裝配型噴嘴隔板的制作方法

專利名稱：裝配型噴嘴隔板的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于蒸汽輪機的裝配型噴嘴隔板，以及一種裝 配噴嘴隔板的方法。
背景技術：
一般常會用到所謂的軸流蒸汽渦輪，具有大功率并包括沿著蒸汽 流方向布置的多級，每一級包括渦輪噴嘴(渦輪靜止(定子)葉片) 和渦輪移動或可動(轉子)葉片的組合。該軸流蒸汽渦輪粗略地分為反作用型和推動型。推動型蒸汽渦輪利用每個渦輪噴嘴致使蒸汽熱能做更多的膨脹 功，在膨脹功后使用每個渦輪移動葉片將蒸汽轉化為偏轉流，并且引 導所產生的偏轉流到下 一 級。在轉化蒸汽的大部分熱能為動能的渦輪噴嘴內，在渦輪噴嘴的蒸 汽入口和蒸汽出口之間出現大的壓力差。為了對付該壓力差，因此渦 輪噴嘴采用了如圖24所示的隔板結構。如圖24所示的渦輪噴嘴的隔板結構組成如下。環體1在水平接 頭表面2分成兩部分，以環柱布置的噴嘴葉片(噴嘴板)3的兩端被 隔板外環4和隔板內環5支撐，并且在朝向渦輪軸(未示出)的隔板內環5的內周提供有汽封安裝槽6。而且，該渦輪噴嘴為所謂的焊接型渦輪噴嘴，其中當噴嘴葉片3 連接到隔板外環4和隔板內環5時，噴嘴葉片3通過焊接部分8a和 8b穿過磨損板7a和7b分別固定安裝在隔板外環4和隔板內環5上， 如圖25所示。另一方面，如圖30所示的將蒸汽流在入口分成左側流和右側流 的所謂的逆流(雙流)渦輪，當第一分流噴嘴葉片49和第二分流噴 嘴葉片50的頂部側被第一分流隔板外環52和第二分流隔板外環53 分別支撐時，第一和第二分流噴嘴葉片49和50通過焊接部分54a和 54b固定連接在第一和第二分流隔才反外環52和53上，并且第一和第 二分流噴嘴葉片49和50的底部使用在第一和第二分流噴嘴葉片49 和50之間共用的共用隔板內環51通過焊接部分54c和54d分別固定。如圖25所示的焊接型渦輪噴嘴已經長時間應用并且已經給出實 際效果。然而，由于國際竟爭已經日趨激烈，對于渦輪噴嘴市場需求 更加嚴格地提高性能和降低成本。針對這種需求， 一直認為不重要的 下述內容構成了要考慮或解決的重要內容或問題。(l)關于性能對于焊接型渦輪噴嘴，由于焊接變形而產生的 制造差錯所導致的性能變壞。焊接變形的最嚴重效果為蒸汽路徑內外直徑分別與設計直徑的 偏差。例如如圖26所示，即使渦輪噴嘴設計為所謂的無重疊(階) 狀態，其中葉片根部(葉片基部)10和葉片頂部(頂端部)11都線 性制成，由于焊接變形作用，葉片根部IO和葉片頂部11都相對于設 計值實際上具有正(+ )或負(-)重疊，它們分別的參考位置如圖 27所示。通過基于正或負重疊的實驗已經證實了渦l侖分級效率，發現如果 正或負重疊較大，渦輪分級效率變壞更高。由于此原因，即使通過反 復試^r發現了減小焊接變形的方法，該方法天生地具有它的局限，長時間使用該渦輪噴嘴的結果是經常會再次出現大的正或負重疊。而且，已經引入了所謂的補償設計概念，其中在假定出現負重疊進行設計的時候，無尺寸重疊的設計位置設定在箭頭AR指示的正位 置，以便在操作渦輪噴嘴的過程中試著保持渦輪分級效率處在最大值 (Mmax)。然而，該方法也天生地具有它的局限。(2)關于成本由于有許多焊接步驟，難于實現降低成本。圖29以圓形圖的形式示出了一個焊接型渦輪噴嘴實例的制造成 本組成比率。在圖29的實例中，焊接成本達到整個制造成本的約38 %。因此，即使試圖有效降低材料成本和加工成本，對于成本降低也 有一個限制。另外，由于難于100%實現機械化和自動化焊接，因此 難于降低焊接成本自身。本發明在這些環境條件下獲得。本發明的一個目的是改變從而簡 化渦輪噴嘴結構，并且提供能夠易于裝配而不用執行焊接操作的裝配 型噴嘴隔板以及裝配這種噴嘴隔板的方法。發明內容根據本發明獲得上述目的的裝配型噴嘴隔板，包括隔板外環， 具有朝向內徑側開口并在隔板外環內圓周方向上是連續的溝槽；隔板內環，具有朝向外徑側開口并在隔板內環外圓周方向上是連續的溝 槽；以及噴嘴葉片，具有位于一端的用于隔板外環的插入部分并且具 有位于另 一端的用于隔板內環的插入部分，其中朝向隔板外環內徑側 開口的所述溝槽和噴嘴葉片的所述隔板外環插入部分成形為僅僅在 溝槽和隔板外環插入部分中每一個的圓周方向上相互裝入，并且朝向 隔板內環外徑側開口的所述溝槽和噴嘴葉片的所述隔板內環插入部 分成形為僅僅在溝槽和隔板內環插入部分中每一個的圓周方向和徑 向之一上相互裝入。在本發明上述方面的優選實施例中，朝向液體(蒸汽)流的隔板外環插入部分的上游側表面通過凸起彎曲部分和連著凸起彎曲部分 的臺階塊部分相結合制成，并且凸起彎曲部分和臺階塊部分在圓周方 向上延伸。