專利名稱：具有相連覆接蓋的整體蓋式導(dǎo)向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機，尤其是涉及固定承載件或含有導(dǎo)向器葉片的內(nèi)殼體，導(dǎo)向器葉片引導(dǎo)并加速蒸汽，用于沖擊蒸汽輪機的斗式葉片。
背景技術(shù)：
蒸汽輪機通常在蒸汽路徑上利用由多個空氣動力型固定葉片形成的導(dǎo)向器接納蒸汽，并將其平滑地轉(zhuǎn)為所需方向以及加速撞擊到渦輪葉片上。蒸汽路徑的精確度對于渦輪效率非常重要。蒸汽必須利用精確構(gòu)造且穩(wěn)定支承膜片或?qū)蚱魅~片非常精確地導(dǎo)向，以避免動力紊流浪費或者偏離設(shè)計的流量特性。
一些蒸汽輪機設(shè)計概念采用膜片，膜片傳統(tǒng)上通過將葉片的相對端插入到作為墊片的半圓帶中的切口內(nèi)形成。這些葉片的端部預(yù)焊到上述墊片上，內(nèi)外半圓環(huán)被深熔焊接到墊片和葉片。為了在葉片和上述環(huán)之間獲得滿意的連接，需要在上述環(huán)和墊片之間進行非常深的焊接操作，以使在該界面下具有足夠的焊透深度，從而接觸并連接上述葉片。
如專利US 4,288,677所述，當(dāng)焊接深度增加時焊接缺陷也隨之增加。例如，這種焊接缺陷包括裂紋、渣孔、未完全焊透等等，這些均會導(dǎo)致導(dǎo)向器葉片失效或不穩(wěn)定。另外，這種深度焊接容易產(chǎn)生變形，從而使蒸汽路徑偏離設(shè)計的空氣動力特性，從而降低裝置的整體效率。
上述墊片通常比較薄，舉例來說，一般小于四分之一英寸，但這種厚度是傳統(tǒng)沖壓技術(shù)能夠達到的最小厚度。由于這種厚度，墊片自身在焊接到內(nèi)外環(huán)之前作為定位介質(zhì)比作為能夠自身支承葉片的結(jié)構(gòu)件更有效率。
產(chǎn)生變形的另一個來源是因為墊片和葉片需要制成半圓形。因加熱、焊接收縮、材料消除應(yīng)力和回火的變形都傾向在和內(nèi)外半圓環(huán)相匹配之前和匹配過程中使這些組件變形。這種變形至少可以部分地追究其原因，這在于半圓形組件上的應(yīng)力變化可導(dǎo)致該裝置變形。
傳統(tǒng)制造工藝采用徑向匹配平面來匹配上述膜片的兩個半部。由于導(dǎo)向器的葉片在切向方向重疊，這通常需要切掉每一半圓形裝置每一端上的導(dǎo)向器葉片。這種情況就導(dǎo)致蒸汽路徑內(nèi)的相對柔軟的葉片部分可能產(chǎn)生變形和振動，從而降低氣流的動力效率。
第二種典型的蒸汽輪機概念采用插入到內(nèi)殼體或承載件內(nèi)周槽中的單個導(dǎo)向器。這種概念可進一步分為兩種不同的內(nèi)徑端結(jié)構(gòu)1)在蓋上錘擊形成，2)由整體蓋式導(dǎo)向器形成。可在蓋上進行錘擊，通過機械地將凸頭錘擊榫接到所述蓋將導(dǎo)向器聚合在一起。盡管通過上述機械作用，但是該設(shè)計在翼面和上述蓋之間以及在鄰近周邊之間均還是存在大量泄漏通路。但可替換的，整體蓋式導(dǎo)向器可大大減小或者消除這些泄漏通路。由于密封是蒸汽輪機的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以這是非常需要的。
但是對于上述蒸汽路徑中的旋轉(zhuǎn)件和非旋轉(zhuǎn)件來說，避免空氣動力高循環(huán)疲勞(HCF)和堅固可靠卻同等重要。由于裝置和承載限制，整體蓋式導(dǎo)向器不可能總是能夠保證確定性邊界條件。
因此，就需要提供一種方法和產(chǎn)品，能夠為渦輪提供一種整體蓋式葉片，其不同于已知的整體蓋式葉片，且比其他葉片蓋技術(shù)具有更多優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
