CN101311497A - 在带冠涡轮机叶片上中心定位切齿的方法 - Google Patents

在带冠涡轮机叶片上中心定位切齿的方法 Download PDF

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Abstract

在带冠涡轮机叶片上中心定位切齿的方法，具体而言，本发明涉及一种用于延长梢部带冠的涡轮机叶片(10)的使用寿命的方法，该方法包括以下步骤：1)将末端定位的切齿(206)从梢部叶冠(14)的密封导轨(16)上移除，末端定位的切齿(206)包括切齿(18)，其位于梢部叶冠(14)的密封导轨(16)的吸入侧和压力侧中的一个的末端处；和2)将中心定位的切齿(220)附连到梢部叶冠(14)的密封导轨(16)上，所述中心定位的切齿(220)包括切齿(18)，其位于梢部叶冠(14)的密封导轨(16)的大致中心处。在这种方法中，中心定位的切齿(220)可附连到密封导轨(16)上，使得如果中心定位的切齿(220)从在梢部叶冠圆角(122)下方的最窄点径向向外地突出，则中心定位的切齿(220)在翼面(12)的内部。

Description

在带冠涡轮机叶片上中心定位切齿的方法
技术领域
本申请大体涉及用于在涡轮机叶片(turbine blade)上中心定位切齿(cutter tooth)的方法。更具体地，但非限制性地，本申请涉及利用布置在梢部叶冠(tip shroud)中心的切齿来替代布置在梢部叶冠的吸入侧上的切齿的方法。
背景技术
诸如用于发电的涡轮机组件典型地通过由燃料燃烧而产生的膨胀热压缩气体产生旋转轴功率。燃气涡轮机轮叶(bucket)或叶片通常具有翼面(airfoil)形状，其设计成将流径气体的热能和动能转换成转子的机械旋转。
涡轮机轮叶常具有梢部叶冠。该梢部叶冠防止翼面由于振动应力而在高周疲劳中失效。此外，梢部叶冠密封件典型地从叶冠的最外层表面上径向向外地突出，并且在叶冠的相对端之间沿涡轮机转子的旋转方向圆周地延伸。梢部叶冠密封件通常径向地延伸至凹槽内，该凹槽形成在与旋转的梢部叶冠相对的静止叶冠中。在某些设计中，静止叶冠具有蜂窝通道。不同于在梢部叶冠和静止叶冠之间提供零公差密封件从而导致翼面的不稳定性，已经发现合乎期望的是，在梢部叶冠密封件上设置泄漏路径，这将消除这种不稳定性。通常，切齿设置在梢部叶冠密封件的前缘(也称为吸入侧)，以便在静止叶冠的蜂窝通道中切出比梢部叶冠密封件的宽度更宽的凹槽。这使泄漏能够在凹槽内位于梢部叶冠密封件相对侧上的高压区域和低压区域之间流动。虽然这导致穿过翼面不希望的压降减小，并且导致密封性能削弱，但是损失的效率通过翼面的稳定性增加得到了补偿。
然而，由于高温和离心产生的弯曲应力的结合，梢部叶冠遭受蠕变破坏。单个轮叶或叶片的故障可使整个涡轮机停机。除停工之外，轮叶的这种维修是耗时的和/或昂贵的。因此，需要一种具有改善性能的涡轮机叶片叶冠以应付温度和应力。这种涡轮机叶片叶冠将增加使用寿命，并且还整体地增加涡轮机***的效率。
发明内容
因此，本申请描述了一种用于延长梢部带冠的涡轮机叶片的使用寿命的方法，该方法包括以下步骤：1)将末端定位的切齿从梢部叶冠的密封导轨上移除；和2)将中心定位的切齿附连到梢部叶冠的密封导轨上。末端定位的切齿可包括切齿，其位于梢部叶冠的密封导轨的吸入侧和压力侧中的一个的末端处。中心定位的切齿可包括切齿，其位于梢部叶冠的密封导轨的近似中心。
在某些实施例中，该末端定位的切齿的移除包括加工该末端定位的切齿，直到末端定位的切齿的厚度大致等于密封导轨的其它区域的厚度。在某些实施例中，中心定位的切齿的附连可包括将中心定位的切齿焊接(welding)到密封导轨上。在其他实施例中，中心定位的切齿的附连可包括将中心定位的切齿钎焊(brazing)到密封导轨上。在其他实施例中，中心定位的切齿的附连可包括通过焊接和钎焊中的一种方法对材料进行堆焊。
在一些实施例中，中心定位的切齿可包括通常为长方形的形状。一旦附连后，中心定位的切齿的外径向边缘可与密封导轨的外半径对准。中心定位的切齿可径向向内地延伸到密封导轨圆角(fillet)的接近开始位置。中心定位的切齿的径向高度可为密封导轨的径向高度的大致一半。中心定位的切齿可向下大致延伸密封导轨的高度的一半。
在某些实施例中，中心定位的切齿可附连到密封导轨上，使得如果中心定位的切齿从在梢部叶冠圆角下方的最窄点径向向外地突出，则中心定位的切齿在翼面的内部。在其它实施例中，中心定位的切齿可附连到密封导轨上，使得如果中心定位的切齿径向向外地突出，则中心定位的切齿在梢部叶冠圆角的内部。
