高温蒸汽涡轮的减轻重量控制级 【发明领域】
本发明涉及一种高温蒸汽涡轮的控制级，尤其涉及在叶片翼面内具有内部空腔以减轻叶片重量和涡轮转子蠕变损坏的控制级叶片。
背景技术
蒸汽涡轮的控制级，即控制阀门和蒸汽入口的涡轮下游的第一级在控制级叶片会产生异常的载荷。通常，有4个蒸汽进入控制级的入口，每个入口有一个控制阀。这些入口一般以1/4圆周分布。因此，蒸汽流过部分弧段并从而不均匀地作用于第一级叶片翼面。由于这种异常不均匀的流动从而作用于控制级不均匀的载荷以及长期在高温下工作，涡轮转子，尤其在叶片与转子的接合部可能并就发生蠕变损坏。
通常，叶片用鸠尾榫固定于转子。例如，叶片可具有轴向延伸的第一和第二鸠尾榫。转子上的相间的鸠尾榫被容纳于第一和第二叶片鸠尾榫之间。其余的转子鸠尾榫容纳于其次相邻叶片的叶片鸠尾榫之间。通常，转子由不具有为叶片所特有的蠕变或断裂强度地高蠕变或断裂强度的材料制成，因此蠕变损坏可能和就发生在转子鸠尾榫周围。按常规，叶片与转子的鸠尾榫相互固定是通过将轴向延伸的防护销(Crsh Pins)插入在叶片和转子鸠尾榫两者形成的孔而实现的。业已证明在鸠尾榫的销孔周围尤其在转子鸠尾榫的颈部有蠕变变形。故有必要控制在这些区域的载荷及应力以便防止蠕变变形而在转子鸠尾榫形成扩展的裂纹。
发明概述
按本发明所提出的情况，每个叶片的翼面都设有一个借以减轻叶片重量并从而减轻工作期间作用于于转子离心载荷的内部空腔。更详细地说，叶片重量的减轻也减轻了涡轮转子长期受离心及高温载荷作用期间转子鸠尾榫的蠕变变形。特别是，叶片的内部空腔伸过叶片平台并基本上贯穿翼面的整个长度，终止于接近翼面顶端。该空腔闭合于翼面顶端附近并在平台处留有开口。该空腔一般可具有与翼面的外型面相应的翼面形内表面，适当的考虑翼面具有必要的强度。然而，该空腔可以另外成形。由于减轻了叶片的重量从而减小或消除了转子鸠尾榫的长期蠕变损坏。
在按本发明的优先实施例中，为蒸汽涡轮提供的一种减轻重量的控制级包括一种具有一个翼面，一个平台及用以安装叶片到相应形成的转子鸠尾榫的第一鸠尾榫的蒸汽涡轮叶片，该翼面具有一个能减轻叶片重量以减少沿转子鸠尾榫蠕变损坏的延伸于平台到翼面顶端附近的内部空腔。
在按本发明的另一个优先实施例中，为蒸汽涡轮提供的一种减轻重量的控制级包括一个具有多个径向伸出转子轮缘外并通常轴向延伸的鸠尾榫的转子，多个叶片，每个叶片具有一个翼面，一个平台和径向向平台内伸入并限定用以容纳一个转子鸠尾榫的通常轴向延伸的空间的第一和第二鸠尾榫。每个翼面具有一个能减轻叶片重量以减少沿第一和第二叶片鸠尾榫之间的转子鸠尾榫蠕变损坏的延伸于穿过平台到翼面顶端附近的内部空腔。
附图简述
图1是一个带有固定于其上的叶片的部分转子的透视图；
图2是图示插入一个在叶片翼面内形成空腔的工具的叶片下侧透视图；
图3是类似于图2的图示在形成空腔后平台上开口的视图；
图4是图示在蒸汽涡轮翼面内空腔的通过翼面中点的剖面图；和
图5是图示空腔在翼面内延伸的叶片翼面部的正视图。
本发明的详细说明
