用於燃氣輪發動機的渦輪模組的製作方法

2023-06-07 18:05:11

專利名稱：用於燃氣輪發動機的渦輪模組的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣輪發動機領域，並且尤其涉及渦輪模組，特別是高壓模組。
背景技術：
一種軸向氣流燃氣輪發動機，包括構成壓縮機的旋轉裝置，將自身釋放熱氣的固定燃燒室提供給構成渦輪的旋轉裝置。固定連接在壓縮機轉子上的渦輪轉子構成轉子或本體，發動機可以包括一個或多個轉子，通常包括以不同速度旋轉的兩個或三個轉子。因而雙轉子發動機包括低壓LP轉子和高壓HP轉子。為便於安裝發動機並減少安裝和拆除的時間，其結構通常被分為模組。例如，對於雙轉子發動機的高壓轉子來說，構成壓縮機的所有部件都布置在HP壓縮機模組中，構成渦輪轉子的所有部件都布置在HP渦輪模組中。
HP渦輪模組只包括旋轉部件，例如渦輪盤，迷宮氣封裝置和帶有上遊裝置凸緣和與下遊軸承有關的密封裝置的外殼螺栓連接到該盤上。
通常，利用特殊的凸緣將HP壓縮機和HP渦輪模組組裝起來；這些凸緣將發動機轉矩從渦輪傳遞到壓縮機。因此憑藉這些凸緣的連接必須具有足夠的強度來實現這個功能。
此外，這些模組必須為裝置提供完全平衡地旋轉。就HP渦輪類型的模組而言，設有上遊平衡面和下遊平衡面。平衡面是指平衡塊以與軸的確定距離和確定角度放置的平面。在利用裝置凸緣的方法中，位於模組邊緣的凸緣形成適當的平衡面。因此將平衡塊放置在邊緣凸緣的區域內，而對於HP壓縮機模組與HP渦輪模組之間的邊緣尤其如此。因此每個模組都以此方式保持裝置平衡。
使用特殊的裝置凸緣很方便，但是需要承擔平衡塊的重量。因此人們已經努力開發出一種不需要特殊裝置凸緣就能夠安裝到壓縮機上的模組，尤其是已經研究出將壓縮機的裝置直接安裝到模組的渦輪盤上的可能性。
這樣就產生了對渦輪模組進行預裝配和完全平衡地傳送的問題。特別是對於負責裝配模組的裝配工程師來說，不必處理模組本身是非常重要的，否則就將會降低模組化的價值。

發明內容
因此申請人的目標就是開發出滿足上述要求的渦輪模組。
根據本發明，用於燃氣輪發動機的渦輪模組包括至少一個渦輪盤和安裝在渦輪盤上相對於氣流上遊位置的盤形組件，所述模組包括位於所述發動機的壓縮機與渦輪盤之間的安裝裝置，其特徵在於在將模組裝配到壓縮機之前，通過將組件螺栓連接到固定連接於渦輪盤上的連接凸緣，而將組件預裝配到渦輪盤上。
因而，通過本發明包括直接將壓縮機模組連接到渦輪盤上和將放置在壓縮機與渦輪盤之間的組件分別連接到渦輪盤上步驟的方法，可以在不喪失裝置可靠性的情況下減輕重量，平衡必要時能夠預裝配的模組。
優選地，將壓縮機裝配到渦輪盤的安裝裝置包括所述連接凸緣。
特別地，當組件為具有位於其輪轂與周圍之間的輪心的盤形組件，並通過穿過輪心上第一鑽孔的螺栓安裝到所述凸緣上時，在輪心上設有通過渦輪模組的螺栓裝配到壓縮機上的第二鑽孔。
根據又一特徵，通過分布在圓周上數量為2至8個螺栓將組件固定在所述凸緣上。
有利地，通過將型鍛到下遊側凸緣上的螺母，和用於將模組裝配到壓縮機上的螺母，將螺栓定位。用於連接組件的螺栓更特別地具有特殊形狀的螺栓頭，其不同於用於連接壓縮機的螺栓頭的形狀。
根據又一特徵，組件包括放置在與壓縮機的安裝裝置無關的所述組件上的上遊平衡裝置。
本發明尤其適於其組件是盤形支撐氣封元件的模組。
本發明還包括與構成燃氣輪發動機的模組相關的壓縮機，其包括用於連接模組的下遊凸緣。在此凸緣上設有為已經放置在模組恰當位置上的連接螺栓的頭部而準備的腔體或通道。


