利用機(jī)械與焊接加工的渦輪機(jī)單一噴嘴組件的制作方法

專利名稱：利用機(jī)械與焊接加工的渦輪機(jī)單一噴嘴組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及渦輪機(jī)技術(shù)。更具體地講，本發(fā)明涉及在噴嘴的同一側(cè)上利用機(jī) 械和焊接制造兩者的渦輪機(jī)單一噴嘴(singlet nozzle)組件設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
渦輪機(jī)(包括燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī))包括噴嘴組件，該噴嘴組件將蒸汽流或燃?xì)?流導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)的葉片或翼型件(airfoil)中，該葉片或翼型件聯(lián)接至旋轉(zhuǎn)軸，以便導(dǎo)致旋轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。用于噴嘴組件的一種構(gòu)造包括單一式設(shè)計(jì)，在內(nèi)側(cè)壁與外側(cè)壁之間包括葉片或翼 型件，并且側(cè)壁分別聯(lián)接至內(nèi)環(huán)和外環(huán)，并且在側(cè)壁與環(huán)的對(duì)接部處帶有機(jī)械式的軸向止 擋和徑向止擋。制造單一噴嘴組件要求在噴嘴的兩側(cè)上將噴嘴組件的各個(gè)零件焊接到一起，即將 噴嘴的內(nèi)端焊接至內(nèi)環(huán)，并將噴嘴的外端焊接至外環(huán)。通常，噴嘴與環(huán)之間的對(duì)接部的進(jìn)入 側(cè)與引出側(cè)兩者被焊接到一起。然而，焊接可引入大量的熱量，該大量的熱量可使正在被焊 接的單一噴嘴的零件扭曲。對(duì)于在進(jìn)入側(cè)和引出側(cè)上使用焊接的設(shè)計(jì)的一個(gè)擔(dān)憂在于必須 使零件翻轉(zhuǎn)以便進(jìn)行相對(duì)側(cè)的焊接的成本。另一個(gè)問題是必須在噴嘴組件的進(jìn)入側(cè)和引出 側(cè)兩者上進(jìn)行焊接所增加的變形。換言之，當(dāng)將噴嘴的第一側(cè)焊接至環(huán)上時(shí)，可發(fā)生翹起 (lifting)，因?yàn)橄鄬?duì)側(cè)將由于被焊接側(cè)上的焊縫收縮而使環(huán)翹起。焊接翼型件與環(huán)之間的對(duì)接部的進(jìn)入側(cè)與引出側(cè)兩者的另一個(gè)問題在于，在焊接 之后，將需要從噴嘴組件上移除很大量的材料來形成一直通到翼型件的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括用于渦輪機(jī)的噴嘴組件，噴嘴組件包括翼型件、內(nèi)側(cè)壁和外 側(cè)壁、內(nèi)環(huán)和外環(huán)。這些側(cè)壁和環(huán)中的各側(cè)壁和環(huán)在對(duì)接部處通過機(jī)械互連和焊接的組 合聯(lián)接在一起。機(jī)械互連包括或者側(cè)壁或者環(huán)，該側(cè)壁或者環(huán)兩者之一具有凸出的卡子 (hook)，而另一個(gè)具有對(duì)應(yīng)的卡子凹部?；ミB還可以包括軸向機(jī)械止擋和徑向機(jī)械止擋。 該構(gòu)造可進(jìn)一步在環(huán)與側(cè)壁之間的對(duì)接部處包括一個(gè)或多個(gè)表面，該表面遠(yuǎn)離對(duì)接部成角 度，以便形成窄凹槽。該構(gòu)造進(jìn)一步可包括帶有可消耗的根部部分的環(huán)。本公開的第一方面提供了用于渦輪機(jī)的噴嘴組件，該噴嘴組件包括具有外側(cè)壁 的翼型件；在對(duì)接部處以機(jī)械方式聯(lián)接至外側(cè)壁的外環(huán)；在外側(cè)壁與外環(huán)的對(duì)接部處的機(jī) 械式軸向止擋，該機(jī)械式軸向止擋構(gòu)造成以便將翼型件保持在恰當(dāng)?shù)妮S向位置；以及在外 側(cè)壁與外環(huán)的對(duì)接部處的機(jī)械式徑向止擋，該機(jī)械式徑向止擋構(gòu)造成以便將翼型件保持在