另外，隔板內環插入部分可以具有在中間位置形成的凸柱狀件， 并且該凸柱狀件可以在圓周方向延伸。所述隔板外環具有在圓周方向上形成的帽狀槽，該帽狀槽在進口 處包括凸起的彎曲部分。而且，所述隔;仗內環可以具有在圓周方向形成的凹槽。在隔板外環插入部分和隔才反外環之間的安裝間隙i殳定在0.03到 0.12毫米的范圍內。在隔板外環插入部分和隔板外環之間設定在0.03到0.12毫米范 圍內的安裝間隙是在位于隔片反外環插入部分頭部側并平行于液體流 的表面與隔板外環之間的間隙和位于隔板外環插入部分上游側表面 且在徑向上的表面與隔板外環之間的間隙當中的至少一個。在隔板內環插入部分和隔板內環之間的安裝間隙設定在0.03到 0.12毫米的范圍內。在隔板內環插入部分和隔板內環之間設定在0.03到0.12毫米范 圍內的安裝間隙是在徑向上在隔板內環插入部分的柱狀件表面與隔 4反內環之間的間隙。而且，隔板外環插入部分可以通過在朝向液體流的上游側表面和供的臺階塊部分連著各個凸起彎曲部分，并且提供的凸起底座部分連 著各個臺階塊部分。所述隔板外環插入部分通過朝向徑向的柱狀件和連著柱狀件的 所述凸起底座部分相結合而構成。其表面朝向液體流的隔4反外環插入部分的上游側表面可以通過 凸起的彎曲部分、連著該彎曲部分的臺階塊部分以及連著該塊部分的凸起底座部分相結合而形成，并且環部件連接在該塊部分上，并且在 該隔板外環提供有固定裝置以便施加壓力到隔板外環插入部分。朝向液體流的隔板外環插入部分的上游表面可以通過凸起的彎 曲部分、連著該彎曲部分的臺階塊部分以及連著該塊部分的凸起底座 部分相結合而形成，并且在隔板外環插入部分裝入隔板外環的安裝表 面上提供有振動阻止件。該振動阻止件提供有位于隔板外環插入部分頭部側并平行于液 體流的表面與隔板外環之間的間隙和位于隔板外環插入部分上游側 表面且在徑向上的表面與隔板外環之間的間隙當中的至少一個。可以在位于隔板外環插入部分頭部側的上游側表面的角部提供 該才展動阻止件。另夕卜，每個都被隔板外環和隔板內環支撐的多個噴嘴葉片可以沿 著要分開的液體流在逆流位置布置，并且布置在逆流位置的多個噴嘴 葉片可以被單個隔板內環支撐。另 一方面，每個都被隔板外環和隔板內環支撐的多個噴嘴葉片可 以沿著要分開的液體流在逆流位置布置，并且布置在逆流位置的多個 噴嘴葉片中每一個的隔板外環插入部分可以被單個隔板內環支撐。而且在本發明的另一方面中，上述目的也能夠通過提供下述的裝配型噴嘴隔板而獲得，該噴嘴隔板包括隔板外環，具有沿著隔板外 環內圓周方向在徑向上連續朝向內側開口的內溝槽；以及噴嘴葉片， 具有位于一端的用于隔板外環的外環插入部分以及在另一端與噴嘴 葉片整體形成的內圓周側部件，其中由噴嘴葉片的內圓周側部件形成 隔才反內玉不。該隔板外環可以包括位于隔^1外環插入部分裝入隔板外環的安 裝表面上的振動阻止件。而且，上述目的也能夠通過提供下述的裝配型噴嘴隔板而獲得，該噴嘴隔板包括隔板外環，具有朝向內徑側開口并在隔板外環內圓 周方向上是連續的溝槽；以及噴嘴葉片，具有位于一端的用于隔板外 環的插入部分和位于另 一端的隔板內環，其中在該隔板內環內插入一 塊板。而且進一方面，上述目的也能夠通過提供裝配噴嘴隔板的方法而 獲得，該噴嘴隔板包括具有朝向內徑側開口的溝槽并在隔板外環內圓 周方向上是連續的隔板外環、具有朝向外徑側開口的溝槽并在隔板內 環外圓周方向上是連續的隔板內環、以及具有位于一端的用于隔板外 環的插入部分和位于另 一端的用于隔板內環的插入部分的噴嘴葉片， 該方法的特征在于包括如下步驟加工隔板外環以使其在水平接頭表 面位置基本上以180度對半分成隔板外環上半部分和隔板外環下半部 分，從而制成環體的隔板外環；加工隔板內環以使其在水平接頭表面 位置基本上以180度對半分成隔板內環上半部分和隔板內環下半部 分，從而制成環體的隔板內環；從隔板外環上半部分和隔板外環下半 部分之一的水平接頭表面朝向隔板外環上半部分和隔板外環下半部 分另一個的水平接頭表面安裝噴嘴葉片的所述隔板外環插入部分，以 便在圓周方向順序地——插入預定數量的噴嘴葉片；在所述一個半部 分的水平接頭表面上和在所述另一個半部分的水平接頭表面上通過 制動件分別固定所述多個插入的噴嘴葉片；從內環插入部分的內徑方 向將隔板內環上半部分和隔板內環下半部分插入噴嘴葉片的內環插 入部分；在插入的隔板內環上半部分的水平接頭表面上和在插入的隔 板內環下半部分的水平接頭表面上通過制動件分別固定所述多個插 入的噴嘴葉片；以及在各個水平接頭表面上將隔板內環上半部分及與 預定數量的噴嘴葉片結合的隔板外環上半部分固定到隔板內環下半 部分及與預定數量的噴嘴葉片結合的隔板外環下半部分。在該噴嘴隔板裝配方法中，在隔板外環插入部分和隔板外環之間 的安裝間隙設定在0.03到0.12毫米范圍內。