УЗЕЛ СОПЛА ДЛЯ ТУРБИНЫ Российский патент 2012 года по МПК F01D25/24 F01D3/02 F01D9/02 

Настоящее изобретение относится к узлам сопла для турбин. Более конкретно, но не в качестве ограничения, настоящее изобретение относится к синглетным узлам сопла в первой ступени паровой турбины с двойным потоком.

Паровые турбины обычно содержат неподвижные сегменты сопла, которые направляют поток пара на вращающиеся лопатки или ковши турбины, которые соединены с ротором. В паровых турбинах сопло, которое может формировать аэродинамический профиль или лопатку, обычно называют ступенью диафрагмы. Один пример паровой турбины раскрыт в публикации US 2004/0253095 A1.

Обычно ступени диафрагмы выполняют с использованием одного из двух способов. В первом способе используется конструкция из полосы/кольца, в которой воздушные профили вначале приваривают между внутренней и внешней полосами, которые охватывают приблизительно 180°. Такие изогнутые полосы с приваренными воздушными профилями затем собирают и сваривают между внутренним и внешним несущими кольцами статора турбины. Второй способ построения заключается в использовании воздушных профилей или лопастей сопла, приваренных непосредственно к внутреннему и внешнему кольцам. В этом способе сопла обычно имеют интегральные боковые стенки, которые используются для создания границы перехода между внутренним и внешним кольцами. Этот способ обычно используется для более крупных установок паровых турбин, в которых возможно обеспечение доступа для сварки.

Существуют неотъемлемые ограничения для использования способа построения типа полосы/кольца. Принципиальное ограничение способа сборки полоса/кольцо состоит в искажениях, которые происходят на пути потока, из-за используемой сварки. То есть сварной шов, используемый для такой сборки, имеет значительный размер и требует подвода большого количества тепла. Для сварки требуется либо большое количество подводимого тепла и значительное количество металлического заполнителя, либо может использоваться электронная сварка с очень глубоким проникновением луча. В любом случае материал или подводимое тепло приводят к тому, что происходит существенное искажение потока. Например, усадка материала приводит к тому, что аэродинамические профили будут изгибаться наружу от их расчетной формы на пути потока. Во многих случаях аэродинамические профили узлов сопла требуют регулировки и снятия внутренних напряжений после сварки.

В результате искажения пути пара (которое может в некоторой степени присутствовать даже после того, как будут приняты эффективные меры после сборки) происходит снижение эффективности ступени диафрагмы. Поверхностные профили внутренней и внешней полос также могут изменяться в результате сварки сопел на узле статора, что дополнительно создает нерегулярность траектории потока. Более конкретно, сопла и полосы обычно изгибаются и деформируются в результате использования обычных способов установки. Это требует существенной конечной обработки для получения конфигурации, соответствующей расчетным спецификациям. Во многих случаях приблизительно 30% затрат на общее выполнение узла сопла расходуется на обработку деформации узла сопла, включая обработку после сварки и устранение внутренних напряжений, для возвращения его в расчетную конфигурацию.

Во втором способе построения сопла (при котором боковые стенки воздушного профиля или лопаток сопла приваривают непосредственно к внутренним и внешним кольцам) также возникают существенные проблемы, и этот способ является неэффективным. Например, обычные способы сборки, в которых используется конструкция с одним соплом, приваренным к кольцам, не обеспечивают правильную конфигурацию для получения требуемой глубины сварки на границе перехода, в результате чего часто возникают проблемы. Кроме того, в обычных системах недостаточно обеспечиваются свойства выравнивания при сборке как на внутреннем, так и на внешнем кольце, которые могут способствовать установке. Кроме того, в обычных системах отсутствуют элементы удержания, которые могут удерживать установленное сопло на месте в случае разрушения сварного шва. Наконец, в обычных системах требуется использовать сварочные работы, на которые расходуется значительное время, как на границе перехода сопло-внутреннее кольцо, так и на границе перехода сопло-внешнее кольцо.

Кроме того, в первой ступени паровой турбины с двойным потоком множество проблем, связанных с построением узлов сопла, могут быть дополнительно усугублены. Однако определенные характеристики первой ступени, которую часто называют кольцевой камерой, обеспечивают возможности конструирования, которые можно использовать для упрощения узла сопла в этой ступени и сделать более эффективным процесс сборки. Например, разделитель потока занимает место на внутреннем кольце первой ступени и имеет полезные характеристики, которые можно использовать. Как будет более подробно описано далее, обычная конструкция сопла не позволяет использовать эти возможности.

Соответственно, существует потребность в создании сопла для первой ступени, которое разработано с возможностью установки либо путем продвижения сопла на место, либо с использованием ограниченной сварки с малым подводом тепла или же с использованием обоих этих способов. В любом случае такой узел обеспечивает минимальное искажение траектории пара или отсутствие такого искажения, которое возникает при использовании обычных процессов сварки, а также улучшает возможности производства и снижает затраты в цикле, что делает узел более эффективным. Кроме того, существует потребность в создании узла сопла первой ступени, который улучшает возможности совмещения узла сопла во время установки и создает механическую фиксацию для предотвращения движения назад узла сопла в случае разрушения сварного шва. Определенные уникальные характеристики первой ступени, которые отсутствуют в следующих ступенях, можно использовать с получением преимущества в конструкции сопла первой ступени для эффективного удовлетворения этих представленных потребностей.

Таким образом, согласно настоящему изобретению создан узел сопла для турбины, который может включать в себя: (1) лопатку сопла, имеющую внутреннюю и внешнюю боковые стенки и частично образующую путь потока после сборки в турбине; (2) внешнее кольцо; (3) разделитель потока, имеющий горизонтальную протяженность; (4) границу перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой, имеющую (i) охватываемую/охватывающую границу перехода и/или (ii) радиальный фиксатор; и (5) границу перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой, имеющей, по меньшей мере, одну из (i) охватываемой/охватывающей границы перехода или (ii) радиального фиксатора. В некоторых вариантах выполнения одна из границы перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой и границы перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой включает в себя сварной шов, и одна из границы перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой и границы перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой не содержит сварной шов.

В некоторых вариантах выполнения радиальный фиксатор может включать в себя либо (i) первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси от внутренней боковой стенки в горизонтальное удлинение, причем первая охватываемая ступенька выполнена с фланцем на ее наружной радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от горизонтального удлинения во внутреннюю боковую стенку, либо (ii) первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси от внешней боковой стенки во внешнее кольцо, причем первая охватываемая ступенька выполнена с фланцем на ее внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от внешнего кольца во внешнюю боковую стенку. Охватываемая/охватывающая граница перехода может включать в себя либо (i) радиальную охватывающую выемку на внешней боковой стенке, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на внешнем кольце, либо (ii) радиальную охватывающую выемку на внутренней боковой стенке, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении.

В некоторых вариантах выполнения граница перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой может включать в себя охватываемую/охватывающую границу перехода, расположенную на задней кромке внешней боковой стенки. Граница перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой может включать в себя радиальный фиксатор, расположенный на передней кромке внутренней боковой стенки. Охватываемая/охватывающая граница перехода, расположенная на задней кромке внешней боковой стенки, может быть сварена. Сварка может включать в себя стыковой сварной шов, по существу ограниченный областью между внешней боковой стенкой и внешним кольцом вдоль осевой длины охватываемой/охватывающей границы перехода. Длина вдоль оси охватываемой/охватывающей границы перехода, расположенной на задней кромке внешней боковой стенки, может быть менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внешним кольцом и внешней боковой стенкой.

Горизонтальное удлинение может дополнительно включать в себя задний выступ. Задний выступ может закрывать заднюю кромку внутренней боковой стенки таким образом, что задний выступ предотвращает осевое смещение внутренней боковой стенки в направлении назад.