5恰當(dāng)?shù)膹较蛭恢茫鈧?cè)壁或外環(huán)中的一個(gè)包括凸出的卡子，該卡子延伸到外環(huán)或外側(cè)壁中 的另一個(gè)中的對(duì)應(yīng)的卡子凹部中，其中，對(duì)接部的第一側(cè)通過凸出的卡子和對(duì)應(yīng)的卡子凹 部以機(jī)械的方式聯(lián)接到一起，而對(duì)接部的第二側(cè)包括焊接連接。本公開的第二方面提供了用于渦輪機(jī)的噴嘴組件，該噴嘴組件包括具有內(nèi)側(cè)壁 的翼型件；在對(duì)接部處以機(jī)械的方式聯(lián)接至內(nèi)側(cè)壁的內(nèi)環(huán)；在內(nèi)側(cè)壁與內(nèi)環(huán)的對(duì)接部處的 機(jī)械式軸向止擋，該機(jī)械式軸向止擋構(gòu)造成以便將翼型件保持在恰當(dāng)?shù)妮S向位置；以及在 內(nèi)側(cè)壁與內(nèi)環(huán)的對(duì)接部處的機(jī)械式徑向止擋，該機(jī)械式徑向止擋構(gòu)造成以便將翼型件保持 在恰當(dāng)?shù)膹较蛭恢茫瑑?nèi)側(cè)壁或內(nèi)環(huán)中的一個(gè)包括凸出的卡子，該卡子延伸到內(nèi)環(huán)或內(nèi)側(cè)壁 中的另一個(gè)中的對(duì)應(yīng)的卡子凹部中；其中，對(duì)接部的第一側(cè)通過凸出的卡子和對(duì)應(yīng)的卡子 凹部以機(jī)械的方式聯(lián)接到一起，而對(duì)接部的第二側(cè)包括焊接連接。附圖簡述圖IA顯示了用于渦輪機(jī)的噴嘴組件的示意圖。圖IB顯示了用于渦輪機(jī)的噴嘴組件的三維示意圖。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于渦輪機(jī)的噴嘴組件的示意圖。圖3-14顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的噴嘴組件的側(cè)壁與環(huán)之間的對(duì)接部的分解 截面圖。部件列表噴嘴組件10，100翼型件12，102內(nèi)側(cè)壁 14，104外側(cè)壁16，106軸向止擋17，107內(nèi)環(huán) 18，108徑向止擋19，109外環(huán)20，110對(duì)接部80對(duì)接部101外側(cè)壁106部分105，111第一凹臺(tái)階112第一凸臺(tái)階114第二凹臺(tái)階116第二凸臺(tái)階118卡子I3O卡子凹部132窄凹槽120根部部分12具體實(shí)施例方式參照附圖，圖IA顯示了用于燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)(未示出)的、如在名稱為 "TURBINE SINGLET NOZZLE ASSEMBLY WITH RADIALSTOP AND NARROW GROOVE”(具有徑向 止擋和窄凹槽的渦輪機(jī)單一噴嘴組件)的序列號(hào)為No. 12/402，066的相關(guān)申請(qǐng)中所公開的 噴嘴組件10。圖IB顯示了噴嘴組件10的三維示意圖。噴嘴組件10包括至少一個(gè)具有內(nèi) 側(cè)壁14和外側(cè)壁16的翼型件12。噴嘴組件10還包括內(nèi)環(huán)18和外環(huán)20。如本文所用，內(nèi) 和外是指相對(duì)于轉(zhuǎn)子(未示出)的徑向位置，翼型件12的內(nèi)端通過內(nèi)環(huán)18而聯(lián)接至轉(zhuǎn)子。 內(nèi)環(huán)18和內(nèi)側(cè)壁14 (以及類似地外環(huán)20和外側(cè)壁16)在對(duì)接部80處聯(lián)接到一起，該對(duì)接 部80理解為是指其中環(huán)和側(cè)壁相鄰并聯(lián)接的整個(gè)區(qū)域。內(nèi)環(huán)18和內(nèi)側(cè)壁14 (以及類似地 外環(huán)20和外側(cè)壁16)在對(duì)接部80處的若干點(diǎn)處焊接到一起。在翼型件12的進(jìn)入(前)側(cè) 和翼型件12的引出(后)側(cè)兩者上的、焊接到一起的對(duì)接部80的多個(gè)焊接區(qū)域在圖IA中 大體顯示為區(qū)域90。環(huán)18，20與側(cè)壁14，16之間的對(duì)接部80可各自包括機(jī)械式徑向止擋 19，該機(jī)械式徑向止擋19在焊接過程中將翼型件12保持在恰當(dāng)?shù)膹较蛭恢茫⒎乐购缚p收 縮。對(duì)接部80各自可進(jìn)一步包括機(jī)械式軸向止擋17，該機(jī)械式軸向止擋17將翼型件12保 持在恰當(dāng)?shù)妮S向位置，并控制焊縫的長度深度。這些機(jī)械式止擋17，19包括一系列凸臺(tái)階 的互連，這些凸臺(tái)階接合在互補(bǔ)的零件的對(duì)應(yīng)的凹臺(tái)階中，將在本文中更詳細(xì)地進(jìn)行描述。轉(zhuǎn)到圖2，顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于渦輪機(jī)的噴嘴組件100。如在圖2中 所示，噴嘴組件100包括至少一個(gè)具有內(nèi)側(cè)壁104和外側(cè)壁106的翼型件102。