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CN101008328B - 轴流式压缩机的固定叶片环 - Google Patents

轴流式压缩机的固定叶片环 Download PDF

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CN101008328B CN2006101429170A CN200610142917A CN101008328B CN 101008328 B CN101008328 B CN 101008328B CN 2006101429170 A CN2006101429170 A CN 2006101429170A CN 200610142917 A CN200610142917 A CN 200610142917A CN 101008328 B CN101008328 B CN 101008328B
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Abstract

一种轴流式压缩机的固定叶片环，包括在圆周方向上连接在一起的多个单元，每一个单元包括：在圆周方向上彼此相邻的多个固定叶片；对每一个固定叶片分开形成、并与各个固定叶片形成为一体的内护环部分和外护环部分；以及用于在所述外护环部分处将所述多个固定叶片联结在一起的带形构件，其中所述多个固定叶片的所述外护环部分在所述外护环部分通过带形构件被联结在一起之前，通过不同于所述带形构件的辅助带形构件联结在一起。以这种方式组装的所述多个固定叶片，所述内、外护环部分，所述带形构件，以及所述密封保持件构成单元。在圆周方向上连接多个单元，以构成轴流式压缩机的固定叶片环。

Description

轴流式压缩机的固定叶片环
技术领域
本发明涉及一种轴流式压缩机、如燃气涡轮压缩机的固定叶片环，所述固定叶片环被设计成通过实现组合的固定叶片来提高压缩机的可靠性和性能。
背景技术
图7(a)和7(b)是传统燃气轮机的压缩机固定叶片环的说明图，其中，图7(a)是截面图，而图7(b)是沿图7(a)中箭头C的方向所取得的视图。在这些图中，附图标记100表示压缩机的固定叶片，而附图标记101表示用于固定叶片的外护环。外护环101被构造在压缩机壳体102内。附图标记103表示内护环。固定叶片100在榫部(突起)100a和100b处分别通过填角焊接固定到外护环101和内护环103上。附图标记104a、104b为用于内护环103的密封臂(seal arm)，密封臂104a、104b跟转子105的密封表面相对，以便防止压缩空气的泄漏(见日本未审查专利出版物No.1998-317910)。
在上述结构中，固定叶片100通过焊接到内护环103和外护环101而固定。多个固定叶片100在周向上排列以构成固定叶片环，该固定叶片环在整个周边上被分为两个部分。多个这样的固定叶片环在轴向上安装，并且，可动叶片在这些固定叶片环之间转动，以形成燃气轮机操作空气。然而，在像现有技术那样的上述固定叶片环中，固定叶片100和内、外护环103、101在榫部100a、100b处结合在一起。在焊接中，在堆焊层的底部可能出现缺口缺陷。对于本例的填角焊接，这个趋势较强，这里，可能发生在填角焊接区域内开始的裂纹。密封臂104a、104b也通过填角焊接结合到内护环103上，从而造成了同样的可能性。在这些情况下，需要进一步提高压缩机固定叶片的寿命。
此外，固定叶片100和内、外护环103、101通过填角焊接固定到彼此，而且，它们是冶金上一体化构造而成的。
另外，公开号为US4889470A的美国专利公开了一种压缩机隔膜组件，包括在圆周方向上连接在一起的多个单元，每个单元包括：在圆周方向上彼此相邻的叶片；对每个叶片分开形成并与各个叶片固定的内部部分和外部部分；外部环形部分，外部部分与形成在外部环形部分内的槽结合。其中多个叶片通过将其各自的外部部分插入形成在外部环形部分中的槽而组装到外部环形部分中。
公开号为US5022818A的美国专利公开了一种压缩机隔膜组件，并进一步公开了多个叶片，每个叶片具有一体形成的内护环部分和一体形成的外护环部分，内护环部分和外护环部分包括槽，该槽容纳连接条，以形成负荷传递装置，两个或多个相邻的叶片通过负荷传递装置结合在一起，从而形成该压缩机隔膜组件。
但现有技术中的压缩机固定叶片环都存在以下缺陷，即，对应于叶片振动的阻尼效果低。如果叶片变薄，则会有过度应力，造成归因于薄壁叶片的、对压缩机性能提高的阻碍。
发明内容
考虑到现有技术所具有的上述问题而实现了本发明。本发明的一个目的在于提供一种压缩机的固定叶片环，所述固定叶片环由组合的固定叶片构成，所述组合的固定叶片消除了在护环与叶片之间的接合处的缺口，并提高了对应于振动的阻尼作用，以能够使翼面(airfoil)变薄，从而实现对包括燃气涡轮压缩机的轴流式压缩机的可靠性和性能的改进。
