專利名稱：在帶冠渦輪機(jī)葉片上中心定位切齒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)大體涉及用于在渦輪機(jī)葉片(turbine blade)上中心定位切齒 (cuttertooth)的方法。更具體地，但非限制性地，本申請(qǐng)涉及利用布置 在梢部葉冠(tip shroud)中心的切齒來(lái)替代布置在梢部葉冠的吸入側(cè)上 的切齒的方法。
背景技術(shù)：
脹熱壓縮氣體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸功率。燃?xì)鉁u輪機(jī)輪葉(bucket)或葉片通常具 有翼面(airfoil)形狀，其設(shè)計(jì)成將流徑氣體的熱能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的 機(jī)械旋轉(zhuǎn)。
渦輪機(jī)輪葉常具有梢部葉冠。該梢部葉冠防止翼面由于振動(dòng)應(yīng)力 而在高周疲勞中失效。此外，梢部葉冠密封件典型地從葉冠的最外層 表面上徑向向外地突出，并且在葉冠的相對(duì)端之間沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)方向圓周地延伸。梢部葉冠密封件通常徑向地延伸至凹槽內(nèi)，該凹 槽形成在與旋轉(zhuǎn)的梢部葉冠相對(duì)的靜止葉冠中。在某些設(shè)計(jì)中，靜止 葉冠具有蜂窩通道。不同于在梢部葉冠和靜止葉冠之間提供零公差密 封件從而導(dǎo)致翼面的不穩(wěn)定性，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)合乎期望的是，在梢部葉冠 密封件上設(shè)置泄漏路徑，這將消除這種不穩(wěn)定性。通常，切齒設(shè)置在 梢部葉冠密封件的前緣(也稱為吸入側(cè))，以便在靜止葉冠的蜂窩通道 中切出比梢部葉冠密封件的寬度更寬的凹槽。這使泄漏能夠在凹槽內(nèi) 位于梢部葉冠密封件相對(duì)側(cè)上的高壓區(qū)域和低壓區(qū)域之間流動(dòng)。雖然 這導(dǎo)致穿過(guò)翼面不希望的壓降減小，并且導(dǎo)致密封性能削弱，但是損 失的效率通過(guò)翼面的穩(wěn)定性增加得到了補(bǔ)償。然而，由于高溫和離心產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的結(jié)合，梢部葉冠遭受蠕 變破壞。單個(gè)輪葉或葉片的故障可使整個(gè)渦輪機(jī)停機(jī)。除停工之外， 輪葉的這種維修是耗時(shí)的和/或昂貴的。因此，需要一種具有改善性能 的渦輪機(jī)葉片葉冠以應(yīng)付溫度和應(yīng)力。這種渦輪機(jī)葉片葉冠將增加使 用壽命，并且還整體地增加渦壽侖機(jī)系統(tǒng)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請(qǐng)描述了一種用于延長(zhǎng)梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片的使用
壽命的方法，該方法包括以下步驟l)將末端定位的切齒從梢部葉冠 的密封導(dǎo)軌上移除；和2)將中心定位的切齒附連到梢部葉冠的密封導(dǎo) 軌上。末端定位的切齒可包括切齒，其位于梢部葉冠的密封導(dǎo)軌的吸 入側(cè)和壓力側(cè)中的一個(gè)的末端處。中心定位的切齒可包括切齒，其位 于梢部葉冠的密封導(dǎo)軌的近似中心。
在某些實(shí)施例中，該末端定位的切齒的移除包括加工該末端定位 的切齒，直到末端定位的切齒的厚度大致等于密封導(dǎo)軌的其它區(qū)域的 厚度。在某些實(shí)施例中，中心定位的切齒的附連可包括將中心定位的 切齒焊接(welding)到密封導(dǎo)軌上。在其他實(shí)施例中，中心定位的切齒 的附連可包括將中心定位的切齒釬焊(brazing)到密封導(dǎo)軌上。在其他 實(shí)施例中，中心定位的切齒的附連可包括通過(guò)焊接和釬焊中的 一種方 法對(duì)材料進(jìn)行堆焊。