噴嘴組件 100還包括內(nèi)環(huán)108和外環(huán)110。如將在本文中更詳細(xì)地描述的，內(nèi)環(huán)108和內(nèi)側(cè)壁104 (以 及類似地外環(huán)Iio和外側(cè)壁106)在對(duì)接部101處通過機(jī)械元件和焊縫的組合聯(lián)接到一起。 對(duì)接部101理解為是指其中環(huán)和側(cè)壁相鄰并聯(lián)接的整個(gè)區(qū)域。對(duì)接部101的焊接到一起的 部分在圖2中大體顯示為區(qū)域90。如在圖2中所示(以及結(jié)合圖4更詳細(xì)地所討論)，環(huán)108，110與側(cè)壁104，106之 間的對(duì)接部101可各自包括機(jī)械式徑向止擋109，該徑向止擋109在焊接過程中將翼型件 102保持在恰當(dāng)?shù)膹较蛭恢?，并防止焊縫收縮。對(duì)接部101各自可進(jìn)一步包括機(jī)械式軸向止 擋107，該軸向止擋107將翼型件102保持在恰當(dāng)?shù)妮S向位置，并控制焊縫的長度深度。如 本文所公開，這些機(jī)械式止擋107，109包括一系列的凸臺(tái)階的互連，該凸臺(tái)階接合在互補(bǔ) 的零件的對(duì)應(yīng)的凹臺(tái)階中。如在圖2中以及在顯示對(duì)接部101 (內(nèi)環(huán)108與內(nèi)側(cè)壁104之間，以及外環(huán)110與 外側(cè)壁106之間)的圖3的分解截面中所示，本發(fā)明的實(shí)施例包括這樣的外側(cè)壁106和/ 或內(nèi)側(cè)壁104 該外側(cè)壁106和/或內(nèi)側(cè)壁104進(jìn)一步包括凸出的卡子130，該卡子130延 伸到外環(huán)110和/或內(nèi)環(huán)108中對(duì)應(yīng)的卡子凹部132中。例如，如在圖3中所示，外側(cè)壁106 與外環(huán)110之間(以及在內(nèi)側(cè)壁104與內(nèi)環(huán)108之間)的對(duì)接部101的前(進(jìn)入)側(cè)通過機(jī) 械式卡子130聯(lián)接，而后(引出)側(cè)通過焊接聯(lián)接(焊接的部分大體由區(qū)域90指示)。在對(duì) 接部101的一側(cè)上使用卡子130和卡子凹部132消除了對(duì)于焊接對(duì)接部101的該側(cè)的需要。還注意到，為了方便起見，本公開就外側(cè)壁106和外環(huán)110討論了本發(fā)明的實(shí)施 例，但是，類似的實(shí)施例也為內(nèi)側(cè)壁104和內(nèi)環(huán)108而公開。就內(nèi)側(cè)壁104和內(nèi)環(huán)108而言， 接合在互補(bǔ)的零件的對(duì)應(yīng)的凹臺(tái)階中的凸臺(tái)階的構(gòu)造可與用于外側(cè)壁106和外環(huán)110的那 些構(gòu)造一致，可以是該構(gòu)造的鏡像，或者可以為任何其它已知的構(gòu)造。類似地，卡子和卡子凹部的構(gòu)造可與用于外側(cè)壁106和外環(huán)110的那些構(gòu)造一致，可以是該構(gòu)造的鏡像，或者可 以為任何其它已知的構(gòu)造。轉(zhuǎn)到圖4，顯示了外環(huán)110和外側(cè)壁106的線條圖，該線條圖為了闡述的原因而進(jìn) 行了放大，并且外環(huán)Iio和外側(cè)壁106尚未連接。如圖所示，徑向止擋109和軸向止擋107 通過一系列的凸臺(tái)階的互連而形成，一旦匹配在一起，則該凸臺(tái)階就接合在互補(bǔ)的零件的 對(duì)應(yīng)的凹臺(tái)階中。例如，機(jī)械式軸向止擋107可通過包括第一凹臺(tái)階112的外環(huán)110和包 括對(duì)應(yīng)的第一凸臺(tái)階114的外側(cè)壁106形成。機(jī)械式徑向止擋109可通過外環(huán)110和外側(cè) 壁106形成，該外環(huán)110具有鄰近第一凹臺(tái)階112的第二凹臺(tái)階116，該外側(cè)壁106包括鄰 近第一凸臺(tái)階114的對(duì)應(yīng)的第二凸臺(tái)階118。還注意到，盡管凹臺(tái)階和凸臺(tái)階在二維的截面 中顯示為大體水平，但是，這些部分也可以成一定的角度，以協(xié)助正確地安放噴嘴組件的零 件。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的噴嘴組件的外側(cè)壁和外環(huán)之間的對(duì)接部101的分解 截面圖顯示在圖4-11中。