В некоторых вариантах выполнения граница перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой может включать в себя один из радиальных фиксаторов, расположенных как на ведущей кромке, так и на задней кромке внешней боковой стенки. Граница перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой может включать в себя охватываемую/охватывающую границу перехода, расположенную на задней кромке внутренней боковой стенки. Охватываемая/охватывающая граница перехода, расположенная на задней кромке внутренней боковой стенки, может быть сварена с использованием стыкового сварного шва на границе перехода, так что сварной шов по существу образован областью между внутренней боковой стенкой и горизонтальным удлинением вдоль осевой длины охватываемой/охватывающей границы перехода. Осевая длина охватываемой/охватывающей границы перехода, расположенная на задней кромке внутренней боковой стенки, может быть менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внутренней боковой стенкой и горизонтальным удлинением.

Согласно настоящему изобретению дополнительно создан узел сопла для турбины, который может включать в себя: лопатку сопла, имеющую внутреннюю и внешнюю боковые стенки и частично образующую путь потока после ее установки в турбине; внешнее кольцо; разделитель потока, имеющий горизонтальное удлинение; границу перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой, имеющую (i) радиальный фиксатор, и/или (ii) охватываемую/охватывающую границу перехода, и/или (iii) охватывающую выемку с фланцами в виде выступающих радиально охватываемых ступенек на передней и задней кромках внешней боковой стенки; и границу перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой, имеющую (i) радиальный фиксатор, и/или (ii) охватываемую/охватывающую границу перехода, и/или (iii) охватывающую выемку с фланцами с виде выступающих радиально охватываемых ступенек как на передней, так и на задней кромке внутренней боковой стенки.

В некоторых вариантах выполнения радиальный фиксатор может включать в себя либо (i) первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси от внутренней боковой стенки в горизонтальное удлинение, причем первая охватываемая ступенька выполнена с фланцем на ее наружной радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от горизонтального удлинения во внутреннюю боковую стенку, либо (ii) первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси от внешней боковой стенки во внешнее кольцо, причем первая охватываемая ступенька выполнена с фланцем на ее внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от внешнего кольца во внешнюю боковую стенку. Охватываемая/охватывающая граница перехода может включать в себя либо (i) радиальную охватывающую выемку на внешней боковой стенке, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на внешнем кольце, либо (ii) радиальную охватывающую выемку во внутренней боковой стенке, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении.

Граница перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой может включать в себя один радиальный фиксатор, расположенный на передней кромке и на задней кромке внешней боковой стенки. Граница перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой может включать в себя охватывающую выемку с фланцем в виде радиально выступающих охватываемых ступенек на передней кромке и на задней кромке внутренней боковой стенки. Граница перехода между охватываемой ступенькой на задней кромке внутренней боковой стенки и горизонтальным удлинением может быть сварена. Сварка может включать в себя стыковой сварной шов, по существу ограниченный областью между внутренней боковой стенкой и горизонтальным удлинением по осевой длине охватываемой ступеньки на задней кромке внутренней боковой стенки. Осевая длина охватываемой ступеньки, расположенной на задней кромке внутренней боковой стенки, может быть менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внутренней боковой стенкой и горизонтальным удлинением. Внутренняя боковая стенка дополнительно может быть привинчена к горизонтальному удлинению с помощью болта. Болт может быть расположен таким образом, что он проходит радиально через горизонтальное удлинение во внутреннюю боковую стенку.

В некоторых вариантах выполнения граница перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой может включать в себя охватываемую/охватывающую границу перехода, расположенную на задней кромке внешней боковой стенки. Граница перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой может включать в себя охватывающую выемку с фланцами в виде радиально выступающих охватываемых ступенек на передней и задней кромках внутренней боковой стенки. Граница перехода между охватываемой ступенькой на задней кромке внутренней боковой стенки и горизонтальным удлинением может быть сварена. Сварка может включать в себя обеспечение стыкового сварного шва, по существу ограниченного областью между внутренней боковой стенкой и горизонтальным удлинением по осевой длине охватываемой ступеньки на задней кромке внутренней боковой стенки. Осевая длина охватываемой ступеньки на задней кромке внутренней боковой стенки может составлять менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внутренней боковой стенкой и горизонтальным удлинением. Охватываемая/охватывающая граница перехода, расположенная на задней кромке внешней боковой стенки, может быть сварена. Сварка содержит стыковой сварной шов, по существу ограниченный областью между внешней боковой стенкой и внешним кольцом по осевой длине охватываемой/охватывающей границы перехода. Осевая длина охватываемой/охватывающей границы перехода, расположенной на задней кромке внешней боковой стенки, может быть менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внешней боковой стенкой и внешним кольцом.

В некоторых вариантах выполнения разделитель потока может включать в себя одну деталь. Вертикальное удлинение разделителя потока может иметь большую наружную радиальную высоту, чем наружная радиальная высота расположенной перед ним границы перехода между внешней боковой стенкой и внешним кольцом. В некоторых вариантах выполнения внешнее кольцо может включать в себя сплошное кольцо и узел внешнего несущего кольца.

В настоящем изобретении дополнительно описан узел сопла для турбины, который может включать в себя: лопатку сопла, имеющую внутреннюю и внешнюю боковые стенки и частично образующую путь потока после ее установки в турбине; внешнее кольцо; разделитель потока, имеющий горизонтальное удлинение; средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя ограничитель сварного шва и является предохранительным устройством между границей перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой; и средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя радиальный фиксатор между границей перехода между внутренним кольцом и горизонтальным удлинением.

В некоторых вариантах выполнения ограничитель сварного шва может включать в себя задний ограничитель, который определяет глубину сварного шва на границе перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой. Предохранительное устройство может включать в себя механический ограничитель, который предотвращает осевое смещение назад внешней боковой стенки. В некоторых вариантах выполнения средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя ограничитель сварного шва и предохранительное устройство, может включать в себя либо (i) охватываемую/охватывающую границу перехода, либо (ii) охватывающую выемку, выполненную с фланцем в виде радиально продолжающихся охватываемых ступенек как на передней кромке, так и на задней кромке внешней боковой стенки. Охватываемая/охватывающая граница перехода может включать в себя радиальную охватывающую выемку на внешней боковой стенке, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на внешнем кольце.

Средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя радиальный фиксатор, может включать в себя первую охватываемую ступеньку, проходящую по оси от внутренней боковой стенки в горизонтальном удлинении. Первая охватываемая ступенька может быть выполнена с фланцем на ее самой внешней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от горизонтального удлинения во внутреннюю боковую стенку.

Согласно настоящему изобретению дополнительно создан узел сопла для турбины, который включает в себя: лопатку сопла, имеющую внутреннюю и внешнюю боковые стенки и частично образующую путь потока после сборки в турбине; внешнее кольцо; разделитель потока, имеющий горизонтальное удлинение; средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя радиальный фиксатор между границей перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой; и средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя ограничитель сварного шва и предохранительное устройство между границей перехода между внутренним кольцом и горизонтальным удлинением.

В некоторых вариантах выполнения ограничитель сварного шва может включать в себя задний ограничитель, который определяет глубину сварного шва на границе перехода. Предохранительное устройство может включать в себя механический ограничитель, который предотвращает осевое смещение в направлении назад внешней боковой стенки. В некоторых вариантах выполнения средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя ограничитель сварного шва и предохранительное устройство, может включать в себя либо (i) охватываемую/охватывающую границу перехода, либо (ii) охватывающую выемку с фланцами в виде радиально выступающих охватываемых ступенек как на передней кромке, так и на задней кромке внутренней боковой стенки. Охватываемая/охватывающая граница перехода может включать в себя радиальную охватывающую выемку на внутренней боковой стенке, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении.

