燃气涡轮发动机的中间框架区段和调节径向转子间隙的相应方法与流程

1.本发明总体上涉及一种具有径向间隙可调节性的燃气涡轮发动机的中间框架区段，以及一种用于调节燃气涡轮发动机的中间框架区段中的到转子的径向间隙的方法。


背景技术：

2.工业燃气涡轮发动机通常包括压缩机区段、涡轮区段和设置在它们之间的中间框架区段。中间框架区段通常包括压缩机出口扩散器和燃烧组件。压缩机出口扩散器将压缩空气从压缩机区段扩散到气室中，压缩空气通过气室流到燃烧组件，燃烧组件将压缩空气与燃料混合并且点燃混合物，并且并将点燃的混合物输送到涡轮区段以用于机械动力。燃气涡轮发动机还包括转子轴，其中转子安装在转子轴上，转子轴连接压缩机区段、中间框架区段和涡轮区段。中间框架区段还包括布置在压缩机出口扩散器和包围转子轴的轴盖上的多个密封件。转子到压缩机出口扩散器和轴盖之间以及到布置在其上的密封件之间的径向间隙非常小，并且对于燃气涡轮发动机的适当操作是关键的。
3.通常，通过在组装和维护期间对中间框架部件进行加垫片和机加工，将转子到压缩机出口扩散器与轴盖之间的径向间隙设定为最佳可能的水平。在燃气涡轮发动机的操作期间，转子到压缩机出口扩散器和轴盖的径向间隙可由于各种原因而偏心地移位，所述原因诸如离心负载和热负载，其可导致布置在其上的密封件的过早磨损、不均匀的空气流、以及降低燃气涡轮发动机的效率。需要提供一种燃气涡轮发动机，其具有调节中间框架区段中的转子的径向间隙的能力，以维持转子与压缩机出口扩散器和轴盖以及布置在其上的密封件同心。


技术实现要素：

4.简要地描述，本发明的方面涉及燃气涡轮发动机的中间框架区段和用于调节到燃气涡轮发动机的中间框架区段中的转子的径向间隙的方法。
5.根据一方面，提出了一种燃气涡轮发动机的中间框架区段。燃气涡轮发动机的中间框架区段包括外壳。燃气涡轮发动机的中间框架区段包括由外壳包围的压缩机出口扩散器。压缩机出口扩散器包括与外壳接口连接的压缩机出口扩散器凸缘。燃气涡轮发动机的中间框架区段包括由压缩机出口扩散器包围的轴盖。轴盖包括与压缩机出口扩散器接口连接的轴盖凸缘。燃气涡轮发动机的中间框架区段包括由轴盖包围的转子。燃气涡轮发动机的中间框架区段包括布置在压缩机出口扩散器处的径向间隙调节组件。径向间隙调节组件构造成调节到中间框架区段中的转子的径向间隙。
6.根据一方面，提出了一种用于调节到燃气涡轮发动机的中间框架区段中的转子的径向间隙的方法。燃气涡轮发动机的中间框架区段包括外壳、由外壳包围的压缩机出口扩散器、由压缩机出口扩散器包围的轴盖、以及由轴盖包围的转子。压缩机出口扩散器包括与外壳接口连接的压缩机出口扩散器凸缘。轴盖包括与压缩机出口扩散器接口连接的轴盖凸
缘。该方法包括在压缩机出口扩散器处布置径向间隙调节组件。该方法包括通过径向间隙调节组件调节到转子的径向间隙。
7.如上文和下文中描述的本技术的各个方面和实施例不仅可以在明确描述的组合中使用，而且可以在其他组合中使用。技术人员在阅读和理解本说明书时将想到修改。
附图说明
8.参照附图更详细地解释本技术的示例性实施例。在附图中。
9.图1是根据本发明的一个实施例的燃气涡轮发动机的一部分的示意性纵向截面图；图2是根据本发明的一个实施例的径向间隙调节组件的示意性组装图；图3是图2中所示的径向间隙调节组件的示意性透视放大分解图；图4和图5是示出了使用图2中所示的径向间隙调节组件来调节到中间框架区段中的转子的径向间隙的过程的示意图；图6是根据本发明另一实施例的径向间隙调节组件的示意性组装图；图7是图6中所示的径向间隙调节组件的示意性透视放大分解图；图8和图9是示出了使用图6中所示的径向间隙调节组件来调节到中间框架区段中的转子的径向间隙的过程的示意图；图10是根据本发明的又一实施例的燃气涡轮发动机的一部分的示意性纵向截面图；以及图11是图10中所示的径向间隙调节组件的示意性透视放大分解图。
10.为了便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。
具体实施方式