例如，就卡子130、卡子凹部132，以及形成軸向止擋107和徑向 止擋109的凸臺(tái)階和凹臺(tái)階的位置而言，各種構(gòu)造都是可行的。例如，卡子130可設(shè)置于對(duì) 接部101的不同側(cè)上，例如翼型件102的前(進(jìn)入)側(cè)或后(引出)側(cè)。此外，卡子130可 自側(cè)壁104，106或環(huán)108，110凸出。另外，凸臺(tái)階和凹臺(tái)階的構(gòu)造可以是相反的，使得或者 側(cè)壁104，106或者環(huán)108，110可包括凸臺(tái)階或凹臺(tái)階。如在圖4中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，外側(cè)壁106可包括卡子130，而外環(huán)110包括卡 子凹部132，并且卡子130可設(shè)置于外側(cè)壁106的前(進(jìn)入)側(cè)上。另外，外側(cè)壁106可包 括凸臺(tái)階，而外環(huán)110可包括凹臺(tái)階，以形成徑向止擋109和軸向止擋107。如在圖5中所 示，除了卡子130可以替代地設(shè)置于外側(cè)壁106的后(引出)側(cè)上之外，可提供類似于圖4 的構(gòu)造。如在圖6中所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，外側(cè)壁106可包括卡子130，而外環(huán)110包 括卡子凹部132，并且卡子130可設(shè)置于外側(cè)壁106的前(進(jìn)入)側(cè)上。然而，與顯示在圖 4中的實(shí)施例相反，在該實(shí)施例中，外側(cè)壁106可包括凹臺(tái)階，而外環(huán)110可包括凸臺(tái)階，以 形成徑向止擋109和軸向止擋107。如在圖7中所示，除了卡子130可以替代地設(shè)置于外側(cè) 壁106的后(引出)側(cè)上之外，可提供類似于圖6的構(gòu)造。如在圖8中所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，外環(huán)110可包括卡子130，而外側(cè)壁106包括 卡子凹部132，并且卡子130可設(shè)置于外環(huán)110的前(進(jìn)入)側(cè)上。另外，外側(cè)壁106可包 括凸臺(tái)階，而外環(huán)110可包括凹臺(tái)階，以形成徑向止擋109和軸向止擋107。如在圖9中所 示，除了卡子130可以替代地設(shè)置在外環(huán)110的后(引出)側(cè)上之外，可提供類似于圖8的構(gòu)造。如在

圖10中所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，外環(huán)110可包括卡子130，而外側(cè)壁106包 括卡子凹部132，并且卡子130可設(shè)置于外環(huán)110的前(進(jìn)入)側(cè)上。然而，與顯示在圖8 中的實(shí)施例相反，在該實(shí)施例中，外側(cè)壁106可包括凹臺(tái)階，而外環(huán)110可包括凸臺(tái)階，以形 成徑向止擋109和軸向止擋107。如在圖11中所示，除了卡子130可以替代地設(shè)置于外環(huán) 110的后(引出)側(cè)上之外，可提供類似于圖10的構(gòu)造。當(dāng)卡子130在翼型件102的引出側(cè)上時(shí)，卡子130進(jìn)一步協(xié)助軸向定位。當(dāng)卡子 130在進(jìn)入側(cè)上時(shí)，在其被組裝時(shí)其進(jìn)一步保持翼型件102沿徑向定位，并且當(dāng)在焊接之前噴嘴堆疊在組件中的同時(shí)施加壓力時(shí)有助于容納翼型件102。當(dāng)焊接相對(duì)側(cè)時(shí)，卡子130還 保持噴嘴組件100就位，因?yàn)橄鄬?duì)側(cè)上的焊縫將收縮，并將在焊縫收縮的過程中意圖使相 對(duì)側(cè)翹起。另外，與在同一對(duì)接部101處焊接所導(dǎo)致的明顯的間斷性相比，卡子130允許更 大決定性的應(yīng)力集中(Kt)因子。噴嘴組件100上的力矩通常在下游，這會(huì)在焊縫上導(dǎo)致拉 伸力。在已知的應(yīng)力集中因子的情況下，該力現(xiàn)在通過卡子130傳遞。下游焊縫通常處于 壓縮狀態(tài)，這允許較少地?fù)?dān)心焊縫Kt。噴嘴組件100還可以包括防護(hù)性涂層以抵抗腐蝕環(huán) 境，諸如擴(kuò)散的氮化鈦(TiN)涂層或氮化鋁鈦涂層(AlTiN)。與完全焊接的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造相 反，本公開的機(jī)械和焊接構(gòu)造允許在焊接操作之前容易地將涂層設(shè)置到翼型件102上。