專利名稱：用于渦輪機的隔板及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸流式渦輪機中所用的類型的隔板的新穎結(jié)構(gòu)。特別 涉及，但不局限于，汽輪機隔板。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及所謂的"平臺"型隔板結(jié)構(gòu)，見圖1A和1B。圖1A是 靜葉片或輪葉的透視圖，圖1B是構(gòu)成靜葉片的隔板在制造過程中的 徑向剖視圖。在這種類型的隔板中，翼部(翼型)1的端部與徑向內(nèi) 部和外部"平臺"2、 3形成一體，翼部和平臺由實體材料機加工而成。 在圖1A中，相鄰葉片形狀以虛線表示，通過在內(nèi)部和外部隔板環(huán)5、 6之間將依次組合的翼部/平臺部件4組裝在一起形成為環(huán)形陣列，并 將平臺焊接到隔板環(huán)上，完整的一圈靜葉片被組建起來。內(nèi)部和外部 隔板環(huán)和平臺被進一步機加工，以適合于容納渦輪機密封特征和裝配 相鄰渦輪機特征。在組裝完成后，內(nèi)部和外部平臺2、 3形成隔板的內(nèi) 部和外部接口壁。目前采用平臺結(jié)構(gòu)的HP和IP汽輪機的實踐是將葉片構(gòu)造在內(nèi)部 隔板環(huán)上，然后將外部隔板環(huán)收縮在葉片上。在目前的設(shè)計中，要求 內(nèi)部隔板環(huán)支撐靜葉片，并且賦予隔板剛度，以抵抗在渦輪機的組裝 和操作過程中趨向于使隔板扭轉(zhuǎn)變形的力。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明， 一種渦輪機隔板包括一圈靜葉片，每個靜葉片包括內(nèi)部平臺、翼部和外部平臺；以及 外部隔板環(huán)，其圍繞所述一圈靜葉片并且焊接在外部平臺上； 其中，內(nèi)部平臺用作內(nèi)部隔板環(huán)，內(nèi)部平臺的對置邊緣彼此干涉 配合(interference fit),并且翼部在內(nèi)部和外部平臺之間處在承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力狀態(tài)。內(nèi)部平臺之間的干涉產(chǎn)生了圍繞著完整隔板的內(nèi)徑的剛性帶，其 有益地影響隔板的動力學特性。本發(fā)明消除了現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)部隔板環(huán)以及將其連接到葉片內(nèi)部平 臺所需的焊接，從而減少了隔板所需的材料和制造環(huán)節(jié)。此外，消除 了內(nèi)部隔板環(huán)，還伴隨著增大渦輪機轉(zhuǎn)子(內(nèi)部平臺必須密封在該轉(zhuǎn) 子上)的半徑，這降低了渦輪機工作流體在隔板上的總壓力負載。在隔板環(huán)的內(nèi)徑與外部平臺的外徑之間可以存在帶錐度的界面。 可通過下述方式在組裝隔板的過程中獲得翼部中的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 初始組裝所述一圈葉片，以使得相鄰內(nèi)部平臺的選定對置邊緣部 分彼此接觸，而相鄰外部平臺的所有對置邊緣部分之間存在間隙；以 及利用外部隔板環(huán)將所述一圈葉片徑向壓縮至預(yù)定的最終直徑，即 通過外部隔板環(huán)的內(nèi)表面與外部平臺的外表面之間強制接觸，以使得 相鄰外部平臺的選定對置邊緣部分之間的間隙被縮減掉，相鄰內(nèi)部平 臺的選定對置邊緣部分之間的接觸變?yōu)楦缮媾浜?，并且翼部中建立?性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。隔板組件中建立預(yù)應(yīng)力可以有益地影響葉片動力學特性。 為了確保隔板組件中的全部扭轉(zhuǎn)負載被限定在葉片圈上并且只有 來自葉片圈的徑向向外負載被隔板環(huán)承受，相鄰外部平臺的選定對置 邊緣部分(在隔板環(huán)被推壓到外部平臺上時這些選定對置邊緣部分之 間發(fā)生接觸)包括軸向定向邊緣部分和相對于圓周方向傾斜的邊緣部 分。