另外，在隔板外環插入部分和隔板外環之間設定在0.03到0.12毫米范圍內的安裝間隙是在位于隔板外環插入部分頭部側并平行于 液體流的表面與隔板外環之間的間隙和位于隔^反外環插入部分上游而且在隔^反內環插入部分和隔^反內環之間的安裝間隙設定在0.03到0.12毫米的范圍內。在隔板內環插入部分和隔板內環之間設定在0.03到0.12毫米范 圍內的安裝間隙存在于隔板內環插入部分的柱狀件的徑向上。根據本發明具有上述特征的裝配型噴嘴隔板能夠運用了簡單的 裝配結構，其中在噴嘴葉片一端提供的隔板外環插入部分裝入隔板外 環并且在噴嘴葉片另一端提供的隔板內環插入部分裝入隔板內環。因 此根據本發明的裝配型噴嘴隔板用于例如蒸汽渦輪時，蒸汽路徑的路 徑寬度能夠精確地保持在設計尺寸并且能夠操作該渦輪噴嘴具有更 高的渦輪分級效率。另外，根據本發明的噴嘴隔板裝配方法，噴嘴葉片能夠相對于隔 板內環和外環自由移動。因此，即使在操作蒸汽渦輪的過程中噴嘴葉 片發生例如裂縫這樣的損傷，僅僅更換發生損傷等的噴嘴葉片就足夠 了。從而不同于傳統技術，不必更換整個隔板，因此能夠進一步減少 更換操作。


圖1示出了根據本發明第一實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖2示出從圖1所示的隔板外環和隔板內環中拔出的噴嘴葉片。圖3是圖2所示的噴嘴葉片從噴嘴葉片前邊緣看的斜視透視圖。圖4示出從圖1所示的噴嘴葉片中拔出的隔板外環。圖5是沿著圖4中所示的V-V線的截面圖。圖6示出從圖l所示的噴嘴葉片中拔出的隔板內環。圖7是沿著圖6中所示的vn-vn線的截面圖。 圖8是一個透視圖，示出了多個噴嘴葉片裝在一起的狀態。圖9示出隔板外環和隔板內環的水平接頭表面。圖10示出隔板外環和隔板內環的水平接頭表面的一個改進實例。圖11示出根據本發明第二實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖12示出根據本發明第三實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖13示出根據本發明第四實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖14示出根據本發明第五實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖15示出根據本發明第六實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖16示出根據本發明第七實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖17示出根據本發明第八實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖18示出才艮據本發明第九實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖19示出根據本發明第十實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖20示出根據本發明第十一 實施例的裝配型噴嘴隔板的截面圖。圖21是一個流程圖，示出了根據本發明第一到第二實施例的裝 配型噴嘴隔板的裝配程序的步驟。圖22是一個流程圖，示出了根據本發明第四實施例的裝配型噴 嘴隔板的裝配程序步驟。圖23是一個流程圖，示出了根據本發明第五到第七實施例的裝 配型噴嘴隔板的裝配程序步驟。圖24是一個透視圖，示出了一個分成一半的傳統噴嘴隔板。圖25示出了一個傳統的焊接型噴嘴隔板。圖26是一個示意圖，用于說明蒸汽路徑的設計路徑寬度。圖27是一個示意圖，用于說明蒸汽路徑的實際路徑寬度。圖28是一個圖表，示出了由于蒸汽路徑寬度重疊波動而產生的 渦輪分級效率的波動。圖29是一個圓形圖，示出了傳統渦輪噴嘴生產成本的細節內容。圖30示出了傳統焊接型和逆流(雙流)型噴嘴隔板。圖31是一個具有裝配型噴嘴隔板的軸流式渦輪的縱斷面簡圖。
具體實施方式
