CN88103005A - 整体式带冠叶片的成排装配工艺 - Google Patents

Abstract

提出一种方法，可以将带有整体式的，具有前平 面和后平面的叶冠的动叶片，组合成一种圆形叶片 排。一般说，前平面平行于一通过叶根中心线的轴向 径向平面；而后平面，如果使其延伸，则将与通过叶根 中心线的轴向径向平面相交并形成一角度，此角度等 于360度除以形成圆形叶片排的叶片数目。通过将 整个叶片排装配成这样，即所有的叶片中心线与榫槽 的中心线重合，可实现严格的径向安装精度，叶冠配 合表面接触良好并在切线方向上彼此压紧。

Description

一般地说，本发明涉及涡轮叶片，具体地说，涉及到涡轮的动叶片。

在涡轮中，特别在蒸汽涡轮中，在涡轮转子圆周上安装有许多排跟随涡轮盘旋转的叶片。蒸汽或燃气对叶片的作用可使涡轮转子及其上的多排叶片转动。作用在这些动叶片上的力，包括由旋转产生的离心力，将使叶片沿径向向外运动，由此将对叶片的连接结构产生比较大的作用力。对多种涡轮而言，叶片的连接结构采用枞树形的叶根结构，它是***到涡轮盘中与之相配的榫槽中的。如果叶片装配正确的话，则从根部结构两侧外伸的榫齿，对叶片固定在涡轮盘上起相等的作用，然而，如果某一叶片偏离开通过了涡轮盘榫槽中心线的涡轮盘径向线的话，则根部结构一侧的榫齿将较另一侧的榫齿承受更大的力，从而产生了潜在的过载条件。因而，希望确保各叶片各自的中心线与涡轮盘的径向线重合。

各排的动叶片在叶尖用一叶冠环连接起来，此叶冠环通常与叶片上的凸榫（它与叶片成一整体）铆接起来。此凸榫使叶片断面的形状产生突变，因而在叶冠环所产生的弯矩作用下，此凸榫将承受较大的应力，缝隙中还将集聚腐蚀产物。然而叶冠环对叶尖处的蒸汽起密封作用，还将使叶片的振动大大减少。在1985年8月6日颁发给艾伯特丁·帕廷顿等人（转让给本发明的申请人）的美国专利No.4，533，298中披露了消除涡轮叶片凸榫中的应力和腐蚀的先有技术，在此处提出供参考。

帕廷顿等人提出，将许多动叶片按圆形排列方式进行安装，各叶片有一可将叶片固定在涡轮盘上的根部，有前缘和后缘的具有翼形剖面的叶身和与叶身成一整体的叶冠，在径向方向上，叶冠位于叶片的外顶端。叶冠有一前平面和后平面，平面之一通常须安装成基本上平行于一通过叶根中心线的轴向径向平面，而另一平面如果与通过根部中心线的轴向径向平面构成一角度，其值则通常等于360度除以构成圆形叶片排的叶片数。这种涡轮叶片是由美国专利No.4，602，412披露的，此专利于1986年7月29日颁发给已转让本发明申请人的帕廷顿等人，在此处提出供参考。

为避免在涡轮叶片根部两侧作用的载荷不相等，因而对径向安装位置的要求是严格的，另外为减小全速运转时产生的振动以及在旋转传动过程中减少叶根的磨损，因而要求各叶冠紧密接触，这些都需要改变具有整体式叶冠的涡轮叶片排的装配工艺。

本发明的主要目的是提出一种整体式带冠叶片的成排装配工艺，根据这种工艺，叶片是以整排进行安装的，这样便可使所有叶片中心线与榫槽中心线重合，叶冠配合面可全面接触并在切线方向上彼此紧压。

简而言之，本发明的全部目的是实施整体式带冠叶片的成排装配工艺，此工艺包括以下步骤，即以一固定叶片作为叶片排的排首，随时检测该固定叶片的偏差以确定它偏离预定径向位置的情况，在靠近该固定叶片的位置***一封闭叶片，但不将此封闭叶片锁止在榫槽中，按顺序将其余叶片***到相应的榫槽中并锁止，使各叶片在指向该固定叶片的方向上产生预应力，将各叶片相对于其所在榫槽的径向方向上进行定位，以施加预应力的方法减小作用于固定叶片上的力，移开固定叶片以完成整个圆周的装配工作，移开封闭叶片以测定其两侧安装的叶片叶冠之间的间隙尺寸，修整封闭叶片叶冠以使间隙为压配合性质。之后将修整好的叶片***到叶槽中并锁定。从下面优选的实施例及附图的详细说明，可对本发明有更好的了解。