在一些實(shí)施例中，中心定位的切齒可包括通常為長(zhǎng)方形的形狀。 一旦附連后，中心定位的切齒的外徑向邊緣可與密封導(dǎo)軌的外半徑對(duì) 準(zhǔn)。中心定位的切齒可徑向向內(nèi)地延伸到密封導(dǎo)軌圓角(fillet)的接近 開(kāi)始位置。中心定位的切齒的徑向高度可為密封導(dǎo)軌的徑向高度的大 致一半。中心定位的切齒可向下大致延伸密封導(dǎo)軌的高度的一半。
在某些實(shí)施例中，中心定位的切齒可附連到密封導(dǎo)軌上，使得如 果中心定位的切齒從在梢部葉冠圓角下方的最窄點(diǎn)徑向向外地突出， 則中心定位的切齒在翼面的內(nèi)部。在其它實(shí)施例中，中心定位的切齒 可附連到密封導(dǎo)軌上，使得如果中心定位的切齒徑向向外地突出，則中心定位的切齒在梢部葉冠圓角的內(nèi)部。
梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片可構(gòu)造成與蜂窩葉冠和耐磨覆層葉冠中 的 一個(gè)一 同運(yùn)行。梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片可構(gòu)造成在燃?xì)鉁u輪機(jī)中運(yùn)
行。梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片可構(gòu)造成在9FA+e渦輪機(jī)中運(yùn)行。
本申請(qǐng)還描述了 一種用于延長(zhǎng)梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片的使用壽 命的方法，其包括以下步驟l)將末端定位的切齒從梢部葉冠的密封 導(dǎo)軌上移除，該末端定位的切齒包括切齒，其位于梢部葉冠的密封導(dǎo) 軌的吸入側(cè)和壓力側(cè)中的一個(gè)的末端處；和2)將中心定位的切齒附連 到梢部葉冠的密封導(dǎo)軌上，該中心定位的切齒包括切齒，其位于梢部 葉冠的密封導(dǎo)軌的大致中心。在這種方法中，中心定位的切齒可附連 到密封導(dǎo)軌上，使得如果中心定位的切齒從在梢部葉冠圓角下方的最 窄點(diǎn)徑向向外地突出，則中心定位的切齒在翼面的內(nèi)部。附連中心定 位的切齒的步驟可包括通過(guò)焊接和釬焊中的一種方法對(duì)材料進(jìn)行堆 焊。
本申請(qǐng)還描述了 一種用于延長(zhǎng)梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片的使用壽 命的方法，該方法包括以下步驟l)將末端定位的切齒從梢部葉冠的 密封導(dǎo)軌上移除，該末端定位的切齒包括切齒，其位于梢部葉冠的密 封導(dǎo)軌的吸入側(cè)和壓力側(cè)中的一個(gè)的末端處；和2)將中心定位的切齒 附連到梢部葉冠的密封導(dǎo)軌上，該中心定位的切齒包括切齒，其位于 梢部葉冠的密封導(dǎo)軌的大致中心。在這種方法中，中心定位的切齒可 附連到密封導(dǎo)軌上，使得如果中心定位的切齒徑向向外地突出，則中 心定位的切齒在梢部葉冠圓角的內(nèi)部。
通過(guò)閱讀結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō) 明，本申請(qǐng)的這些特征和其它特征將變得顯而易見(jiàn)。


圖1是具有梢部葉冠的已知渦輪機(jī)葉片的側(cè)視圖。
圖2是在吸入側(cè)上具有切齒的已知梢部葉冠的頂視平面圖。圖3是具有中心定位的切齒的梢部葉冠的頂視平面圖。 圖4是具有梢部葉冠的渦4侖機(jī)葉片的透視圖，其顯示了利用與本 發(fā)明的示范性實(shí)施例 一致的中心定位的切齒替代吸入側(cè)切齒。
部件列表
梢部帶冠的渦輪機(jī)輪葉或渦輪機(jī)葉片 10
翼面 12
梢部葉冠 14
密封導(dǎo)軌 16
切齒 18
渦輪機(jī)輪葉 100
切齒 104 翼面 110
梢部葉冠 120
梢部葉冠圓角 122
密封導(dǎo)軌 130
第一切齒 150
第二切齒 160
渦輪機(jī)葉片 200
梢部葉冠 202
密封導(dǎo)軌 204
末端定位的切齒 206
第一末端定位的切齒 208
第二末端定位的切齒 210
中心定位的切齒 220
第一中心定位的切齒 222
第二中心定位的切齒 224
密封導(dǎo)軌圓角 228