下面將通過在圖上標注的參考數字并參照附圖來描述本發明的 裝配型噴嘴隔板及裝配方法的實施例。在各實施例中，裝配型噴嘴隔 板應用于蒸汽渦輪中。圖中的參考標記ST代表蒸汽渦輪內的蒸汽流。圖31示出了具有裝配型噴嘴隔板的軸流式蒸汽渦輪100的多級。 每個噴嘴葉片104連接到隔板外環102以及隔板內環103上，從而形 成噴嘴葉片流動通道，其中隔板外環102連接到渦輪殼體101上。多 個渦輪移動(轉子)葉片106布置在該噴嘴葉片流動路徑下游。該移 動葉片106在圓周方向上以預定間隔在轉子輪105外周上建造或裝 配，并且阻止工作液體泄漏的蓋107連接在每個移動葉片106的外周 端。在圖31中，液體也即蒸汽ST,從蒸汽渦輪右方(上游側)到左 方(下游側)流動。而且，應當指出在各個實施例中，當根據本發明 的裝配型噴嘴隔板應用到蒸汽渦輪上的時候，裝配型噴嘴隔板的組成 元件在圖31所示位置提供，即使并沒有詳細說明。圖1是根據本發明的裝配型噴嘴隔板的第一實施例的正視圖。該實施例的裝配型噴嘴隔板組成為兩端分別包括隔板外環插入 部分12及隔板內環插入部分13的噴嘴葉片(噴嘴板)14、與隔板外 環插入部分12相適配并且支撐噴嘴葉片(噴嘴板)14頭部的隔板外 環15、以及與隔板內環插入部分13相適配并且支撐噴嘴葉片(噴嘴 板)14底部的隔板內環16。如圖2和3所示，通過精密鑄造或者通過才幾床加工從噴嘴葉片元 件上整體切削，而使隔板外環插入部分12與噴嘴葉片14形成在一起。 在該裝配型噴嘴隔板安裝在蒸汽渦輪上的情況下，朝向蒸汽ST流的 噴嘴外環插入部分12的上游側表面部分19整體上被制成凸起的。該 上游側表面部分19制成為環塊體，其中該環塊體包括彎曲部分17和 以臺階形式制成的塊部分18,并且該上游側表面部分19在圓周方向 上(在相對蒸汽流垂直的平面上移動葉片旋轉方向)延伸。而且，類似于如圖2和3所示的隔板外環插入部分12,通過精密 鑄造或者通過機床加工從噴嘴葉片元件上整體切削，隔板內環插入部 分13與噴嘴葉片14形成在一起。隔板內環插入部分13在中間部分 包括凸起的柱狀件20，并且該柱狀件20制成在圓周方向上延伸的環 塊體。如圖4所示，安裝隔板外環插入部分12的隔板外環15被制成環 體，并且在水平接頭表面HJS1上對半分為外環上半部分21和外環下 半部分22。分成兩半的隔板外環15包括在帽或帽形溝槽23入口處的 凸起彎曲部分24，并且該彎曲部分24施加壓力到隔板外環插入部分 12的臺階塊部分18上同時結合并支撐隔板外環插入部分12的彎曲部 分17。也即，提供了隔板外環15的帽形溝槽23和彎曲部分24使得僅 僅在水平接頭表面HJS1上將噴嘴葉片14的隔板外環插入部分12安 裝到并插入隔板外環15內，而在其它區域噴嘴葉片14不能插入隔板 外環15內。當隔板外環插入部分12成功地在隔板外環15內形成的帽形溝槽 23內安裝并且隔板外環插入部分12在隔板外環15整個圓周上布置 時，隔板外環15的外環上半部分21和外環下半部分22隨后通過螺 栓25a和25b固定，這一點如圖4所示。隔^1外環15與殼體(未示 出)結合并通過殼體支撐。如圖6所示，安裝隔玲反內環插入部分13的隔板內環16被制成環體，并且在水平接頭表面HJS2上對半分為內環上半部分26和內環下 半部分27，類似于隔板外環15。如圖7所示，分成兩半的隔板內環 16包括位于頭部側(外徑側)的凹槽28以及位于底部側(內徑側) 的汽封溝槽29。隔板內環插入部分13安裝在位于頭部側的凹槽28 內，汽封30安裝在汽封溝槽29內，并且內環上半部分26和內環下 半部分27隨后通過鍵(未示出)連接在一起，這一點如圖6所示。也即，裝配型噴嘴隔板具有的結構為噴嘴葉片14的隔板內環 插入部分13通過簡單的凹槽28與簡單的凸起柱狀件20結合而安裝 到隔板內環16上。因此，沒有必要在圓周方向從水平接頭表面HJS2 移動隔壽反內環16，從而成功地將噴嘴葉片14的隔板內環插入部分13 插入隔板內環16，并且隔板內環插入部分13從內徑方向(圖7中從 向下方向到向上方向)能夠簡單地被插入進去。另夕卜，當隔板外環插入部分12和隔板內環插入部分13分別安裝 進入隔板外環15和隔板內環16內之后，制動件31a和31b在水平接 頭表面HJS1和HJS2上分別安裝在隔板外環15及隔板外環插入部分 12上，同時也安裝在隔^反內環16及隔板內環插入部分16上，如圖9 所示，其中都分成兩半的隔板外環15與隔^1內環16的外環和內環上 半部分21和26以及外環和內環下半部分22和27相互之間分別固定 連接。隔板外環插入部分12到隔板外環15的固定以及隔板內環插入 部分13到隔板內環16的固定可以例如分別-使用緊固件32a和32b而 完成，這一點如圖IO所示。在該實施例中，對于每個噴嘴葉片4進行隔板外環插入部分12 到隔4反外環15的安裝以及隔板內環插入部分13到隔板內環16的安 裝。然而，本發明并不限于該實施例。例如如圖8所示，可以提供噴 嘴隔板塊體33,它與多個噴嘴葉片14例如三個噴嘴葉片一起彎曲并 且使得噴嘴葉片14被隔板外環15和隔板內環16支撐。