通過上述特征，所產(chǎn)生的隔板同現(xiàn)有技術(shù)相比具有減少的焊接和 材料需求，同時具有相同的靜態(tài)強度和可預(yù)期的操作中的良好動力學 特性。通過閱讀下面的詳細描述以及權(quán)利要求書中可以清楚地理解本發(fā)明。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的代表性實施方式，在附圖中圖1A和IB示出了現(xiàn)有技術(shù)的"平臺"型渦輪機隔板結(jié)構(gòu)，圖1A為靜葉片或輪葉的透視圖，圖IB為隔板的徑向部分在制造過程中的局部視圖；圖2以局部徑向剖視圖示出了兩個動渦輪機葉片列，和根據(jù)本發(fā) 明的完全組裝的渦輪機隔板，隔板安置在動葉片列之間；圖3A和3B是類似于圖2所示的隔板中的單一靜葉片的等角透視 圖，圖3A是葉片翼部凹入(壓力)側(cè)的視圖，圖3B是葉片翼部凸出(吸 力)側(cè)的視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明由金屬板切割出多個半隔板環(huán)的過程；圖5示出了由兩個半隔板環(huán)形成的完整隔板環(huán)的結(jié)構(gòu)；圖6是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機隔板組件的徑向外側(cè)部分的徑向剖視圖；圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪機隔板組裝過程的一部分； 圖8A和8B顯示了現(xiàn)有技術(shù)平臺型渦輪機隔板結(jié)構(gòu)與根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)相比較的平臺內(nèi)間隙和接觸；圖9是在根據(jù)本發(fā)明的焊接過程中渦輪機隔板的外側(cè)部分的示意性徑向剖視圖；圖10是在對圖9中的焊件進行機加工以將焊接的隔板分離為兩個 半體以便進行進一步機加工的半隔板的端部的等角透視圖。
具體實施方式
圖2是本發(fā)明的實施方式的局部徑向剖切概圖，顯示了汽輪機中 的完全組裝的隔板10，其安置在依次相繼的動葉片12、 13的環(huán)形列 之間。每個動葉片分別設(shè)有安置在機加工于轉(zhuǎn)子轂18的輪緣中的相應(yīng) 槽16、 17中的徑向內(nèi)部"T形葉根"部分14、 15。動葉片還設(shè)有徑向外 部葉冠19、 20，它們密封在外接分段環(huán)21、 22上。已知的是，葉冠 19、 20和環(huán)21、 22之間的密封由翅片23、 24實現(xiàn)，所述翅片嵌塞到 機加工于環(huán)21、 22中的凹槽中。隔板IO包括一環(huán)形列的靜葉片，每個靜葉片具 翼部(翼型)30，翼部的徑向內(nèi)側(cè)和外側(cè)端部分別與徑向內(nèi)部和外部平臺31、32形成一 體。圖3A和3B是靜葉片在被組裝到隔板中之前的相反兩側(cè)的圖示， 顯示了內(nèi)部和外部平臺31、 32的形狀。在制造過程中，平臺32的徑 向外表面焊接在大體積外部隔板環(huán)33的內(nèi)徑上，所說外部隔板環(huán)加固 隔板并且在渦輪機操作中控制隔板的熱膨脹和收縮。然而，與現(xiàn)有技 術(shù)截然不同，本發(fā)明沒有設(shè)置大體積內(nèi)部隔板環(huán)。相反，內(nèi)部平臺31 被制作成足夠厚，以容納密封在隔板10和轉(zhuǎn)子轂18之間的浮動式迷 宮密封件31A或類似物。本發(fā)明的另一特征是內(nèi)部和外部平臺31、 32的形狀和相對尺寸， 并且隔板10組裝過程如后文所述使得翼部能夠在它們的徑向內(nèi)側(cè)和 外側(cè)端部之間承受一定程度的扭轉(zhuǎn)；即，同它們被組裝到隔板中之前 的狀態(tài)相比，組裝過程使得內(nèi)部平臺31繞大致徑向穿過每個葉片的扭 轉(zhuǎn)軸線相對于外部平臺32略微扭轉(zhuǎn)。這導致葉片承受預(yù)應(yīng)力，從而對 葉片處于負載下時的動力學特性產(chǎn)生有益的影響。