與完全焊接的設(shè)計(jì)相比，本公開的機(jī)械式卡子和焊接設(shè)計(jì)進(jìn)一步允許降低零件成 本和加工周期。這是因?yàn)?，如在圖中所示，翼型件的進(jìn)入側(cè)或前側(cè)前方的面積在軸向方向上 可大于先前的設(shè)計(jì)，因此，翼型件無需被加工到直至期望的尺寸，這一點(diǎn)在完全焊接的設(shè)計(jì) 中必須進(jìn)行。另外，當(dāng)對(duì)部件進(jìn)行分析時(shí)，焊接產(chǎn)生了決定性的邊界條件。換言之，當(dāng)對(duì)噴嘴組 件100進(jìn)行有限元分析或其它計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)是決定性的，即不存在可在操作過程中改變邊 界條件的滑動(dòng)面。噴嘴滑動(dòng)到凹槽中、但是并不焊接，如果不緊密地裝填或者栓接或釘?shù)江h(huán) 上，可振動(dòng)或者移動(dòng)。如在圖1-11中所示，盡管卡子130可定向成大體垂直于該卡子130自其中凸出的 側(cè)壁或環(huán)，卡子130的一個(gè)或多個(gè)側(cè)部也可定向成與該卡子130自其中凸出的側(cè)壁或環(huán)成 一定的角度，直到垂直地定向。在圖12中顯示了具有成角度的側(cè)部的卡子130的實(shí)例?？?子凹部132的側(cè)部可類似地成角度，以便允許與卡子130聯(lián)接。盡管成角度的卡子130在 圖12中顯示為包含在前(進(jìn)入)側(cè)中，但是，如在本文中所說明，成角度的卡子130也可以 設(shè)置于后(引出)側(cè)上。另外，盡管成角度的卡子130顯示為自外側(cè)壁106凸出，且外環(huán)顯 示為具有成角度的卡子凹部132，但是，如在本文中所討論，同樣公開了相反的情況。換言 之，外側(cè)壁106可包括成角度的卡子凹部132，而外環(huán)可具有凸出的成角度的卡子130。焊接在一起的外環(huán)110和外側(cè)壁106的部分可使用常規(guī)的低熱量焊接技術(shù)以及較 高熱量的焊接(諸如使用通電的或非通電的填充焊絲的氣體保護(hù)鎢極電弧焊(GTAW)、氣體 保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)或電子束焊接(EBW))來焊接。如果使用GTAW(也稱作TIG)焊 接，則可使用手工TIG焊接或完全自動(dòng)的TIG焊接。使用本發(fā)明的實(shí)施例的構(gòu)造，在外側(cè)壁106與外環(huán)110之間的焊縫的根部上的應(yīng) 力集中處于大體垂直的方向。另外，焊縫深度與焊縫的寬度之比優(yōu)選地處于大約3 1至 10 1的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)到圖13和14，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，外環(huán)110可進(jìn)一步包括凸出的可消 耗的根部部分122，該根部部分122在外側(cè)壁106與外環(huán)110之間朝向?qū)硬?01延伸?？?消耗的根部部分122可包括具有適用于促進(jìn)在外環(huán)110與外側(cè)壁106之間的對(duì)接部110處 焊接的任何形狀和大小的材料。例如，可消耗的根部部分122可包括斜切或正方形底部凹 槽?？上牡母坎糠?22可用作用于焊接(諸如TIG焊接)的可消耗的根部，或者可用 作用于焊接(諸如電子束焊接(EBW))的固定止擋，以保證零件保持在恰當(dāng)?shù)奈恢谩Ａ硗?，或者外環(huán)110或者外側(cè)壁106的一部分可遠(yuǎn)離對(duì)接部101成角度，以便形成 窄凹槽120。如在圖13中所示，本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步包括外環(huán)110的一部分(顯示為部分111)，該部分遠(yuǎn)離對(duì)接部101成角度，以便形成窄凹槽120。窄凹槽120可通過使外環(huán) 110的部分111成角度為大約0°至大約11°的范圍內(nèi)的角度而形成。如在圖14中所示， 外環(huán)110的一部分(顯示為部分111)和鄰接外環(huán)110的外側(cè)壁106的一部分(顯示為部 分105)可遠(yuǎn)離對(duì)接部101成角度。與圖13(在該圖13中，在環(huán)/側(cè)壁對(duì)接部101處的僅 僅一個(gè)表面遠(yuǎn)離對(duì)接部101成角度)相反，顯示在圖14中的實(shí)施例包括遠(yuǎn)離對(duì)接部101而 成角度以形成窄凹槽120的兩個(gè)表面105，111。