專利名稱：整體罩蓋葉片設計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機，更特殊的是，涉及具有整體罩蓋的末級蒸汽輪機葉片的設計。
背景技術：
具有整體罩蓋的末級蒸汽輪機葉片的頂端區(qū)域在濕蒸汽條件下工作，代表性地在蒸汽流和葉片之間具有超音速的相對速度。高速濕蒸汽流對葉片的作用能產(chǎn)生腐蝕，促使頂端區(qū)域金屬表面的腐蝕損壞。在工作過程中，由于葉片的旋轉(zhuǎn)，鄰近葉片之間的罩蓋彼此接觸，施加的離心力的反扭曲效果引起葉片的旋轉(zhuǎn)。在工作條件下，被整體覆蓋的葉片的連接或者接觸增強葉片結(jié)構(gòu)的剛度，改善振動阻尼。這些接觸區(qū)域上濕氣的出現(xiàn)能促使應力腐蝕裂紋。因而，末級葉片的設計必須能耐受現(xiàn)有環(huán)境條件中的濕蒸汽。而且，葉片頂端區(qū)域處任何流量干擾元件必須被避免，以最小化空氣動力損失。
用于某些末級渦輪機葉片的頂端葉片設計導致形成于鄰近的葉片頂端罩蓋之間的凹入?yún)^(qū)域(或者只是簡稱為凹處)，所述凹入?yún)^(qū)域趨向聚集由葉片罩蓋的鄰近表面和鄰近翼面的前緣、后緣產(chǎn)生的濕氣。凹入?yún)^(qū)域中被聚集的濕氣能造成葉片自身和罩蓋阻尼接觸表面的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明確定了一種改進的葉片頂端和罩蓋外形，其避免了蒸汽輪機葉片的侵蝕和腐蝕，減小了空氣動力損失，因而改善蒸汽輪機的可靠性和效率。在沒有影響對渦輪機的性能和葉片的可靠性非常關鍵的其它特征的情況下，實現(xiàn)該設計變動。
在示例性的實施例中，末級渦輪機葉片具有布置在葉片頂端的整體罩蓋，所述罩蓋通常與已知的罩蓋類似，但是正如下面將進一步描述的那樣，所述罩蓋具有細小但重要的外形改變。為了解決現(xiàn)有的罩蓋設計存在的問題，所述罩蓋被修改到以下程度徑向臺階形成于翼面前緣頂端和罩蓋頂端表面之間，其消除上述凹入?yún)^(qū)域，因而減小潛在的濕氣聚集，也減小空氣動力曳力或空氣動力損失。在一種改動中，所述臺階的徑向表面部分朝著鄰近葉片的罩蓋表面彎曲。在第二種改動中，所述臺階的徑向表面部分彎曲得更厲害，以便大致光滑地與鄰近葉片的罩蓋表面合并。所述臺階的精確外形可被最優(yōu)化，以平衡應力水平、附加的質(zhì)量和對空氣動力學設計的影響。
相應地，在一個方面，本發(fā)明提供一種用于蒸汽輪機葉輪的葉片，所述葉片包括柄部分和翼面部分，所述翼面部分包括具有頂端罩蓋的徑向外頂端，所述頂端罩蓋在使用中適合于通過鄰近葉片上的類似頂端罩蓋被接合，其中徑向臺階沿著所述翼面部分的前緣形成于所述頂端罩蓋和所述翼面部分內(nèi)。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種用于蒸汽輪機葉輪的葉片，所述葉片包括柄部分和翼面部分，所述翼面部分包括具有頂端罩蓋的徑向外頂端，所述頂端罩蓋在使用中適合于通過鄰近葉片上的類似頂端罩蓋被接合，其中徑向臺階沿著所述翼面部分的前緣形成于所述頂端罩蓋和所述翼面部分內(nèi)；其中所述臺階由沿著遠離所述前緣的流動方向延伸的第一翼面表面和沿著遠離所述第一翼面表面的方向徑向延伸的第二頂端罩蓋表面形成；以及其中所述前緣因形成所述徑向臺階而徑向縮短；另外其中，所述頂端罩蓋與所述翼面部分成整體。
仍然在另一個方面，本發(fā)明提供一種消除渦輪機葉片各自翼面部分徑向外端部處的鄰近頂端罩蓋之間聚集濕氣的凹處的方法包括a)徑向縮短所述渦輪機葉片的前緣，以便產(chǎn)生前緣和所述頂端罩蓋的頂端表面之間的徑向臺階；以及b)切削所述徑向臺階的徑向表面部分，以致其徑向表面部分更加光滑地與鄰近葉片后緣處的鄰近徑向表面合并。
結(jié)合下面有關的附圖，本發(fā)明將會被詳細描述。