通過下列示意性實施例所記載的方案，可以克服或減輕上述所探討以及其它的缺點和不足，其中包括多個葉片；多個形成第一表面的蓋部，該第一表面構(gòu)造得可在相鄰葉片的端部位置之間跨接多個相鄰葉片的端部，從而形成相鄰葉片的蓋部部分，其中和每一相鄰葉片相連的蓋部包括相鄰葉片的相鄰蓋部的面對側(cè)；和一個第二表面相連的覆接蓋，該第二表面相對于每一蓋部的第一表面，上述覆接蓋構(gòu)造得至少一個端部具有硬度確定性約束(stiffen deterministic constraints)，并能夠經(jīng)由面對側(cè)密封防止相鄰蓋部的泄漏。
在另一實施例中，公開了一種構(gòu)造等效渦輪整體蓋式葉片的方法，該渦輪具有多個由定子支承的葉片。上述方法包括將具有多個各自蓋部的多個葉片固定到第一表面上，該第一表面構(gòu)造得可在相鄰葉片的端部位置之間跨接多個相鄰葉片的端部，其中和每一各自相鄰葉片相連的蓋部包括相鄰葉片的相鄰蓋部的面對側(cè)；將一個覆接蓋和第二表面相連，該第二表面相對于上述蓋部的第一表面，上述覆接蓋構(gòu)造得至少一個端部具有硬度確定性約束，并能夠經(jīng)由上述面對側(cè)密封防止相鄰蓋部的泄漏。
根據(jù)下列詳細敘述和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更加清楚地理解本發(fā)明的上述特征和其它優(yōu)點。


現(xiàn)在參考附圖，圖中類似的元件用相同的附圖標(biāo)記進行標(biāo)識，其中圖1示出了蒸汽輪機典型結(jié)構(gòu)的軸線剖視圖；圖2是根據(jù)一個示例性實施例中的整體蓋式導(dǎo)向器(ICN)的側(cè)向透視圖；圖3是根據(jù)一個示例性實施例的圖2中的三個ICN利用一個覆接蓋(overcover)連在一起的仰視圖；圖4A至4E示出代表性的界面，其中圖4A為Z切口形界面，圖4B為矩形直切界面，圖4C為嵌套雙翼界面，圖4D為單翼界面，圖4E為對角線界面，其中所有這些葉片的視圖是從渦輪的軸觀察到的，同時示出蓋部的底部；以及圖5為圖3中三個連接的ICN的俯視透視圖，示出了對應(yīng)蓋部之間的界面。
具體實施例方式
下面參看圖1，示出了軸流蒸汽輪機10的剖面，其包括殼體12和轉(zhuǎn)軸14。多個渦輪葉片16以傳統(tǒng)方式固定在軸14上，并隨之旋轉(zhuǎn)。入口膜片18包括一圓排葉片20，這些葉片能夠?qū)碜哉羝?2內(nèi)的蒸汽加速并導(dǎo)引到渦輪葉片的第一排24上。
在渦輪葉片16下一級的葉片對之間設(shè)置有另一膜片26，用以將來自上一級的蒸汽加速且變向，并以最佳角度和速度撞擊下一級。
每一膜片26均包括在外墊片28和內(nèi)墊片30之間的葉片20。在外墊片28上固定外環(huán)32，該外環(huán)以傳統(tǒng)方式和殼體12相配合。在內(nèi)墊片30上固定內(nèi)環(huán)34，該內(nèi)環(huán)和上述軸14相間隔懸置。和傳統(tǒng)方式一樣，在內(nèi)環(huán)34內(nèi)端的密封區(qū)域36內(nèi)可設(shè)置有軸密封(未示出)，以使軸14在相對膜片26旋轉(zhuǎn)時能夠進行密封，從而防止沿轉(zhuǎn)軸的軸向蒸汽泄漏。
下面參考圖2，說明了整體蓋式導(dǎo)向器(ICN)100。導(dǎo)向器100包括構(gòu)造得可操作地固定在內(nèi)承載件的槽中的楔形榫頭部102。翼片或?qū)蚱魅~片104在一端固定于上述楔形榫頭部102，而在另一端固定在蓋部106。凸頭108從蓋部106延伸，和覆接蓋(overcover)110可操作地連接，該覆接蓋將在下面參考圖3和5詳細敘述。在示意性實施例中，凸頭108最好是鉚接到蓋部106上，但并不局限于此。