在隔板外環插入部分12安裝到隔板外環15的情況下，最大程度 上優選設定安裝到隔板外環15的隔板外環插入部分12的安裝尺寸處在一個范圍內，其中在蒸汽ST流動方向沿著隔板外環插入部分12的 頭部側表面形成0.03到0.12毫米的間隔，并且在徑向側(正交于蒸 汽ST流動方向的一側)在臺階塊部分18的表面形成0.03到0.12毫 米的間隙，這一點如圖1所示。另 一方面，在隔板內環插入部分13安裝到隔壽反內環16的情況下， 最大程度上優選設定安裝到隔板內環16的隔板內環插入部分13的安 裝尺寸處在一個范圍內，其中在隔板內環插入部分13的柱狀件20的 徑向側(正交于蒸汽ST流動方向的一側)形成0.03到0.12毫米的間 隔，這一點如圖1所示。設定隔板外環插入部分12安裝到隔板外環15與隔板內環插入部 分13安裝到隔板內環16的每個安裝尺寸處于0.03-0.12毫米范圍內 是基于這樣一個事實如果它們設定為0.03或者更小，隔板外環和內 環插入部分12和13不能與隔板外環和內環15和16手工裝配，以及 如果它們超過0.12毫米，在操作過程中會產生游隙并且該裝配型噴嘴 隔板發生振動。FEM (有限元方法)分析、實-驗測試或者類似方法也 證實了這些安裝尺寸為最合適的尺寸。從上述已經明白，根據該實施例，在噴嘴葉片(噴嘴板)14 一端 設置有隔板外環插入部分12，其中在另一端設置有隔板內環插入部分 13，在隔板外環15設置有可安裝隔板外環插入部分12的溝槽23，以 及在隔并反內環16設置有隔板內環插入部分13進行安裝的溝槽28,由 此能夠提供簡單的裝配結構，不再需要用來將隔板外環插入部分12 和隔板內環插入部分13焊接到各個溝槽23和28上的焊接操作。因 此，在渦輪噴嘴裝配過程中，蒸汽路徑34能夠保持在設計尺寸并且 該渦輪噴嘴能夠以不附加焊接成本在內的低成本操作并具有改進的 渦輪分級效率。根據本發明的噴嘴隔板裝配方法將在下面描述。圖21是一個示意方塊圖，示出了根據本發明的噴嘴隔板裝配方法的步驟。當噴嘴隔板完成時，作為環體的隔板外環15和隔板外環16獨立 制造，在基本上180度的位置通過將隔板外環15分為兩半而獲得隔 板外環上半部分21和隔板外環下半部分22,以及在基本上180度的 位置通過將隔板內環16分為兩半而獲得隔板內環上半部分26和隔板 內環下半部分27。安裝噴嘴葉片14的溝槽在上半部分21和26及下 半部分22和27上預先制成。也即，帽形溝槽23和彎曲部分24分別 在隔板外環上半部分21和隔板外環下半部分22內制成，反之在隔板 內環上半部分26和隔板內環下半部分27上制成凹槽28。這些溝槽的 形狀已預先設定，使得隔板外環插入部分12和噴嘴葉片14與各個溝 槽可靠地結合。接下來，噴嘴葉片14從水平接頭表面HSJ1 —側順序地插入制好 的帽狀溝槽23和彎曲部分24。被插入的噴嘴葉片14的數量首先基于 該隔板的節距圓直徑(PCD)以及噴嘴葉片14之間的節距而確定。在插入的噴嘴葉片14中，第一個和最后一個插入的噴嘴葉片14, 也即面向隔板外環15的水平接頭表面HSJ1的兩個噴嘴葉片14相對 于圓周方向固定，以便通過固定在隔板外環15上的制動件31a使得 噴嘴葉片14不會從外環溝槽脫落。因此分別通過將在噴嘴葉片14上 提供的隔板外環插入部分12的彎曲部分17與隔板外環15的帽狀溝 槽23相結合以及將在噴嘴葉片14上提供的隔板外環插入部分12的 塊部分18與隔板外環15的彎曲部分24相結合，相對于蒸汽流方向 與噴嘴葉片縱向固定插入的噴嘴葉片14。從而，并不特別需要使用機 械裝置如螺栓、銷或如焊接來使噴嘴葉片14的隔板外環插入部分12 分別安裝進入各個隔板外環15內的固定手段。另一方面在圓周方向 上，通過位于水平接頭表面HSJ1上的制動件31a提供了防止噴嘴葉 片14從各個溝槽中脫落的唯一手段，并且通過在圓周方向上——連 接相鄰的葉片而將噴嘴葉片14固定在溝槽內。實驗和FEM分析證實 了考慮到易于裝配、裝配后蒸氣產生的振動等，噴嘴葉片14上的每個隔板外環插入部分12裝入隔^反外環15內的部分的間隙優選在0.03 至0.12毫米范圍內。下一步，從噴嘴葉片14的隔板內環插入部分一側，將隔板內環 16與插入了每個噴嘴葉片14的隔板外環15安裝在一起。安裝部分具 有簡單的形狀，其由隔板內環16上的凹槽28和噴嘴葉片14的隔板 內環插入部分13上的凸起柱狀件20組成。由于上述原因，無需執行 從水平接頭表面HJS1將噴嘴葉片14順序插入隔板外環15的步驟， 但足以從噴嘴葉片14的隔板內環插入部分一側簡單地將隔板內環16 裝入隔板外環15。試驗和FEM分析證實，考慮到容易裝配、裝配后 蒸氣產生的振動等，噴嘴葉片14上的隔板內環插入部分13裝入每個 隔板內環16內的部分的間隙優選設定在0.03至0.12毫米范圍內。