圖1是根據(jù)已知設計的一對具有整體罩蓋的葉片的局部透視圖；圖2是圖1中放大的細節(jié)；圖3是闡述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的葉片頂端罩蓋設計的局部透視圖；以及圖4是闡述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的葉片頂端罩蓋設計的局部透視圖。
具體實施例方式
參考圖1，若干(顯示了兩個)同樣的葉片10、12通過通常以14指示的燕尾接頭或者其它合適的接合件固定到渦輪機葉輪(未顯示)。葉片10、12在渦輪機葉輪的周圍延伸成完整的360°，因而形成一“排”葉片。一排中的每個葉片通常是一致的，盡管偶爾尾葉片(或者“切口葉片”)和鄰近切口葉片的兩個葉片可以有一些幾何差異，以便于組裝。可以充分理解，燕尾接頭或者其它接合件14被設計用于與形成在葉輪輪緣上的互補的燕尾接頭或者其它外形配對滑動接合。葉片燕尾接頭的類型和將葉片裝到輪上的方式可以改變，無論如何，這對本發(fā)明都是不重要的。
葉片10、12各自的葉身(blade)部分16、18從燕尾接頭部分18向上延伸到各自的頂端20、22。頂端20、22與各自的整體罩蓋24、26形成一體，所述整體罩蓋將整排葉片連接在一起，圍繞輪大致360°，這將詳細描述。
參考圖2，整體罩蓋26從葉身的前緣28沿著由流動箭頭30指示的蒸汽流動方向往回退。但是，注意罩蓋徑向外(或者頂)表面32與葉身部分18的徑向外頂端表面34齊平，或者說位于同一平面。鄰近葉片10的葉片罩蓋24具有由側(cè)表面38、40和后端面42部分地限定的后緣部分36。在工作過程中，離心力促使后端面42與罩蓋26通常平行的前端面44接合，在葉片12的前緣28、葉片罩蓋26的前端面和罩蓋24彎曲的后緣側(cè)表面40之間留下凹入?yún)^(qū)域或者凹處46。如上所述，該凹處或者凹入?yún)^(qū)域易受濕氣聚積的影響。
圖3闡述第一實施例，或者不同的葉片罩蓋新設計，其大致消除了圖2所示的凹處46。在該實施例中，葉片48包括葉身部分50，其具有切入葉身部分50的前緣54和相關聯(lián)的頂端罩蓋56的徑向臺階或者切口52，因而前緣54的一部分沿著徑向縮短。明確地，臺階或者切口由前緣54的徑向縮短的表面部分58和沿著罩蓋56的側(cè)面被切削的彎曲的徑向表面60限定。該切削減小了頂端罩蓋56的前端面62的表面面積，因而大致消除上面討論的凹處，同時為表面60和鄰近罩蓋66的側(cè)表面64之間流動的連續(xù)性提供更光滑的界面。
圖4中，闡述了徑向臺階的變化，為了方便，參考數(shù)字與圖3中使用的一致，但是增加了前綴“1”。因而，葉片148包括葉身部分150，其具有切入葉身部分150的前緣154和相關聯(lián)的頂端罩蓋156的徑向臺階或者切口152。徑向切口由徑向縮短的表面部分158和彎曲徑向表面60限定。但是，在該實例中，臺階的彎曲徑向表面部分160彎曲得更多，僅僅是為了除去額外的罩蓋材料，大致消除頂端罩蓋156的前端面162的暴露于濕蒸汽流的部分。現(xiàn)在在罩蓋166的彎曲側(cè)表面164和罩蓋156的徑向表面部分160之間存在相對光滑的過渡。
葉身部分50或150的徑向縮短的前緣54或154對性能沒有產(chǎn)生重大的影響，聚集濕氣的凹處的大致消除防止?jié)駳饩奂蛯θ~片和它們各自罩蓋的潛在腐蝕損壞。
盡管結(jié)合目前被認為是最實用的、最優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是應該理解本發(fā)明并不限于公開的實施例，而是相反，意味著將各種修改和等同的裝置包括在后附的權利要求書的實質(zhì)和范圍之內(nèi)。
