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CN1900488B - 固定叶片、包含这种叶片的涡轮机以及修理这种叶片的方法 - Google Patents

固定叶片、包含这种叶片的涡轮机以及修理这种叶片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种安装于涡轮机壳体的可调叶片，其包括翼(12)，盘和枢轴(14)，其特征在于：它包含一带有碟的平台，平台一面安装在盘上，另一面压向壳体壁，该安装平台避免了相对于枢轴的轴转动，至少一个防转动突出物(22)连接到碟，与加工于盘的上的匹配表面相互作用。本发明使得减小叶片盘的磨损和防止导致的系统功能损失成为可能。本发明还提供了一种修理磨损叶片的装置。

Description

固定叶片、包含这种叶片的涡轮机以及修理这种叶片的方法
技术领域
本发明涉及涡轮机领域，尤其涉及可调固定叶片。
背景技术
枢接系统，如燃气轮发动机压缩机的可调固定叶片，包含可相对彼此移动的部分组成。图1和图2所示为安装好的可在机器壳体3上转动的可调固定叶片1。叶片包含翼12、盘13和构成枢轴14的轴。枢轴14通过多个轴承安装在加工于壳体3上的孔或径向孔中。其中一个轴承由衬套4构成，与构成枢轴14的轴直接或者通过收缩装配箍14′滑动接触。在壳体壁上形成的端面的底部与壳体固定连接的衬套4通过环形凸台4′与盘13接触。相对于衬套盘13的相对面被气流扫过。垫片15把叶片卡在其支座内。杠杆16自身为未作图示的元件驱动，它控制着叶片关于轴的XX向转轴转动，相对于扫过叶片的气流，把叶片置于需要的位置。相对运动导致接触面的滑动，此处是轴和带有衬套的盘。当发动机工作时，部件上施加的压力会使接触面磨损，这将导致系统功能性的损失。
此处所讲的装置，磨损发生在环形凸台4′上。该磨损区以槽的形式开始，然后扩展至整个盘。图3所示为这样磨损的叶片。可以看到盘13在13′处凹进去。
目前修理这些叶片还没有令人满意的方法。
发明内容
申请人的一个目的是完善一种易于应用的修理方法。
本发明的方法还可被用于新叶片，在它们服役前使用该方法来防止部件磨损。因此，本发明的方法可减小盘的磨损，增加周期维护之间的时间间隔。
根据本发明，提供了一种安装在涡轮机壳体中的可调固定叶片，其包括翼、盘和枢轴，其特征在于：它包含一安装在盘上并压向壳体壁的平台，该安装平台避免了相对于枢轴的轴转动，该平台至少包括一个防转动突出物，该突出物与加工于盘的一个侧面上的匹配表面相互作用。
例如，该突出物包含一平坦表面部分，相对于枢轴的轴平行或倾斜，与匹配表面相互作用。
根据另外一特征，叶片包含一加工于盘与平台之间、相对于枢轴的轴中心定位 平台的装置。特别地，该中心定位装置由一环形阶台组成，该阶台加工于盘的外围，与加工于平台内表面的阶台相互作用。如果盘和壳体端面间的空间允许，它也可由平台外围的凸缘构成，与盘的边缘相互作用。这两种装置作为例子给出，也可能有其他方式。
根据本发明的另外一个特征，枢轴包含一构成轴承的环形收缩装配箍，安装平台具有一中心开口，其宽度足以使平台沿枢轴和沿枢轴/收缩装配箍装置穿过。
根据本发明的另外一个特征，平台与壳体接触的表面具有一适当的表面技术处理——硬化。特别地，该表面包含碳化钨(tungsten carbide)或其他等同类型的覆盖物，在一个或多个区域包含氧化铝(alumina)或氧化锆(zirconia)类铜焊陶瓷，或者氧化铝(alumina)类收缩安装陶瓷，或者表面经过喷丸处理、滚轮磨光或者其他类型的处理，或者平台材料是用于螺纹接合件(如：冷轧镍基合金)或者用于轴承(如：极硬的钢)的合金，由于其优越的摩擦性能而被选用以减小平台/衬套的磨损。
附图说明
现在，本发明的各实施例将结合附图进行描述，其中：
图1示意性图示了可调节固定叶片的一部分，剖面与发动机的轴平行，安装在压缩机壳体中。
图2所示为盘与壳体衬套间的接触区域的放大图。
图3所示为带有磨损痕迹的固定叶片。
图4到图6图示了分别从前面、从轮廓和从上面看的安装有本发明平台的固定叶片。
图7和图8图示了从前面和轮廓看的安装到叶片盘的平台的不同的实施例。
图9到图11图示了分别从前面、从轮廓和从上面看的安装有根据本发明另一实施例的平台的固定叶片。
图12和图13图示了从轮廓和从上面看的安装有根据本发明另一不同实施例的平台的固定叶片。
图14所示为修理前可调固定叶片的局部图。
具体实施方式