隨后，每個隔板內環16通過制動件31b被固定到噴嘴葉片14上， 使得制動件31b相對于圓周方向固定噴嘴葉片14,并且將噴嘴葉片 14的隔板內環插入部分13固定到隔板內環16上，從而防止隔板內環 16脫落。最后，隔板上半部分(或隔板下半部分)(其中隔板外環15、噴 嘴葉片14和隔板內環16制成整體)與類似制成的隔板下半部分(或 隔板上半部分)在它們的水平接頭表面互相安裝在一起，并且隨后通 過用螺栓將在隔板上半和下半部分之一的隔板外環15上提供的螺栓 孔與在隔板上半和下半部分的另一個上提供的螺絲部分進行螺絲結 合而完成噴嘴隔板。根據上述特征的裝配方法，由于噴嘴葉片14沒有固定在隔板內 環16和隔板外環15上，即使在操作過程中噴嘴葉片出現缺陷，可以 更換僅僅出現缺陷的噴嘴葉片，而不用如傳統技術中那樣更換整個隔 板。而且，由于在噴嘴葉片14和隔板內環16之間的安裝間隙以及在 噴嘴葉片14和隔板外環15之間的間隙"&定在0.03至0.12毫米范圍 內，噴嘴葉片插入操作不會出現問題并且即使在渦輪運行過程中通過蒸汽產生了振動，也能夠操作該噴嘴隔板而不會有振動且不需有機械 固定裝置。圖ll是一個正視截面圖，示出了本發明裝配型噴嘴隔板的第二 實施例。在圖11中，對應于第一實施例的組成元件添加了相同的參 考數字。在該第二實施例的裝配型噴嘴隔板中，在隔板外環15內形成T 形溝槽35,并且裝入該溝槽35的隔板外環插入部分12提供有凸起的 彎曲部分38a和38b,分別在朝向蒸汽ST流的上游側表面36和朝向 蒸汽ST流的下游側37形成，臺階塊部分39a和39b連著各個彎曲部 分，并且底座部分40連著各個塊部分。下來而制成，這些連續的彎曲部分38a和38b、塊部分39a和39b 以及底座部分40均與噴嘴葉片14形成在一起，并且制成在圓周方向 上(在相對蒸汽流垂直的平面上移動葉片旋轉方向)延伸。由于其它 組成元件與第一實施例中的相同，此處省略了相關描述。從上述已經明白，根據該第二實施例，T形帽槽35在隔板外環 15形成，隔板外環插入部分12的上游側表面36和下游側表面37也 通過連續的彎曲部分38a和38b、塊部分39a和39b以及底座部分40 分別形成，并且隔板外環插入部分12的彎曲部分38a和38b以及塊 部分39a和39b裝入隔板外環15的溝槽35內，從而提供了不需要焊 接操作的筒單裝配結構。因此，在裝配渦輪噴嘴的過程中，蒸汽路徑 43能夠保持具有設計尺寸并且該渦輪噴嘴能夠以不附加焊接成本在 內的低成本操作并具有高度改進的渦輪分級效率。在該實施例中，在上游側表面36和下游側表面37分別形成有凸 起的彎曲部分38a和3'8b、臺階塊部分39a和39b以及凸起的底座部 分40的所謂I形隔板外環插入部分12裝入在隔板外環15形成的T 形帽槽35內。然而，本發明并不限于該實施例，例如如圖12所示(第 三實施例)，通過柱狀件42形成的隔板外環插入部分12以及朝向徑 向方向(正交于蒸汽ST流的方向)的凸起底座部分40可以在凹槽41內形成，該凹槽41在隔板外環15內形成并且朝向徑向方向。而且，第二實施例中的噴嘴隔板裝配方法的裝配步驟基本上與第 一實施例中的相同，因此在此將不再描述這些步驟。圖13是一個正視截面圖，示出了本發明裝配型噴嘴隔板的第四 實施例。在圖13中，對應于第二實施例的相同組成元件通過相同的 參考數字指示。在該實施例的裝配型噴嘴隔板中，在進口側提供有凸起彎曲部分 24的帽或帽狀槽35在隔板外環15內形成。朝向蒸汽ST流的隔板外 環插入部分13的上游側表面36也通過凸起的彎曲部分38a、臺階塊 部分39a以及凸起的底座部分40相結合而形成，并且被分割的環部 件44連接在塊部分39a上。在隔板外環15上也提供了螺栓45用來 施加壓力到隔板外環插入部分12上，并且裝到溝槽35的隔板外環插 入部分12m結合到隔板外環15的結合表面被密封。其它結構基本上 與第一實施例中的相同，此處省略了其中的細節。而且，通過精密鑄造或者通過機床加工從噴嘴葉片元件上整體切 削，連續的彎曲部分38a、塊部分39a以及底座部分40與噴嘴葉片 14形成在一起。從上述已經明白，在該第四實施例中，當隔板外環插入部分12 被安裝且插入隔板外環15內時，然后環部件44插入隔板外環插入部 分12和隔板外環15之間，并且在隔才反外環插入部分12和隔板外環 15之間的結合表面46由于螺栓45與隔板外環15相結合的壓力而被 密封。因此，能夠確確保阻止發生渦輪噴嘴的振動并且因此渦輪噴嘴 能夠平穩運行。而且，在該實施例中，通過使用螺栓45的壓力，在隔板外環插 入部分12和隔板外環15之間的結合表面46被密封。因此，不必提 高或保持在隔板外環插入部分12和隔^1外環15之間的安裝間隙精 度，從而降低了生產成本。