下面參考圖3，示出了三個由面對側(cè)118所連在一起的ICN 100，該ICN包括設(shè)置在每一蓋部106上的覆接蓋110。可以認為，覆接蓋110被設(shè)置在多個ICN 100上，多個意指多于一個，包括兩個或更多的ICN 100。覆接蓋110最好是構(gòu)造得厚度小于每一蓋部106的厚度。覆接蓋110包括定位在其中的多個孔，以便于和從每一蓋部106上延伸的凸頭108對齊?？慑N擊每一凸頭108，以保持覆接蓋110，使其跨接圖示的三個導(dǎo)向器100。但是可以想到包括兩個導(dǎo)向器100在內(nèi)的任何數(shù)量的導(dǎo)向器只要構(gòu)成圍繞軸14的環(huán)均可。每一凸頭108均可為任何尺寸或形狀，不再受限于圖5所示的翼形端，即通常受限于其所固定的翼形端幾何結(jié)構(gòu)之內(nèi)。也可以使用其它限定覆接蓋110的方法，例如釬焊或焊接。如果使用釬焊或焊接將覆接蓋110固定到蓋部106上，則在蓋部106上的凸頭108可以用或可以不用。
在一示意性實施例中并再回來參照圖2，可以通過焊接組合或者可替換的應(yīng)用釬焊、電鍍、噴涂或其它機械方式或冶金方式將裝配材料(materialbuildup)應(yīng)用到蓋部部分106的每一面對側(cè)118上。在圖2中以虛線示出裝配材料119?？赏ㄟ^加工從組合材料119中去除多余的材料120，從而在相鄰蓋部部分106(參看圖5)之間提供潔凈的接觸界面121。蓋部106的外周面部122和每一蓋部106的內(nèi)周面部123上均具有多余材料120。
上述界面121可具有不同的互鎖形狀。在圖4A中，界面121以Z形切口示出。在圖4B中，界面121為相對于渦輪葉片的矩形地直線，且平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線。在圖4C中，界面121為雙翼或嵌套結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有朝向渦輪葉片后沿124和前沿125的曲線。在圖4D中，示出了一種單翼結(jié)構(gòu)，其中界面121在后沿124的方向僅具有一個單曲線126。在圖4E中，界面121為對角線。該界面的性質(zhì)在于在相鄰蓋部部分106之間可實現(xiàn)滑動配合。通過這種方式，在相鄰葉片或?qū)蚱?00之間的界面線121上產(chǎn)生接觸，即使有任何葉片104產(chǎn)生振動，其運動也均會受相鄰葉片104的阻礙。圖4B的例子可能是最有效的結(jié)構(gòu)，因為當(dāng)葉片因?qū)蚱魑槽E頻率而試圖扭轉(zhuǎn)時，這些矩形蓋部就會隨上述頻率的增加而增大節(jié)矩(pitch)。
參考圖5，在葉片104上安裝單個蓋部部分106，隨后定位焊在132處，使蓋部106不移動地鉚接上述凸頭108。在將凸頭108鉚接到蓋部106之后，去掉沿每一蓋部106邊緣的多余材料133。通過這種方式，定位焊接部132的相對側(cè)面(圖5中僅示出一側(cè))被修剪掉，使整體蓋部部分106連接到每一葉片104。
在本發(fā)明的不同實施例中，整體蓋式葉片開始時可以通過這種方式排列。因此，蓋部部分106可由合適的焊接或釬焊被固定到每一葉片104的端部111上。此后，每一葉片結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個等效的整體蓋式導(dǎo)向器。
在整體蓋式導(dǎo)向器(ICN)的頂部利用覆接蓋可以滿足于雙重目的。即該覆接蓋不僅可使導(dǎo)向器組織在一起從而變得結(jié)實并保持確定性端部約束，而且該覆接蓋還可以經(jīng)由界面121密封，防止相鄰整體蓋式導(dǎo)向器之間產(chǎn)生泄漏。
