述的转子组合件，其特点在于每个组合的安装槽和转子叶片根部之间接触面的配合出差处于0.0025毫米到0.023毫米之间的范围内，两冷却狭道(102，104或120，122)的面积约为32平方毫米。
全文摘要
一个蒸汽涡轮(10)的转子组合件，其中转子(12)有若干转子叶片安装部分(44，46，48，50，52，54)，其上带具有两个轮廓对称的侧壁(66，68)和一个底面(64)的侧进安装槽(56，58，60)，另外，其中每个叶片根部(80)形状基本上与其相应的安装槽的形状一致，冷却通道(102，104)布置在最底部突出部分(96)的相对侧面上，安装槽(56—60)和调节得允许蒸汽通过的突出部分(96)的邻近面区域之间。
文档编号F01D5/08GK1039873SQ89106190
公开日1990年2月21日 申请日期1989年7月28日 优先权日1988年7月29日
发明者罗杰·沃尔梅·海林 申请人:西屋电气公司