將參照圖22的示意方框圖描述第四實施例的該噴嘴隔板的裝配 步驟。該噴嘴隔板裝配方法與第 一 實施例不同在于當噴嘴葉片插入隔 板外環時，不僅僅噴嘴葉片而且振動阻止件都能夠插入隔板外環，以 及在于振動阻止件通過在隔板外環的彎曲部分應用的螺栓而被固定， 從而來固定或緊固噴嘴葉片。而且除了上述步驟外的步驟基本上與圖 21所示的第一實施例中的相同，此處將不再描述。圖14是一個正視截面圖，示出了根據本發明第五實施例的裝配 型噴嘴隔板。在圖14中，對應于第二實施例的相同組成元件通過相 同的參考數字指示。根據第五實施例中的裝配型噴嘴隔板，設置有凸起彎曲部分的帽 狀溝槽35在隔板外環15的入口側形成，裝入該溝槽35的隔板外環 插入部分12的上游側表面36通過凸起的彎曲部分38a、臺階塊部分 39a相結合制成，其中所述表面36朝向蒸汽ST流。振動阻止件47a設置在與隔板外環15相結合的結合面46a上， 該結合面46a位于凸起彎曲部分38a的頭部側并平行于蒸汽ST流， 振動阻止件47b也設置在結合面46b上，該結合面46b位于隔板外環 插入部分12的上游側表面的彎曲部分38a的徑向側。才艮據這樣的布 置，該振動阻止件47a阻止了隔4反外環插入部分12在蒸汽ST流動方 向(蒸汽渦輪軸方向)上的振動，并且另一方面，振動阻止件47b阻 止了隔板外環插入部分12在徑向(正交于蒸汽ST流的方向)上的振 動。其它組成元件基本上與第一實施例中的相同，此處不再描述。而且，連續的彎曲部分38a、塊部分39a以及底座部分40與噴嘴 葉片14 一起都通過精密鑄造或者通過機床加工從噴嘴葉片元件上整 體切削下來而制成。從上述已經明白，根據該實施例，當隔板外環插入部分12安裝 且插入隔板外環15內時，位于隔板外環插入部分12凸起彎曲部分38a的頭部側平行于蒸汽ST流并與隔板外環15相結合的結合面46a,以 及位于彎曲部分38a的徑向側并與隔板外環15相結合的結合面46b 分別設置有振動阻止件47a和47b。因此，確保能夠阻止產生渦輪噴 嘴的振動并且渦輪噴嘴能夠平穩運行。而且，在該實施例中如上所述，由于結合面46a和46b分別設置 有振動阻止件47a和47b，因此不必提高在隔板外環插入部分12和隔 板外環15之間的安裝間隙精度，從而降低了生產成本。而且，在該實施例中，在隔板外環插入部分12內，位于凸起彎 曲部分38a的頭部側平行于蒸汽ST流并與隔板外環15相結合的結合 面46a,以及位于彎曲部分38a的徑向側并與隔纟反外環15相結合的結 合面46b分別提供有振動阻止件47a和47b。然而，本發明并不限于 該實施例中的這種布置，并且如圖15所示，作為第六實施例，例如 在隔;f反外環插入部分12內，進一步在位于凸起彎曲部分38a的頭部 側的上游側表面36的角部(肩部)設置有振動阻止件47c。特別地， 在凸起彎曲部分38a的角部提供有振動阻止件47c的情況下，能夠更 有效地同時阻止在蒸汽ST流動方向和正交于蒸汽ST流的方向上的隔 板外環插入部分12的振動。圖16是一個正視截面圖，示出了根據本發明第七實施例的裝配 型噴嘴隔板。在圖16中，與第一實施例相同的組成元件通過相同的 參考數字指示。在該實施例的裝配型噴嘴隔板中，位于噴嘴葉片(噴嘴板)14 一端的隔板外環插入部分12以及該隔板外環插入部分12裝入的隔板 外環15,其組成基本上與圖14所示的第四實施例中的相同。噴嘴葉 片內圓周側部件48與噴嘴葉片14 一起整體提供，并位于噴嘴葉片14 的另一端。也即在該實施例中，噴嘴葉片內圓周側部件48代替圖14 所示的隔板外環插入部分13及隔^1內環并與噴嘴葉片14一起整體制 成。該實施例對于在噴嘴葉片14和渦輪軸之間的距離(未示出)小 的情況是有效的。將通過圖23的示意方框圖描述第五到第七實施例的噴嘴隔板裝 配方法的裝配步驟。該第五到第七實施例的噴嘴隔板裝配方法與第一 實施例不同在于當噴嘴葉片插入隔板外環時，不僅僅噴嘴葉片而且振 動阻止件都插入隔板外環。而且其它步驟基本上與圖21所示的第一 實施例中的相同，此處將不再描述。圖17是一個正視截面圖，示出了根據本發明第八實施例的裝配 型噴嘴隔板。在圖17中，與第二實施例相同的組成元件通過相同的 參考數字指示。該實施例中的裝配型噴嘴隔板在將蒸汽流分成左側流和右側流 的蒸汽渦輪中應用，這種蒸汽渦輪為所謂的逆流(雙流)型。在用于 蒸汽ST的第一和第二分流噴嘴葉片49和50的底部制成的第一和第 二分流隔板內環插入部分55和56分別才是供有凸起的柱狀件57和58。 該柱狀件57和58裝入共有的隔板內環51內，該隔板內環51在第一 和第二分流噴嘴葉片49和50之間共有。