機械靜子及其裝配和拆卸方法

2024-02-04 03:33:15

專利名稱：機械靜子及其裝配和拆卸方法
技術領域：
本發明涉及機械靜子，尤其涉及可用於機械靜子的裝配和拆卸方法。
背景技術：
本發明涉及領域是旋轉機械(rotating machine)，這種機械的靜子(stator)帶有多級固定的靜葉(vane)，也稱作導流靜葉級(guidevane stage)，其與動子(rotor)上的圓形的多級活動動葉(blade)相互交替。由於靜葉級的嵌套，這種機械的裝配和拆卸通常比較複雜，這也使得機械的維修操作耗時長且費用昂貴。這就是為什麼如圖1所示的靜子結構中外部的靜子外殼包括兩個半圓形的半殼體1(圖中只示出了一個，另一個與其結構相似且相互對稱)的原因，這兩個半殼體通過扁平凸緣2相聯，半殼體中設有半圓形的溝槽3，導流靜葉級5的角形扇段4可在溝槽中滑動。為了防止角形扇段4移動，需要使在溝槽3中滑動的角形扇段4停止移動，這是利用溝槽3前面的板條(strip)6實現的，該板條位於連接凸緣2之間的半殼體1的連接部。
這種特殊的靜子很容易拆卸，因為所需要做的只是旋開螺栓打開凸緣2，然後通過單純的徑向移動將兩個半殼體1分開。同樣，角形扇段4也能很容易地從溝槽3中取出，使動子的動葉完全露出。然而，這種機械中仍然存在不足之處，半殼體1無法非常精確地裝配，不得不留下百分之幾或十分之幾毫米的間隙，這將使其成為氣體的洩漏點，從而降低機械的性能。還應指出的是，板條6隻能阻擋完整的導流靜葉級5組件，無法防止角形扇段4移動和引起振動。這就是為什麼其他的靜子結構同樣受到重視的原因。
US5564897專利文獻中描述了另一種設計方案，該方案的外殼由圓形殼體組成，這些殼體通過螺絲釘一個接一個地彼此裝配在一起。溝槽中穿過有靜葉級的支架，該溝槽用於通過殼體之間的徑向移動來嵌入動葉，然後使各個殼體沿軸向彼此對準而進行裝配。從溝槽兩側面凸出有鉤部，這些鉤部進入到溝槽的相對兩側面中形成的凹部(rebate)內，動葉通過這些鉤部固定。最後，軸向定位銷限制動葉在溝槽中沿切向的運動。
然而，US5564897專利文獻中描述的這種機械結構過於簡單，而且這種特殊的裝配布置優選適用於低壓壓氣機。航空器所用的機械要複雜得多，對高壓壓氣機的維修保養尤其必要，並且對承受高溫高壓的靠近燃燒室的葉片級的維修保養更為必要。但不巧的是，這裡是機械的心臟部位，在這裡取出靜葉和動葉進行維修最為困難。對於已知的裝配布置，機械靜子只能在這種高壓區域的前面和後面進行拆卸，機械動子也必須拆下。US5564897專利文獻中的設計方案對此並不可行，至少有兩點原因除非機械被拆卸，否則無法沿軸向自如地移動殼體，其原因將在後面詳細描述；當殼體沒有裝配好時，靜葉不能很好地固定，這可能意味著必須使用一種夾持工具，這種情況下將出現一個問題，即如果夾持工具無法充分接近靜葉，使得能夠插入和移出，那麼該工具將無法使用。

發明內容
本文提出的發明提供了一種在沿軸向將裝配形成外殼的圓形殼體移開之後，沿徑向取出靜子葉片的方法，這與現有技術所描述的一樣，但該方法的創新之處在於，即使對於非常小而且複雜的航空渦輪機中的燃燒室或其他難以接近處的高壓壓氣機導流靜葉，同樣能取得成效。
一個基本的方法是，靜葉在多個殼體中的一個上保持固定，即使鄰近的殼體的移動使這些殼體產生鬆動所述靜葉的葉根的一邊設置有彎曲的鉤部，其進入互補形狀的凹部中，該凹部通過使鉤部固定在凹部中的徑向定位邊緣而部分地封閉。軸向膨脹彈簧安放在凹部的底部以壓住鉤部，使鉤部和導流靜葉的其餘部分保持在一個固定位置，因此不需要外部工具來確保靜子的重新正確裝配。


下面將參照附圖，對本發明的其他方面、細節和特徵進行描述。圖中圖1示出了靜子外殼，其在前文已做過描述；圖2示出了根據本發明的靜子外殼；以及圖3至圖5示出了其裝配步驟。
具體實施例方式