В некоторых вариантах выполнения средство, обеспечивающее механическое соединение, которое включает в себя радиальный фиксатор, может включать в себя первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси из внешней боковой стенки во внешнее кольцо. Первая охватываемая ступенька может быть выполнена с фланцем на ее внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, проходящей вдоль оси от внешнего кольца во внешнюю боковую стенку.

Согласно настоящему изобретению также создан узел сопла для турбины, который может включать в себя: лопатку сопла, имеющую внутреннюю и внешнюю боковые стенки и частично образующую путь потока после сборки в турбине; внешнее кольцо; разделитель потока, имеющий горизонтальное удлинение; границу перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой, имеющую (i) радиальный фиксатор, и/или (ii) охватываемую/охватывающую границу перехода, и/или (iii) охватываемую выемку с фланцем в виде радиально выступающих охватываемых ступенек как на передней кромке, так и на задней кромке внешней боковой стенки; и границу перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой, имеющую соединение в виде крючка и паза. Соединение в виде крючка и паза может включать в себя крючок, который проходит радиально от передней кромки внутренней боковой стенки и соответствует сформированному вдоль окружности пазу в горизонтальном удлинении.

В некоторых вариантах выполнения граница перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой может включать в себя охватываемую/охватывающую границу перехода, расположенную как на передней, так и на задней кромках внешней боковой стенки. Охватываемая/охватывающая граница перехода, расположенная на задней кромке внешней боковой стенки, может быть сварена. Сварка может включать в себя обеспечение стыкового сварного, по существу ограниченного областью между внешней боковой стенкой и внешним кольцом по осевой длине охватываемой/охватывающей границы перехода. Длина вдоль оси охватываемой/охватывающей границы перехода, расположенной на задней кромке внешней боковой стенки, может быть менее приблизительно 1/4 осевой продолжительности совмещения между внешним кольцом и внешней боковой стенкой. Внешнее кольцо может включать в себя узел из сплошного кольца и внешнего несущего кольца.

Эти и другие отличительные признаки настоящего изобретения будут понятны после прочтения подробного описания предпочтительных вариантов выполнения, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематичный вид в поперечном сечении через первую ступень сопла паровой турбины с двойным потоком в соответствии с предшествующим уровнем техники;

фиг. 2 - схематичный вид в поперечном сечении первой ступени паровой турбины с двойным потоком, в которой установлен узел сопла в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

фиг. 3 - схематичный вид в поперечном сечении первой ступени паровой турбины с двойным потоком, в которой установлен узел сопла в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения;

фиг. 4 - схематичный вид в поперечном сечении первой ступени паровой турбины с двойным потоком, в которой установлен узел сопла в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения;

фиг. 5 - схематичный вид в поперечном сечении первой ступени паровой турбины с двойным потоком, в которой установлен узел сопла в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения;

фиг. 6 - схематичный вид в поперечном сечении первой ступени паровой турбины с двойным потоком, в которой установлен узел сопла в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения; и

фиг. 7 - схематичный вид в поперечном сечении первой ступени паровой турбины с двойным потоком, в которой установлен узел сопла в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 1 показана иллюстрация узла сопла первой ступени согласно предшествующему уровню техники, который, в целом, обозначен ссылочной позицией 10 и который в системе паровой турбины с двойным потоком может включать в себя узел 10 сопла, расположенный с каждой стороны разделителя 11 потока. Узел 10 сопла может включать в себя множество распределенных по одной окружности аэродинамических профилей или лопаток 12, которые могут быть приварены на противоположных концах между внутренней полосой 14 и внешними полосами 16. Внешняя полоса 16 может быть приварена к внешнему кольцу 20. Внутренняя полоса 14 может быть приварена к горизонтальному удлинению 21 разделителя 11 потока. Разделитель 11 потока также может иметь вертикальное удлинение 22, которое сужается в виде пика приблизительно в центре входной чаши 23 для пара. Следует отметить, что горизонтальное удлинение 21 и вертикальное удлинение 22, в общем, представляют собой обычные части, используемые в известных разделителях 11 потока, и не предполагается, что они могут означать специальные детали или конфигурации разделителя 11 потока. При использовании такой конфигурации вертикальное удлинение 22 разделителя 11 потока может разделять поток пара, проходящий через входную чашу 23 для пара, которая направляет по существу половину потока к каждому из узлов 10 сопла. Разделитель 11 потока может быть построен так, что он включает в себя две половины, которые могут быть соединены вместе с помощью винтового соединения 24. Также представлено множество лопаток или ковшей 26 турбины, установленных на роторе (не показан). Следует понимать, что узел 10 сопла совместно с ковшами 26 может образовать ступень паровой турбины.

Аэродинамические поверхности 12 могут быть в основном по отдельности приварены в соответствующим образом сформованных отверстиях, которые не показаны, на внутренних и внешних полосах 14 и 16. Внутренние и внешние полосы 14 и 16 обычно проходят в виде двух сегментов, каждый из которых охватывает приблизительно 180 градусов. После сварки аэродинамических профилей 12 между внутренней полосой 14 и внешней полосой 16 такой подузел затем приваривают между внешними кольцами 20 и горизонтальным удлинением 21 разделителя 11 потока, используя очень большой подвод тепловой энергии и глубокую сварку. Например, внутренняя полоса 14 может быть приварена к горизонтальному удлинению 21 с помощью сварного шва 30 начиная от местоположения позади нее. В сварном шве 30 может использоваться существенное количество металлического заполнителя, или требуется выполнять сварку с использованием очень глубоко проникающего электронного луча для получения достаточного соединения. Аналогично, сварные швы 31, 32, выполненные с большим подводом тепловой энергии, которые могут включать существенные количества металлического наполнителя или которые выполнены сваркой с использованием очень глубоко проникающего электронного луча, могут потребоваться для сварки внешней полосы 16 с внешним кольцом 20 в противоположных положениях по оси (то есть от положения перед полосой до положения после полосы), как показано на чертеже. Таким образом, когда аэродинамические профили 12 первоначально приваривают к внутренней и внешней полосам 14, 16 и затем приваривают к горизонтальному удлинению 21 и внешнему кольцу 20, такие большие сварные швы могут создать существенное искажение пути потока, в результате чего аэродинамические профили деформируются, уходя из их расчетной конфигурации, в результате подвода большого количества тепла и усадки металлического материала. Кроме того, внутренние и внешние полосы 14, 16 могут принять неправильную форму по сравнению с расчетной формой, что дополнительно искажает путь потока. В результате, узлы сопла, несмотря на длительную сварку и устранение внутренних напряжений, должны быть снова отформованы с приданием их расчетной конфигурации, с чем, как указано выше, может быть связано до 30% затрат на общее выполнение узла сопла. Наконец, если используется сварка электронным лучом, она обязательно должна быть закончена из одного направления, вплоть до противоположной стороны, в результате чего получают сварной шов толщиной до 4 дюймов. Помимо проблем искажения, связанных с подводом большого количества тепла, такой большой сварной шов по своей природе может привести к проблеме несовместимости и возможности соединения на границе перехода.

Что касается обычных способов сборки, как описано выше, имеются узлы сопла, которые приваривают непосредственно к горизонтальному удлинению 21 и внешнему кольцу 20, используя сварной шов, обычно с использованием сварки электронным лучом на границе перехода. Однако такие известные узлы сопла не содержат конфигурацию, которая обеспечивает заданную глубину сварного шва на границе перехода. Более конкретно, глубина сварки в обычных системах часто изменяется, поскольку зазор между боковыми стенками синглета сопла и кольцами является не постоянным. Когда зазор становится большим из-за диапазона допуска при механической обработке глубина сварки и свойства сварки меняются. При плотном зазоре сварной шов при сварке может получиться более коротким, чем требуется. Больший зазор при сварке может обеспечить возможность проникновения сварного шва глубже и может привести к образованию полостей в сварном шве, которые являются нежелательными. Кроме того, в современных конструкциях сопла, которые включают в себя интегральные внутренние и внешние боковые стенки, также используют сварные заготовки, которые требуют использования технологии сварки с подводом большого количества тепловой энергии, что является нежелательным. Подвод большого количества тепла может привести к нежелательным искажениям пути потока. Кроме того, как описано выше, в обычных узлах отсутствует элемент совмещения, который может способствовать выравниванию сопла в правильном положении во время установки, элемент удержания, который может удерживать установленное сопло на месте в случае разрушения сварного шва, и в них требуется использовать сварку, для выполнения которой необходимо длительное время, как на границе перехода сопло - горизонтальное удлинение, так и на границе перехода сопло -внешнее кольцо.