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中在所有的多個(gè)附圖中相同的數(shù)字表示相同的 元件，圖1顯示典型的梢部帶冠的渦輪機(jī)輪葉或葉片10。渦輪機(jī)輪葉
10包括翼面12。翼面12是工作構(gòu)件，其截?cái)鄽怏w流并起到將氣體能 量轉(zhuǎn)換為切向運(yùn)動(dòng)的風(fēng)車葉片(windmill vane)的作用。該運(yùn)動(dòng)又使輪葉 10附連在其上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
梢部葉冠14可定位在翼面12的頂部上。梢部葉冠14基本上是 由翼面12朝向其中心支承的平才反。密封導(dǎo)軌16可沿梢部葉冠14的 頂部定位。如上所述，密封導(dǎo)軌16防止流徑氣體通過(guò)梢部葉冠14與 周圍構(gòu)件的內(nèi)表面之間的間隙。
圖2顯示在密封導(dǎo)軌16上一個(gè)或多個(gè)已知的切齒18的使用。切 齒18定位在梢部葉冠14的前緣或吸入側(cè)上。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解 的是，通過(guò)清理穿過(guò)可用于密封穩(wěn)定性的葉冠的蜂窩或耐磨覆層的路 徑，利用切齒18可進(jìn)一步減少溢出。如圖2所示，切齒18通常為具 有沿密封導(dǎo)軌16增加的寬度的區(qū)域。然而，尤其在高渦輪機(jī)溫度下， 該吸入側(cè)位置的使用將在梢部葉冠14上作用過(guò)大的應(yīng)力水平。
圖3顯示具有中心定位的切齒104的渦輪機(jī)輪葉100。如上，渦 輪機(jī)輪葉100包括翼面IIO(在圖3中以虛線表示)。翼面110在梢部葉 冠120中終止。從翼面110到梢部葉冠120的過(guò)渡可包括梢部葉冠圓 角122(在圖3中也以虛線表示)，該梢部葉冠圓角122構(gòu)成從翼面110 到梢部葉冠120的過(guò)渡圓角。梢部葉冠120可具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。密封導(dǎo) 軌130可定位在梢部葉冠的頂部上。密封導(dǎo)軌130可大約延伸梢部葉 冠120的長(zhǎng)度。
切齒104可定位在密封導(dǎo)軌130上。在該示例中，切齒104定位 在密封導(dǎo)軌130的中心附近。顯示了第一切齒150和第二切齒160。 如已說(shuō)明，在某些實(shí)施例中，切齒104可定位在密封導(dǎo)軌130的中心附近，使得切齒104在翼面110的虛線內(nèi)。在其它實(shí)施例中，切齒104 可定位在密封導(dǎo)軌130的中心附近，使得切齒104在梢部葉冠圓角122 的虛線內(nèi)。如圖所示，第一齒150和第二齒160可稍微偏離，以便適 應(yīng)梢部葉冠120的總體形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解的是，通過(guò)減小 存在于在梢部葉冠120下方的梢部葉冠圓角122中的應(yīng)力，該中心定 位可延長(zhǎng)渦輪機(jī)輪葉100的壽命。該定位還為梢部葉冠120總體上提 供更加對(duì)稱的設(shè)計(jì)。
圖4是具有梢部葉冠的渦輪機(jī)葉片的透視圖，其顯示利用與本發(fā) 明的示范性實(shí)施例一致的中心定位切齒替代前緣或吸入側(cè)切齒。將了 解的是，在應(yīng)用中存在大量的翼面，其具有位于梢部葉冠的密封導(dǎo)軌 的吸入側(cè)或末端上的切齒。這種切齒的懸垂質(zhì)量在梢部葉冠圓角中產(chǎn) 生過(guò)大的應(yīng)力水平，這限制了部件的壽命。這種渦輪機(jī)葉片的示例是 用于由Schenectady, N.Y的General Electric Company出售的"9FA+e 渦輪機(jī)，，的第二級(jí)中的葉片。通常，由于梢部葉冠圓角的故障的高可能 性，故在一定的使用量之后這種葉片需更換。本發(fā)明建議的是，如果 移除在密封導(dǎo)軌末端的切齒并且利用中心定位的切齒替代該切齒，則 可顯著地延長(zhǎng)這種渦輪機(jī)葉片的有效壽命。
