[发明专利]涡轮机喷嘴组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的喷嘴组件。更特别是，但不作为限制，本发明涉及双重流动蒸气涡轮机的第一级的单件(singlet)式喷嘴组件。

背景技术

蒸气涡轮机通常包括将蒸气流引导到连接在转子上的涡轮机叶片或浆片上的静态喷嘴部段。在蒸气涡轮机中，可以形成翼面件或叶片的喷嘴通常称为隔膜级。

通常，隔膜级使用两种方法之一来构造。第一种方法使用带/环构造，其中翼面件首先焊接在延伸大约180°的内带和外带之间。具有焊接的翼面件的这些弧形带接着组装并焊接在涡轮机的定子的内和外承载环之间。第二种构造方法包括使得喷嘴的翼面件或叶片直接焊接在内和外环上。以此方法，喷嘴通常具有用来与内和外环界面的整体侧壁。这种方法通常用于可以进行焊接的较大的蒸气涡轮机单元。

使用带/环的构造方法具有固有的局限性。带/环组装方法的主要局限性是由于使用焊接造成的流路所出现的变形。即，用于这些组装的焊接件具有相当大的尺寸和热量输入。焊接需要高热量输入和大量金属填料，或者是非常深的电子束焊接。在任何情况下，材料或热量输入造成流路显著变形。例如，材料收缩造成翼面件从其所设计的形状向外拱起到流路内。在许多情况下，喷嘴组件的翼面件需要在焊接之后调节或进行应力释放。

蒸气流路变形的结果(即使在采取正确的组装后方法也会在某种程度上存在)减小了隔膜级的效率。内和外带的表面轮廓也会由于将喷嘴焊接在定子组件上而变化，进一步造成不规则的流路。更特别是，喷嘴和带通常由于传统的安装方法而弯曲和变形。这需要喷嘴构造进行大量精加工以便使其达到设计规格。在许多情况下，喷嘴组件的总体构造的成本的大约30％花费在变形喷嘴组件上，包括焊接之后和应力释放，使其回到其原来的设计构造上。

第二种喷嘴构造方法(即使得喷嘴的翼面件或叶片的侧壁直接焊接在内和外环上)也具有相当大的问题和不足。例如，使用焊接在环内的单个喷嘴构造的传统组装方法缺乏适当的构造来在界面处增强确定的焊接深度，这通常造成问题出现。另外，传统系统缺乏位于内和外环上的有助于安装的组装对准结构。同样，传统系统缺乏在焊接部失效时将所安装的喷嘴保持就位的保持结构。最后，传统系统在喷嘴内环界面和喷嘴外环界面处需要耗时的焊接操作。

另外，在双重流动蒸气涡轮机的第一级中，会加剧与喷嘴组件的构造相关的许多问题。但是，通常指的是筒级的第一级的某些特征提供了设计机会，可以用来简化该级内的喷嘴组件，并且使得组装过程更加有效。例如，分流器代替第一级内的内环，并且具有可以使用的有利特征。如下面更加详细描述那样，传统喷嘴结构不能利用这些机会。

因此，需要一种第一级喷嘴，该喷嘴设计成通过喷嘴滑动就位安装或者通过低热量焊接安装或者通过两者安装。在任何情况下，这种组件将减小或消除由于传统焊接工艺造成的蒸气路径变形，以及通过使得组装更加有效，改善制造和循环成本。另外，需要一种第一级喷嘴组件，该喷嘴组件有助于喷嘴组件在安装过程中对准，并且形成机械锁定，以便防止喷嘴组件在焊接部失效的情况下向下游运动。在下游级中未发现的第一级的某种独特特征可以利用第一喷嘴结构，以便有效地满足这些所述需要。

发明内容

本发明因此描述一种用于涡轮机的喷嘴组件，该喷嘴组件包括(1)喷嘴叶片，具有内和外侧壁，并且在组装时部分限定进入涡轮机的流路；(2)外环；(3)分流器，具有水平延伸部；(4)外环和外侧壁之间的界面，具有如下的至少一种(i)凸形/凹形界面，或者(ii)径向互锁件；以及(5)水平延伸部和内侧壁之间的界面，具有如下的至少一种(i)凸形/凹形界面，或者(ii)径向互锁件。在某些实施例中，外环和外侧壁之间的界面以及水平延伸部和内侧壁之间的界面之一包括焊接部，并且外环和外侧壁之间的界面和水平延伸部和内侧壁之间的界面之一没有焊接部。

在某些情况下，径向互锁件可包括任何的(i)从内侧壁轴向伸出到水平延伸部内的第一凸形台阶，第一凸形台阶在其最向外的径向侧上侧面邻接从水平延伸部轴向伸出到内侧壁内的第二凸形台阶，或者(ii)第一凸形台阶从外侧壁轴向伸出到外环内，第一凸形台阶在其最向内的径向侧上侧面邻接从外环轴向伸出到外侧壁内的第二凸形台阶。凸形/凹形界面可包括任何的(i)位于外侧壁上的径向凹形凹口，与外环上的径向凸形台阶相对应，或者(ii)内侧壁内的径向凹形凹口，与水平延伸部上的径向凸形台阶相对应。