На фиг 2 представлен вариант выполнения узла 40 сопла первой ступени в соответствии с настоящим изобретением, в котором используется синглет первой ступени. Используемый здесь термин синглет первой ступени представляет собой одиночный аэродинамический профиль сопла с боковыми стенками или другими средствами крепления на каждом конце, который может быть закреплен непосредственно между горизонтальным удлинением 21 разделителя 11 потока и внешним кольцом 20, например, с использованием сварки с малым подводом тепла или с использованием скользящего соединения или винтового крепления. Как описано здесь, синглет первой ступени может иметь механические свойства, обеспечивающие улучшенную надежность и средство снижения риска (такое, как механический фиксатор на границе перехода между синглетом и горизонтальным удлинением 21 и/или внешним кольцом 20, который удерживает установленный синглет на месте в случае разрушения сварного шва). Как дополнительно описано ниже, синглет первой ступени может иметь свойства выравнивания, которые способствуют его установке и конфигурирования, что обеспечивает возможность формирования сварного шва с заданной глубиной сварки на границе перехода между синглетом и горизонтальным удлинением 21, и внешним кольцом 20. Следует также отметить, что на фиг. 2-6 проиллюстрирован обычный узел внешнего кольца. Используемый здесь термин внешнее кольцо определен широко и также включает в себя узлы в виде сплошного кольца или узлы из полосы/внешнего несущего кольца, такие как узел, описанный со ссылкой на фиг. 7. Варианты выполнения, описанные здесь, можно использовать с любым узлом внешнего кольца и при этом они не ограничены обычным узлом внешнего кольца согласно фиг. 2-6.

В соответствии с этим примерный вариант выполнения узла 40 сопла первой ступени согласно фиг. 2 может включать в себя интегрально сформированный синглет 42 первой ступени, который может включать в себя один аэродинамический профиль или лопатку 43 между внутренней боковой стенкой 44 и внешней боковой стенкой 46, соответственно. Аэродинамический профиль 43 и боковые стенки 44, 46 могут быть изготовлены способом машинной обработки из заготовки, полученной точной ковкой или из блока материала. Внутренняя боковая стенка 44 может быть вставлена в паз 47, расположенный в горизонтальном удлинении 21 разделителя 11 потока. Граница перехода передней стороны паза 47/внутренней боковой стенки 44 может включать в себя радиальный фиксатор 48. Используемый здесь термин радиальный фиксатор определен как пара перекрывающихся по оси охватываемых ступенек, которые предотвращают радиальное движение синглета. Как показано, они могут быть получены путем формирования охватываемой ступеньки 50, выступающей по оси из внутренней боковой стенки 44 в горизонтальное удлинение 21, и перекрывающей второй охватываемой ступеньки 52, которая проходит по оси от горизонтального удлинения 21 во внутреннюю боковую стенку 44. Охватываемая ступенька 52 образует фланец для охватываемой ступеньки 50, и охватываемая ступенька 52 может дополнительно выступать наружу в радиальном направлении, так, что она, по существу, блокирует внутреннюю боковую стенку 44 в пределах паза 47 и предотвращает радиальное движение синглета 42 первой ступени. Следует отметить, что, когда радиальный фиксатор установлен на внешней боковой стенке 46, как описано ниже в альтернативных вариантах выполнения, перекрывающая охватываемая ступенька внешнего кольца 20 может дополнительно проходить по радиусу внутрь дальше, чем охватываемая ступенька внешней боковой стенки 46. Паз 47 дополнительно может включать в себя расположенный ниже по потоку выступ 58, который закрывает заднюю кромку внутренней боковой стенки 44, предотвращая, таким образом, осевое смещение внутренней боковой стенки 44 в направлении назад. Таким образом, учитывая конфигурацию паза 47, внутренняя боковая стенка 44 может соединяться с горизонтальным удлинением 21 со скольжением в пазу 47.

Внешняя боковая стенка 46 может быть вставлена в паз 53 во внешнем кольце 20. На задней стороне паза 53 может быть сформирована радиальная охватываемая/охватывающая граница 54 перехода, которая, как более подробно описано ниже, может обеспечивать ограничитель сварного шва (который может способствовать образованию заданной, малой глубины сварного шва для эффективного соединения внешней боковой стенки 46 с внешним кольцом 20) и предохранительное устройство (то есть механический ограничитель или элементы удержания, которые могут удерживать установленное сопло на месте вдоль оси в случае разрушения сварного шва). Охватываемая/охватывающая граница 54 перехода может включать в себя радиальную охватывающую выемку во внешней боковой стенке 46, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на внешнем кольце 20.

Конфигурация узла 40 сопла первой ступени может обеспечивать эффективную установку синглета 42 первой ступени, которая может выполняться следующим образом. Синглет 42 первой ступени может быть установлен со скольжением в паз 47 и, таким образом, может соединиться с горизонтальным удлинением 21 через конфигурацию радиального фиксатора 48 и заднего выступа 58. Внешняя боковая стенка 46 затем может быть введена во внешнее кольцо 20 и совмещена с охватываемой/охватывающей границей 54 перехода. Следует отметить, что такие элементы, как паз 47 и паз 53, то есть радиальный фиксатор 48, задний выступ 58, охватываемая/охватывающая граница 54 перехода и т.д., могут обеспечивать соответствующее осевое и радиальное совмещение синглета 42 первой ступени во время установки.

Синглет 42 первой ступени затем может быть зафиксирован на месте между горизонтальным удлинением 21 и внешним кольцом 20 с использованием сварного шва 59, сформированного с малым подводом тепла на охватываемой/охватывающей границе 54 перехода. Например, в качестве сварного шва 59 с малым подводом тепла может использоваться граница перехода в виде стыкового сварного шва и, предпочтительно, может использоваться сварка электронным лучом с малой глубиной проникновения или сварка лазером с малой глубиной проникновения, или процесс сварки типа дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа или газоэлектрическая сварка вольфрамовым электродом с малой глубиной проникновения. При использовании этих процессов сварки и таких типов сварки, сварной шов 59 может быть ограничен областью между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 вдоль осевой протяженности охватываемой/охватывающей границы 54 перехода. То есть в результате радиального смещения охватываемой/охватывающей границы 54 перехода образуется, по существу, "задний ограничитель", который ограничивает длину сварного шва. Таким образом, сварной шов 59 может формироваться только на коротком, заданном осевом расстоянии и не превышает длину вдоль оси охватываемой/охватывающей границы 54 перехода. Сварной шов 59 также может быть сформирован без использования заполняющего сварного материала. Как показано на чертеже, менее чем приблизительно 1/4 осевого расстояния, продолжающегося вдоль внешней боковой стенки 46, может использоваться в сварном шве 59 для сварки синглета 42 первой ступени с внешним кольцом 20.

В соответствии с этим при использовании сварки электронным лучом в осевом направлении от задней стороны границы перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 осевая протяженность сварного шва в месте, где соединяются материалы внешней боковой стенки 46 и кольца 20, составляют менее приблизительно 1/4 протяженности их осевой границы перехода. В обычных системах, в которых отсутствует ограничитель сварного шва охватываемой/охватывающей границы 54 перехода, если используется сварка электронным лучом, сварной шов обязательно будет продолжаться через всю осевую протяженность совмещения, то есть по всей длине границы перехода, между боковой стенкой 46 и кольцом 20. Как описано выше, в результате этого может возникнуть искажение, и возникают проблемы, связанные со сварным соединением.