本发明的第一个方面在于提供一种轴流式压缩机的固定叶片环，包括在圆周方向上连接在一起的多个单元，每一个单元包括：在圆周方向上彼此相邻的多个固定叶片；对每一个固定叶片分开形成、并与各个固定叶片形成为一体的内护环部分和外护环部分；以及用于在所述外护环部分处将所述多个固定叶片联结在一起的带形构件，其中所述多个固定叶片的所述外护环部分在所述外护环部分通过带形构件被联结在一起之前，通过不同于所述带形构件的辅助带形构件联结在一起。
本发明的第二个方面在于依照第一个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述带形构件直接地可滑动地装配到在压缩机壳体一侧的引导槽部分内。
本发明的第三个方面在于依照第二个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，用于所述多个固定叶片的所述外护环部分通过不同于所述带形构件的辅助带形构件联结在一起。
本发明的第四个方面在于依照第一个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，被所述带形构件联结的所述外护环部分直接地可滑动地装配到在压缩机壳体一侧的引导槽部分内。
本发明的第五个方面在于依照第一个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述内护环部分被密封保持件保持，其中，所述密封保持件的长度对应于在圆周方向上彼此相邻的所述多个固定叶片。
本发明的第六个方面在于依照第五个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述密封保持件在工作流体的流动方向上被分为两个部分，而且，所述两个部分通过紧固装置紧固在一起。
本发明的第七个方面在于一种轴流式压缩机的固定叶片环，所述轴流式压缩机的固定叶片环包括在圆周方向上连接在一起的多个单元，每一个单元包括：在圆周方向上彼此相邻的多个固定叶片；对每一个固定叶片分开形成、并与各个固定叶片形成为一体的内护环部分和外护环部分；用于在所述外护环部分处将所述多个固定叶片联结在一起的连接装置；以及用于保持所述内护环部分的密封保持件，其中，所述密封保持件的长度对应于所述多个固定叶片。
本发明的第八个方面在于依照第七个方面所述的轴流式压缩机的周定叶片环，其中，所述密封保持件在工作流体的流动方向上分为两个部分，而且，所述两个部分通过紧固装置紧固在一起。
本发明的第九个方面在于依照第七个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述内护环部分和所述密封保持件通过销结合在一起。本发明的第十个方面在于依照第七个方面所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，在圆周方向上彼此相邻的所述内护环部分之间插入有间隔件，并且，在圆周方向上彼此相邻的所述外护环部分之间插入有间隔件。
依照本发明的燃气轮机的压缩机固定叶片环，能够实现组合的固定叶片，并能够取消填角焊接。这样消除了产生裂纹的可能性，并增强了压缩机的可靠性。此外，对裂纹的修理，即便有的话，也变得不再必要，从而，能够延长定期检查之间的时间间隔。此外，能够衰减叶片振动，并且，应力的降低能够使叶片变薄。因此，能够提高压缩机的性能。
附图说明
从以下给出的详细描述以及附图中将更充分地了解本发明，其中，所述附图仅仅是为了图示而给出的，并且因而并不限制本发明，而且，其中：
图1是燃气轮机的压缩机固定叶片环的前视图，示出了本发明的实施例1；
图2是在图1中的线A-A上取得的截面图；
图3是沿图1中的线B-B取得的视图；
图4是燃气轮机的压缩机固定叶片环的基本部分的分解透视图，示出了本发明的实施例2；
图5是图4中的基本部分的放大截面图；
图6是燃气轮机的压缩机固定叶片环的基本部分的截面图，示出了本发明的实施例3；以及
图7(a)和7(b)是传统燃气轮机的压缩机固定叶片环的说明图，其中，图7(a)为截面图，而图7(b)为沿图7(a)中箭头C的方向取得的视图。
具体实施方式
现在将参照附图通过实施例详细描述依照本发明的轴流式压缩机的固定叶片环。
实施例1
图1是燃气轮机的压缩机固定叶片环的前视图，示出了本发明的实施例1。图2是在图1中的线A-A上取得的截面图。图3是沿图1中的线B-B取得的视图。
如图1所示，依照实施例的燃气轮机的压缩机固定叶片环1在圆周方向上被分为第一到第四单元1a到1d。第一单元1a配备有7个固定叶片2，第二单元1b配备有8个固定叶片2，第三单元1c配备有7个固定叶片2，并且，第四单元1d配备有8个固定叶片2。第一单元1a和第二单元1b构造在压缩机壳体20(见图2)的上半部分内，而第三单元1c和第四单元1d构造在压缩机壳体20的下半部分内。
将参照附图2和3描述第一单元1a到第四单元1d的结构。首先，固定叶片2以及对每一个固定叶片分开形成的内护环部分3和外护环部分4构造为一体。