圖8A示出了完成了的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的相鄰平臺之間的接觸和 間隙，圖8B示出了完成了的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中的接觸和間隙。在圖中， 翼部30相對于平臺31、 32而言的近側(cè)位置以虛線表示?？梢灶A(yù)期， 在圓周方向上內(nèi)部平臺比外部平臺窄。圖8A中的內(nèi)部和外部平臺具 有相同的軸向?qū)挾?。在圖8B中，外部平臺的軸向?qū)挾缺伙@示為大于 內(nèi)部平臺的軸向?qū)挾?，盡管這兩個寬度可以相等。從俯視圖中看，圖 8A和8B中的相鄰內(nèi)部和外部平臺均沿著它們的界面具有互鎖的鋸齒 或曲柄形狀。內(nèi)部平臺31具有相對于流經(jīng)渦輪機通道的氣流而言的周 向延伸的前緣和后緣L(i)、 T(i),所述通道的方向以框形箭頭表示。類 似地，外部平臺32的周向延伸的前緣和后緣表示為L(Q)、 T(o)。在俯視圖中看，圖8A中的內(nèi)部平臺之間的界面的曲柄形狀是這 樣實現(xiàn)的，即相鄰平臺的相互對置邊緣80(i)包括第一和第二 (分別較 短和較長)軸向定向邊緣部分81(i)和82(i)，這兩個邊緣部分沿圓周方 向彼此錯開，以形成曲柄形狀的第一和第二軸向延伸臂。沿著從每個 內(nèi)部平臺的后緣T(i)至前緣L(i)的順序，第一軸向定向邊緣部分81(i) 后面跟著的是傾斜邊緣部分83(i)，其形成該曲柄形狀的傾斜臂并將第一軸向定向邊緣部分81(i)與第二軸向定向邊緣部分82(i)連接。如果將 圓周方向用作基準線，則沿順時針方向偏離該基準線的圓弧的角度表 示為正，沿逆時針方向偏離該基準線的圓弧的角度表示為負，則邊緣 部分83(i)以角度-(3相對于圓周方向傾斜。在本例中，P為大約25度， 但可以根據(jù)設(shè)計者的選擇而大于或小于該數(shù)值。類似地，圖8A中的 相鄰外部平臺的相互對置邊緣80(0)具有軸向定向且沿圓周方向錯開 的第一和第二邊緣部分Sl(o)和82(o)， 二者由傾斜邊緣部分83(Q)連接?，F(xiàn)在參看圖8B，其示出了根據(jù)本發(fā)明的特征，并且還參看圖3A 和3B,它們是采用該特征的葉片的圖示。首先指出，內(nèi)部平臺31具 有前面參照圖8A所描述的相同基本形狀，并且構(gòu)成對置平臺邊緣之 間的界面的曲柄形狀的對置邊緣部分因此采用類似的標記。然而，外 部平臺32是不同的，因為它們的對置平臺邊緣80(o)l之間的界面形 成了雙曲柄形狀。這是如下實現(xiàn)的，即每個平臺邊緣80(0)1分別包括 第一、第二和第三軸向定向邊緣部分81(0)、 84(0)和85(0)。這些邊緣 部分沿圓周方向錯開彼此，以形成曲柄形狀的第一、第二和第三軸向 延伸臂。第一軸向定向邊緣部分8Uo)短于第二軸向定向邊緣部分 84(Q)，第三軸向定向邊緣部分85(o)短于第一軸向定向邊緣部分81(o)。 沿著從每個外部平臺的后緣T(o)至前緣L(o)的順序，第一軸向定向邊 緣部分81(0)后面跟著第一傾斜邊緣部分83(o)，其形成該曲柄形狀的 第一傾斜臂并將第一軸向定向邊緣部分Sl(o)與第二軸向定向邊緣部 分84(o)連接。邊緣部分84(0)后面跟著第二傾斜邊緣部分86(0),其形 成該曲柄形狀的第二傾斜臂并將第二軸向定向邊緣部分84(0)與第三 軸向定向邊緣部分S5(o)連接。與內(nèi)部平臺的情況一樣，邊緣部分83(o) 以角度-j3相對于圓周方向傾斜。然而，邊緣部分86(0)以不同的角度+(|) 相對于圓周方向傾斜。在本例中，小為大約45度，但可以根據(jù)設(shè)計者 的選擇而大于或小于該數(shù)值。在圖8B中，通過前述在組裝過程中內(nèi)部平臺31相對于外部平臺 32的扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對置內(nèi)部和外部平臺邊緣80(i)和80(0)的前述不同部 分之間的接觸和間隙，如下面所解釋。