Как проиллюстрировано, в первой ступени синглет 42 может устанавливаться и удерживаться на месте вдоль оси на горизонтальном удлинении 21 разделителя 11 потока. Благодаря такой дополнительной осевой опоре соединение, выполненное без сварки, обеспечиваемое радиальным фиксатором 48 и задним выступом 58 между внутренней боковой стенкой 44 и горизонтальным удлинением 21, может быть достаточным. В других следующих ступенях турбины узлы сопла и внутреннего кольца, по существу, закреплены одним концом на внешнем кольце и, таким образом, подвергаются существенным внутренним напряжениям и деформациям под воздействием поперечного потока пара, протекающего с большой скоростью. Такие условия обычно приводят к необходимости сварки внутренней боковой стенки 44 с внутренним кольцом в соответствии с практикой, которую также, по существу, применяют в первой ступени, поскольку внутренняя боковая стенка 44 приварена к горизонтальному удлинению 21 разделителя 11 потока. Однако в первой ступени горизонтальное удлинение 21 доступно для обеспечения осевой опоры для внутренней боковой стенки 44 (которая в данном варианте выполнения заканчивается задним выступом 58), которая может противодействовать внутренним напряжениям и деформации, вызываемым поперечным потоком пара. Таким образом, добавленная осевая опора, предусмотренная в первой ступени, может обеспечить возможность достаточного соединения без сварки синглета 42 первой ступени, показанного на фиг. 1, с границей перехода без сварки между горизонтальным удлинением 21 и внутренней боковой стенкой 44. Таким образом, как более подробно показано в следующих примерных вариантах выполнения, синглет 42 первой ступени может быть эффективно установлен, используя одиночный сварной шов только на границах перехода его боковой стенки (а не на обеих) или, в некоторых вариантах выполнения, без использования сварки вообще.

Другое преимущество описанной выше конструкции и способа сборки заключается в гибкости, которую они обеспечивают при конструировании разделителя 11 потока. Как правило, в обычных системах, и как показано на фиг. 1, в качестве сварного шва 31 требуется использовать сварной шов на передней границе перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20. Поскольку для выполнения такой сварки требуется осевой зазор, наружная радиальная высота вертикального удлинения 22 разделителя 11 потока должна быть меньше наружной радиальной высоты передней границы перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20. Если передняя сварка больше не требуется, то осевой зазор также больше не требуется, в результате чего радиальная высота разделителя 21 потока может быть увеличена, что также улучшает характеристики потока в чаше 23 входного пара. Кроме того, поскольку осевой зазор требуется для формирования переднего сварного шва между передней границей перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20, разделитель 11 потока, в обычных системах, построен из двух частей, в результате чего сборка каждой стороны системы с двойным потоком может происходить отдельно, перед соединением разделителя 11 потока с использованием соединения 24 болтами. В случае, когда передняя сварка больше не требуется, разделитель 11 потока, состоящий из двух частей, также больше не требуется, и можно использовать разделитель потока (не показан) в виде одной детали.

Хотя это и не показано на чертежах, в альтернативном варианте выполнения, система соединения внутренней боковой стенки 44 и внешней боковой стенки 46 (как показано на фиг. 2) могут быть взаимно заменены. В соответствии с этим, граница перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может иметь радиальный фиксатор 48 и задний выступ 58 (как описано выше для внутренней боковой стенки 44). При этом граница перехода между внутренней полосой 44 и горизонтальным удлинением 21 может иметь радиальную охватываемую/охватывающую границу 52 перехода (как описано выше для внешней боковой стенки 46). В таком варианте выполнения, с учетом изменения систем крепления, способ сборки может выполняться, как описано выше.

На фиг. 3 показан узел 70 сопла первой ступени, согласно альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения, в котором используется синглет 72 первой ступени. В данном варианте выполнения граница перехода в пазу 53 между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может включать в себя радиальные фиксаторы 76, 78 как на передней, так и на задней стороне внешней боковой стенки 46. Радиальные фиксаторы 76, 78 могут быть аналогичны радиальному фиксатору 48, описанному со ссылкой на вариант выполнения, показанный на фиг. 2, и, таким образом, обеспечивают возможность соединения со скольжением между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 и после соединения предотвращают радиальное движение. Граница перехода в пазу 47 между горизонтальным удлинением 21 и внутренней боковой стенкой 44 может включать в себя радиальные охватываемые/охватывающие границы 82, 84 перехода. Охватываемая/охватывающая граница 82 перехода может не использоваться в некоторых вариантах выполнения. Аналогично охватываемой/охватывающей границе 54 перехода охватываемая/охватывающая граница 84 перехода может обеспечивать ограничитель сварного шва (который может способствовать формированию заданного сварного шва с небольшой глубиной для эффективного соединения внутренней боковой стенки 44 с горизонтальным удлинением 21) и предохранительное устройство (то есть механический ограничитель или элемент удержания, который может удерживать установленное сопло на месте вдоль оси в случае разрушения сварного шва). Охватываемые/охватывающие границы 82, 84 перехода могут включать в себя радиальную охватывающую выемку во внутренней боковой стенке 44, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении 21.

Конфигурация узла 70 сопла первой ступени может обеспечивать эффективную установку синглета 72 первой ступени, которая может выполняться следующим образом. Внешняя боковая стенка 46 синглета 72 первой ступени может быть установлена со скольжением в пазу 53 и, таким образом, может быть соединена с внешним кольцом 20 через конфигурацию радиальных фиксаторов 76, 78. Внутренняя боковая стенка 44 затем может быть вставлена в паз 47 горизонтального удлинения 21 и совмещенные охватываемые/охватывающие границы 82 и 84 перехода. Такие элементы, как паз 47 и паз 53, то есть радиальные фиксаторы 76, 78, и охватываемые/охватывающие границы 82, 84 перехода, могут обеспечить соответствующее осевое и радиальное выравнивание синглета 72 первой ступени во время установки. Синглет 72 первой ступени затем может быть зафиксирован на месте между горизонтальным удлинением 21 и внешними кольцами 20 с помощью сварного шва 86, получаемого при малом подводе тепла на охватываемой/охватывающей границе 84 перехода, аналогично тому, как описано выше для синглета 42 первой ступени и охватываемой/охватывающей границы 54 перехода. В некоторых вариантах выполнения сварка на охватываемой/охватывающей границе 84 перехода может не использоваться, поскольку синглет 72 первой ступени механически удерживается на месте с использованием свойств паза 47 и паза 53.

Хотя это и не показано на чертеже, в альтернативном варианте выполнения системы крепления внутренней боковой стенки 44 и внешней боковой стенки 46 (как показано на фиг. 3) могут быть взаимно заменены. В соответствии с этим граница перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может иметь охватываемые/охватывающие границы 82, 84 перехода (как описано выше для внутренней боковой стенки 44). При этом граница перехода между внутренней полосой 44 и горизонтальным удлинением 21 может иметь радиальные фиксаторы 76, 78 (как описано выше для внешней боковой стенки 46). В таком варианте выполнения, с учетом изменения систем крепления, способы сборки могут выполняться таким образом, как было описано выше.