固定叶片示意性表示。它顺序包括一被气体扫过的翼12，一为包围气体的壳体壁提供连续性的盘13和叶片绕其轴转动的枢轴14。根据该实施例，叶片还包含一为枢轴构成轴承的收缩装配箍。根据图4到图6的实施例，依照本发明，平台20被安装到盘的表面上，反向对着枢轴。平台20包括一第一碟状部分21，此处它的外直径等于盘13的外直径。该碟在翼的一侧通过两突出物22延伸，突出物22称为防转动突出物，它们与两个匹配面相互作用，如侧面加工在平台13上的表面平面131和132，平面相对于枢轴的轴XX平行或倾斜。可以看到碟21包含一中心开口，其直径足以允许其沿枢轴穿过，越过收缩装配箍14′。
安装平台20包括一简单有效的装置保护平台免于由于衬套4摩擦造成的损坏。当叶片在位时，衬套4的凸台4′压向平台而不是直接压向盘。平台通过两个相对于碟21垂直或倾斜的突出物22来避免旋转，压向表面131和132。还可以通过沿枢轴14滑动它来安装平台，不需要从枢轴上除下收缩装配箍。
本方法的一个好处在于它允许视觉检查相对于盘位于枢轴根部区域的表面状态，不会盖上它。该区域是裂纹的发生地，所以必须易于检查。
图7和图8所示为一种不同的解决方法，其中在盘上加工了环形阶台13″。该阶台的轮廓与平台凹进去的部分相匹配。该阶台的功能是相对于叶片的轴中心定位平台。
根据图9、图10和图11所示的变体，平台220包括一碟状扁平部分221和如前图实施例所示的两个突出物222。该装置由环223包围，环223通过覆盖盘的外直径来确保平台的中心定位和在与壳体端面接触时保护盘的边缘。该方法在构成盘的支架的壳体端面和固定盘之间的间隙充足时予以考虑。
当固定叶片本身从壳体上除去时安装平台。平台可以简单地放置在盘上；但是根据变体，在轴向要求不活动时，通过防转动突出物提供了平台的收缩装配。
当平面构成防转动突出物的支架或加工有中心定位装置时，必须避免尖角出现。最好使用斜角或圆角以避免导致裂纹。
根据另一特征，安装平台具有用于延长接触区域寿命的表面技术。
根据一实施例，碳化钨(tungsten carbide)类的覆盖层加入到与衬套接触的表面。例如，平台是Z6NCT25合金，且表面由HVOF构成，喷有WC/17％Co合金。相对的衬套是例如覆盖有碳化钨(tungsten carbide)的Z12CNDV12铁基合金。根据另一实施例，通过适当的表面处理来加强硬度，例如超声喷丸处理或应用于Z6NCT25合金的滚轮磨光。最好再增加一层漆来提高磨合避免接触磨损。此时，相对于金属壳体衬套使用Z12CNDV12合金。
根据另一实施例，通过适当的表面处理来加强硬度，例如超声喷丸处理或应用于Z6NCT25合金的滚轮磨光。最好再增加一层漆来提高磨合避免接触磨损。此时，相对于金属壳体衬套使用Z12CNDV12合金。
根据另一实施例，陶瓷元素，最好是氧化铝(alumina)类陶瓷元素，在垫圈325的一个或多个区域铜焊到平台320表面，如图12和图13所示。根据所示实施例，陶瓷垫圈在三个区域铜焊到平台，平台可为铁基、镍基、钴基合金，例如Z6NCT25。然后使用Z12CNDV12制成的壳体衬套。
根据该实施例的一个变体(未作图示)，氧化锆(zirconia)或氧化铝(alumina)陶瓷为垫圈形状，收缩装配在由Fe-、Ni-、或Ti-基金属合金制成的平台，如Z6NCT25。这种情况时，在盘表面加工一匹配形状以通过收缩装配来包含衬垫。
另外一个方法在于包围盘和要收缩装配的垫圈加入保持圈。安装在壳体上面对盘的衬垫最好由金属制成，铁基、镍基或钴基金属，如Z12CNDV12。
最后一种方法在于从用于螺纹接合件(如：冷轧镍基合金)或者用于轴承(如：极硬的钢)的合金材料加工出平台。选择这些材料是由于其良好的摩擦性能，它能减小平台/衬套的磨损。
下面的描述是修理没有采用保护方法的固定叶片的方法。该情况涉及对损坏的盘重新构造接触面。
图14所示为具有磨损区域13′的固定叶片的一部分。首先，在平行于盘13的平面的方向进行加工，以除去足以把盘弄平坦的厚度13E。盘的边缘同样加工除去一部分13P，这样构成一平面以使防转动突出物得以安装。该平面131或132不与叶片的翼对齐。最好，两平面彼此平行加工。
这样加工的盘然后依照本发明与平台安装。平台的碟占据了通过对盘加工而出的环状空间，两个防转动突出物沿平面滑动。这样安装的叶片随后重新安装在壳体上。
在叶片严重磨损的情况，如果比要重新加工区域深的话，仍然有可能通过加入平台进行维修，叶片的寿命不会减小。平台然后覆盖没有完全除去的磨损区域。