在圖8A中，在組裝隔板的過程中沒有扭轉(zhuǎn)力施加于翼部，內(nèi)部平臺的尺寸被設(shè)置成使得，在完全組裝狀態(tài) 在相互對置的第一軸向定向邊緣部分81(i)之間存在間隙；并且 在相互對置的傾斜邊緣部分83(i)之間存在間隙； 相互對置的第二軸向定向邊緣部分82(i)之間存在接觸。 本質(zhì)上講，圖8A中的外部平臺具有與內(nèi)部平臺相同的接觸和間隙特性，盡管間隙在絕對尺寸的意義上講可能不同。與此不同，圖8B中示出了內(nèi)部平臺的尺寸被設(shè)置成使得，在完全組裝狀態(tài) 在相互對置的第一軸向定向邊緣部分81(i)之間存在間隙； 在相互對置的第二軸向定向邊緣部分82(i)之間存在間隙； 在相互對置的傾斜邊緣部分83(i)之間存在干涉接觸，這種干涉 是通過相對于圖8A中的現(xiàn)有技術(shù)加大傾斜邊緣部分的尺寸而實現(xiàn)的。 另外，圖8B中的外部平臺的尺寸被設(shè)置成使得，在完全組裝狀態(tài) 在相互對置的第一軸向定向邊緣部分81(0)之間存在間隙； 在相互對置的第一傾斜邊緣部分83(0)之間存在間隙。 在相互對置的第三軸向定向邊緣部分85(0)之間存在間隙； 在相互對置的第二軸向定向邊緣部分S4(o)之間存在接觸；并且 在相互對置的第二傾斜邊緣部分S6(o)之間存在接觸。 制造隔板10的初始步驟為制作出隔板環(huán)33和靜葉片，靜葉片包 括與內(nèi)部和外部平臺31、 32形成一體的翼部30。在已有的制造隔板環(huán)33的方法中，隔板環(huán)是從作為完整環(huán)的厚規(guī) 格鋼板(heavy gauge steel plate)切割出來的，機加工成預(yù)期橫截面輪 廓，然后沿著直徑切割成兩個半圓形件，以使得葉片能夠在其內(nèi)部直 徑中組裝和拆卸。然而，本發(fā)明的優(yōu)選方法起始于分別從板料切割出 每個板環(huán)，從而將隔板環(huán)制作成兩個半體33A、 33B。如示于圖4，這 允許更高效地使用板料，以降低材料成本，因為從板34切割出半環(huán) 33A、 33B的形狀可以彼此局部嵌套布置。如示于圖5，在將半環(huán)33A、 33B機加工成包含焊接區(qū)39的初始期望橫截面輪廓后，它們的對置端部被開有螺紋孔，每個螺紋孔處被采用扭矩張緊型螺柱和墊塊結(jié)構(gòu)36。盲端螺紋孔37被鉆設(shè)在下部半 環(huán)33B的徑向相對端部中，帶有凹坑38A的螺紋孔38鉆設(shè)穿過上部 半環(huán)33A的徑向相對端部。為了形成完整的隔板環(huán)33，兩個半環(huán)33A、 33B的對置端部101通過下述方式被帶到一起形成彼此干涉接觸將 螺柱36A擰入螺紋孔37、 38，將墊塊36B和墊片36C在凹坑38A中 套在螺柱36A的端部上，其中螺柱36A在該凹坑中突伸到半環(huán)33A 中的孔38之上，將鎖緊螺母36D抵靠著墊塊36B擰緊在螺柱上，直 至獲得預(yù)定的扭矩值。還請參看圖6，實線表示的是在初始機加工和組裝到隔板上之后 并且在最終機加工之前的外部平臺32和隔板環(huán)33的外輪廓。點劃線 表示在最終機加工為完整隔板的形狀之后它們的外輪廓。如前面所指 出，在半環(huán)33A、 33B的基本形狀已經(jīng)從重規(guī)格板切割出來后，它們 的內(nèi)周被機加工以產(chǎn)生隆起的焊接區(qū)39，以方便后面將組裝的隔板環(huán) 33焊接至外部平臺32。從圖6還應(yīng)注意，在準備組裝時，半環(huán)上的焊 接區(qū)39的內(nèi)表面和外部平臺32的外表面32A被機加工，從而焊接區(qū) 39具有錐角(楔角)oc。在這種特定的實施例中，相對于平行于渦輪機轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)軸線的平面P的錐角a為大約5。。然而，角度a可以根據(jù)設(shè)計 者的選擇而大于或小于該數(shù)值，其中要考慮到將被釆用的隔板組裝技 術(shù)(見下文)、外部平臺的任何軸向斜度以及渦輪級的流體動力學要求。 例如，外部平臺的厚度可以沿軸向方向的上游或下游縮窄，以便減小 或增大焊接區(qū)39所需的錐角ot。