На фиг. 4 показан узел 100 сопла первой ступени, согласно альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения, в котором используется синглет 102 первой ступени. Аналогично варианту выполнения, показанному на фиг. 3, в данном варианте выполнения граница перехода в пазу 53 между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может включать в себя радиальные фиксаторы 76, 78 как на передней, так и на задней стороне внешней боковой стенки 46. Как описано выше, такая граница перехода может обеспечивать соединение со скольжением между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 и после соединения предотвращает радиальное движение. Граница перехода в пазу 47 между горизонтальным удлинением 21 и внутренней боковой стенкой 44 может включать в себя охватывающую выемку 106, расположенную между фланцами или охваченную проходящими по радиусу внутрь охватываемыми ступеньками 108 на передней и задней кромках внутренней боковой стенки 44. Аналогично охватываемой/охватывающей границе 54 и 84 перехода охватывающая выемка 106/охватываемые ступеньки 108 могут обеспечивать ограничитель сварного шва на задней кромке (что может способствовать формированию сварного шва с заданной небольшой глубиной для эффективного соединения внутренней боковой стенки 44 с горизонтальным удлинением 21) и предохранительное устройство (то есть механический ограничитель или элемент удержания, который может удерживать установленное сопло на месте вдоль оси в случае разрушения сварного шва).

Конфигурация узла 100 сопла первой ступени может обеспечивать эффективную установку синглета 102 первой ступени, которая может выполняться следующим образом. Синглет 102 первой ступени может быть установлен со скольжением в паз 53 и, таким образом, может быть соединен с внешним кольцом 20 через конфигурацию радиальных фиксаторов 76, 78. Внутренняя боковая стенка 46 затем может быть вставлена в горизонтальный выступ 21 в пазу 47 и в совмещенных охватывающей выемке 106/охватываемых ступеньках 108. Элементы паза 47 и паза 53, то есть радиальные фиксаторы 76, 78 и охватывающая выемка 106/охватываемые ступеньки 108 могут обеспечить соответствующее осевое и радиальное совмещение синглета 102 первой ступени во время установки. Синглет 102 первой ступени затем может быть зафиксирован на месте между горизонтальным удлинением 21 и внешними кольцами 20 с использованием сварного шва 109, сформированного с малым подводом тепла на задней кромке внутренней боковой стенки 44, то есть на границе перехода охватываемой ступеньки 108/горизонтального удлинения 21 на задней кромке, аналогично тому, как поясняется выше для синглета 42 первой ступени и охватываемой/охватывающей границы 54 перехода.

В некоторых вариантах выполнения сварной шов 109 на задней кромке внутренней боковой стенки 44 может не использоваться, в результате чего синглет 102 первой ступени удерживается на месте с помощью таких механических элементов, как паз 47 и паз 53. Кроме того, как показано на фиг 5, для усиления механического (не сварного) соединения в данном альтернативном варианте выполнения может использоваться болт 112. Болт 112 может представлять собой обычный болт, используемый в таких вариантах применения. Болт 112 может проходить в радиальном направлении через горизонтальное удлинение 21 разделителя 11 потока и во внутреннюю боковую стенку 44. В некоторых вариантах выполнения болт 112 может заканчиваться на внешней боковой стенке 112. В других вариантах выполнения, как показано, болт 112 может проходить в аэродинамический профиль 43 синглета 102 первой ступени.

Как вариант, хотя это и не показано на чертежах, в альтернативном варианте выполнения системы крепления внутренней боковой стенки 44 и внешней боковой стенки 46 (как показано на фиг. 4 и на фиг. 5) могут быть взаимно заменены. В соответствии с этим граница перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может иметь охватывающую выемку 106/охватываемую ступеньку 108 и/или болт 112 (как описано выше для внутренней боковой стенки 44). Однако следует отметить, что в некоторых вариантах применения болт 112 может более эффективно использоваться через горизонтальное удлинение 21 разделителя потока, чем во внешнем кольце 20. При этом граница перехода между внутренней полосой 44 и горизонтальным удлинением 21 может иметь радиальные фиксаторы 76, 78 (как описано выше для внешней боковой стенки 46). В таком варианте выполнения, с учетом изменения систем крепления, способ сборки может выполняться таким образом, как было описано выше.

На фиг. 6 показан узел сопла 120 первой ступени согласно альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения, в котором используется синглет 122 первой ступени. Аналогично варианту выполнения, показанному на фиг. 4, граница перехода в пазу 47 между горизонтальным удлинением 21 и внутренней боковой стенкой 44 может включать в себя охватывающую выемку 106, расположенную между фланцами или охваченную выступающими по радиусу внутрь охватываемыми ступеньками 108 на передней и задней кромках внутренней боковой стенки 44. Охватывающая выемка 106/охватываемые ступеньки 108 могут обеспечивать ограничитель сварного шва (что может способствовать формированию сварного шва с заданной небольшой глубиной для эффективного крепления внутренней боковой стенки 44 на горизонтальном удлинении 21) и предохранительное устройство (то есть механический ограничитель или элемент держателя, который может удерживать установленное сопло на месте вдоль оси в случае разрушения сварного шва). В варианте выполнения согласно фиг. 6, граница перехода в пазу 53 между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может быть аналогична описанной в варианте выполнения, представленном на фиг. 2. В соответствии с этим на задней стороне паза 53 может быть сформирована радиальная охватываемая/охватывающая граница 54 перехода, которая может обеспечивать ограничитель сварного шва (что может способствовать формированию сварного шва с заданной небольшой глубиной для эффективного соединения внешней боковой стенки 46 с внешним кольцом 20) и предохранительное устройство (то есть механический ограничитель или элементы держателя, которые могут удерживать установленное сопло на месте вдоль оси в случае разрушения сварного шва). Охватываемая/охватывающая граница перехода 54 может включать в себя радиальную охватывающую выемку во внешней боковой стенке 46, что соответствует охватываемой ступеньке на внешнем кольце 20.

Конфигурация узла 120 сопла первой ступени может обеспечить эффективную установку синглета 122 первой ступени, которая может выполняться следующим образом. Синглет 122 первой ступени может быть помещен в паз 53 и выровнен по охватываемой/охватывающей границе 54 перехода. Внутренняя полоса 46 может быть введена в горизонтальное удлинение 21 в пазу 47 и выровнена по охватывающей выемке 106/охватываемой ступеньке 108. Такие элементы, как паз 47 и паз 53, то есть охватываемая/охватывающая границы 54 перехода и охватывающая выемка 106/охватываемые ступеньки 108, могут обеспечить соответствующее осевое и радиальное выравнивание синглета 122 первой ступени во время установки. Синглет 122 первой ступени затем может быть зафиксирован на месте между горизонтальным удлинением 21 и внешними кольцами 20 с использованием сварного шва 109, сформированного с малым подводом тепла на задней кромке границы перехода охватывающей выемки 106/охватываемых ступенек 108, и сварного шва 59, сформированного с малым подводом тепла на охватываемой/охватывающей границе 54 перехода, как описано выше.

Как вариант, хотя это и не показано на чертежах, в альтернативном варианте выполнения системы крепления внутренней боковой стенки 44 и внешней боковой стенки 46 (как показано на фиг. 6) могут быть взаимно заменены. В соответствии с этим граница перехода между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 может иметь охватывающую выемку 106/охватываемые ступеньки 108 (как описано выше для внутренней боковой стенки 44). И граница перехода между внутренней полосой 44 и горизонтальным удлинением 21 может иметь радиальную охватываемую/охватывающую границу 54 перехода (как описано выше для внешней боковой стенки 46). В таком варианте выполнения, с учетом изменения систем крепления, сборка может выполняться, как описано выше.

На фиг. 7 показан узел 150 сопла первой ступени, согласно альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения, в котором используется синглет 152 первой ступени. На внешней боковой стенке 46 в таком варианте выполнения проиллюстрировано, как данные концепции также можно использовать в конструкции полосы/кольца, которая может включать в себя непрерывную полосу или кольцо 156, установленное внутри внешнего несущего кольца 157. Конструкция полосы/кольца может включать в себя границу перехода между внешней боковой стенкой 46 и непрерывным кольцом 156, которая может быть аналогична границе перехода, сформированной между внешней боковой стенкой 46 и внешним кольцом 20 в описанных выше вариантах выполнения.

