專利名稱：高溫蒸汽渦輪的減輕重量控制級的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫蒸汽渦輪的控制級，尤其涉及在葉片翼面內(nèi)具有內(nèi)部空腔以減輕葉片重量和渦輪轉(zhuǎn)子蠕變損壞的控制級葉片。
背景技術(shù)：
蒸汽渦輪的控制級，即控制閥門和蒸汽入口的渦輪下游的第一級在控制級葉片會產(chǎn)生異常的載荷。通常，有4個蒸汽進入控制級的入口，每個入口有一個控制閥。這些入口一般以1/4圓周分布。因此，蒸汽流過部分弧段并從而不均勻地作用于第一級葉片翼面。由于這種異常不均勻的流動從而作用于控制級不均勻的載荷以及長期在高溫下工作，渦輪轉(zhuǎn)子，尤其在葉片與轉(zhuǎn)子的接合部可能并就發(fā)生蠕變損壞。
通常，葉片用鳩尾榫固定于轉(zhuǎn)子。例如，葉片可具有軸向延伸的第一和第二鳩尾榫。轉(zhuǎn)子上的相間的鳩尾榫被容納于第一和第二葉片鳩尾榫之間。其余的轉(zhuǎn)子鳩尾榫容納于其次相鄰葉片的葉片鳩尾榫之間。通常，轉(zhuǎn)子由不具有為葉片所特有的蠕變或斷裂強度的高蠕變或斷裂強度的材料制成，因此蠕變損壞可能和就發(fā)生在轉(zhuǎn)子鳩尾榫周圍。按常規(guī)，葉片與轉(zhuǎn)子的鳩尾榫相互固定是通過將軸向延伸的防護銷(Crsh Pins)插入在葉片和轉(zhuǎn)子鳩尾榫兩者形成的孔而實現(xiàn)的。業(yè)已證明在鳩尾榫的銷孔周圍尤其在轉(zhuǎn)子鳩尾榫的頸部有蠕變變形。故有必要控制在這些區(qū)域的載荷及應(yīng)力以便防止蠕變變形而在轉(zhuǎn)子鳩尾榫形成擴展的裂紋。
發(fā)明概述按本發(fā)明所提出的情況，每個葉片的翼面都設(shè)有一個借以減輕葉片重量并從而減輕工作期間作用于于轉(zhuǎn)子離心載荷的內(nèi)部空腔。更詳細(xì)地說，葉片重量的減輕也減輕了渦輪轉(zhuǎn)子長期受離心及高溫載荷作用期間轉(zhuǎn)子鳩尾榫的蠕變變形。特別是，葉片的內(nèi)部空腔伸過葉片平臺并基本上貫穿翼面的整個長度，終止于接近翼面頂端。該空腔閉合于翼面頂端附近并在平臺處留有開口。該空腔一般可具有與翼面的外型面相應(yīng)的翼面形內(nèi)表面，適當(dāng)?shù)目紤]翼面具有必要的強度。然而，該空腔可以另外成形。由于減輕了葉片的重量從而減小或消除了轉(zhuǎn)子鳩尾榫的長期蠕變損壞。
在按本發(fā)明的優(yōu)先實施例中，為蒸汽渦輪提供的一種減輕重量的控制級包括一種具有一個翼面，一個平臺及用以安裝葉片到相應(yīng)形成的轉(zhuǎn)子鳩尾榫的第一鳩尾榫的蒸汽渦輪葉片，該翼面具有一個能減輕葉片重量以減少沿轉(zhuǎn)子鳩尾榫蠕變損壞的延伸于平臺到翼面頂端附近的內(nèi)部空腔。
在按本發(fā)明的另一個優(yōu)先實施例中，為蒸汽渦輪提供的一種減輕重量的控制級包括一個具有多個徑向伸出轉(zhuǎn)子輪緣外并通常軸向延伸的鳩尾榫的轉(zhuǎn)子，多個葉片，每個葉片具有一個翼面，一個平臺和徑向向平臺內(nèi)伸入并限定用以容納一個轉(zhuǎn)子鳩尾榫的通常軸向延伸的空間的第一和第二鳩尾榫。每個翼面具有一個能減輕葉片重量以減少沿第一和第二葉片鳩尾榫之間的轉(zhuǎn)子鳩尾榫蠕變損壞的延伸于穿過平臺到翼面頂端附近的內(nèi)部空腔。
附圖簡述