再次，部分105可以大約0°至大約11°的 范圍內(nèi)的角度而遠(yuǎn)離對(duì)接部101成角度。用語“第一”、“第二”等等在本文中并非表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用來區(qū) 分一個(gè)元件與另一個(gè)元件，并且用語“一” “一個(gè)”在本文中并非表示數(shù)量的限制，而是表示 存在至少一個(gè)所指項(xiàng)目。結(jié)合數(shù)量使用的修飾詞“大約”包括所指明的數(shù)值，并且具有由上 下文所指示的含義(例如包括與具體數(shù)量的量度相關(guān)聯(lián)的誤差程度)。如在本文中所用，后 綴“(s) ”意圖既包括其所修飾的用語的單數(shù)，又包括其所修飾的用語的復(fù)數(shù)，因此包括一個(gè) 或多個(gè)該用語(例如金屬(s)包括一種或多種金屬)。本文所公開的范圍是包括性的并且 可獨(dú)立地組合(例如，“直到大約25%重量，或者更具體地講，大約5%重量至大約20%重 量”的范圍包括端點(diǎn)，以及“大約5%重量至大約25%重量”的范圍的所有中間數(shù)值等等)。盡管本文描述了各種實(shí)施例，但是根據(jù)說明書將了解到，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在 其中進(jìn)行各種元件組合、變型或改進(jìn)，并且這些元件組合、變型或改進(jìn)處于本發(fā)明的范圍之 內(nèi)。另外，可進(jìn)行許多變更，以使具體的場合或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)，而并不背離其實(shí)質(zhì) 范圍。因此，本發(fā)明意圖并不受限于作為用于實(shí)施本發(fā)明的構(gòu)想出的最佳模式而公開的具 體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
10
權(quán)利要求
一種用于渦輪機(jī)的噴嘴組件(10，100)，所述噴嘴組件(10，100)包括具有外側(cè)壁(16，106)的翼型件(12，102)；在對(duì)接部(80)處以機(jī)械的方式聯(lián)接至所述外側(cè)壁(16，106)的外環(huán)(20，110)；在所述外側(cè)壁(16，106)與所述外環(huán)(20，110)的對(duì)接部(80)處的機(jī)械式軸向止擋(17，107)，所述機(jī)械式軸向止擋(17，107)構(gòu)造成以便將所述翼型件(12，102)保持在恰當(dāng)?shù)妮S向位置；以及在所述外側(cè)壁(16，106)與所述外環(huán)(20，110)的對(duì)接部(80)處的機(jī)械式徑向止擋(19，109)，所述機(jī)械式徑向止擋(19，109)構(gòu)造成以便將所述翼型件(12，102)保持在恰當(dāng)?shù)膹较蛭恢茫鐾鈧?cè)壁(16，106)和所述外環(huán)(20，110)中的一個(gè)包括凸出的卡子(130)，該凸出的卡子(130)延伸到所述外環(huán)(20，110)和所述外側(cè)壁(16，106)中的另一個(gè)中的對(duì)應(yīng)的卡子凹部(132)中，其中，所述對(duì)接部(80)的第一側(cè)通過所述凸出的卡子(130)和所述對(duì)應(yīng)的卡子凹部(132)以機(jī)械的方式聯(lián)接到一起，而所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)包括焊接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，所述機(jī)械式軸向止擋(17，107)包括 以下中的一個(gè)(a)具有第一凹臺(tái)階(112)的所述外環(huán)(20，110)和具有對(duì)應(yīng)的第一凸臺(tái)階(114)的所 述外側(cè)壁(16，106)，和(b)具有第一凹臺(tái)階(112)的所述外側(cè)壁(16，106)和具有對(duì)應(yīng)的第一凸臺(tái)階(114)的 所述外環(huán)(20，110)，其中，所述機(jī)械式軸向止擋(17，107)使得能夠在所述外環(huán)(20，110)與所述外側(cè)壁 (16，106)之間進(jìn)行互鎖接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴組件，其特征在于，所述機(jī)械式徑向止擋(19，109)包括 以下中的一個(gè)(a)具有鄰近所述第一凹臺(tái)階的第二凹臺(tái)階(116)的所述外環(huán)(20，110)和具有鄰近所 