11.下面将参照附图对与本发明的各方面相关的详细描述进行描述。
12.图1示出了根据本发明的实施例的燃气涡轮发动机100的一部分的示意性纵向截面图。如图1中所示，燃气涡轮发动机100包括压缩机区段110、涡轮区段130和位于它们之间的中间框架区段120。转子140纵向地连接压缩机区段110、中间框架区段120和涡轮区段130，并且由此被周向地包围。转子140可以由轴盖150包围。压缩机区段110包括多级压缩机叶片和导叶。图1仅示出了末级压缩机叶片112和导叶114。涡轮区段130包括多级涡轮叶片和导叶。图1仅示出了第一级涡轮叶片132和导叶134。
13.中间框架区段120通常包括包围燃烧组件124和压缩机出口扩散器200的外壳122。压缩机出口扩散器200位于末级压缩机导叶114的下游。压缩机出口扩散器200将压缩空气从压缩机区段110扩散到燃烧组件124，在燃烧组件中扩散的压缩空气与燃料混合且点燃，且传递到涡轮区段130以提供机械功率。
14.压缩机出口扩散器200通常包括内部压缩机出口扩散器210和外部压缩机出口扩散器220。通过将支柱230螺栓连接到外部压缩机出口扩散器220而将内部压缩机出口扩散器210连接到外部压缩机出口扩散器220。压缩机出口扩散器200的前端可包括压缩机出口扩散器凸缘240。压缩机出口扩散器凸缘240可布置在外部压缩机出口扩散器220处且与外
壳122接口连接。压缩机出口扩散器200包围轴盖150。轴盖150可以包括轴盖凸缘152。轴盖凸缘152在内部压缩机出口扩散器210的后端处与压缩机出口扩散器200接口连接。
15.如图1中所示，中间框架120可以具有至少密封件160。密封件160可布置于中间框架区段120的部件处，诸如在压缩机出口扩散器200上或在轴盖150上或在压缩机出口扩散器200和轴盖150两者上。密封件160可以是行业中已知的任何类型的密封件，诸如迷宫式密封件、蜂窝密封件等。在转子140到压缩机出口扩散器200和轴盖150以及布置在其上的密封件160之间存在径向间隙142。到转子140的径向间隙142对于燃气涡轮发动机100的适当操作是关键的。到转子140的径向间隙142需要同心地设定，以用于燃气涡轮发动机100的适当操作。通常，到转子140的径向间隙142非常小。在燃气涡轮发动机100的操作期间，到转子140的径向间隙142可移位且变得偏心。到转子140的偏心径向间隙142可降低燃气涡轮发动机100的性能，并且导致密封件160的过早磨损、不均匀的空气流、增加的冷却泄漏、部件的失效等。
16.根据图1中所示的示例性实施例，燃气涡轮发动机100的中间框架区段120包括径向间隙调节组件300。径向间隙调节组件300提供了中间框架区段120相对于转子140的同心度可调节性。通过调节压缩机出口扩散器200与转子140的同心度、或轴盖150与转子140的同心度、或压缩机出口扩散器200与转子140的同心度及轴盖150与转子140的同心度，径向间隙调节组件300可调节到转子140的径向间隙142。径向间隙调节组件300可布置在压缩机出口扩散器200的前端处，或压缩机出口扩散器200的后端处，或压缩机出口扩散器200的两端处。为了说明的目的，在图1的示例性实施例中，径向间隙调节组件300包括布置在压缩机出口扩散器200的前端处的平行键调节组件400和布置在压缩机出口扩散器200的后端处的扭矩销调节组件500。要理解，径向间隙调节组件300可包括行业中已知的任何类型的调节工具，诸如偏心销、楔形件、垫片块等。
17.图2是根据本发明的实施例的径向间隙调节组件300的示意性组装图。在图2的示例性示出的实施例中，径向间隙调节组件300是平行键调节组件400。如图1中所示，平行键调节组件400可布置在压缩机出口扩散器200的前端处。图3是图2中所示的平行键调节组件400的示意性透视放大分解图。