盡管參考示意性實施例已經(jīng)敘述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)，元件可以進行不同的變化和等效替換。此外，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可對特定位置或材料進行多種修改以適于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不局限于這里作為實施本發(fā)明最佳實施例所公開的內(nèi)容，所以本發(fā)明將包括所有落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪(10)的整體蓋式導(dǎo)向器(100)的多組葉片(20)，包括多個葉片；多個形成第一表面的蓋部(106)，該第一表面構(gòu)造得可在相鄰葉片(104)的端部位置之間跨接多個相鄰葉片(104)的端部(111)，從而形成相鄰葉片(104)的蓋部(106)部分，其中，和每一相鄰葉片(104)相連的蓋部(106)包括相鄰葉片(104)的相鄰蓋部(106)的面對側(cè)(118)；和第二表面相連的覆接蓋(110)，該第二表面相對于上述每一蓋部(106)的所述第一表面，上述覆接蓋(110)構(gòu)造得所述端部(111)至少具有其中一個硬度確定性約束，并能夠經(jīng)由面對側(cè)(118)密封防止相鄰蓋部(106)的泄漏。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片(104)，其特征在于，上述多個蓋部(106)中的每一個均包括一個從蓋部延伸并通過上述覆接蓋(110)內(nèi)的孔的凸頭(108)。
3.如權(quán)利要求2所述的葉片(104)，其特征在于，上述凸頭(108)是一相對于上述覆接蓋(110)錘擊、焊接和釬焊形成的元件。
4.如權(quán)利要求1所述的葉片(104)，其特征在于，上述覆接蓋(110)構(gòu)造得厚度小于所述多個蓋部(106)中每一個的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的葉片(104)，其特征在于，上述覆接蓋(110)是一種焊接和釬焊到所述多個蓋部(106)的所述第二表面上的元件。
6.如權(quán)利要求5所述的葉片(104)，進一步包括在蓋部(106)的至少一個面對側(cè)(118)上的裝配材料(119)，加工上述裝配材料(119)，可使相鄰葉片(104)的相鄰蓋部(106)之間產(chǎn)生一個界面(121)。
7.如權(quán)利要求6所述的葉片(104)，其特征在于，通過可選擇機械或冶金操作將上述裝配材料(119)應(yīng)用在上述蓋部的兩個面對側(cè)(118)上。
8.如權(quán)利要求7所述的葉片(104)，其特征在于，將裝配材料(119)應(yīng)用在所有相鄰葉片(104)上的蓋部(106)之間，從而形成整體蓋式葉片排列。
9.如權(quán)利要求6所述的葉片(104)，包括可選擇在蓋部(106)和葉片端部之間應(yīng)用欠焊接(underweld)或欠釬焊(underbraze)，從而將蓋部(106)有效固定到上述葉片(104)。
全文摘要
一種構(gòu)造等效渦輪整體蓋式葉片排列的系統(tǒng)和方法，該渦輪具有多個由定子支承的葉片(104)，包括多個葉片；多個形成第一表面的蓋部(106)，該第一表面構(gòu)造得可在相鄰葉片(104)的端部位置之間跨接多個相鄰葉片(104)的端部(111)，從而形成相鄰葉片(104)的蓋部(106)部分，其中，和每一相鄰葉片(104)相連的蓋部(106)包括相鄰葉片(104)的相鄰蓋部(106)的面對側(cè)(118)；和一個與第二表面相連的覆接蓋(110)，該第二表面相對于上述每一蓋部(106)的第一表面，上述覆接蓋(110)構(gòu)造得端部(111)具有至少一個硬度確定性約束，并能夠經(jīng)由面對側(cè)(118)密封防止相鄰蓋部(106)的泄漏。
文檔編號F01D5/22GK1676885SQ20051005955
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者羅納德·W·科祖, 克里斯托弗·W·沙利文, 羅伯特·J·布拉肯, 戴維·O·菲茨 申請人:通用電氣公司