现参看附图，尤其参看附图1，图示了包括一个转子12和多个叶片14的蒸汽涡轮控制级的一部分，通常由10所指。每个叶片14包括一个外圈16，一个内圈或平台18，一个或多个最好一对径向向内延伸的鸠尾榫20及一个翼面24。该鸠尾榫20沿轴向延伸并在圆周方向一个与另一个相互间隔。转子12包括多个一般相应成形的同样沿轴向延伸的鸠尾榫22。叶片14上的轴向延伸的鸠尾榫20被轴向地插到转子的轮缘上，鸠尾榫20跨于转子12上相间的鸠尾榫22上。相邻叶片的在圆周上相邻的鸠尾榫20同样跨于转子的相邻鸠尾榫22上。人们将会意识到形成转子的材料典型地具有比形成叶片的材料减小的蠕变或断裂强度。例如转子可由铬钒合金(chrome molly vanadium)形成而叶片可由铬形成。因此，蠕变损坏可能发生于转子鸠尾榫22，尤其于鸠尾榫22的颈部。蠕变损坏可能导致转子鸠尾榫破裂。
为了减小或消除涡轮转子在高温及高离心载荷作用下长时间工作的蠕变损坏，蒸汽涡轮叶片14要使其翼面24减轻重量。为此，在翼面24内形成空腔。例如，参见图4和5，在翼面24内形成一个空腔26。如图所示，空腔26通向平台18中形成的孔28，并终止于不到翼面24的顶端30。虽然，空腔26不需要有任何特殊的形状，但一般，最好该空腔可具有与翼面24的外型面相应的翼面形状，如图4所示。
为了在翼面内形成空腔26，可用放电加工(EDM)或电化学加工(ECM)的方法将翼面掏空。例如，一种EDM工具32(图2)可用于叶片鸠尾榫20之间平台18的下侧以形成穿过平台18的孔28。再用穿过平台的孔28的EDM工具32插入而掏空翼面24的内部。在翼面内形成内部空腔的结果，使叶片的重量明显减轻。人们将会意识到要保持翼面预定的壁厚以使翼面具有适当的强度。
参看图1，叶片以一种简便的形式固定于转子。即，叶片在轴向可滑动地啮合并跨于转子轮缘上相间的鸠尾榫22上。其余的转子鸠尾榫配置于相邻叶片的相邻鸠尾榫之间。为相互固定转子和叶片鸠尾榫，例如用铰刀在叶片已轴向插到转子上后在叶片和转子的相邻鸠尾榫之间铰成圆柱孔。然后，将销孔36以很紧或紧配合公差插入所铰的孔中以便与孔形成很好的配合。因此，叶片基本上被钉入转子轮缘中在叶片和转子轮缘间几乎没有或没有相对运动。由于部分弧度加载，这种销子连接减少了叶片与转子间任何可能的磨损和微振磨损。用这种结构，人们将会意识到穿过平台18的孔28与转子轮缘上间隔的鸠尾榫22相对。用这种结构，蒸气可进入空腔26。然而，因为每个空腔没有蒸气出口，进入空腔的蒸气对涡轮工作是不重要的。
根据以上说明，人们会意识到由于每个叶片都去除了许多材料质量，即在每个叶片的翼面及平台内掏空形成空腔26从而减轻了叶片的重量。这就减小了使用在转子轮缘尤其在转子轮缘鸠尾榫22的减小的颈部的离心载荷。因此，减小了转子鸠尾榫22颈部附近的蠕变载荷。在一个特殊的优先实施例中，蒸汽涡轮的每个控制级叶片在重量和体积上与没有如本发明所述的在其中形成内部空腔的相同叶片相比都减小了。尤其，控制级叶片的重量减轻达约10％。这样的减轻重量明显地减小了在转子上的离心载荷。每个控制级叶片的体积同样减小达约10％。这在第一级叶片发生非均匀流或部分弧度流的蒸汽涡轮的控制级中尤其明显。这种基本上是脉动的流动增加了增大蠕变变形的可能，这些变形大于通过减轻能减小或消除蠕变变形损坏的叶片重量的弥补。
虽然就目前认为是最实际和优先的实施说明了本发明，但应当理解本发明不限于公开的实施例，相反，要涵盖在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改及等同结构。
控制级 10
转子 12
多个叶片 14
外圈 16
内圈或平台 18
鸠尾榫 20，22
翼面 24
空腔 26
孔 28
顶端 30
EDM工具 32
销子 36