图1所示为安装在涡轮盘上的圆环形动叶片排的部分区段视图;图2所示为整体式带冠叶片的轴向视图;图3所示为图2所示整体式带冠叶片的径向视图;图4所示为整体式带冠叶片的切向视图;图5所示为本发明所使用的径向定位仪;图6所示为一与涡轮叶片处于操作位置时的另一种类型径向定位仪的切向视图;图7为图6所示仪表的径向视图;图8为示意地表明径向定位仪校准方法的正视图;图9所示为安装在涡轮盘上的圆形动叶片排的部分区段视图，用于说明本发明提出方法的细节。

从附图可以看出，各视图中的同一个零件，将以同一个数字表示。图1所示为安装在部分涡轮盘4中的典型涡轮叶片2环形叶片排的一部分。

正如图1、2和4所示，每个涡轮叶片2包括有一枞树形根部6，它与涡轮盘4的榫槽8的形状相对应，以使叶片2固定到涡轮盘4上。使用锁紧装置以防止叶片2的轴向移动。根部6系从叶片平台16开始。自叶片平台16径向向外伸展的为一具有翼形剖面的叶片18，它有前缘20和后缘22。根据上面提及的美国专利No.4，533，298，在径向向外处的是与叶身18连成整体的叶冠24。叶冠24有一前平面26和一后平面28。

前平面26突出于叶身18的前缘20之外，而叶身18的后缘22则实际上突出于叶冠24的后平面28之外。通常将叶冠24的***加工成圆环形，它与密封迷宫一起构成转动密封装置。

各叶片2最好安装在涡轮盘4的径向线上，更具体地说，叶片中心线32最好与涡轮盘4的半径线重合。在这种安装条件下，根部6上的每一个榫齿36均可承受涡轮工作时叶片2产生的离心力。如果有某一个叶片2安装不正确，它的根部6将承受偏离中心的力，从而使根部6某一侧面的一个或几个榫齿36承受较大的力。此增大的力可能大于根部结构的应力承受能力，因而使叶根损坏，或使固定叶根6的涡轮盘榫槽8损坏。不论由于叶根毁坏，或涡轮盘榫槽毁坏所造成的叶片飞出，都将是灾难性的，因此装配时希望确保叶片安装正确。

现参见图5～8。正如申请日为1986年9月30日，已转让给本发明申请人，而发明人是马歇尔丁·劳斯和艾伯特丁·帕廷顿的美国专利申请No.913，881所披露的径向定位仪38，已在上述图中示出供参考。图5所示为沿涡轮盘4表面所取的轴向简图，其中以虚线表示的为叶片2，还有一左手形的径向定位仪38。定位仪38是由一长形基座40和一大体上垂直于基座40的支架42构成。呈球形的第一和第二突出触点44和46，彼此隔开一定距离，安装在基座40的下表面上。球体44和46是按机械加工技术中为人熟知的技术加工出的，它提供了定位仪38和涡轮盘4之间的接触点，支承着靠近涡轮盘4的基座40，并位于与涡轮盘表面的切线基本上平行的平面上。球体44和46可以按众所周知的技术固定到基座40上，例如，钻孔、套扣并用螺栓连接起来。支架42的一端可用螺栓或焊接方法（未示出）固定在基座40上。为简化结构，基座40和支架42最好成型或加工成长杆形，它们的相对表面48，50和52，54应分别地基本平行。

支架42的下部装有一臂形件56，上面装有一球体58。臂形件是这样定位的，即当定位仪38位于测量位置时，球体58应形成第三个接触点，即与叶片平台16的表面60接触。应指出的是，叶片2的平台16是经过精密加工的，其相对于根部6的位置也是精确的，加工后的表面60平行于叶片中心线32。