18.如图2和图3中所示，转子140由外壳122和压缩机出口扩散器200包围。在转子140与压缩机出口扩散器200之间存在径向间隙142。外壳122在与压缩机出口扩散器凸缘240接口连接的区域处具有切口128。平行键调节组件400组装在切口128中。平行键调节组件400包括键410。键410的面向压缩机出口扩散器凸缘240的前侧可具有l形切口412。l形切口412与压缩机出口扩散器凸缘240配合。通过将l形切口412紧固到压缩机出口扩散器凸缘240而将键410组装在切口128中。键410可经由穿过键410的l形切口412上的孔416和压缩机出口扩散器凸缘240上的孔246的紧固件600而紧固到压缩机出口扩散器凸缘240。紧固件600可以包括螺栓。平行键调节组件400包括一对垫片420。每个垫片420可具有垫片板422和布置在垫片板422的一端处的垫片突片424，从而形成l形垫片420。垫片板422具有厚度428。通过将垫片板422插入切口128中，l形垫片420被组装在切口128中，并且被布置在键410的两个周向侧处。经由紧固件600穿过垫片突片424上的孔426进入外壳122上的孔126而将l形垫片420紧固到外壳122上。组装好的平行键调节组件400配合在外壳122的切口128内。
19.多个平行的键调节组件400可在多个位置处组装到外壳122。例如，如图2的示例性
示出的实施例所示，平行键调节组件400在12点钟位置、3点钟位置、6点钟位置和9点钟位置处组装到外壳122。要理解的是，平行键调节组件400可以在其他位置组装到外壳122上。
20.如图2和图3中所示，在组装期间，到转子140的径向间隙142设置成与压缩机出口扩散器200同心。在组装期间，平行键调节组件400的垫片420的垫片板422的厚度428可以相等地设定。在燃气涡轮发动机100的操作期间，到转子140的径向间隙142可移位，并且相对于压缩机出口扩散器200变得偏心，如图4中所示。到转子140的偏心径向间隙142可降低燃气涡轮发动机100的性能，诸如布置在压缩机出口扩散器200处的密封件160的过早磨损、不均匀的空气流、增加的冷却泄漏、部件的失效等。图5是示出了使用如图2和图3中所示的平行键调节组件400将到转子140的偏心径向间隙142调节成相对于压缩机出口扩散器200同心的过程的示意图。
21.参照图4和图5，修改了平行键调节组件400。修改的平行键调节组件400组装在外壳122的切口128以及压缩机出口扩散器凸缘240中。调节平键调节组件400的垫片板422的厚度428，以使组装在外壳122的切口128中的平键调节组件400的键410相对于转子140朝一方向移位。压缩机出口扩散器200通过螺栓连接在其上的键410而相对于转子140沿相同方向移位。为了说明的目的，在图4和图5中所示的示例性实施例中，到转子140的径向间隙142移位到左侧，使得到转子140的径向间隙142相对于压缩机出口扩散器200在左侧比在右侧小。组装在外壳122的12点钟和6点钟位置的平行键调节组件400的右垫片板422的厚度428被调节得比组装在相同位置的平行键调节组件400的左垫片板422的厚度428厚，使得组装在相同位置的键410水平地向左移位。组装在外壳122的3点钟和9点钟位置的平键调节组件400的顶部垫片板422的厚度428被调节得比组装在相同位置的平键调节组件400的底部垫片板422的厚度428厚，使得组装在相同位置的平键调节组件400的键410竖直向下移位。待调节的垫片板422的厚度428的量对应于到转子140的径向间隙142相对于压缩机出口扩散器200的偏移量，使得转子140在调节之后与压缩机出口扩散器200同心。要理解的是，到转子140的径向间隙142可移位到其他方向，并且可通过相应地调节平行键调节组件400的垫片板422的厚度428来实现到转子140的径向间隙142相对于压缩机出口扩散器200同心的相应调节。
22.图6是根据本发明另一实施例的径向间隙调节组件300的示意性组装图。在图6的示例性示出的实施例中，径向间隙调节组件300是扭矩销调节组件500。扭矩销调节组件500可以布置在压缩机出口扩散器200的后端处，如图1中所示。为了说明的目的，扭矩销调节组件500布置在内部压缩机出口扩散器210处，在与轴盖凸缘152接口连接的区域处。图7是图6中所示的扭矩销调节组件500的示意性透视放大分解图。
