[发明专利]涡轮机转子以及制造该转子的方法和装置

说明书

本发明涉及具有权利要求1、7和8前序部分所述特征的一种涡轮机转子以及制造该转子的一种方法和一种装置。

蒸汽或燃气轮机叶片上的振动会导致叶片上形成裂纹，且长期以往将造成叶片断裂，对涡轮机有很大损害。为了保证涡轮机能够无故障运行，必须采用适当的结构性措施来减小叶片振动。主要采用下列解决方法来消减中压区和低压区中动叶片上的振动。

如果涡轮机低压区中的末级动叶片较大，则叶型区的孔中围成一圈的保持线可消减振动。此类减振方法通常应用于没有盖板的叶片。

如果是仅通过较小圆周速度施加负荷的动叶片，则利用铆钉销将围带逐段铆固在安装于转子中的叶片的叶型末端上。这种结构型式经常应用于早期的涡轮机上。如果是圆周速度较大的涡轮机，则铆钉接合强度不够充分，因此不适用铆接型式。

当今在涡轮机中压区和低压区几乎仅使用强度特性好且效率高的盖板动叶片。这种结构型式的叶片及其围带(盖板)构成一个整体单元。铆钉接合的缺点是强度较小，要避免将其用于叶片和盖板所构成的整体单元。各个动叶片的盖板在装入涡轮机转子之后，就会形成一个环。紧贴在各个叶片之间盖板接触面上的环有减振作用。

但是已知的结构型式存在下列弱点。由于每一个叶片上均存在不同的误差，实际上不可能在(例如)具有70个动叶片的某一级中以没有间隙的方式将其相互装配在一起。另一个原因是存在较大的离心力和热膨胀，这些因素在涡轮机运转过程中对每一个动叶片均有影响。离心力和热膨胀会使得转子中的叶根略微向外移动。叶片的盖板同样也会由于叶型膨胀而沿纵向向外运动。由于每一个叶片的根部和盖板表面均为楔形，叶片朝向外侧的沉降运动将导致各个叶片之间的盖板表面上形成间隙。由于形成了间隙，将无法按照要求消减振动。下列已知的解决方法可避免上述由于间隙形成而带来的缺点。

编号为EP 1512838A2的申请说明书描述了一种在盖板之间的接触面上安装有减振器的涡轮机转子。在运行状态下通过离心力向外压迫减振器，从而在盖板之间形成连接。通过减振器消除间隙，从而可以消减振动。

编号为JP2003097216A1的公开说明书公开了一种应用方法，即通过离心力作用使得叶型沿着纵向轻微弯曲。通过弯曲在盖板上产生补偿间隙的反向运动，从而保证实现减振。

根据编号为US 4840539B2的专利说明书所述，涡轮机叶片的盖板设计成V形。将盖板装配到转子之中时，在径向仅有一端接触。通过扭转叶型来产生扭应力，从而起到减振作用。在盖板的自由端上还有一个与减振装置的轴向接触面。

编号为US 6568908B2的专利说明书中描述了一种应用方法，由于叶型上存在热膨胀，离心力可在盖板的接触面上产生反向旋转运动，可将其用来减振。盖板上的接触面具有圆角形状。也有一些涡轮机制造商在实际应用中使用类似的应用方法，且同样也是通过离心力使叶型产生扭转，以此来消减振动。盖板被设计成Z形，并且在涡轮机运转过程中仅仅在中间部分发生接触。这两种应用方法仅可用于叶型为锥形且已扭转的叶片，因为只有这里才能通过离心力使盖板按照需要产生扭转。

本发明基于一种已知的应用方法，有一些配有盖板的菱形动叶片涡轮机制造商长期以来就使用该方法，在编号为JP 5098906A1的公开说明书中也描述了这种应用方法。即使得叶根和盖板的外表面与转子中心成相同的角度。盖板上的分度面具有平行于理论节距的公差。将叶片装配到转子之中时，应根据相对于叶根的节距公差适当扭转盖板，直至达到理论节距。可在将盖板装配到转子之中时，通过在径向压装叶片的方式，使盖板扭转。叶根相互之间不得有装配间隙。叶片应通过叶根和转子之间接触面上的摩擦作用进入其规定的径向位置，同时要抵住盖板扭转产生的反作用力。此外还要使用一种用于撑开最后一个叶片间隙的装置来装配锁紧叶片。盖板扭转在叶型中产生扭应力，在涡轮机运转过程中，扭应力可通过其弹性作用阻止盖板之间形成间隙，从而可解决减振问题。

编号为JP5098906A1的公开说明书所公开的方法具有下列缺点。利用叶根和转子之间的摩擦作用，无法在装配叶片时根据叶型长度与宽度或厚度之比来可靠产生并且保持使盖板扭转所需的径向力。由于必须将所有已装入的叶片盖板朝向相同的方向转动，因此扭转所需的力就会增大。第一个装入的叶片可以按照要求处在转子中的径向位置中。但由于盖板上存在节距公差，且扭转不够充分，随后的叶片就会逐渐偏离所要求的径向位置。由于存在径向位置偏差，叶片凸肩仅有一端紧靠在转子槽中，并且在叶根之间形成逐渐增大的楔形间隙。