对于相应的单元，预定数量的外护环部分4通过带形构件(可被称作外保持件：联结装置)5被联结在一起，并通过带形构件5在前部和后部处(沿工作流体流的方向(见图2中的开放式箭头)的上游部分和下游部分)被可滑动地装配到压缩机壳体20的引导槽部分20a内。带形构件5的长度对应于压缩机固定叶片环1的周长的接近1/4。带形构件5通过引导槽部分5a在前部和后部处可滑动地装配到每一个外护环部分4，并随后通过螺栓6结合到外护环部分4上。
在图3中，附图标记8表示插入在圆周方向上彼此相邻的外护环部分4之间的间隔件，而且，如果制造费用留有余地的话，则所述间隔件可与外护环部分4形成为一体，而不设置成分离的间隔件。
对于相应的单元，预定数量的内护环部分3在内护环部分3的前部和后部处通过密封保持件9、10保持，从而使内护环部分3可滑动地装配到密封保持件9、10的引导槽部分9a、10a内，密封保持件9、10设置成在工作流体的流动方向上或在转子的轴向方向上为两个分开的构件，并且通过螺栓(紧固装置)11紧固在一起。在本发明中，密封保持件9、10形成为两个分开的构件，以便方便组装操作，但是，可考虑制造成本或结构强度而将密封保持件9、10形成为一体型或三分型。
密封保持件9、10各自的长度对应于压缩机固定叶片环1的周长的接近1/4。密封保持件9、10通过销12结合到每一个内护环部分3上，而且，密封保持件9、10具有跟转子21的外周部分气密滑动接触的内周密封部分9b、10b。像外护环部分4的情况那样，间隔件(未示出)各自被插入在圆周方向上彼此相邻的内护环部分3之间。如果制造成本留有余地的话，所述间隔件可与内护环部分3形成为一体，而不设置成分离的分隔件。
在本实施例中，如上所述，压缩机固定叶片环1在圆周方向上被分为第一到第四单元1a到1d，并且，在单元1a到1d中的每一个内的固定叶片2以及对每一个固定叶片分开形成的内、外护环部分3、4由预定的材料通过预定的加工方法一体形成。
通过这样做，可以取消传统的填角焊接。这消除了产生裂纹的可能性，并且，提高的耐用性(疲劳强度)增强了压缩机的可靠性。此外，曾经出现的对裂纹的修理变得不必要，而且，从而能够延长定期检查之间的时间间隔。
此外，对于相应的单元，预定数量的外护环部分4能够通过带形构件5联结在一起，因而，容易进行对其组装和拆分。
在燃气轮机的操作过程中，工作流体的振动力造成叶片的振动。然而，在本实施例中，对每一个固定叶片，内、外护环部分3、4分开形成。因此，在圆周方向上彼此相邻的内、外护环部分3、4与间隔件8(在没有间隔件8的情况下，内护环部分3、3及外护环部分4、4)之间的接触位置在工作流体的振动力的作用下滑动，从而产生摩擦阻尼效果。因此，可将叶片的振动保持在低的等级。即，降低应力的效果能够令叶片变薄，以实现对压缩机性能的改进。
具体地说，内护环部分3保持在被设置成两个分开的构件、并通过螺栓11紧固的密封保持件9和10之间，由此构造了组合结构。不同于焊接结构，该组合结构增强了疲劳强度，并允许内护环部分3和密封保持件9、10之间的滑动，产生了摩擦阻尼效果。因此，能够进一步抑制叶片的振动。
除此以外，内护环部分3和密封保持件10通过销12被结合在一起。这样避免了因内护环部分3(换言之，固定叶片2)的微细振动而导致的微振磨损和裂纹的出现。可运用有阻尼效果的结合装置，如螺栓或螺栓与弹簧的组合来取代销12。
实施例2
图4是燃气轮机的压缩机固定叶片环的基本部分的分解透视图，示出了本发明的实施例2。图5是图4中的基本部分的放大截面图。
这是一个这样的实施例，其中，实施例1中的外护环部分4和间隔件8通过装配到燕尾槽4a(间隔件8的燕尾槽没有被示出)内的窄带形构件5A(联结装置)联结在一起，其中，燕尾槽4a形成在外护环部分4和间隔件8的上表面区域(在外周侧)，而且，外护环部分4和间隔件8被直接可滑动地装配到压缩机壳体20的引导槽部分20a内。其他特征跟实施例1中的特征相同。
依照这个实施例，除了同实施例1中一样的作用和效果以外，还获得了能够紧凑地形成带形构件5A这样的优点。在本实施例中，间隔件8的使用同样不是必需的。
实施例3
图6是燃气轮机的压缩机固定叶片环的基本部分的截面图，示出了本发明的实施例3。
这是这样一个实施例，其中，实施例1中的外护环部分4(以及间隔件8)在其通过带形构件5被联结在一起之前，通过不同于带形构件5的、窄的辅助带形构件7联结在一起。其他特征与实施例1中的特征相同。
依照这个实施例，除了跟实施例1中相同的作用和效果以外，还有这样的优点，即，即便为了检查或类似原因而在拆卸操作中将带形构件5拆下，固定叶片2也不会从彼此分离。
这样描述了本发明之后，可以明显看到可以以多种方式对同样的部分进行变化。例如，可以作出多种变化，例如对内、外护环部分、密封保持件和带形构件的形状的变化。另外，不仅仅是带形构件，多种焊接方法(激光、电弧、电子束，等等)可被用作联结手段。这样的变化不应被认为是超出了本发明的精髓和范围，并且，意图在以下权利要求的保护范围内包括对本领域技术人员而言显而易见的所有这样的修改。