梢部带冠的涡轮机叶片可构造成与蜂窝叶冠和耐磨覆层叶冠中的一个一同运行。梢部带冠的涡轮机叶片可构造成在燃气涡轮机中运行。梢部带冠的涡轮机叶片可构造成在9FA+e涡轮机中运行。
本申请还描述了一种用于延长梢部带冠的涡轮机叶片的使用寿命的方法，其包括以下步骤：1)将末端定位的切齿从梢部叶冠的密封导轨上移除，该末端定位的切齿包括切齿，其位于梢部叶冠的密封导轨的吸入侧和压力侧中的一个的末端处；和2)将中心定位的切齿附连到梢部叶冠的密封导轨上，该中心定位的切齿包括切齿，其位于梢部叶冠的密封导轨的大致中心。在这种方法中，中心定位的切齿可附连到密封导轨上，使得如果中心定位的切齿从在梢部叶冠圆角下方的最窄点径向向外地突出，则中心定位的切齿在翼面的内部。附连中心定位的切齿的步骤可包括通过焊接和钎焊中的一种方法对材料进行堆焊。
本申请还描述了一种用于延长梢部带冠的涡轮机叶片的使用寿命的方法，该方法包括以下步骤：1)将末端定位的切齿从梢部叶冠的密封导轨上移除，该末端定位的切齿包括切齿，其位于梢部叶冠的密封导轨的吸入侧和压力侧中的一个的末端处；和2)将中心定位的切齿附连到梢部叶冠的密封导轨上，该中心定位的切齿包括切齿，其位于梢部叶冠的密封导轨的大致中心。在这种方法中，中心定位的切齿可附连到密封导轨上，使得如果中心定位的切齿径向向外地突出，则中心定位的切齿在梢部叶冠圆角的内部。
通过阅读结合附图和所附权利要求的优选实施例的以下详细说明，本申请的这些特征和其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是具有梢部叶冠的已知涡轮机叶片的侧视图。
图2是在吸入侧上具有切齿的已知梢部叶冠的顶视平面图。
图3是具有中心定位的切齿的梢部叶冠的顶视平面图。
图4是具有梢部叶冠的涡轮机叶片的透视图，其显示了利用与本发明的示范性实施例一致的中心定位的切齿替代吸入侧切齿。
部件列表：
梢部带冠的涡轮机轮叶或涡轮机叶片    10
翼面                                12
梢部叶冠                            14
密封导轨                            16
切齿                                18
涡轮机轮叶                          100
切齿                                104
翼面                                110
梢部叶冠                            120
梢部叶冠圆角                        122
密封导轨                            130
第一切齿                            150
第二切齿                            160
涡轮机叶片                          200
梢部叶冠                            202
密封导轨                            204
末端定位的切齿                      206
第一末端定位的切齿                  208
第二末端定位的切齿                  210
中心定位的切齿                      220
第一中心定位的切齿                  222
第二中心定位的切齿                  224
密封导轨圆角                        228
具体实施方式
现在参考附图，其中在所有的多个附图中相同的数字表示相同的元件，图1显示典型的梢部带冠的涡轮机轮叶或叶片10。涡轮机轮叶10包括翼面12。翼面12是工作构件，其截断气体流并起到将气体能量转换为切向运动的风车叶片(windmill vane)的作用。该运动又使轮叶10附连在其上的转子旋转。
梢部叶冠14可定位在翼面12的顶部上。梢部叶冠14基本上是由翼面12朝向其中心支承的平板。密封导轨16可沿梢部叶冠14的顶部定位。如上所述，密封导轨16防止流径气体通过梢部叶冠14与周围构件的内表面之间的间隙。
图2显示在密封导轨16上一个或多个已知的切齿18的使用。切齿18定位在梢部叶冠14的前缘或吸入侧上。本领域技术人员将了解的是，通过清理穿过可用于密封稳定性的叶冠的蜂窝或耐磨覆层的路径，利用切齿18可进一步减少溢出。如图2所示，切齿18通常为具有沿密封导轨16增加的宽度的区域。然而，尤其在高涡轮机温度下，该吸入侧位置的使用将在梢部叶冠14上作用过大的应力水平。