此外，假定采用軸向均勻的外部平臺 厚度，則錐角a取決于渦輪機通道的外部壁的張角，該張角是沿下游 方向朝向渦輪機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線會聚或從該旋轉(zhuǎn)軸線張開的角度。請 注意，在汽輪機中，靠近HP氣流入口的高壓(HP)渦輪級可能具有負 的張角，即，它們可能具有局部會聚角度。.因此，錐角a對于這樣的 渦輪級還可以是負的。為了在準備階段的機加工之后開始組裝隔板10， 一圈靜葉片，包 括翼部30以及內(nèi)部和外部平臺31、 32，被組裝在位于水平組裝臺面 41上的定位板40上，如圖7A中的剖視圖所示。還請參看圖3B和8B，葉片被初始安置成使得相鄰內(nèi)部平臺31的傾斜邊緣部分83(i)彼此接 觸，而其它相互對置邊緣部分81(i)和82(i)之間存在間隙。關(guān)于外部平 臺32，它們具有的直徑大于它們的最終直徑，因此圖7A示出了在定 位板40的周邊與在外部平臺32的邊緣上限定出定位臺階的唇緣32B 之間具有徑向間隙X。這樣，在相鄰外部平臺的對置邊緣80(0)1之間 存在間隙。為了繼續(xù)該代表性實施方式中的組裝，隔板環(huán)33被保持水平并與 靜葉片的圈同心，然后被降低以使得焊接后的焊接區(qū)39的內(nèi)表面平滑 地動到外部平臺32的外表面32A上。隔板環(huán)33然后被強制進一步向 下移動到外部平臺32上，從而使得相鄰外部平臺的相互對置的第二傾 斜邊緣部分S6(o)與相互對置的第二軸向延伸邊緣部分S4(o)發(fā)生接 觸。然而，小的間隙維持在相互對置邊緣部分Sl(o)和S3(o)之間。在 本例中，隔板環(huán)33的最終位置示于圖7B，其中，其上表面與外部平 臺32的前緣L(o)平齊(或非常近乎于此)，并且間隙X被密閉至小的名 義值。隔板環(huán)33可以通過下述方式而強制向下移動到圖7B所示位置， 即利用一個陣列的夾持器(未示出)，它們圍繞隔板環(huán)的周邊均布并且 在臺面41和隔板環(huán)之間產(chǎn)生壓縮作用。除了使得相鄰外部平臺的對置 邊緣部分84(0)、 S6(o)之間的間隙密閉，徑向壓縮還在葉片的相鄰內(nèi) 部平臺上的初始接觸邊緣部分83(i)之間產(chǎn)生干涉裝配，從而在翼部中 產(chǎn)生所需程度的扭轉(zhuǎn)。對葉片施加這種預(yù)應(yīng)力可以有益地在隔板中影 響它們的動力學特性。另外，內(nèi)部平臺上的邊緣部分83(i)之間的干涉 裝配產(chǎn)生了圍繞完整隔板的內(nèi)徑的剛性帶，從而有益地影響隔板動力 學特性。一種替代性的密閉相鄰外部平臺的對置邊緣部分S4(o)和86(0)之 間的間隙的方式是加熱組裝好的隔板環(huán)33(并且可選地還冷卻葉片的 圈)，將隔板環(huán)安置到葉片的圈上，然后隨著隔板環(huán)冷卻使隔板環(huán)收縮 到外部平臺上。實現(xiàn)相同目的的另一替代性方式是將半環(huán)33A、33B(圖 5)安置到葉片的圈的每側(cè)，插入螺栓和墊塊等36A-36D,將半環(huán)逐漸 牽拉到一起直至它們的對置端部表面101會合，它們之間適宜的干涉可通過將螺栓張緊到預(yù)定的扭矩值而實現(xiàn)。綜上所述，在組裝隔板10的過程中在內(nèi)部和外部平臺之間扭轉(zhuǎn)翼部可使得葉片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。這種扭轉(zhuǎn)是如下實現(xiàn)的- 加大(同圖8A中的現(xiàn)有技術(shù)相比)內(nèi)部平臺31上的傾斜邊緣部 分83(i)的尺寸， 初始組裝一圈葉片，以使得相鄰內(nèi)部平臺31的傾斜對置邊緣部 分83(i)彼此接觸，而相鄰外部平臺的32對置邊緣SO(o)之間具有間隙；并且*利用隔板環(huán)33通過隔板環(huán)的內(nèi)表面39與外部平臺的外表面 32A之間的接觸而強制而將葉片環(huán)徑向壓縮至預(yù)定的最終直徑，以使 得相鄰外部平臺的32對置邊緣部分S4(o)和S6(o)之間的間隙被密閉， 相鄰內(nèi)部平臺31的對置邊緣部分83(i)之間的接觸變?yōu)楦缮媾浜?，?