述第一凸臺(tái)階(114)的對(duì)應(yīng)的第二凸臺(tái)階(118)的所述外側(cè)壁(16，106)，以及(b)具有鄰近所述第一凹臺(tái)階(112)的第二凹臺(tái)階(116)的所述外側(cè)壁(16，106)和具 有鄰近所述第一凸臺(tái)階(114)的對(duì)應(yīng)的第二凸臺(tái)階(118)的所述外環(huán)(20，110)，其中，所述機(jī)械式徑向止擋(19，109)也使得能夠在所述外環(huán)(20，110)與所述外側(cè)壁 (16，106)之間進(jìn)行互鎖接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，所述凸出的卡子(130)和所述對(duì)應(yīng)的 卡子凹部(132)大體垂直于所述外側(cè)壁(16，106)和所述外環(huán)(20，110)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，所述凸出的卡子(130)的側(cè)部和所述 對(duì)應(yīng)的卡子凹部(132)的側(cè)部以大約0°至大約90°的范圍中的角度遠(yuǎn)離所述對(duì)接部(80) 成角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)處的所述 外環(huán)(20，110)還包括凸出的可消耗的根部部分(122)，該可消耗的根部部分(122)朝向所 述外側(cè)壁(16，106)和所述外環(huán)(20，110)的對(duì)接部(80)的第二側(cè)延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，(a)在所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)處的所述外環(huán)(20，110)的部分(105，111)和(b)在所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)處的所述外側(cè) 壁(16，106)的部分(105，111)中的一個(gè)以大約0°至大約11°的范圍中的角度遠(yuǎn)離所述 對(duì)接部(80)的第二側(cè)成角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，在所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)處的所 述外環(huán)(20，110)的部分(105，111)和在所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)處的所述外側(cè)壁(16， 106)的部分(105，111)兩者都以大約0°至大約11°的范圍中的角度遠(yuǎn)離所述對(duì)接部 (80)的第二側(cè)成角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，所述翼型件(12，102)在該翼型件上 包括防護(hù)性涂層，以抵抗腐蝕環(huán)境。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴組件，其特征在于，所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)處的 所述焊接連接包括下列焊接技術(shù)中的一種使用通電的填充焊絲的氣體保護(hù)鎢極電弧 焊(GTAW)、使用非通電的填充焊絲的GTAW、氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)或電子束焊接 (EBW)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴組件，其特征在于，在所述焊接連接處的焊縫上的應(yīng) 力集中處于大體垂直的方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴組件，其特征在于，焊縫深度與所述焊縫的寬度之比 處于大約3 1至10 1的范圍中。