23.如图6和图7中所示，转子140由轴盖150和压缩机出口扩散器200包围且具有到轴盖150的径向间隙142。压缩机出口扩散器200包括在与轴盖凸缘152接口连接的区域处的切口214。扭矩销调节组件500包括销帽510、附接到销帽510的销体520和布置在销体520的端面522处的销块530。通过将销体520插入到切口214中，扭矩销调节组件500被组装在切口214中。销体520可以是圆柱形形状。切口214可以是孔。扭矩销调节组件500被紧固到压缩机出口扩散器200。出于说明的目的，在图6和图7的示例性实施例中，经由穿过销帽510上的孔516和压缩机出口扩散器200上的孔216的紧固件600将扭矩销调节组件500紧固到压缩机出口扩散器200。要理解的是，扭矩销调节组件500可经由行业中已知的其他方式(诸如，经由
扭矩销保持器等)紧固到压缩机出口扩散器200。轴盖凸缘152具有凹槽154。凹槽154被开槽以配合销块530。销块530可以是正方形形状。
24.多个扭矩销调节组件500可在多个位置处组装到压缩机出口扩散器200。例如，如图6的示例性实施例所示，在竖直方向上在12点钟位置和6点钟位置处，以及在水平方向上在3点钟位置和9点钟位置以下少量程度处，扭矩销调节组件500组装到压缩机出口扩散器200。要理解的是，扭矩销调节组件500可在其他位置处组装到压缩机出口扩散器200。
25.参照图6和图7，在组装期间，到转子140的径向间隙142被设定为与轴盖150同心。销块530可设置在销体520的端面522的中心位置处。在燃气涡轮发动机100的操作期间，到转子140的径向间隙142可移位且变得与轴盖150偏心，如图8中所示。到转子140的偏心径向间隙142可降低燃气涡轮发动机100的性能，诸如密封件160的过早磨损、不均匀的空气流、增加的冷却泄漏、部件的失效等。图9是示出了使用如图6中所示的扭矩销调节组件500将到转子140的偏心径向间隙142调节成相对于轴盖150同心的过程的示意图。
26.参照图8和图9，修改了扭矩销调节组件500。经修改的扭矩销调节组件500组装在压缩机出口扩散器200的切口214和轴盖凸缘152上的凹槽154中。销块530在销体520的端面522上的位置被调节到相对于转子140的方向。通过配合在轴盖凸缘152上的凹槽154中的销块530，轴盖150相对于转子140沿相同方向移位。为了说明的目的，在图8和图9的示例性实施例中，到转子140的径向间隙142偏移到左侧，使得到转子140的径向间隙142在相对于轴盖150在左侧处比在右侧处小。将组装在压缩机出口扩散器200的12点钟和6点钟位置处的销体520的端面522处的销块530的位置调节到左侧，使得轴盖150水平地向左移位。将组装在压缩机出口扩散器200的3点钟和9点钟位置下方的销体520的端面522处的销块530的位置调节到下侧，使得轴盖150移位到下侧。销块530在销体520的端面522处的位置的调节量对应于到转子140的径向间隙142的移位量，使得转子140在调节之后与轴盖150和压缩机出口扩散器200同心。要理解的是，到转子140的径向间隙142可移位到其他方向，并且到转子140的径向间隙142与轴盖150和压缩机出口扩散器200同心的相应调节可通过相应调节扭矩销调节组件500的销体520的端面522处的销块530的位置来实现。
27.图10是根据本发明的又一实施例的燃气涡轮发动机100的一部分的示意性纵向截面图。如图10中所示，燃气涡轮发动机100的中间框架120包括径向间隙调节组件300。径向间隙调节组件300包括布置在压缩机出口扩散器200的前端处的扭矩销调节组件500。扭矩销调节组件500在轴向方向上被布置在压缩机出口扩散器200的前端处。图11是图10所示的布置在压缩机出口扩散器200的前端处的扭矩销调节组件500的示意性透视放大分解图。图10的实施例在其他方面对应于图1的实施例。图10的对应部分对应地编号，且不再参照图10对其进行描述。
