[发明专利]用于涡轮机的涡轮叶片固定机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮叶片固定机构，其包括叶根和叶身以及叶片槽，其中，叶根设置在叶片槽中，其中，叶根包括至少两个锚固齿，这些锚固齿构造成用于装入到在转子中相应的凹部中。

背景技术

在涡轮机、尤其是蒸汽轮机中，流体介质的能量被转化成转子的转动能。在此，转子包括多个涡轮叶片，这些涡轮叶片成型成，使得流体介质的热能转化成转子的转动能。在蒸汽轮机中，流体介质是水蒸气。

此外，除了设置在转子上的涡轮叶片之外，涡轮机还包括设置在壳体上的涡轮叶片。设置在转子上的涡轮叶片称为涡轮动叶片，并且设置在壳体上的涡轮叶片称为涡轮静叶片。涡轮动叶片具有叶根，通过所述叶根，涡轮动叶片固定在转子上。对此，叶根构造成，使得叶根接合到转子内的相应的凹部中。在这种情况下，凹部的内轮廓相应于叶根的外轮廓。原则上，已知两种叶根的设计，即枞树形设计和燕尾形设计。

在枞树形设计中的叶根的横截面轮廓具有在涡轮动叶片的旋转方向上前置的区域以及在旋转方向上后置的区域，其特征在于波形的轮廓。这样的波形轮廓的凸起部在这两个区域中形成多个锚固齿。涡轮动叶片借助叶根插入到在转子内的相应的凹部中。对此，转子具有匹配于叶根的波形的轮廓。

具有涡轮动叶片的转子在运行时以例如50Hz或60Hz的相对高的频率转动。同样已知的是，用于相应的应用的蒸汽轮机以更高的转速运行。当在运行中显现出高的温度和转速时，出现巨大的热负荷和机械负荷。尤其涡轮动叶片的叶根受到强烈的机械负荷。可能的是，涡轮动叶片的在运行中出现的传递到叶根的振动导致在涡轮叶根中或者在转子中的相应凹陷部中的裂纹。只要显现出这样的裂纹，裂纹就很有可能由于裂纹的生长而进一步增长，并且如果这样的涡轮叶片在转子运行期间脱落并且例如在壳体中造成损坏，在最坏的情况下可能会造成在整个涡轮机中的损坏。

值得期望的是，具有一种叶根设计，其中，即使在显现出裂纹时，裂纹生长仍最小化。

发明内容

基于这一点，本发明的目的是，提出一种叶根固定机构，其中延缓裂纹的裂纹生长。

该目的通过一种涡轮叶片固定机构来实现，所述涡轮叶片包括叶根和叶身以及叶片槽，其中，叶根设置到叶片槽中，其中，叶根包括至少两个锚固齿，这些锚固齿构造成用于装入到在转子中的相应凹部中，其中，锚固齿的高度朝着叶根的顶端增大。

有利的改进形式在从属权利要求中说明。

本发明基于如下思想，即，弃用已知的枞树形根部的叶根设计。当前，锚固齿构造成，使得锚固齿的高度朝着叶根顶端降低。在这种情况下，锚固齿的高度可理解为在圆周方向上的空间伸展。在根据现有技术的叶根设计中，锚固齿以波状的轮廓构成。锚固齿的高度在这种情况下改变成，使得从锚固齿到锚固齿所述高度相对叶根顶端降低，从而使得在叶根顶端处的最后的锚固齿具有最小的高度，并且设置在转子表面附近的第一锚固齿具有最大的高度。

现在，本发明基于完全不同的设计，即从现在开始，高度按照之前所述同样从锚固齿到锚固齿变化，但锚固齿的高度朝着叶根顶端增大。这引起，设置在叶片顶端的锚固齿具有最大的高度，并且在转子表面上位于最后的锚固齿具有最低的高度。

在后果方面估算，这样的叶根设计引起如下影响，即，在叶根中的部位处出现裂纹时形成备用应力路径，该备用应力路径减小了存在的裂纹附近的应力。这引起，在裂纹周围的应力减小，其中，在裂纹之外的区域中的应力提高。不出现裂纹的锚固齿的负荷因此升高。因为裂纹处的应力被最小化，由此几乎防止或最小化了裂纹的进一步增长。

在有利的改进方案中，锚固齿具有锚固齿顶端，其中，锚固齿顶端基本上沿着顶端直线设置。

新的设计的特点在于波形的轮廓，其中，锚固齿近似为波峰并且在锚固齿之间构成波谷。锚固齿在其顶端处具有锚固齿顶端，其中，各个锚固齿的锚固齿顶端沿着顶端直线设置。

在另一有利的改进方案中，在锚固齿之间分别构造有锚固齿谷顶端，其中，锚固齿谷顶端基本上沿着谷直线设置。这意味着，分别设置在锚固齿之间的锚固齿谷顶端沿着假想的位于谷直线上的线设置。

这种设计造成，只要在叶根中出现裂缝，就会出现冗余的应力路径。

在另一有利的改进方案中，顶端直线设置成相对于谷直线具有在2°和10°之间、尤其在1°和12°之间的角度。在该角度范围中，应力分布在运行期间是最优的。