且翼部30中建立彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。還請注意，在組裝狀態(tài)下外部平臺的雙重接觸設(shè)計中，對置邊緣 部分84(0)、 S6(o)之間的接觸部位分別與圓周方向形成不同的角度90 度和45度。這種雙重接觸可防止外部平臺在組裝過程中轉(zhuǎn)動，并且確 保全部扭轉(zhuǎn)負載產(chǎn)生在葉片組件中，以使得隔板環(huán)33只經(jīng)受徑向向外 的負載。在前面參照圖7A和7B描述的組裝過程完成后，第二定位板42(見 圖9)被安置在葉片平臺的前緣上，第二定位板的直徑足以覆蓋外部平 臺的前緣L(o)的內(nèi)徑。第二定位板然后通過在內(nèi)部平臺的內(nèi)徑內(nèi)以相 等角間隔位置穿過兩個定位板的多個螺栓螺母結(jié)構(gòu)(未示出)被夾持到 第一定位板40上。附設(shè)在第二定位板42上的較小夾持器將隔板環(huán)33 保持在抵靠著帶錐角部分的正確位置，以便進行進一步的加工。在檢査確定葉片處在正確位置后，兩個定位板40、 42被焊接在葉 片的外部平臺上，如示于圖9，其中三角形的焊珠卯被現(xiàn)實為將定位. 板結(jié)合至平臺邊緣。這可以在主焊接過程中為組件提供適宜的支承， 如示于圖9,主焊接過程為，通過將隔板環(huán)與外部平臺之間的環(huán)形空 間91中充填焊接部(焊料)92，隔板環(huán)33被焊接在外部平臺32上。 由于環(huán)形空間91在軸向上較深，因此焊接部92可能通過兩個或更多焊道來產(chǎn)生，空間90通過每個焊道而被部分地填充。圖9示出了四個 焊道中的三個焊道的情況，其中兩個焊道已經(jīng)在組件的平臺前緣側(cè)完 成， 一個焊道已經(jīng)在組件的平臺后緣側(cè)完成。上述焊接過程將在中隔板組件產(chǎn)生應(yīng)力，因此在這一階段應(yīng)進行 熱處理以釋放應(yīng)力。定位板然后被機加工而從組件去掉。為了便于最終機加工內(nèi)部和外部平臺31、 32以及隔板環(huán)33，從 而獲得圖2和6所示的最終輪廓，需要將隔板分離為兩部分。這對于 組裝和拆卸渦輪機而言也是必需的。如示于圖10，將焊接好的隔板分 離為兩個半隔板可以這樣實現(xiàn)，即在隔板環(huán)33和外部平臺32之間預(yù) 先制成的深焊接部92中機加工出凹陷100，以使得在隔板兩側(cè)的焊接 部92的一段短的周向延伸長度上，焊接材料被完全去除。在徑向?qū)χ?的一對外部平臺32的對置邊緣80(o)l已經(jīng)相對于隔板環(huán)的兩個半體 33A和33B的端部表面IOI(圖5)正確定位，并且機加工凹陷100的周 向延展尺寸大于相鄰外部平臺的對置邊緣80(0)1的周向延展尺寸的情 況下，通過將螺柱和墊塊結(jié)構(gòu)36拆除，隔板就被分離為兩部分。上面僅以示例的方式描述了本發(fā)明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以作 出各種修改。本發(fā)明還包括這里描述和指出或是附圖中描述和指出的 任何特征、這些特征之間的任何組合、這些特征及其組合的任何衍生 物，并且擴展到它們的等同替換。因此，本發(fā)明的精神和范圍不應(yīng)局 限于前述代表性實施方式。除非專門另加說明，否則包括附圖在內(nèi)說 明書公開的每個特征可以被替換為用于相同、等價或類似目的的替代 性特征。對于本申請的說明書中討論的任何現(xiàn)有技術(shù)，并不意味著承認這些現(xiàn)有技術(shù)是常用技術(shù)手段或者構(gòu)成本領(lǐng)域公知常識的一部分。除非專門清楚地提出，否則在整個本說明書中使用的術(shù)語"包括" 等被認為是列舉性的，而非禪他性或封閉限定的；換言之，是指"包含， 但不局限于"的意思。
權(quán)利要求