在基座40和支架42的另一端，安装有第二臂形件62，上面安装有一测量仪64，其中包括有一千分表66和一可来回移动的杆件68。将臂形件62上的侧量仪64安装成这样，即当定位仪38位于测量位置时，杆件68可与叶片2的叶冠24后平面28接触。测量仪64是相对于第三接触点校准好的，这样，如果叶片2在安装时偏离了通过叶片根部中心线的涡轮盘径向线的话，则仪表的读数将不为“零”。同表面60一样，叶冠24也是叶片2的精密加工部位。

请看图8，图中示出了校准定位仪38的方法和装置。一定位仪校准支架74是由底座76和一垂直件78构成的，是用于校准千分表66零位的。底座76有一精密加工的平顶表面80，构件78安装在底座76上，形成垂直基准。将定位仪放在表面80上，并借助球体58与构件78接触而定位。根据待装配涡轮叶片2的具体设计或外形，在测量仪64的杆件68和构件78之间，可***不同厚度的垫片82。在定位仪38与构件78已接触的位置，可将仪表前盖的锁紧装置84松开，并旋动千分表66的前盖86，使指针定位在“零”读数上，然后将锁紧装置84紧固。这样便完成了定位仪38的校准工作，即完成了检查叶片2在涡轮盘4上安装准确程度的准备工作，以便以后使用。

从图5-6可了解检查叶片安装情况的方法。将定位仪38放置于靠近某一叶片2的涡轮盘4上，球体44和46则放置于涡轮盘4的表面上，以保证定位仪38与涡轮盘半径成一直线。众所周知，涡轮盘4的表面沿轴向有许多交替分布的台阶和凹槽（图6），台阶上加工有用于***叶片2根部6的榫槽8。定位仪38在使用中可安放在涡轮盘4的表面上，靠近某一待测叶片2的凹槽中，然后在涡轮盘4的表面上沿圆周移动，直至球体58与叶片平台16接触为止。为了避免在检查每个叶片2的安装情况时必须用手固定定位仪，可用一弹性绳88，即松紧绳绕在涡轮盘4周围并越过基座40。为此目的，可在基座40上安装一系栓件90，它有两个折合片以便置入松紧绳，但松紧绳可在其中滑动。当球体58与平台16接触时，如果千分表66的读数不为“零”，即表示叶片中心线32已偏离涡轮盘的半径线。如果偏差值超过容许极限时，可以更换叶片2。有关径向定位仪38的其他细节，可参见上述美国专利申请No.913，881。

图9可用于说明本发明提出的成排安装工艺。在准备工作中，需校准径向定位仪38，并将松紧绳88套在涡轮盘4上。将一固定叶片92（它通常由一标准叶片2和一例如通过焊接固定在它上面的支承板94以及用于调整叶片92径向位置的装置96组成）***到一选定的榫槽8中（如图所示为G2）。调整装置96包括一固定在支承板94上的带有螺纹的零件98，一调整螺杆100（它以螺纹旋入零件98中），还有一连接在调整螺杆100底端的可活动底部102。

如果一涡轮盘4有N个榫槽8（如图9所示为G1-GN），根据本发明提出的成排安装工艺，开始时先将固定叶片92***到榫槽G2中，并以中等紧度塞入垫片以便将一预载荷加到调整螺杆100上。已安装好的固定叶片92，不是藉助垫片或根部与榫槽的配合，而主要是通过调整装置96固持在一定位置上以防摆动。一固定叶片安装偏差测定器104（例如***到支承板94上缺口108中的一杆件106）刚性地固定在支承板94上，例如通过夹紧装置（未示出）。之后，按顺时针方向将一检测叶片110***下一个空榫槽（图8中的G6）中，这样便可在杆件106和检测叶片110之间构成一可测量的间隙112。检测叶片110藉助于装在榫槽中的垫片116塞紧。

在将固定叶片92以及它的偏差测定器104和检测叶片110安装好之后，其余的叶片，首先自一封闭叶片114开始，在10点钟或2点钟的位置处，从涡轮盘4的进气边装入。在固定叶片92，固定叶片偏差测定器104和封闭叶片114安装完毕之后;则可按逆时针方向和数序递减地绕涡轮盘安装叶片2。就是说，在安装完封闭叶片114之后，首先准备安装的叶片2是图9所示的、已***榫槽8即GN中的叶片，随后是安装GN-1，GN-2，……9，8和7，其中N表示一排叶片中最大的叶片编号，它等于每排叶片数。