Claims (8)

1.安装在涡轮机壳体中的可调固定叶片，其包括翼(12)、盘(13)和枢轴(14)，一平台(20)，平台(20)带有碟(21)，一面安装在盘上，另一面压向壳体的壁，该平台(20)避免了相对于枢轴(14)的轴转动，至少一个防转动突出物(22)固定连接到碟(21)，与加工于盘(13)的匹配表面(131，132)相互作用，其还包括相对于枢轴(14)的轴在盘(13)和平台(20)间设置有平台(20)的中心定位装置，其特征在于，中心定位装置由位于平台外围的圈(223)与盘的边缘构成。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于：突出物(22)包括一平坦表面部分，相对于碟的平面凸出，且平行于枢轴(14)的轴，与盘(13)的匹配表面(131，132)相互作用。
3.如权利要求1所述的叶片，其特征在于：中心定位装置由设置于盘(13)外围的环形阶台(13″)与设置于平台(120)内表面的环形阶台构成。
4.如权利要求1-3任意一项所述的叶片，其特征在于：枢轴包含一环形收缩装配箍(14′)构成一轴承，平台(20)的碟(21)具有中心开口，其宽足以使平台沿枢轴穿过。
5.如权利要求1-3任意一项所述的叶片，其特征在于：与壳体接触的平台表面包含一用于延长与壳体接触区寿命的表面处理。
6.如权利要求5所述的叶片，其特征在于：所述表面处理由碳化钨或喷丸处理，或滚轮磨光表面处理，或者在一个或多个区域用氧化铝或氧化锆陶瓷铜焊处理，或者氧化铝陶瓷收缩安装构成，或者是由用于螺纹接合件的冷轧镍基合金材料制成，或者用于轴承的极硬的钢合金材料制成。
7.包含至少一个如权利要求1至6之一所述的叶片的涡轮机，所述叶片枢轴连接在壳体上，所述叶片设置有平台，与安装在壳体端面的安装衬套(4)相互作用。
8.修理叶片的方法，其中盘(13)具有由于与安装衬套(4)摩擦而产生的磨损(13′)，把磨损部分加工平坦然后在此处装入平台，用以获得依照权利要求1到6中一项的叶片。
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