Как показано на чертеже, граница перехода между внешней боковой стенкой 46 и сплошным кольцом 156 может включать в себя охватываемые/охватывающие границы 162, 163 перехода на передней и на задней кромках внешней боковой стенки 46. В некоторых вариантах выполнения может использоваться только одна из охватываемых/охватывающих границ перехода. Аналогично охватываемой/охватывающей границе 54 перехода, охватываемые/охватывающие границы 162, 163 перехода могут формировать ограничитель сварного шва (что может способствовать формированию сварного шва с заданной малой глубиной для эффективного соединения внутренней боковой стенки 44 с горизонтальным удлинением 21) и предохранительное устройство (то есть механический ограничитель или элемент держателя, которые могут удерживать установленное сопло на месте вдоль оси в случае поломки сварного шва). Охватываемые/охватывающие границы 162, 163 перехода могут включать в себя радиальную охватывающую выемку во внешней боковой стенке 46, которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на сплошном кольце 156.

Граница перехода между внутренней боковой стенкой 44 и горизонтальным удлинением 21 может включать в себя соединение 166 типа крючка и паза. Соединение 166 типа крючок и паз может включать в себя крючок 168, который выступает по радиусу из передней кромки внутренней боковой стенки 44. Узкий, проходящий по окружности паз 170 может быть сформирован в горизонтальном удлинении 21 разделителя 11 потока. Паз 170 может иметь такие размеры, что в нем может зацепляться крючок 168.

Конфигурация узла 150 сопла первой ступени обеспечивает эффективную установку синглета 152 первой ступени, которая может выполняться следующим образом. Крючок 168 внутренней боковой стенки 44 может быть вставлен в паз 170. Внешняя боковая стенка 46 затем может быть совмещена со сплошным кольцом 156 таким образом, что совмещаются охватываемая ступенька 160/охватывающие выемки 162. Соединение 166 типа крючок и паз и охватываемая ступенька 160/охватывающие выемки 162 могут обеспечить соответствующее осевое и радиальное выравнивание синглета 102 первой ступени во время установки. Синглет 102 первой ступени затем может быть закреплен на месте между горизонтальным удлинением 21 и сплошным кольцом 156/внешним несущим кольцом 157 с использованием сварного шва 175 с малым подводом тепла на задней кромке границы перехода между сплошным кольцом 156 и внешней боковой стенкой 46 аналогично описанным выше процессам сварки. Следует отметить, что соединение типа крючок и паз может использоваться вместо других систем крепления, описанных выше, и не ограничивается использованием вместо конструкции полосы/кольца или конкретной конструкции границы перехода, описанной со ссылкой на вариант выполнения, показанный на фиг. 7.

Из приведенного выше описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения специалистам в данной области техники будут очевидны различные улучшения, изменения и модификации. Однако такие улучшения, изменения и модификации, известные в данной области техники, будут входить в объем защиты, определяемый прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, очевидно, что приведенное выше описание относится только к описанным вариантам выполнения настоящего изобретения и что могут быть выполнены множество изменений и модификаций без отхода от сущности и объема изобретения, которые определены только лишь формулой изобретения и ее эквивалентами.

Узел сопла турбины содержит лопатку с внутренней и внешней боковыми стенками, внешнее кольцо и разделитель потока с горизонтальным удлинением. Граница перехода между внешним кольцом и внешней боковой стенкой имеет охватываемую/охватывающую границу перехода или радиальный фиксатор. Граница перехода между горизонтальным удлинением и внутренней боковой стенкой имеет радиальный фиксатор или охватываемую/охватывающую границу перехода. Радиальный фиксатор содержит охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси из боковой стенки и выполненную с фланцем на ее радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси в боковую стенку. Охватываемая/охватывающая граница перехода содержит радиальную охватывающую выемку на боковой стенке и ответную ей радиальную охватываемую ступеньку. В случае расположения охватываемой/охватывающей границы перехода на задней кромке боковой стенки ее соединяют стыковым сварным швом, расположенным по длине охватываемой/охватывающей границы перехода. Осевая протяженность охватываемой/охватывающей границы перехода составляет менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между боковой стенкой и внешним кольцом или горизонтальным удлинением. Изобретения позволяют снизить искажение траектории движения пара в турбине, а также упростить ее сборку. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Узел сопла для турбины, содержащий:
лопатку (43) сопла, имеющую внутреннюю боковую стенку (44) и внешнюю боковую стенку (46) и частично образующую путь потока после ее установки в турбине; внешнее кольцо (20);
разделитель потока (11), имеющий горизонтальное удлинение (21); границу перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46), имеющую радиальный фиксатор (76) (78); и границу перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44), имеющую радиальный фиксатор (48), расположенный на передней кромке внутренней боковой стенки (44), при этом радиальный фиксатор (48) содержит первую охватываемую ступеньку (50), выступающую вдоль оси из внутренней боковой стенки (44) в горизонтальное удлинение (21) и выполненную с фланцем на ее самой наружной радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки (52), выступающей вдоль оси из горизонтального удлинения (21) во внутреннюю боковую стенку (44), и
радиальный фиксатор (76) (78) содержит первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси из внешней боковой стенки (46) во внешнее кольцо и выполненную с фланцем на ее самой внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от внешнего кольца (20) во внешнюю боковую стенку (46).

2. Узел сопла для турбины по п.1, в котором граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) содержит охватываемую/охватывающую границу (54) перехода, которая расположена на задней кромке внешней боковой стенки (46) и сварена, причем сварной шов представляет собой стыковой сварной шов, ограниченный областью между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20) по осевой длине охватываемой/охватывающей границы (54) перехода, причем осевая протяженность охватываемой/охватывающей границы (54) перехода составляет менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46).

3. Узел сопла для турбины по п.1 или 2, в котором граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) дополнительно содержит охватываемую/охватывающую границу (82) (84) перехода, содержащую радиально охватывающую выемку на внутренней боковой стенке (44), которая соответствует радиально охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении (21).

4. Узел по п.1, в котором одна граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) содержит сварной шов, а граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) выполнена без сварного шва.

5. Узел по п.4, в котором внутренняя боковая стенка (44) привинчена к горизонтальному удлинению (21) болтом (112), проходящим радиально через горизонтальное удлинение (21) во внутреннюю боковую стенку (44).

6. Узел по п.1, в котором разделитель (11) потока представляет собой единую деталь, а вертикальное удлинение (22) разделителя (11) потока имеет большую радиальную высоту, направленную наружу, чем радиальная высота, направленная наружу, расположенной выше по потоку границы перехода между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20).

7. Узел по п.1, в котором внешнее кольцо (20) представляет собой узел из сплошного кольца и внешнего несущего кольца (157).

8. Узел по п.1, в котором горизонтальное удлинение (21) дополнительно содержит задний выступ, закрывающий заднюю кромку внутренней боковой стенки (44) таким образом, что задний выступ предотвращает осевое смещение внутренней боковой стенки в направлении назад.

9. Узел сопла для турбины, содержащий:
лопатку (43) сопла, имеющую внутреннюю боковую стенку (44) и внешнюю боковую стенку (46) и частично образующую путь потока после ее установки в турбине; внешнее кольцо (20);
разделитель потока (11), имеющий горизонтальное удлинение (21); границу перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46), имеющую радиальный фиксатор (76) (78); и границу перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44), имеющую охватываемую/охватывающую границу (82) (84) перехода,
причем радиальный фиксатор (76) (78) содержит первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси из внешней боковой стенки (46) во внешнее кольцо (20) и выполненную с фланцем на ее самой внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от внешнего кольца (20) во внешнюю боковую стенку (46); и охватываемая/охватывающая граница (82)(84) перехода содержит радиальную охватывающую выемку на внутренней боковой стенке (44), которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении (21).

10. Узел сопла для турбины по п.9, в котором граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) содержит охватываемую/охватывающую границу (54) перехода, которая расположена на задней кромке внешней боковой стенки (46) и сварена, причем сварной шов представляет собой стыковой сварной шов, ограниченный областью между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20) по осевой длине охватываемой/охватывающей границы (54) перехода, причем осевая протяженность охватываемой/охватывающей границы (54) перехода составляет менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46).

