[发明专利]用于减少叶片/圆盘(9FA,第一级)应力的叶片/圆盘燕尾榫顶槽

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机技术，并且更特别地是，涉及一种修正的叶片和/或圆盘燕尾榫(dovetail)，设计用于在安装叶片的圆盘的应力集中特征和/或叶片自身的应力集中特征周围转移叶片负荷路径。

背景技术

某些燃气涡轮机圆盘包括一些周向布置的燕尾榫，圆盘的外围限定了它们之间的燕尾槽。每个燕尾槽在轴向上容纳形成翼面部分的叶片，并且叶片燕尾榫具有与燕尾槽互补的形状。

叶片可以被进入到圆盘的冷却槽和形成在叶片燕尾榫部分中槽的空气所冷却。通常，冷却槽周向360°延伸通过交替的燕尾榫和燕尾槽。

已经发现由于悬垂的叶片负荷和应力集中几何所导致叶片燕尾榫和燕尾槽之间的界面位置是潜在的寿命极限位置。过去，在某些涡轮机上使用燕尾榫顶槽(backcut)减轻压力。然而，这些顶槽实质上较小并且与这里提及的问题不相关。而且，所述位置和移除的材料量并没有最大优化圆盘上的应力减少、叶片上的应力减少和叶片的使用寿命之间的平衡。

发明内容

本发明描述一种减少涡轮机圆盘和涡轮机叶片中的至少一个的应力的方法，涡轮机叶片附接在圆盘上，每个涡轮机叶片包括叶片燕尾榫，其嵌在圆盘中的与其形状相匹配的燕尾槽中。所述方法可以包括：(a)确定燕尾榫顶槽相对于基准线的起始点，起始点限定了燕尾榫顶槽沿着燕尾榫轴的长度；(b)确定燕尾榫顶槽的切角；以及(c)按照起始点和切角，从叶片燕尾榫或者圆盘燕尾槽的至少一个中移除材料，形成燕尾榫顶槽。按照叶片和圆盘几何优化起始点和切角，使圆盘应力减少、叶片应力减少、涡轮机叶片的使用寿命与维持或提高涡轮机叶片空气动力学特性之间的平衡达到最大化。从叶片燕尾榫的前面沿燕尾榫轴中心线的一段固定距离设定基准线，实施步骤(a)使得燕尾榫顶槽的起始点是在基准线向后至少大约1.539英寸处。

在某些实施例中，设定每个涡轮机叶片在9FA涡轮机的第一级中工作。实施步骤(b)使得切角最大值为大约3°。在其它实施例中，实施步骤(b)使得切角为大约0.7°。从叶片燕尾榫的前面离基准线的固定距离大约2.964英寸。

在某些实施例中，通过对叶片和圆盘几何采用有限元分析，优化起始点和切角。通过用非平面限定燕尾榫顶槽确定多个切角来实施步骤(b)。通过从叶片燕尾榫移除材料实施步骤(c)。在其它实施例中，通过从圆盘燕尾槽移除材料实施步骤(c)。也可以通过从叶片燕尾榫和圆盘燕尾槽移除材料来实施步骤(c)。还可以实施步骤(c)，使移除叶片燕尾榫和圆盘燕尾槽材料基础上所形成的角不超过切角。

本发明还描述了涡轮机叶片，其包括翼面和叶片燕尾榫，叶片燕尾榫具有与涡轮机圆盘中的燕尾槽相匹配的形状。叶片燕尾榫包括燕尾榫顶槽，按照叶片几何设定所述燕尾榫顶槽的尺寸和位置，使圆盘应力减少、叶片应力减少、涡轮机叶片的使用寿命与维持或者提高涡轮机叶片的空气动力学特性之间的平衡达到最大化。限定了沿着燕尾榫轴的燕尾榫顶槽长度的燕尾榫顶槽的起始点，确定从叶片燕尾榫的前面沿着燕尾榫轴中心线一段固定距离。燕尾榫顶槽的起始点在基准线向后至少大约1.539英寸处。

在某些实施例中，设定每个涡轮机叶片在9FA涡轮机的第一级中工作。所述燕尾榫顶槽的切角最大值为大约3°。在其它实施例中，所述燕尾榫顶槽的切角是大约0.7°。从叶片燕尾榫的前面离基准线的固定距离大约2.964英寸。在某些实施例中，燕尾榫顶槽具有非平面。

本发明还描述了涡轮机叶片，其包括翼面和叶片燕尾榫，叶片燕尾榫具有与涡轮机圆盘中的燕尾槽相匹配的形状。设定每个涡轮机叶片在9FA涡轮机的第一级中工作，并且所述叶片燕尾榫包括燕尾榫顶槽。沿燕尾榫轴限定燕尾榫顶槽长度的燕尾榫顶槽起始点，可以在叶片燕尾榫的前面沿燕尾榫轴中心线一段固定距离处确定。燕尾榫顶槽的起始点在基准线向后至少大约1.539英寸处。燕尾榫顶槽的切角最大值为大约3°。

在某些实施例中，所述燕尾榫顶槽的切角是大约0.7°。从叶片燕尾榫的前面离基准线的固定距离大约2.964英寸。通过下面的优选实施例结合附图和所附权利要求将更容易理解本发明的这些特征。

附图说明

图1具有燃气涡轮机叶片的燃气涡轮机圆盘部段的透视图；

图2燃气涡轮机叶片的压力侧的透视图；

图3燃气涡轮机叶片的吸力侧的透视图；

图4-7在把材料移走的区域中叶片或者圆盘燕尾榫区域的封闭视图；

图8和9第一类型(6FA涡轮机)的第一涡轮级中的第一级叶片或者圆盘的材料移除区域；

图10和11第二类型(6FA+e涡轮机)的第一涡轮级中的第一级叶片或者圆盘的材料移除区域；