因此，如圖4所示，渦輪機(jī)葉片200可包括具有密封導(dǎo)軌204的 梢部葉冠202。在密封導(dǎo)軌204的吸入側(cè)或末端處的變黑區(qū)域可表示 末端定位的切齒206,該末端定位的切齒206可包括第一末端定位的 切齒208和第二末端定位的切齒210。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)"末端定 位的切齒"限定為包括位于梢部葉冠的密封導(dǎo)軌的吸入側(cè)或壓力側(cè)處 的所有切齒。與本發(fā)明的實(shí)施例一致，可移除末端定位的切齒206。 可通過(guò)傳統(tǒng)的加工工藝或其它工藝實(shí)現(xiàn)移除工藝。具體地，可加工該 切齒206，直到在末端或吸入側(cè)處的密封導(dǎo)軌204的厚度與密封導(dǎo)軌 204的中間和/或壓力側(cè)的厚度大致一致。
切齒206移除后，可包括第一中心定位的切齒222和第二中心定 位的切齒224的一個(gè)或多個(gè)中心定位的切齒220可附連到密封導(dǎo)軌
9204上。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)"中心定位的切齒"限定為包括位于密 封導(dǎo)軌的大致中心處的切齒。中心定位的切齒220可根據(jù)傳統(tǒng)的工藝 附連，包括焊接或釬焊。如在此所使用的，通過(guò)焊接附連既包括將一 個(gè)部分焊接到密封導(dǎo)軌上，還包括利用焊接堆焊(weldbuildup)形成中 心齒。如在此所使用的，通過(guò)釬焊附連既包括將一個(gè)部分釬焊到密封 導(dǎo)軌，還包括利用釬焊堆焊(brazingbuildup)形成中心齒。在某些實(shí)施 例中，當(dāng)從部件的前部或后部軸向地觀察時(shí)，中心定位的切齒220的 形狀可為長(zhǎng)方形，但是本領(lǐng)域:汰術(shù)人員將了解的是，其它形狀也是可 能的。 一旦安裝在密封導(dǎo)軌204上，中心定位的切齒220的外徑向邊 緣可與密封導(dǎo)軌的外半徑對(duì)準(zhǔn)。從那里中心定位的切齒220可徑向向 內(nèi)地延伸到密封導(dǎo)軌圓角228的大致開(kāi)始位置，該密封導(dǎo)軌圓角228 構(gòu)成密封導(dǎo)軌204與梢部葉冠202之間的過(guò)渡圓角。通常，這意味著 中心定位的切齒220向下大致延伸密封導(dǎo)軌204的高度的一半，如圖 4所示。
如上所述，中心定位的切齒220可沿密封導(dǎo)軌204定位，使得如 果中心定位的切齒220從在梢部葉冠圓角下方的最窄點(diǎn)徑向向外地突 出，則中心定位的切齒220在翼面的內(nèi)部(見(jiàn)圖3)。在其它實(shí)施例中， 中心定位的切齒220可定位在密封導(dǎo)軌130的中心附近，使得如果中 心定位的切齒220徑向向外地突出，則中心定位的切齒220在梢部葉 冠圓角內(nèi)(見(jiàn)圖3)。如圖4所示，第一中心定位的切齒222和第二中心 定位的切齒224可略微地偏離，以便適應(yīng)梢部葉冠202的總體形狀。 中心定位的切齒220的軸向厚度應(yīng)大致等于或略小于吸入側(cè)切齒206 的軸向厚度。
通過(guò)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的上述說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將察覺(jué)改 進(jìn)、變化和變型。在本領(lǐng)域技術(shù)內(nèi)的這種改進(jìn)、變化和變型意圖由所 附權(quán)利要求所覆蓋。此外，顯然的是，上文僅涉及本申請(qǐng)的所述實(shí)施 例，而在不脫離權(quán)利要求及其等同物所限定的本申請(qǐng)的精神和范圍的 情況下，可對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行多種變化和變型。
權(quán)利要求