图3显示具有中心定位的切齿104的涡轮机轮叶100。如上，涡轮机轮叶100包括翼面110(在图3中以虚线表示)。翼面110在梢部叶冠120中终止。从翼面110到梢部叶冠120的过渡可包括梢部叶冠圆角122(在图3中也以虚线表示)，该梢部叶冠圆角122构成从翼面110到梢部叶冠120的过渡圆角。梢部叶冠120可具有传统设计。密封导轨130可定位在梢部叶冠的顶部上。密封导轨130可大约延伸梢部叶冠120的长度。
切齿104可定位在密封导轨130上。在该示例中，切齿104定位在密封导轨130的中心附近。显示了第一切齿150和第二切齿160。如已说明，在某些实施例中，切齿104可定位在密封导轨130的中心附近，使得切齿104在翼面110的虚线内。在其它实施例中，切齿104可定位在密封导轨130的中心附近，使得切齿104在梢部叶冠圆角122的虚线内。如图所示，第一齿150和第二齿160可稍微偏离，以便适应梢部叶冠120的总体形状。本领域技术人员应了解的是，通过减小存在于在梢部叶冠120下方的梢部叶冠圆角122中的应力，该中心定位可延长涡轮机轮叶100的寿命。该定位还为梢部叶冠120总体上提供更加对称的设计。
图4是具有梢部叶冠的涡轮机叶片的透视图，其显示利用与本发明的示范性实施例一致的中心定位切齿替代前缘或吸入侧切齿。将了解的是，在应用中存在大量的翼面，其具有位于梢部叶冠的密封导轨的吸入侧或末端上的切齿。这种切齿的悬垂质量在梢部叶冠圆角中产生过大的应力水平，这限制了部件的寿命。这种涡轮机叶片的示例是用于由Schenectady，N.Y的General Electric Company出售的“9FA+e涡轮机”的第二级中的叶片。通常，由于梢部叶冠圆角的故障的高可能性，故在一定的使用量之后这种叶片需更换。本发明建议的是，如果移除在密封导轨末端的切齿并且利用中心定位的切齿替代该切齿，则可显著地延长这种涡轮机叶片的有效寿命。
因此，如图4所示，涡轮机叶片200可包括具有密封导轨204的梢部叶冠202。在密封导轨204的吸入侧或末端处的变黑区域可表示末端定位的切齿206，该末端定位的切齿206可包括第一末端定位的切齿208和第二末端定位的切齿210。如在此所使用的，术语“末端定位的切齿”限定为包括位于梢部叶冠的密封导轨的吸入侧或压力侧处的所有切齿。与本发明的实施例一致，可移除末端定位的切齿206。可通过传统的加工工艺或其它工艺实现移除工艺。具体地，可加工该切齿206，直到在末端或吸入侧处的密封导轨204的厚度与密封导轨204的中间和/或压力侧的厚度大致一致。
切齿206移除后，可包括第一中心定位的切齿222和第二中心定位的切齿224的一个或多个中心定位的切齿220可附连到密封导轨204上。如在此所使用的，术语“中心定位的切齿”限定为包括位于密封导轨的大致中心处的切齿。中心定位的切齿220可根据传统的工艺附连，包括焊接或钎焊。如在此所使用的，通过焊接附连既包括将一个部分焊接到密封导轨上，还包括利用焊接堆焊(weld buildup)形成中心齿。如在此所使用的，通过钎焊附连既包括将一个部分钎焊到密封导轨，还包括利用钎焊堆焊(brazing buildup)形成中心齿。在某些实施例中，当从部件的前部或后部轴向地观察时，中心定位的切齿220的形状可为长方形，但是本领域技术人员将了解的是，其它形状也是可能的。一旦安装在密封导轨204上，中心定位的切齿220的外径向边缘可与密封导轨的外半径对准。从那里中心定位的切齿220可径向向内地延伸到密封导轨圆角228的大致开始位置，该密封导轨圆角228构成密封导轨204与梢部叶冠202之间的过渡圆角。通常，这意味着中心定位的切齿220向下大致延伸密封导轨204的高度的一半，如图4所示。
如上所述，中心定位的切齿220可沿密封导轨204定位，使得如果中心定位的切齿220从在梢部叶冠圆角下方的最窄点径向向外地突出，则中心定位的切齿220在翼面的内部(见图3)。在其它实施例中，中心定位的切齿220可定位在密封导轨130的中心附近，使得如果中心定位的切齿220径向向外地突出，则中心定位的切齿220在梢部叶冠圆角内(见图3)。如图4所示，第一中心定位的切齿222和第二中心定位的切齿224可略微地偏离，以便适应梢部叶冠202的总体形状。中心定位的切齿220的轴向厚度应大致等于或略小于吸入侧切齿206的轴向厚度。
通过本发明的优选实施例的上述说明，本领域技术人员将察觉改进、变化和变型。在本领域技术内的这种改进、变化和变型意图由所附权利要求所覆盖。此外，显然的是，上文仅涉及本申请的所述实施例，而在不脱离权利要求及其等同物所限定的本申请的精神和范围的情况下，可对本申请进行多种变化和变型。