圖1是一個帶有固定于其上的葉片的部分轉(zhuǎn)子的透視圖；圖2是圖示插入一個在葉片翼面內(nèi)形成空腔的工具的葉片下側(cè)透視圖；圖3是類似于圖2的圖示在形成空腔后平臺上開口的視圖；圖4是圖示在蒸汽渦輪翼面內(nèi)空腔的通過翼面中點的剖面圖；和圖5是圖示空腔在翼面內(nèi)延伸的葉片翼面部的正視圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)參看附圖，尤其參看附圖1，圖示了包括一個轉(zhuǎn)子12和多個葉片14的蒸汽渦輪控制級的一部分，通常由10所指。每個葉片14包括一個外圈16，一個內(nèi)圈或平臺18，一個或多個最好一對徑向向內(nèi)延伸的鳩尾榫20及一個翼面24。該鳩尾榫20沿軸向延伸并在圓周方向一個與另一個相互間隔。轉(zhuǎn)子12包括多個一般相應(yīng)成形的同樣沿軸向延伸的鳩尾榫22。葉片14上的軸向延伸的鳩尾榫20被軸向地插到轉(zhuǎn)子的輪緣上，鳩尾榫20跨于轉(zhuǎn)子12上相間的鳩尾榫22上。相鄰葉片的在圓周上相鄰的鳩尾榫20同樣跨于轉(zhuǎn)子的相鄰鳩尾榫22上。人們將會意識到形成轉(zhuǎn)子的材料典型地具有比形成葉片的材料減小的蠕變或斷裂強度。例如轉(zhuǎn)子可由鉻釩合金(chrome molly vanadium)形成而葉片可由鉻形成。因此，蠕變損壞可能發(fā)生于轉(zhuǎn)子鳩尾榫22，尤其于鳩尾榫22的頸部。蠕變損壞可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鳩尾榫破裂。
為了減小或消除渦輪轉(zhuǎn)子在高溫及高離心載荷作用下長時間工作的蠕變損壞，蒸汽渦輪葉片14要使其翼面24減輕重量。為此，在翼面24內(nèi)形成空腔。例如，參見圖4和5，在翼面24內(nèi)形成一個空腔26。如圖所示，空腔26通向平臺18中形成的孔28，并終止于不到翼面24的頂端30。雖然，空腔26不需要有任何特殊的形狀，但一般，最好該空腔可具有與翼面24的外型面相應(yīng)的翼面形狀，如圖4所示。
為了在翼面內(nèi)形成空腔26，可用放電加工(EDM)或電化學(xué)加工(ECM)的方法將翼面掏空。例如，一種EDM工具32(圖2)可用于葉片鳩尾榫20之間平臺18的下側(cè)以形成穿過平臺18的孔28。再用穿過平臺的孔28的EDM工具32插入而掏空翼面24的內(nèi)部。在翼面內(nèi)形成內(nèi)部空腔的結(jié)果，使葉片的重量明顯減輕。人們將會意識到要保持翼面預(yù)定的壁厚以使翼面具有適當(dāng)?shù)膹姸取?br> 參看圖1，葉片以一種簡便的形式固定于轉(zhuǎn)子。即，葉片在軸向可滑動地嚙合并跨于轉(zhuǎn)子輪緣上相間的鳩尾榫22上。其余的轉(zhuǎn)子鳩尾榫配置于相鄰葉片的相鄰鳩尾榫之間。為相互固定轉(zhuǎn)子和葉片鳩尾榫，例如用鉸刀在葉片已軸向插到轉(zhuǎn)子上后在葉片和轉(zhuǎn)子的相鄰鳩尾榫之間鉸成圓柱孔。然后，將銷孔36以很緊或緊配合公差插入所鉸的孔中以便與孔形成很好的配合。因此，葉片基本上被釘入轉(zhuǎn)子輪緣中在葉片和轉(zhuǎn)子輪緣間幾乎沒有或沒有相對運動。由于部分弧度加載，這種銷子連接減少了葉片與轉(zhuǎn)子間任何可能的磨損和微振磨損。用這種結(jié)構(gòu)，人們將會意識到穿過平臺18的孔28與轉(zhuǎn)子輪緣上間隔的鳩尾榫22相對。用這種結(jié)構(gòu)，蒸氣可進入空腔26。然而，因為每個空腔沒有蒸氣出口，進入空腔的蒸氣對渦輪工作是不重要的。
根據(jù)以上說明，人們會意識到由于每個葉片都去除了許多材料質(zhì)量，即在每個葉片的翼面及平臺內(nèi)掏空形成空腔26從而減輕了葉片的重量。這就減小了使用在轉(zhuǎn)子輪緣尤其在轉(zhuǎn)子輪緣鳩尾榫22的減小的頸部的離心載荷。因此，減小了轉(zhuǎn)子鳩尾榫22頸部附近的蠕變載荷。在一個特殊的優(yōu)先實施例中，蒸汽渦輪的每個控制級葉片在重量和體積上與沒有如本發(fā)明所述的在其中形成內(nèi)部空腔的相同葉片相比都減小了。尤其，控制級葉片的重量減輕達(dá)約10％。這樣的減輕重量明顯地減小了在轉(zhuǎn)子上的離心載荷。每個控制級葉片的體積同樣減小達(dá)約10％。這在第一級葉片發(fā)生非均勻流或部分弧度流的蒸汽渦輪的控制級中尤其明顯。這種基本上是脈動的流動增加了增大蠕變變形的可能，這些變形大于通過減輕能減小或消除蠕變變形損壞的葉片重量的彌補。