1. 一種用于延長(zhǎng)梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片(10)的使用壽命的方法，所述方法包括以下步驟將末端定位的切齒(206)從梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(130)上移除；和將中心定位的切齒(220)附連到所述梢部葉冠(14)的所述密封導(dǎo)軌 (130)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述末端定位的切 齒(206)包括切齒(18),其位于所述梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(16)的吸入 側(cè)和壓力側(cè)中的 一個(gè)的末端處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述中心定位的切 齒(220)包括切齒(18)，其位于所述梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(16)的大致 中心處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于移除所述末端定位 的切齒(206)包括加工所述末端定位的切齒(206)，直到所述末端定位的 切齒(206)的厚度大致等于所述密封導(dǎo)軌(16)的其它區(qū)域的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于附連所述中心定位 的切齒(220)包括將所述中心定位的切齒(220)焊接到所述密封導(dǎo)軌(16) 上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于附連所述中心定位 的切齒(220)包括將所述中心定位的切齒(220)釬焊到所述密封導(dǎo)軌(16) 上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于附連所述中心定位 的切齒(220)包括通過(guò)焊接和釬焊中的 一種方法對(duì)材料進(jìn)行堆焊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述中心定位的切 齒(220)附連到所述密封導(dǎo)軌(16)上，使得如果所述中心定位的切齒 (220)從在梢部葉冠圓角(122)下方的最窄點(diǎn)徑向向外地突出，則所述中心定位的切齒(220)在所述翼面(110)的內(nèi)部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述中心定位的切 齒(220)附連到所述密封導(dǎo)軌(16)上，使得如果所述中心定位的切齒 (220)徑向向外地突出，則所述中心定位的切齒(220)在所述梢部葉冠圓 角(122)的內(nèi)部。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述梢部帶冠的渦 輪機(jī)葉片(10)構(gòu)造成在9FA+e渦輪機(jī)中運(yùn)行。
全文摘要
在帶冠渦輪機(jī)葉片上中心定位切齒的方法，具體而言，本發(fā)明涉及一種用于延長(zhǎng)梢部帶冠的渦輪機(jī)葉片(10)的使用壽命的方法，該方法包括以下步驟1)將末端定位的切齒(206)從梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(16)上移除，末端定位的切齒(206)包括切齒(18)，其位于梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(16)的吸入側(cè)和壓力側(cè)中的一個(gè)的末端處；和2)將中心定位的切齒(220)附連到梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(16)上，所述中心定位的切齒(220)包括切齒(18)，其位于梢部葉冠(14)的密封導(dǎo)軌(16)的大致中心處。在這種方法中，中心定位的切齒(220)可附連到密封導(dǎo)軌(16)上，使得如果中心定位的切齒(220)從在梢部葉冠圓角(122)下方的最窄點(diǎn)徑向向外地突出，則中心定位的切齒(220)在翼面(12)的內(nèi)部。
文檔編號(hào)F01D5/14GK101311497SQ20081010850
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者C·湯普森, D·特拉格塞爾, I·里弗斯, T·莫蘭 申請(qǐng)人:通用電氣公司