Узел сопла для турбины

Узел сопла для турбины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 электродо