雖然就目前認(rèn)為是最實際和優(yōu)先的實施說明了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于公開的實施例，相反，要涵蓋在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種修改及等同結(jié)構(gòu)。
控制級 10轉(zhuǎn)子 12多個葉片 14外圈 16內(nèi)圈或平臺 18鳩尾榫 20，22翼面 24空腔 26孔 28頂端 30EDM工具32銷子 3權(quán)利要求
1.一種蒸汽渦輪的減輕重量控制級包括一個具有一翼面(24)，一平臺(18)及一用以將葉片安裝于大致相應(yīng)成形的轉(zhuǎn)子鳩尾榫(22)的第一鳩尾榫(20)的蒸汽渦輪葉片(14)，所述的翼面具有一個經(jīng)所述平臺延伸到該翼面頂端附近的位置的內(nèi)部空腔，該空腔能減輕葉片重量以減少沿該轉(zhuǎn)子鳩尾榫的蠕變損壞。
2.按權(quán)利要求1所述的控制級，其特征在于，所述的空腔(26)通向所述平臺(18)。
3.按權(quán)利要求1所述的控制級，其特征在于，所述的空腔(26)在不到該翼面頂端處終止。
4.按權(quán)利要求3所述的控制級，其特征在于，所述的空腔(26)通向所述平臺(18)。
5.按權(quán)利要求4所述的控制級，其特征在于，包括一個為所述葉片具有的并沿圓周方向與所述第一鳩尾榫(20)間隔的第二鳩尾榫(20)，所述空腔(26)通向所述鳩尾榫間的所述平臺。
6.按權(quán)利要求1所述的控制級，其特征在于，所述的空腔(26)具有大致與所述翼面外型面相當(dāng)?shù)拇笾乱砻嫘螤睢?br> 7.一種蒸汽渦輪的減輕重量的控制級包括一個具有多個徑向伸出轉(zhuǎn)子輪緣外并大致軸向延伸的鳩尾榫(22)的轉(zhuǎn)子(12)；多個葉片(14)，每個葉片都有一翼面(24)，一個平臺(18)以及徑向朝所述平臺內(nèi)伸入并限定一個在其間大致軸向延伸的空間以容納一個轉(zhuǎn)子鳩尾榫的第一和第二鳩尾榫(20)；每個所述的翼面(24)具有一個經(jīng)所述平臺延伸到該翼面頂端附近位置的內(nèi)部空腔(26)，該內(nèi)部空間能減輕葉片重量以減少沿第一和第二鳩尾榫之間的轉(zhuǎn)子鳩尾榫的蠕變損壞。
8.按權(quán)利要求7所述的控制級，其特征在于，每個所述翼面的所述空腔(26)通向所述平臺。
9.按權(quán)利要求7所述的控制級，其特征在于，每個所述翼面的所述空腔(26)在不到所述翼面頂端處終止。
10.按權(quán)利要求7所述的控制級，其特征在于，每個所述翼面的所述空腔(26)通向所述平臺。
全文摘要
蒸汽渦輪用的控制級葉片(14)具有內(nèi)部被掏空而形成內(nèi)部空腔(26)的翼面(24)。該空腔打開與葉片的徑向內(nèi)平臺(18)相通并終止于不到葉片的頂端。因此減輕了葉片的重量。這樣的減輕重量就減少了沿轉(zhuǎn)子輪緣軸向延伸的鳩尾榫的蠕變損壞。
文檔編號F01D5/18GK1644880SQ20051000371
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者P·W·多薩克, R·E·德倫巴奇, A·K·霍里戴 申請人:通用電氣公司