通常还须安装一叶片锁紧装置，用于固定叶片2。至少用一楔形件118***到平台16凹入一侧的下方，以便在相邻的叶冠24之间形成一种金属对金属的紧密接触。然后，按上述的美国专利申请系列号No.913，881，对安装安毕的叶片2的径向位置进行测量并记录。封闭叶片114两侧的各10个叶片2向封闭叶片114倾靠。就是说，***到榫槽号为GN至GN-9中的叶片2倾靠在封闭叶片114上，而***到榫槽号为G11至G2中的叶片2也向封闭叶片114倾靠。***在榫槽号为GN-10至G12中的叶片2最好是完全不偏斜。

对固定叶片偏差测定器104和测定叶片110之间的间隙112，需周期性地进行测量、记录和进行调整，直至偏差变化可忽略为止。当叶片2已装入到榫槽G10中之后，即可将固定叶片偏差测定器104小心地移开。仍按叶片标号的减少顺序继续安装叶片，直至叶片2已安装到槽G7中为止。

在成排安装工艺末尾阶段的开始，固定叶片偏差测定器104已被移走，但固定叶片92仍在原处，叶片2已装入榫槽G1，GN，GN-1，……G-9，8和G7中。全部叶片2都装有一锁止装置，例如在上述美国专利No.4，533，298和4，602，412中披露的销子，但在榫槽G1中的封闭叶片114不需装此装置。可以用任何适宜的方法锁止封闭叶片114，其中一个方法是在申请日为1986年3月26日，已转让给本发明的申请人，发明人是威兼E。基格和朱雷克。费尔格的美国专利申请顺序号No.844，496中披露的方法，在此处提出供参考。还有，在全部叶片2处都装有一个或几个楔形件118，将它们插在叶片平台16下方和轮缘榫齿顶部之间叶片2的凹入侧，这样便可将各叶冠24推向固定叶片92的叶冠24。

如图9所示，安装在榫槽GN和G7中的叶片2的径向位置必须在进行收尾工艺开始之前予以检验并作记录。之后须对***榫槽G7和G1中之叶片2的叶冠24之间的间隙以任一种适宜的方法进行测量。从***榫槽GN/2（也就是说，榫槽8的标号等于一排叶片中全部榫槽数的一半）中的叶片2开始，然后向固定叶片92的方向进行，每次一个地将各楔形件118从平台16的凹侧移至凸侧，这样便可使该排的各半数叶片2向***在榫槽GN/2中的叶片2偏斜，同时偏离封闭叶片114。这样便减小了作用于固定叶片92上的力并使叶冠24靠紧，从而便可移开固定叶片92。当将半排叶片2（（即自***到榫槽GN/2中的叶片2开始，至***到榫槽GN中的叶片2为止）以及榫槽G1中的叶片2的楔形件118换向之后，便可将固定叶片92移走。

由于楔形件118在该排的半数叶片中换了向，并取走了固定叶片92，故可将***榫槽GN和G7中的叶片2所产生的径向位置的任何变化检测出来。然后，可按上述步骤将叶片2在榫槽G6，G5，G4和G3中装配好。

封闭叶片的过盈可使其两侧的叶片2偏离开封闭叶片114。可以假定，***榫槽GN至GN-9中的叶片2，在正方向上，径向位置的变化值为I/2，此处I为过盈，而***榫槽G2至G11中的叶片2，在负方向上的径向位置变化值为I/2。此后，便能确定不使封闭叶片114两侧各10个叶片中的任一个超过径向位置容差的最大过盈I。然后将***榫槽G1中的叶片移走，以便将叶片2暂时***榫槽G2中。然而，在将叶片2***榫槽G2之前，必须确定出为***叶片2到榫槽G1和G2中而需去掉的叶冠总长度。就是说，根据所测定的封闭叶片114的叶冠长度，以及用于***封闭叶片114的开口，则***榫槽G1和G2中的叶片2所应去掉的叶冠总长度等于封闭叶片叶冠长度减去放入封闭叶片的开口和最大过盈。***榫槽G2中的叶片2须去掉的叶冠总长度，应该基本上等于应去掉的叶冠总长度的一半。这之后，测量出***榫槽G2中的叶片2的尺寸，并将其装入榫槽G2。再次测量***封闭叶片的开口，并去掉适当量的叶冠长度，利用已***榫槽G2和GN中的叶片2之间的所余间隙，借助于螺栓扩展器（未示出）将开口予以撑开，再将经过修整的封闭叶片114装配好。在将封闭叶片114锁定之后，必须将全部楔形件118取下。之后，可对排列成圆形的叶片2的叶冠24***表面进行适当加工，使之成为一圆柱形表面，此表面即可与迷宫式密封装置构成旋转密封。