28.如图10和图11中所示，外壳122在与压缩机出口扩散器凸缘240接口连接的区域处具有切口128。扭矩销调节组件500包括销帽510、附接到销帽510的销体520和布置在销体520的端面522处的销块530。通过将销体520插入切口128中，扭矩销调节组件500被组装在切口128中。扭矩销调节组件500经由穿过销帽510上的孔516和外壳122上的孔126的紧固件600紧固到外壳122。压缩机出口扩散器凸缘240具有凹槽242。凹槽242被开槽以配合扭矩销调节组件500的销块530。扭矩销调节组件500相对于压缩机出口扩散器200调节到转子140的径向间隙142的过程类似于如图8和图9中所示的过程，这里不对其进行详细描述。
29.根据一方面，所提出的径向间隙调节组件300为燃气涡轮发动机100的中间框架区段120提供了径向间隙可调节性。所提出的径向间隙调节组件300可以相对于燃气涡轮发动机100的中间框架区段120中的部件提供到转子140的同心径向间隙142，诸如相对于压缩机出口扩散器200和轴盖150提供到转子140的同心径向间隙142。相对于中间框架区段120中的部件来说的到转子140的同心径向间隙142防止布置在部件处的密封件160的过早磨损，且因此防止部件的过早失效，且降低燃气涡轮发动机100的维护和操作成本。所提出的径向间隙调节组件300减少了冷却泄漏，并且提高了燃气涡轮发动机100的效率。
30.根据一方面，所提出的径向间隙调节组件300在多个位置处向燃气涡轮发动机100的中间框架区段120提供径向间隙可调节性，诸如在压缩机出口扩散器200的前端处、在压缩机出口扩散器200的后端处、或在压缩机出口扩散器200的前端和后端处。所提出的径向间隙调节组件300可提供容易的组装，以在燃气涡轮发动机的中间框架区段120中设定到转子140的期望的径向间隙142，而无需加垫片或机加工。
31.尽管本文已经详细示出和描述了结合本发明教导的各种实施例，但是本领域技术人员可以容易地设计出仍然结合这些教导的许多其他变化的实施例。本发明在其应用方面不限于在说明书中阐述或在附图中示出的示例性实施例的构造细节和部件布置。本发明能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。而且，要理解，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应当被认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另外指定或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广泛地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接。
32.附图标记列表：100：燃气涡轮发动机110：压缩机区段112：末级压缩机叶片114：末级压缩机导叶120：中间框架区段122：外壳124：燃烧组件126：外壳上的孔128：外壳的切口130：涡轮区段132：第一级涡轮叶片134：第一级涡轮导叶140：转子142：到转子的径向间隙150：轴盖152：轴盖凸缘154：轴盖凸缘上的凹槽160：密封件
200：压缩机出口扩散器210：内部压缩机出口扩散器214：压缩机出口扩散器上的切口216：压缩机出口扩散器上的孔220：外部压缩机出口扩散器230：支柱240：压缩机出口扩散器凸缘242：压缩机出口扩散器凸缘上的凹槽300：径向间隙调节组件400：平行键调节组件410：键412：键上的l形切口416：键的l形切口上的孔420：垫片422：垫片板424：垫片突片426：垫片突片上的孔428：垫片板的厚度500：扭矩销调节组件510：销帽516：销帽上的孔520：销体522：销体的端面530：销块600：紧固件。