1、一種渦輪機隔板[10]，包括一圈靜葉片，每個靜葉片包括內(nèi)部平臺[31]、翼部[30]和外部平臺[32]；以及外部隔板環(huán)[33]，其圍繞所述一圈靜葉片并且焊接在外部平臺[32]上；其中，所述內(nèi)部平臺[31]被用作內(nèi)部隔板環(huán)，內(nèi)部平臺的對置邊緣[83(i)]彼此干涉配合，并且翼部[30]在內(nèi)部和外部平臺之間處在承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力狀態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的渦輪機隔板，其中，在隔板環(huán)的內(nèi)徑與外部 平臺的外徑之間存在帶錐度的界面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的渦輪機隔板，其中，從俯視圖中看，相 鄰內(nèi)部和外部平臺的相互對置邊緣呈現(xiàn)為互鎖曲柄形狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的渦輪機隔板，其中，沿著從每個內(nèi)部平臺的 后緣[T(i)]至前緣[L(i)]的順序，相鄰內(nèi)部平臺[31]的相互對置邊緣包 括(a) 第一軸向定向邊緣部分[81(i)]，(b) 相對于軸向方向傾斜的傾斜邊緣部分[83(i)]，和(c) 第二軸向定向邊緣部分[82(i)〗；所述軸向定向邊緣部分[81(i), 82(i)]沿圓周方向彼此錯開以形成 曲柄形狀的第一和第二軸向延伸臂，并且所述傾斜邊緣部分[83(i)]連 接第一和第二軸向定向邊緣部分，以形成該曲柄形狀的傾斜臂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的渦輪機隔板，其中，第一和第二軸向定向邊 緣部分具有不同的長度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的渦輪機隔板，其中，第一軸向定向邊緣部分 短于第二軸向定向邊緣部分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一的渦輪機隔板，其中，傾斜邊緣部 分[83(i)]以負角度[-P]相對于圓周方向傾斜，其中沿逆時針方向偏離圓 周方向的圓弧的角度表示為負。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一的渦輪機隔板，其中，從俯視圖中 看，外部平臺的對置邊緣呈現(xiàn)為互鎖的雙曲柄形狀。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的渦輪機隔板，其中，沿著從每個外部平臺的 后緣[T(o)]至前緣[L(o)]的順序，相鄰外部平臺[32]的相互對置邊緣包 括(a) 第一軸向定向邊緣部分[81(0)]，(b) 相對于軸向方向傾斜的第一傾斜邊緣部分[83(0)]，(c) 第二軸向定向邊緣部分[84(0)]，(d) 相對于軸向方向傾斜的第二傾斜邊緣部分[86(0)]，和(e) 第三軸向定向邊緣部分[85(0)]，第一、第二和第三軸向定向邊緣部分彼此沿圓周方向錯開，以形 成曲柄形狀的第一、第二和第三軸向延伸臂，第一傾斜邊緣部分[83(0)] 連接著第一和第二軸向定向邊緣部分[81(0), 84(o)]，第二傾斜邊緣部 分[86(o)]連接著第二和第三軸向定向邊緣部分[84(0)， 85(0)]，第一和 第二傾斜邊緣部分因此而形成該曲柄形狀的第一和第二傾斜臂。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的渦輪機隔板，其中，第一、第二和第三軸 向定向邊緣部分具有不同的長度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO的渦輪機隔板，其中，第一軸向定向邊緣部 分[81(o)]短于第二軸向定向邊緣部分[84(0)]，第三軸向定向邊緣部分 [85(0)]短于第一軸向定向邊緣部分[81(0)〗。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一的渦輪機隔板，其中，第一傾斜 邊緣部分[83(o)]相對于圓周方向以負角度[-(3]傾斜，其中，沿逆時針方 向偏離圓周方向的圓弧的角度表示為負，第二傾斜邊緣部分[86(o)]相 對于圓周方向以正角度[+(j)]傾斜，其中，沿順時針方向偏離圓周方向 的圓弧的角度表示為正。