11. Узел сопла для турбины по п.9 или 10, в котором граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) дополнительно содержит радиальный фиксатор (48), расположенный на передней кромке внутренней боковой стенки (44) и содержащий первую охватываемую ступеньку (50), выступающую вдоль оси из внутренней боковой стенки (44) в горизонтальное удлинение (21) и выполненную с фланцем на ее самой наружной радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки (52), выступающей вдоль оси из горизонтального удлинения (21) во внутреннюю боковую стенку (44).

12. Узел по п.9, в котором одна граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) содержит сварной шов, а граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) выполнена без сварного шва.

13. Узел по п.12, в котором внутренняя боковая стенка (44) привинчена к горизонтальному удлинению (21) болтом (112), проходящим радиально через горизонтальное удлинение (21) во внутреннюю боковую стенку (44).

14. Узел по п.9, в котором разделитель (11) потока представляет собой единую деталь, а вертикальное удлинение (22) разделителя (11) потока имеет большую радиальную высоту, направленную наружу, чем радиальная высота, направленная наружу, расположенной выше по потоку границы перехода между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20).

15. Узел по п.9, в котором внешнее кольцо (20) представляет собой узел из сплошного кольца и внешнего несущего кольца (157).

16. Узел по п.9, в котором горизонтальное удлинение (21) дополнительно содержит задний выступ, закрывающий заднюю кромку внутренней боковой стенки (44) таким образом, что задний выступ предотвращает осевое смещение внутренней боковой стенки в направлении назад.

17. Узел сопла для турбины, содержащий:
лопатку (43) сопла, имеющую внутреннюю боковую стенку (44) и внешнюю боковую стенку (46) и частично образующую путь потока после ее установки в турбине; внешнее кольцо (20);
разделитель потока (11), имеющий горизонтальное удлинение (21); границу перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46), имеющую охватываемую/охватывающую границу (54) перехода, расположенную на задней кромке внешней боковой стенки (46); и
границу перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44), имеющую радиальный фиксатор (48), расположенный на передней кромке внутренней боковой стенки (44), при этом радиальный фиксатор (48) содержит первую охватываемую ступеньку (50), выступающую вдоль оси из внутренней боковой стенки (44) в горизонтальное удлинение (21) и выполненную с фланцем на ее самой наружной радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки (52), выступающей вдоль оси из горизонтального удлинения (21) во внутреннюю боковую стенку (44), и
охватываемая/охватывающая граница (54) перехода содержит радиальную охватывающую выемку на внешней боковой стенке (46), которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на внешнем кольце (20), и сварена, причем сварной шов представляет собой стыковой сварной шов, ограниченный областью между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20) по осевой длине охватываемой/охватывающей границы (54) перехода; и осевая протяженность охватываемой/охватывающей границы (54) перехода составляет менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46).

18. Узел сопла для турбины по п.17, в котором граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) дополнительно имеет радиальный фиксатор (76) (78), содержащий первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси из внешней боковой стенки (46) во внешнее кольцо (20) и выполненную с фланцем на ее самой внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от внешнего кольца (20) во внешнюю боковую стенку (46).

19. Узел сопла турбины по п.17 или 18, в котором граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) дополнительно имеет охватываемую/охватывающую границу (82) (84) перехода, которая содержит радиальную охватывающую выемку на внутренней боковой стенке (44), которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении (21).

20. Узел по п.17, в котором одна граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) содержит сварной шов, а граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) выполнена без сварного шва.

21. Узел по п.20, в котором внутренняя боковая стенка (44) привинчена к горизонтальному удлинению (21) болтом (112), проходящим радиально через горизонтальное удлинение (21) во внутреннюю боковую стенку (44).

22. Узел по п.17, в котором разделитель (11) потока представляет собой единую деталь, а вертикальное удлинение (22) разделителя (11) потока имеет большую радиальную высоту, направленную наружу, чем радиальная высота, направленная наружу, расположенной выше по потоку границы перехода между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20).

23. Узел по п.17, в котором внешнее кольцо (20) представляет собой узел из сплошного кольца и внешнего несущего кольца (157).

24. Узел по п.17, в котором горизонтальное удлинение (21) дополнительно содержит задний выступ, закрывающий заднюю кромку внутренней боковой стенки (44) таким образом, что задний выступ предотвращает осевое смещение внутренней боковой стенки в направлении назад.

25. Узел сопла для турбины, содержащий:
лопатку (43) сопла, имеющую внутреннюю боковую стенку (44) и внешнюю боковую стенку (46) и частично образующую путь потока после ее установки в турбине; внешнее кольцо (20);
разделитель потока (11), имеющий горизонтальное удлинение (21); границу перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46), имеющую охватываемую/охватывающую границу (54) перехода, расположенную на задней кромке внешней боковой стенки (46); и
границу перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44), имеющую охватываемую/охватывающую границу (82) (84) перехода,
при этом охватываемая/охватывающая граница (82) (84) перехода содержит радиальную охватывающую выемку на внутренней боковой стенке (44), которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на горизонтальном удлинении (21); и
охватываемая/охватывающая граница (54) перехода содержит радиальную охватывающую выемку на внешней боковой стенке (46), которая соответствует радиальной охватываемой ступеньке на внешнем кольце (20), и сварена, причем сварной шов представляет собой стыковой сварной шов, ограниченный областью между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20) по осевой длине охватываемой/охватывающей границы (54) перехода; и осевая протяженность охватываемой/охватывающей границы (54) перехода, расположенной на задней кромке внешней боковой стенки (46), составляет менее приблизительно 1/4 осевой протяженности совмещения между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46).

26. Узел сопла для турбины по п.25, в котором граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) дополнительно имеет радиальный фиксатор (76) (78), содержащий первую охватываемую ступеньку, выступающую вдоль оси из внешней боковой стенки (46) во внешнее кольцо (20) и выполненную с фланцем на ее самой внутренней радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки, выступающей вдоль оси от внешнего кольца (20) во внешнюю боковую стенку (46).

27. Узел сопла для турбины по п.25 или 26, в котором граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) дополнительно имеет радиальный фиксатор (48), расположенный на передней кромке внутренней боковой стенки (44) и содержащий первую охватываемую ступеньку (50), выступающую вдоль оси из внутренней боковой стенки (44) в горизонтальное удлинение (21) и выполненную с фланцем на ее самой наружной радиальной стороне в виде второй охватываемой ступеньки (52), выступающей вдоль оси из горизонтального удлинения (21) во внутреннюю боковую стенку (44).

28. Узел по п.25, в котором одна граница перехода между внешним кольцом (20) и внешней боковой стенкой (46) содержит сварной шов, а граница перехода между горизонтальным удлинением (21) и внутренней боковой стенкой (44) выполнена без сварного шва.

29. Узел по п.28, в котором внутренняя боковая стенка (44) привинчена к горизонтальному удлинению (21) болтом (112), проходящим радиально через горизонтальное удлинение (21) во внутреннюю боковую стенку (44).

30. Узел по п.25, в котором разделитель (11) потока представляет собой единую деталь, а вертикальное удлинение (22) разделителя (11) потока имеет большую радиальную высоту, направленную наружу, чем радиальная высота, направленная наружу, расположенной выше по потоку границы перехода между внешней боковой стенкой (46) и внешним кольцом (20).

31. Узел по п.25, в котором внешнее кольцо (20) представляет собой узел из сплошного кольца и внешнего несущего кольца (157).

32. Узел по п.25, в котором горизонтальное удлинение (21) дополнительно содержит задний выступ, закрывающий заднюю кромку внутренней боковой стенки (44) таким образом, что задний выступ предотвращает осевое смещение внутренней боковой стенки в направлении назад.