如圖2所示，靜子包括支撐外殼11的外罩10，在該情況中，外殼由前殼體12、後殼體13和減震環(shock absorbing ring)14(在某種意義上，其形成了本發明的第三殼體)；前殼體12和後殼體13彼此相鄰並通過成對的凸緣15用螺栓連接在一起，後殼體13和減震環14通過成對的凸緣16用螺栓連接在一起，減震環14通過成對的凸緣17用螺栓連接到外罩10；連接螺栓用通用的附圖標記18標示出來。殼體12和殼體13及減震環14延伸為一個完整的圓。
本文中所描述的外殼11位於渦輪機的高壓壓氣機的下遊側，與燃燒室相連，該燃燒室沒有在圖中詳細示出，但其存在於減震環14之外的鄰近區域45中。因此，渦輪機的前端與圖2和隨後的附圖的左側相對應。外罩10帶有至少一個導流靜葉級46，其正好位於本發明所應用的葉片級的上遊側。外罩10由兩個半圓部組成，通過相對的直立的襯裡(line)(半殼體中的組件)裝配起來，在這種情況下，由於前殼體12和減震環14提供了很好的對心性，而且外罩10不承受嚴重的溫度載荷，不會產生特別突出的裝配偏差問題，所以很容易對外罩進行拆卸。
溝槽19和20位於沿朝向靜子內部的方向上，分別由後殼體13和前殼體12以及後殼體13和減震環14所共用，並分別位於成對的凸緣15和16的下方。溝槽19和溝槽20類似於圖1所示設計中的溝槽，因此也用於固定兩個導流靜葉級21和22，該導流靜葉級的葉根23如此處所示的那樣位於溝槽中。葉根後部包括一個鉤部24，其先向後再向外彎曲，插入凹部25中，該凹部中裝有波紋狀的環形彈簧26，該彈簧將壓力施加到鉤部24的後表面上，並因此推動葉根23向前；葉根前部還有一個鉤部27，其面向前方並插入凹部28，進入該外殼的相鄰部件中。在鉤部27上開槽口以裝入銷釘29，該銷釘被壓裝到該外殼部件的鑽孔30中，但從鑽孔向後伸出。銷釘29阻止其所插入的導流靜葉級21或22中的角形扇段的轉動；有利地，每一個導流葉片都可設置一個銷釘，每一個銷釘都穿過鉤部27中的槽。
在描述靜子裝配和拆卸方法之前，值得提及的是，在後殼體13和減震環14的凹部25周圍各自設置有一個徑向定位邊緣31，該邊緣從外面將凹部部分地包圍，並具有槽口32，其局部略寬於導流靜葉的角形扇段的彎曲鉤部24，並且該邊緣31用於通過在外殼部件的同軸部分之中對自身進行調節，而將鉤部24固定在凹部25中，同時在靠近外殼部件的前部以及靠近其連接凸緣15或16的地方對外殼進行支撐。最後，前殼體12在靠近前部的位置包括有肋33，該肋的尾部彎曲以對外罩10的鉤部34進行擠壓。
如圖3所示，現在我們來對圖3進行描述，其中示出機械的相應部分處於拆散狀態，外罩10已經被除去通過使用本技術中常用類型的工具，將殼體12和13及減震環14安放於機械動子35周圍，該工具用通用的附圖標記36標示，包括由固定框架和連接銷所支撐的芯棒或支撐環。因此，環繞殼體12和13的工具36安裝在外部空曠的位置以便於使用。動子35帶有一系列的活動動葉級37、38和39，導流靜葉級只能插入到這些活動動葉級之間。外殼部件11包括氣流密閉表面40，這些表面通常位於活動動葉級37～39的前面，但這些表面現在還未到達其最終位置，這是因為殼體12和13已經被向前移遠，同時減震環14也被稍微後移。在該裝配狀態，殼體12和13已移到動子的動葉級37和39之上，它們的密閉表面40在這些動子動葉級前方延伸；在外殼11具有向燃燒室45變小的輕微錐度的情況下，這種位置移動是可能的，而且高壓壓氣機的錐度通常更大；這種一慣的錐度在其他地方也有，如先前提到的導流動葉46的外殼表層47。本發明適用於使殼體12和13沿機械的直徑增加的方向進行位置移動以露出導流靜葉級21和22，而與該方向相反，自然不可能進行位置移動，因為在區域45內具有燃燒室，而燃燒室是不能拆卸的。但是，導流靜葉級46很容易取出。
