具有寄生翼密封焊接区的涡轮喷嘴及其焊接方法 【技术领域】
本发明涉及涡轮喷嘴，尤其是涉及一种将盖板连接到具有寄生翼密封(angel wing seal)的喷嘴上的技术。
背景技术
燃气轮机中的涡轮喷嘴通常连接在涡轮机匣的内圆柱形表面上。这些喷嘴形成了朝向涡轮轴向内延伸的径向阵列。各喷嘴阵列均为设置在旋转涡叶轮片行列之间的固定行列。热燃气流经喷嘴和叶片的这些行列以驱动叶片旋转。喷嘴行列使热燃气改变方向，使其对准紧接于该喷嘴行列的下游叶片行列的前缘。
热燃气流经横穿过喷嘴和叶片的环形流动路径。通过密封件来防止气体流到流动路径之外而进入叶轮的空腔中。这些密封件包括寄生翼，其为从叶片上朝向喷嘴向外延伸的臂。一排叶片上地寄生翼形成了重叠在相邻前后排喷嘴中的各喷嘴盖板边缘上的环。喷嘴盖板具有寄生翼密封焊接区，其与叶片上的寄生翼重叠。寄生翼和密封焊接区之间的间隙相对较小，以减少热燃气从流动路径到叶轮空腔的流动泄漏。
在各喷嘴的制造过程中，盖板被焊接到喷嘴铸件的内带和外带上，以形成闭环式冷却的喷嘴。该喷嘴铸件由喷嘴叶片以及内带和外带组成。盖板通常通过焊接连接到喷嘴铸件上。通常使用垂直焊来将盖板连接在喷嘴铸件上。通过将焊接接头布置在低热梯度的区域中，将盖板连接至喷嘴铸件上的垂直焊就可提高喷嘴铸件-盖板焊接接头的低循环疲劳(LCF)寿命。
将盖板焊接到涡轮喷嘴铸件上的困难之一在于寄生翼密封焊接区，其通常是跨过盖板一端的径向凸出部。寄生翼密封焊接区的表面是光滑的且处于径向上，这是因为其非常靠近叶片的旋转寄生翼。
连续的寄生翼密封焊接区有助于减少进入叶轮空腔的热流动空气。为了具有跨过喷嘴侧壁的连续密封，寄生翼焊接区应跨过盖板与喷嘴铸件的焊接接头，并且与盖板的焊接接头接触。
为了避免寄生翼密封焊接区并为垂直焊作准备，必须在寄生翼密封焊接区的几何形状和机加工出的盖板与铸造喷嘴之间的焊接接头的几何形状之间进行折衷。另外，为了能够适当地接触到焊头的焊接接头，必须将寄生翼密封焊接区的长度缩短，然后在盖板上添加焊接区扩展部分(land extender)。因此，一直需要提供适当的焊接接头几何形状，以及将带有寄生翼密封焊接区的盖板焊接到喷嘴铸件上的技术。
【发明内容】
本发明针对于在喷嘴上提供连续的寄生翼密封焊接区，同时允许存在用于将喷嘴铸件焊接到盖板上的垂直焊的间隙。在一个实施例中，本发明涉及一种涡轮喷嘴，其具有带内带的喷嘴叶片，其中内带具有容纳可喷嘴盖板的区域，以及至少一个靠近凹腔侧壁的凸起的寄生翼密封焊接区部分；喷嘴盖板安放在内带的该区域上，并且盖板具有与内带上的至少一个凸起的寄生翼密封焊接区部分对齐的凸起的寄生翼密封焊接区部分，其中喷嘴盖板的周边焊接在内带上，寄生翼密封焊接区中的凹槽处于盖板周边的附近，并且在将盖板焊接到喷嘴内带上之后在凹槽中填充了插入物。
在第二实施例中，本发明涉及一种用于涡轮机的喷嘴，其包括：具有内带的喷嘴叶片，其中所述内带具有可容纳喷嘴盖板的凹腔，以及处于该凹腔的相对侧附近的一对凸起的寄生翼密封焊接区部分；安放在内带凹腔内的喷嘴盖板，所述盖板还包括与内带上的一对寄生翼密封焊接区部分对齐的凸起的寄生翼密封焊接区部分，喷嘴盖板的周边焊接在内带凹腔的侧壁上；位于盖板上的寄生翼密封焊接区部分内的一对凹槽，该凹槽邻近盖板的周边；以及处于各凹槽内的插入物，所述插入物与盖板上的寄生翼密封焊接区部分的密封面基本上平齐。
【附图说明】
图1是具有叶片、盖板和寄生翼密封焊接区的涡轮喷嘴的透视图。
图2是喷嘴内带的上表面的透视图。
图3是盖板的透视图。
图4是盖板、寄生翼密封焊接区和插入物的特写分解图。
图5是装配在一起的喷嘴铸件、盖板和插入物的特写图。