部件列表整體罩蓋葉片設計渦輪機葉片10、12燕尾接頭(或者其它合適的接合件)14葉身部分16、18燕尾接頭或者柄部分19、21頂端20、22整體罩蓋24、26前緣28流動箭頭30徑向外(或著頂)表面32徑向外頂端表面34后緣部分36側(cè)表面38、40后端面42前端面44凹入?yún)^(qū)域或者凹處46葉片48葉身部分50徑向臺階或者切口52前緣54頂端罩蓋56徑向縮短的翼面表面部分58頂端罩蓋上的徑向表面60前端面62側(cè)表面64頂端罩蓋66葉片148葉身或者翼面部分150徑向臺階或者切口152前緣154
頂端罩蓋156徑向縮短的表面部分18彎曲徑向表面160前端面162彎曲側(cè)表面164頂端罩蓋16權利要求
1.一種用于蒸汽輪機葉輪的葉片(48)，所述葉片包括柄部分(19)和翼面部分(50)，所述翼面部分(50)包括具有頂端罩蓋(56)的徑向外頂端，所述頂端罩蓋在使用中適合于通過鄰近葉片上的類似頂端罩蓋(66)被接合，其中徑向臺階(52)沿著所述翼面部分的前緣(54)形成于所述頂端罩蓋(56)和所述翼面部分內(nèi)。
2.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述臺階(52)由沿著遠離所述前緣的流動方向延伸的第一翼面表面(58)和沿著遠離所述第一翼面表面的方向徑向延伸的第二頂端罩蓋表面(60)形成。
3.如權利要求2所述的葉片，其特征在于，所述第二頂端罩蓋表面(160)足夠遠離所述前緣(154)而彎曲，以便大致合并于最接近所述葉片前緣的鄰近頂端罩蓋(166)上的表面(164)。
4.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述前緣(54)因形成所述徑向臺階(52)而徑向縮短。
5.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述頂端罩蓋(56)與所述翼面部分成整體。
6.一種用于蒸汽輪機葉輪的葉片(48)，所述葉片包括柄部分(19)和翼面部分(50)，所述翼面部分(50)包括具有頂端罩蓋(56)的徑向外頂端，所述頂端罩蓋在使用中適合于通過鄰近葉片上的類似頂端罩蓋(66)被接合，其中徑向臺階(52)沿著所述翼面部分的前緣(54)形成于所述頂端罩蓋和所述翼面部分內(nèi)；其中所述臺階(52)由沿著遠離所述前緣的流動方向延伸的第一翼面表面(58)和沿著遠離所述第一翼面表面的方向徑向延伸的第二頂端罩蓋表面(60)形成；以及其中所述前緣(54)因形成所述徑向臺階(52)而徑向縮短；另外其中所述頂端罩蓋(56)與所述翼面部分成整體。
7.如權利要求6所述的葉片，其特征在于，所述第二頂端罩蓋表面(160)足夠遠離所述前緣(154)而彎曲，以便大致合并于最接近所述葉片前緣的鄰近頂端罩蓋(166)上的表面(164)。
8.一種消除渦輪機葉片各翼面部分徑向外端部處的鄰近頂端罩蓋(156、166)之間聚集濕氣的凹處的方法，包括a)徑向縮短所述渦輪機葉片的前緣(154)，以便產(chǎn)生前緣和所述頂端罩蓋的頂端表面之間的徑向臺階(152)；以及b)成形所述徑向臺階(152)，以致其徑向表面部分更加光滑地與鄰近葉片后緣處的鄰近徑向表面(164)合并。
全文摘要
一種用于蒸汽輪機葉輪的葉片(48)，所述葉片包括柄部分(19)和翼面部分(50)，所述翼面部分(50)包括具有頂端罩蓋(56)的徑向外頂端，所述頂端罩蓋在使用中適合于通過鄰近葉片上的類似頂端罩蓋(66)被接合，其中徑向臺階(52)沿著所述翼面部分的前緣(54)形成于所述頂端罩蓋(56)和所述翼面部分內(nèi)。
文檔編號F01D5/22GK1712673SQ200510079478
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權日2004年6月23日
發(fā)明者K·J·巴布, D·C·霍菲爾, A·穆耶奇諾維克, L·Y·吉內(nèi)辛 申請人:通用電氣公司