上述的全部装配工艺包括准备阶段，成排装配的起始阶段，典型的叶片装配阶段，成排装配收尾阶段以及锁止封闭叶片阶段。详情请见西屋电气公司的“整体式带冠叶片的装配”，编号为80308LV（修正版1）的工艺说明书（Fed.Code    8857）。理想的情况是，在装配完全部叶片后，其径向中心线与榫槽的中心线全部重合，叶冠配合面全部接触，并沿切向彼此压紧。这样，在涡轮工作时，叶片根据即可处于合宜的位置，同时，在涡轮盘的传动机构工作时，叶片的活动程度可减少。很明显，根据上述说明，可产生多种本发明的变型和不同的方案。因而可以理解，在权利要求书的范畴内，本发明还可作出一些修改。

Claims (2)

1、一种以成排方式将涡轮叶片(2)装配到涡轮盘(4)上的方法，该涡轮盘有一进气侧和一排气侧，上面加工有N个榫槽(8)，此榫槽(8)沿涡轮盘(4)的纵向贯通，沿其圆周，在等半径处均匀分布，***其中的每一个涡轮叶片(2)都有一根部(6)，它与相应的榫槽(8)相配合，自根部(6)沿径向向外伸展的叶身(18)被一平台(16)使之与叶根隔开，该平台有一凹入侧和一凸出侧，可在凹入侧用一种方法将叶片锁定在涡轮盘上，沿叶身(18)径向方向的外端为一与叶身成一体的叶冠(24)，其特征是包括以下诸步骤：将叶片(92)自被选定的那一排涡轮盘(4)的进气侧，***一选定的榫槽(8)中，叶片上刚性地固定有一板形件(94)，所述选定的榫槽(8)包括第2号榫槽，上述板形件(94)所跨越的距离，基本上是两个榫槽(8)分隔开的距离；自上述榫槽处按顺时针方向将一垫片(116)***所述选定榫槽(8)中之叶片(92)根部(6)的底部；将一检测叶片(110)在其所在榫槽中以垫片塞紧；测定所述板形件(94)和所述检测叶片(110)的间距；自涡轮盘(4)的进气侧，按顺序将一个叶片(2)***邻近的次一个榫槽(8)中；在叶片(2)平台(16)下方的凹入一侧，至少***一个楔形件(118)；所述***的至少一个楔形件(118)可使叶片(2)的叶冠(24)之间产生预期的接触状态，所述***的至少一个楔形件(118)可使叶片(2)的叶冠(24)和其沿时针方向的次一个叶片(2)的叶冠(24)之间产生预期的接触状态；将***所述榫槽中的叶片(2)的径向位置记录下来；测量***在所述榫槽中的叶片(2)之间的间隙；将***所述叶片(2)平台(16)凹入侧底部的楔形件移去；将固定有所述板形件(94)的叶片(92)从其所在榫槽中移去；检测叶片径向位置的任何变化；确定***所述榫槽中叶片(2)的叶冠必须去掉的总长度以构成压配合；修整准备***所述榫槽中的各个叶片(2)的叶冠，以使它们的长度在组合之后基本上使叶冠形成压配合；将所述经过修整的叶片(2)***所述榫槽中；锁止***所述榫槽中的叶片(2)；将各个所述楔形件(118)移走以形成形状均一的叶冠组合体。

2、根据权利要求1提出的方法，其特征是从进气侧***的垫片116是首先***的，而从榫槽No.2（即按顺时针方向靠近所述选定榫槽的下一个榫槽）开始是楔入的，随后7个叶片按顺序安装在另一侧，也是楔入的，以确定需去掉的叶冠长度。

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