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12并且基于權(quán)利要求7的渦輪機隔板，其中(a) 在內(nèi)部平臺的對置的第一軸向定向邊緣部分[81(i)]之間存在間隙，(b) 在內(nèi)部平臺的對置的第二軸向定向邊緣部分[82(i)]之間存在間 隙，并且(c) 在內(nèi)部平臺的對置的傾斜邊緣部分[83(i)]之間存在千涉接觸。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的渦輪機隔板，其中(a) 在外部平臺的對置的第一軸向定向邊緣部分[81(o)]之間存在間隙，(b) 在外部平臺的對置的第一 傾斜邊緣部分[83(o)]之間存在間隙，(c) 在外部平臺的對置的第三軸向定向邊緣部分[85(o)]之間存在間隙，(d) 在外部平臺的對置的第二軸向定向邊緣部分[84(o)]之間存在接 觸，并且(e) 在外部平臺的對置的第二傾斜邊緣部分[86(o)]之間存在接觸。
15、 一種制造渦輪機隔板[10]的方法，所述渦輪機隔板包括外部 隔板環(huán)[33]和一圈翼部葉片，所述葉片具有與翼部[30]形成一體的徑向 內(nèi)部和外部平臺[31， 32]，相鄰內(nèi)部和外部平臺具有相互對置邊緣 [80(i)， 80(o)]，從俯視圖中看所述相互對置邊緣形成互鎖曲柄形狀， 所述方法包括以下步驟(a)初始組裝所述一圈葉片，以使得相鄰內(nèi)部平臺[31]的選定對置邊緣部分[83(i)]彼此接觸，而相鄰外部平臺的所有對置邊緣部分之間 存在間隙；以及(b)利用外部隔板環(huán)[33]將所述一圈葉片徑向壓縮至預(yù)定的最終直 徑，即通過外部隔板環(huán)的內(nèi)表面[39]與外部平臺[32]的外表面[32A]之 間強制接觸，以使得相鄰外部平臺的選定對置邊緣部分[85(0)， 86(0)] 之間的間隙被縮減掉，相鄰內(nèi)部平臺的選定對置邊緣部分[83(i)]之間 的接觸變?yōu)楦缮媾浜?，并且翼部中建立彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的制造渦輪機隔板的方法，進一步包括將隔 板環(huán)[33]焊接至外部平臺[32]。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的制造渦輪機隔板的方法，進一步包括將焊 接形成的組件沿著直徑分離為兩部分，以便于對隔板最終機加工和組 裝到渦輪機中。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一的制造渦輪機隔板的方法，進 一步包括預(yù)先成形相鄰外部平臺的選定對置邊緣部分[85(0)， 86(0)]， 以使得所述對置邊緣部分包括軸向定向邊緣部分[85(o)]和相對于圓周 方向傾斜的邊緣部分[86(0)]，從而隔板組件中的全部扭轉(zhuǎn)負載被限定 在葉片圈上，并且只有來自葉片圈的徑向向外負載被隔板環(huán)[33]承受。
全文摘要
一種渦輪機隔板(10)包括一圈靜葉片和圍繞所述一圈靜葉片并且焊接在外部平臺(32)上的外部隔板環(huán)(33)。每個靜葉片包括內(nèi)部平臺(31)、翼部(30)和外部平臺(32)。內(nèi)部平臺(31)用作內(nèi)部隔板環(huán)，以降低材料和制造成本。此外，內(nèi)部平臺(31)的對置邊緣(83(i))彼此干涉配合，并且翼部(30)在內(nèi)部和外部平臺之間處在承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力狀態(tài)。后面這兩個特征可提高隔板的動力學特性。
文檔編號F01D9/04GK101578429SQ200880001871
公開日2009年11月11日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者A·洛德, B·R·帕爾默, D·P·布拉奇福德, D·利特爾伍德, P·F·克里奇利 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司