图中各标号的含义如下：10涡轮喷嘴；12喷嘴外带；14叶片前缘；16喷嘴叶片；18后缘；20内带；22喷嘴盖板；24内带凹腔；26矩形的盖板部分；28密封凸出部；30盖板上的寄生翼密封焊接区部分；32盖板周边；34内带凹腔的侧壁；36焊接接头；38位于内带之上的盖板上的寄生翼密封焊接区；40寄生翼密封焊接区的上表面；44用于间隙的插入物；46密封焊接区的表面上的凹槽。
【具体实施方式】
图1是涡轮喷嘴10的透视图。喷嘴通常布置在安装在涡轮机匣上的固定喷嘴阵列中。喷嘴外带12安装在机匣的内圆柱形表面上。喷嘴在轴向上与涡叶轮片的环形级(未示出)对齐。喷嘴沿着喷嘴叶片16的前缘14接受热的燃气。这些热燃气可从涡轮机燃烧室直接流出，或者从旋转涡叶轮片的上游级中流出。每排喷嘴叶片16都使热的燃气流改变方向，使得燃气从喷嘴后缘18流到紧邻于该喷嘴后缘18下游的另一排涡叶轮片中。
喷嘴叶片16从机匣中径向向内延伸，并在叶片的径向内端点处连接到内带20上。喷嘴内带形成了燃气穿过喷嘴的流动路径的内边界。外带12形成了流动路径的外边界。喷嘴叶片16跨过流动路径而延伸。叶片16、内带20和外带12通常通过铸造形成单件的金属或陶瓷部件。
如图2所示，内带20的外表面上的凹腔24可容纳盖板22。该盖板22可以是单件的机加工出的金属部件或多个部件。盖板包括矩形板部分26、径向的密封凸出部28以及寄生翼密封焊接区的部分30。
如图3和4所示，喷嘴内带20具有大致平坦的表面，其带有用于容纳喷嘴盖板22的凹腔24。凹腔24是喷嘴内带上的表面，其具有与盖板22的外周边32相匹配的侧壁34。一旦将盖板22安放在内带中，就可沿盖板的整个周边进行焊接。焊接接头36将盖板的周边32和喷嘴内带上的凹腔侧壁34连接起来。焊接接头36在盖板的整个周边的周围延伸，并将盖板与内带20牢固地连接起来。焊接接头36满足了盖板和喷嘴内带之间的连接的LCF要求。
盖板22的寄生翼密封焊接区30与内带20上的密封焊接区部分38对齐。由盖板和内带上的密封焊接区部分30，38所形成的寄生翼密封焊接区延伸跨过喷嘴的宽度。密封焊接区具有平坦上表面40，其与涡叶轮片上的寄生翼并列。
除了凹槽46在盖板两侧切入到焊接区中的位置之外，密封焊接区的上表面40是光滑且平坦的。凹槽46位于盖板22上的密封焊接区部分30的两端。或者，喷嘴内带上的密封焊接区部分38中的凹槽邻近盖板的凹腔24。寄生翼密封焊接区被开槽，以允许盖板的边缘焊接到内带上。
凹槽46允许焊头接触到盖板的周边32，即使是密封焊接区30附近的周边区域也能接触到。焊头被操纵成沿着盖板的周边来将盖板焊接到喷嘴内带上。焊接接头36不会破坏密封焊接区的表面40，这是因为焊接接头并不向上延伸到密封焊接区的表面上。相反，焊接接头36位于凹槽46中，且焊接接头低于密封焊接区的表面40。
在盖板22和喷嘴内带20之间形成的焊接接头36整个地处于气体流动路径之外，不会暴露于腐蚀性气体中。此外，密封焊接区的表面40在盖板的宽度上是连续的，可为叶片的寄生翼提供良好的密封。通过保证密封焊接区在涡轮喷嘴的宽度上是连续的，就可以提高喷嘴和相邻涡叶轮片之间的密封，从而防止气体泄漏。
在将盖板焊接至内带上之后，用插入物44来填充密封焊接区中的凹槽46。在盖板22已经被焊接到喷嘴内带20的凹腔24中时，就将矩形插入物44插入到密封焊接区的凹槽46中。这些金属插入物填充了凹槽46，并与密封焊接区的上表面40平齐。插入物被焊接就位。可在插入物焊接好之后将密封焊接区的上表面40加工至光滑且平坦。
虽然已经结合目前被认为是最实用且最优选的实施例来介绍了本发明，然而应当理解，本发明并不局限于所公开的实施例，而是相反，本发明力图覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同装置。