Claims (10)

1.一种用于延长梢部带冠的涡轮机叶片(10)的使用寿命的方法，所述方法包括以下步骤：
将末端定位的切齿(206)从梢部叶冠(14)的密封导轨(130)上移除；和
将中心定位的切齿(220)附连到所述梢部叶冠(14)的所述密封导轨(130)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述末端定位的切齿(206)包括切齿(18)，其位于所述梢部叶冠(14)的密封导轨(16)的吸入侧和压力侧中的一个的末端处。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述中心定位的切齿(220)包括切齿(18)，其位于所述梢部叶冠(14)的密封导轨(16)的大致中心处。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于移除所述末端定位的切齿(206)包括加工所述末端定位的切齿(206)，直到所述末端定位的切齿(206)的厚度大致等于所述密封导轨(16)的其它区域的厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于附连所述中心定位的切齿(220)包括将所述中心定位的切齿(220)焊接到所述密封导轨(16)上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于附连所述中心定位的切齿(220)包括将所述中心定位的切齿(220)钎焊到所述密封导轨(16)上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于附连所述中心定位的切齿(220)包括通过焊接和钎焊中的一种方法对材料进行堆焊。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述中心定位的切齿(220)附连到所述密封导轨(16)上，使得如果所述中心定位的切齿(220)从在梢部叶冠圆角(122)下方的最窄点径向向外地突出，则所述中心定位的切齿(220)在所述翼面(110)的内部。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述中心定位的切齿(220)附连到所述密封导轨(16)上，使得如果所述中心定位的切齿(220)径向向外地突出，则所述中心定位的切齿(220)在所述梢部叶冠圆角(122)的内部。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述梢部带冠的涡轮机叶片(10)构造成在9FA+e涡轮机中运行。
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