第一裝配步驟包括，通過角形扇段的向心運動，使其一個接一個穿過槽口32，然後使它們在角方向上沿凹部25移動，從而使後導流靜葉級22嵌入到位，插入到有用的動葉級38和39之間。通常情況下，要將這些角形扇段移動半個扇段的位置，這時，這半個扇段就被安裝好了，這樣，這些扇段中的任何一個都不會完全伸到槽口32前面。如圖4所示狀態，在後導流靜葉級22完全裝配後，要後移後殼體13，以將鉤部27裝入凹部28中並壓緊該殼體以與邊緣31接觸。彈簧26能與鉤部27正確對齊而不需要任何工具來支撐導流葉片級22的角形扇段。從圖中可以看到，殼體12和13充分分開，這樣前導流靜葉級21部件就能夠以與後導流靜葉級22相同的方式，滑動到活動動葉級37和38之間。然後向後移動前殼體12並向前移動減震環14，這樣外殼部件就可以通過成對的凸緣15和16的接觸而完全連接在一起。然後可以安裝外罩10。需要指出的是，不需要拆卸整個外殼就能很容易到達導流靜葉級21和22或活動動葉級37、38和39，而且裝配牢固準確。拆卸同樣簡單，按相反順序進行同樣的操作即可，包括在機械中沿軸向分離殼體並使其移動，從溝槽中取出導流靜葉級的角形扇段，使其在殼體之間沿徑向移動。
權利要求
1.一種渦輪機靜子，包括外殼(11)和導流靜葉級(21，22)，所述導流靜葉級通過葉根(23)安裝在所述外殼的相應的溝槽(19，20)中，所述導流靜葉級與動子動葉級(37，38，39)相互交替，所述靜子被分成位於所述溝槽前面的相鄰的圓形連續殼體(12，13，14)，每個殼體都用連接凸緣(15，16)進行安裝，所述溝槽包括位於一側的凹部(28)和軸向定位銷(29)，其特徵在於，所述溝槽包括位於對側的另一個凹部(25)，其安裝有軸向膨脹彈簧(26)且被一個徑向定位邊緣(31)部分包圍，所述邊緣上設置有一個槽口(32)，用於使導流靜葉級的角形扇段的彎曲鉤部穿過所述邊緣而插入。
2.根據權利要求1所述的渦輪機靜子，其特徵在於，所述外殼(11)被半殼體外罩(10)包圍，該外罩支撐位於最遠的殼體(12)前面的導流靜葉級(46)，所述溝槽的第一側在相應的溝槽中的方位朝向所述最遠的殼體。
3.根據權利要求1或2所述的渦輪機靜子，其特徵在於，所述外殼形成高壓壓氣機的一部分，安裝在所述外殼上的所述導流靜葉級與所述渦輪機的燃燒室(45)相鄰，所述靜子的錐度朝向所述燃燒室變小，但其在所述外殼處比在所述外殼的前部(47)處更小，在安裝所述靜子時，每一個所述殼體都能向前滑動到一個所述動子動葉級之外，並在所述動子葉片級前面延伸。
4.根據權利要求1所述的機械靜子，其特徵在於，所述殼體包括起互相支撐作用的同心部分(31)。
5.用於安裝根據權利要求1所述的靜子的方法，其特徵在於，所述方法包括將殼體(12，13，14)獨立地排列在所述動子周圍，將所述導流靜葉級的角形扇段徑向地嵌入到所述殼體之間，在所述渦輪機中通過軸向移動使所述殼體相互接觸，以及在所述導流靜葉級裝配到所述溝槽中後將所述殼體連接在一起。
6.用於拆卸根據權利要求1所述的靜子的方法，其特徵在於，所述方法包括在所述渦輪機中通過軸向移動拆開所述殼體並使其分離，從所述溝槽中取出所述導流靜葉級的角形扇段，以及使其在所述殼體之間沿徑向移動。
全文摘要
本發明公開了一種機械靜子及其裝配和拆卸方法。外殼部分的部件由沿直線排列的連續殼體(12，13，14)形成，殼體帶有溝槽(19，20)，用於安裝導流靜葉級(21，22)的葉根(23)，導流靜葉級由用於限制轉動的彈簧(26)和銷釘(29)固定到位。所述部件(12，13，14)排列成一個完整的圓，並且，通過將其軸向分離，以通過徑向移動將所述導流靜葉級(21，22)的部件插入到這些部件之間來完成裝配工作。
文檔編號F01D25/24GK1646791SQ03808968
公開日2005年7月27日 申請日期2003年5月7日 優先權日2003年5月7日
發明者皮埃爾·伊夫·巴約爾, 塞巴斯蒂安·古, 勒內·勒弗洛克, 帕特裡斯·馬佐塔, 加布裡埃爾·拉德利亞克, 多米尼克·羅蘭, 阿蘭·勒皮薩爾, 米歇爾·聖巴西利奧 申請人:斯奈克瑪馬達公司