裝入第 一和第二分流噴嘴葉片49和50的第 一和第二分流隔板外 環插入部分55和56內的第一和第二分流噴嘴外環52和53在結構上 與第一實施例的外環相同，此處不再描述。乂人上面可以看到，根據該實施例，第一和第二分流噴嘴葉片49 和50的第一和第二分流隔^反內環插入部分55和56裝入共有的隔4反 內環51內，該隔外反內環51在第一和第二分流噴嘴葉片49和50之間 共有。因此能夠進一步降低生產成本和工人勞動。當該裝配型噴嘴隔 板應用到蒸汽渦輪時，能夠長時間持續穩定運行，而不會產生例如傳 統技術中焊接所致的任何變形問題。在該第八實施例中，已經描述了應用裝配型噴嘴隔板到逆流型蒸 汽渦輪的實例。然而，本發明并不限于該逆流型蒸汽渦輪，例如圖20 所示，裝配型噴嘴隔板安裝結構可以應用到所謂的連成一體的渦輪級 (tie-in turbine stages )，該連成一體的渦專侖級構造為使;得通過焊接部 分61a、 61b、 61c和61d固定有第一級噴嘴葉片59和第二級噴嘴葉片60的第一級隔板外環62通過螺栓66連接在第二級噴嘴隔板外環 64上。在該實施例中，所述裝配型噴嘴隔板可以僅僅用于第一級噴嘴隔 板外環62和第二級噴嘴隔板外環64或者用于第一級噴嘴隔板內環63 和第二級噴嘴隔板外內環65上部。圖18是一個正視截面圖，示出了根據本發明第九實施例的裝配 型噴嘴隔板。在圖18中，與第一實施例相同的組成元件通過相同的 參考數字指示。在該實施例的裝配型噴嘴隔板中，多級隔板外環插入部分69，例 如第 一級噴嘴葉片59的第一級噴嘴隔板外環插入部分67和第二級噴 嘴葉片60的第二級噴嘴隔板外環插入部分68,共同裝入多級隔板外 環70。而且，其它組成元件基本上與第一實施例中的相同，此處不再描述。可以看到在該實施例中，多級隔^反外環插入部分69，例如第一級 噴嘴葉片59的第一級噴嘴隔板外環插入部分67和第二級噴嘴葉片60 的第二級噴嘴隔板外環插入部分68，共同裝入多級隔板外環70。因 此，當4丸行裝配操作時，能夠進一步減少裝配步驟數量和工人勞動。圖19是一個正視截面圖，示出了根據本發明第九實施例的裝配 型噴嘴隔板。在圖19中，與第一實施例相同的組成元件通過相同的 參考^:字指示。在該實施例的裝配型噴嘴隔板中，例如固定類型的板71在圓周 方向4悉入隔板內環16內。而且其它組成元件基本上與第一實施例中 的相同，此處不再描述。從上面可以看到，根據該實施例，裝配型噴嘴隔板的硬度能夠通 過將固定板71插入隔板內環16內而得到加強。因此能夠有效地對付 基于不期望的振動而產生的裂縫等，上述振動由于在蒸汽流間歇波動或者壓力波動而產生。該實施例對于隔板內環具有低的硬度的情況將 會特別有效。 工業應用如前面所述，所述裝配型噴嘴隔板z使用了簡單的裝配結構，其中 位于噴嘴葉片 一端的隔板外環插入部分裝入隔板外環并且位于噴嘴 葉片另一端的隔板內環插入部分裝入隔板內環。因此，在根據本發明 的裝配型噴嘴隔板應用到例如蒸汽渦輪的情況下，蒸汽路徑的寬度能 夠保持精確的設計尺寸，并且能夠以4艮高的渦輪分級效率運行渦輪噴 嘴。另外，根據本發明的噴嘴隔板裝配方法，噴嘴葉片能夠相對于隔 板內環和外環自由移動。因此，即使在操作蒸汽渦輪的過程中噴嘴葉 片發生例如裂縫這樣的損傷，僅僅更換發生損傷等的噴嘴葉片就足夠 了，而且即使在這種情況下，不同于傳統技術，不必更換整個隔板， 因此能夠進一步減少更換操作。本發明從而適合于工業應用。
權利要求
1.一種裝配型噴嘴隔板，包括隔板外環，具有沿著隔板外環內圓周方向在徑向上連續朝向內側開口的內溝槽；以及噴嘴葉片，具有位于一端的用于隔板外環的外環插入部分以及在另一端與噴嘴葉片整體形成的內圓周側部件，其中，由噴嘴葉片的內圓周側部件形成隔板內環。
2. 如權利要求1所述的裝配型噴嘴隔板，其特征在于，所述隔 板外環包括位于隔板外環插入部分裝入隔板外環的安裝表面上的振 動阻止件。
3. 如權利要求1所述的裝配型噴嘴隔板，其特征在于，在該隔 4反內環內插入一塊^反。
全文摘要
本發明涉及一種裝配型噴嘴隔板，包括隔板外環，具有沿著隔板外環內圓周方向在徑向上連續朝向內側開口的內溝槽；以及，噴嘴葉片，具有位于一端的用于隔板外環的外環插入部分以及在另一端與噴嘴葉片整體形成的內圓周側部件，其中，由噴嘴葉片的內圓周側部件形成隔板內環。根據該結構，可以提供所述裝配型噴嘴隔板，以便能夠改進和簡化渦輪噴嘴的結構，并且方便裝配工作且不用進行焊接操作。
文檔編號F01D9/04GK101403320SQ200810178238
公開日2009年4月8日 申請日期2002年7月18日 優先權日2001年7月19日
發明者今井健一, 仲摩裕司, 佐佐木隆 申請人:株式會社東芝