13.一種用于渦輪機(jī)的噴嘴組件(10，100)，所述噴嘴組件(10，100)包括具有內(nèi)側(cè)壁(14，104)的翼型件(12,102)；在對(duì)接部(80)處以機(jī)械的方式聯(lián)接至所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)的內(nèi)環(huán)(18，108)；在所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)與所述內(nèi)環(huán)(18，108)的所述對(duì)接部(80)處的機(jī)械式軸向止 擋(17，107)，所述機(jī)械式軸向止擋(17，107)構(gòu)造成以便將所述翼型件(12，102)保持在恰 當(dāng)?shù)妮S向位置；以及在所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)與所述內(nèi)環(huán)(18，108)的所述對(duì)接部(80)處的機(jī)械式徑向止 擋(19，109)，所述機(jī)械式徑向止擋(19，109)構(gòu)造成以便將所述翼型件(12，102)保持在恰 當(dāng)?shù)膹较蛭恢?，所述?nèi)側(cè)壁(14，104)或所述內(nèi)環(huán)(18，108)中的一個(gè)包括凸出的卡子(130)，該凸出的 卡子(130)延伸到所述內(nèi)環(huán)(18，108)或所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)中的另一個(gè)中的對(duì)應(yīng)的卡子 凹部(132)中；其中，所述對(duì)接部(80)的第一側(cè)通過所述凸出的卡子(130)和所述對(duì)應(yīng)的卡子凹部 (132)以機(jī)械的方式聯(lián)接到一起，而所述對(duì)接部(80)的第二側(cè)包括焊接連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴嘴組件，其特征在于，所述機(jī)械式軸向止擋(17，107)包 括以下中的一個(gè)(a)具有第一凹臺(tái)階(112)的所述內(nèi)環(huán)(18，108)和具有對(duì)應(yīng)的第一凸臺(tái)階(114)的所 述內(nèi)側(cè)壁(14，104)，和(b)具有第一凹臺(tái)階(112)的所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)和具有對(duì)應(yīng)的第一凸臺(tái)階(114)的 所述內(nèi)環(huán)(18，108)，其中，所述機(jī)械式軸向止擋(17，107)使得能夠在所述內(nèi)環(huán)(18，108)與所述內(nèi)側(cè)壁 (14，104)之間進(jìn)行互鎖接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噴嘴組件，其特征在于，所述機(jī)械式徑向止擋(19，109)包 括以下中的一個(gè)(a)具有鄰近所述第一凹臺(tái)階的第二凹臺(tái)階(116)的所述內(nèi)環(huán)(18，108)和具有鄰近所 述第一凸臺(tái)階(114)的對(duì)應(yīng)的第二凸臺(tái)階(118)的所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)，和(b)具有鄰近所述第一凹臺(tái)階(112)的第二凹臺(tái)階(116)的所述內(nèi)側(cè)壁(14，104)和具 有鄰近所述第一凸臺(tái)階(114)的對(duì)應(yīng)的第二凸臺(tái)階(118)的所述內(nèi)環(huán)(18，108)，其中，所述機(jī)械式徑向止擋(19，109)也使得能夠在所述內(nèi)環(huán)(18，108)與所述內(nèi)側(cè)壁 (14，104)之間進(jìn)行互鎖接合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用機(jī)械與焊接加工的渦輪機(jī)單一噴嘴組件。本發(fā)明的實(shí)施例包括用于渦輪機(jī)的噴嘴組件，該噴嘴組件包括翼型件、內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及內(nèi)環(huán)和外環(huán)。這些側(cè)壁和環(huán)中的各個(gè)通過一端上的機(jī)械互連和另一端上的焊接連接的組合在對(duì)接部處聯(lián)接在一起。機(jī)械互連包括或者側(cè)壁或者環(huán)，或者側(cè)壁或者環(huán)具有凸出的卡子，而另一個(gè)具有對(duì)應(yīng)的卡子凹部?；ミB還可以包括軸向機(jī)械式止擋和徑向機(jī)械式止擋。該構(gòu)造可進(jìn)一步在環(huán)與側(cè)壁之間的對(duì)接部處包括一個(gè)或多個(gè)表面，該表面遠(yuǎn)離對(duì)接部成角度，以便形成窄凹槽。該構(gòu)造可進(jìn)一步包括帶有可消耗的根部部分的環(huán)。
文檔編號(hào)F01D9/02GK101892869SQ201010146960
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者A·P·格雷夫, S·S·伯吉克 申請(qǐng)人:通用電氣公司