Claims (7)

1.一种轴流式压缩机的固定叶片环，包括在圆周方向上连接在一起的多个单元，
每一个单元包括：
在圆周方向上彼此相邻的多个固定叶片；
对每一个固定叶片分开形成、并与各个固定叶片形成为一体的内护环部分和外护环部分；以及
用于在所述外护环部分处将所述多个固定叶片联结在一起的带形构件，
其中所述多个固定叶片的所述外护环部分在所述外护环部分通过带形构件被联结在一起之前，通过不同于所述带形构件的辅助带形构件联结在一起。
2.如权利要求1所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述带形构件直接地可滑动地装配到在压缩机壳体一侧的引导槽部分内。
3.如权利要求1所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，通过所述带形构件联结的所述外护环部分直接地可滑动地装配到在压缩机壳体一侧的引导槽部分内。
4.如权利要求1所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述内护环部分被密封保持件保持，所述密封保持件的长度对应于压缩机的固定叶片环的周长的接近1/4。
5.如权利要求4所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述密封保持件在工作流体的流动方向上被分为两个部分，而且，所述两个部分通过紧固装置紧固在一起。
6.如权利要求5所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，所述内护环部分和所述密封保持件通过销结合在一起。
7.如权利要求1所述的轴流式压缩机的固定叶片环，其中，在圆周方向上彼此相邻的所述内护环部分之间插入有间隔件，并且，在圆周方向上彼此相邻的所述外护环部分之间插入有间隔件。
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