下面將通過優選實施方式並參考附圖對本發明進行詳細描述，其中圖1是依據本發明的高壓渦輪的半個模組的軸向剖視圖；圖2是組件預先連接到渦輪盤上的細節的軸向剖視圖；圖3是將下遊壓縮機凸緣連接到渦輪盤上的詳細軸向剖視圖；
圖4是從上遊側觀察到的HP壓縮機凸緣的布置的示意圖；圖5是下遊HP壓縮機凸緣的不同的實施例的示意圖；圖6是沿圖2或圖3中VI-VI線的剖視圖，示出了從下遊側觀察到的固定連接到渦輪盤的連接凸緣上的螺母裝置的細節；圖7是圖1中渦輪模組的一個可選實施例示意圖，模組上裝配有上遊平衡裝置。
具體實施例方式
圖1示出了沿軸向剖面的HP渦輪的半個模組。該模組包括渦輪盤3，其具有朝向軸厚度逐漸增加的軸向剖面的輪轂，在渦輪盤3的周圍安裝有渦輪葉片4。渦輪葉片4容納在該盤邊緣上的軸向槽中。組件5安裝在盤3的上遊側，也就是說位於該圖中的左側。上遊和下遊是相對於發動機內的氣流來界定的。組件在此是指相對於機軸對稱旋轉的盤。這個盤包括厚度朝向發動機軸逐漸增加的輪轂，構成朝向周圍伸展的輪心51的部件。盤的周圍支撐構成迷宮氣封旋轉部件的徑向環狀葉片53。未示出其對應部分。
通過螺栓將盤5連接到固定連接於盤3上遊的連接凸緣31上而將盤5連接到盤3上。螺栓7包括頭部71和螺杆72，螺杆72穿過輪心51上的螺孔和凸緣31上的鑽孔，與螺母73相互作用。
在模組的下遊側，盤6上可見帶有構成下遊軸承62支架的押運支座(trunnion)61。盤被螺栓連接到下遊連接凸緣33上。連接螺栓64分布在盤的整個圓周上。其還包括用於迷宮氣封的密封元件63。盤6構成下遊平衡面。平衡塊上安裝有連接螺栓。
對如圖1所示的模組進行預裝配，為安裝和裝配到壓縮機上作準備。螺栓7的功能是在操作過程中保持固定連接到渦輪盤上的組件5。螺栓7最好為4個，並等距布置在圓周上。螺栓的個數可以是2至8個之間。應該考慮用於將壓縮機連接到盤上螺栓的具體情況。螺栓7不會干擾到盤3與盤5之間的葉片。
圖2和圖3示出了在渦輪模組已經連接到壓縮機的連接凸緣9之後螺栓的詳細情況。未示出後者。連接凸緣9是環形的，並構成壓縮機下遊的邊緣。圖2示出沿用於將組件5連接到盤3上的螺栓7的部分軸向剖面。圖3示出了沿用於將凸緣9連接到盤3上的螺栓8的部分軸向剖面。
螺栓7的頭部71與凸緣9的寬邊相嚙合以使其直接與組件5的盤連接。因此這些螺栓不會影響凸緣9的連接。
圖3中的每個螺栓8都承擔著將凸緣9連接到盤3上的任務。螺栓頭81壓緊在凸緣9的上遊表面上，即由壓在凸緣31的下遊表面上的螺母83緊固盤5。螺栓8的螺杆82穿過組件5的盤和兩個凸緣9和31。
圖4示出了從上遊側觀察到的環形凸緣9。凸緣9包括扇貝形凹進以使其包圍螺栓7的頭部71，並壓在組件5的盤上。其還包括可以使螺栓8的螺杆82穿過的鑽孔，螺栓8的頭部81擠壓在鑽孔的邊緣上。
圖5示出了另一可選的壓縮機連接凸緣9』。為了穿過用來連接盤5的螺栓的頭部71，將通道限制為直徑稍大於頭部71直徑的圓孔來代替扇貝形凹進。
組件5的輪心51上具有能夠允許螺栓7或螺栓8穿過的同樣的鑽孔。
為防止混淆螺栓7和螺栓8，可以使螺栓的頭部71和81具有不同的形狀。
例如，可以將一些螺栓製成花鍵螺頭和將其它的製成寬螺栓頭(寬螺栓頭是指比緊固操作所需的寬度更寬的螺栓頭；其對應於較寬螺杆的螺栓頭)，或反過來。
在使用這種類型的螺栓頭時，在防止產生混淆的同時，還具有在壓縮機和渦輪的模組拆除時防止螺栓8卡住的優點。如果螺栓8是保持固定的，則螺栓8的特殊螺栓頭81能夠支撐劇烈的過載附加扭矩將螺杆82從頭部81剪斷，無論如何將模組拆除了。
圖6示出了從下遊側觀察到的凸緣31。優選地，在部件裝配之前先將螺母73和83安裝並型鍛在恰當位置上。應該注意到螺母上分別設有矩形的鍵731和831以提供旋轉中的互鎖。這樣便於在裝配中緊固螺栓7和8。型鍛到凸緣31上的螺母73和83是相同的。
連接螺栓8和7的數量在具體實施方式
中分別為28和4。經驗證28個螺栓可以將壓縮機牢固地固定在盤上。4個相對於裝置的32個的差別沒有什麼影響。已經通過計算證明了這一點，尤其是對於扭矩、機械應力和部件的使用壽命等。
最後可以觀察到這種配置允許葉片布置在壓縮機模組與渦輪模組之間。
為了使模組保持平衡，將重塊放置在組件5的盤的上遊表面上，其於是有利地構成了上遊平衡面。圖7中示出了包括該平衡裝置的模組。模組包括用來將重塊固定到該表面上的凸緣10。凸緣10是環形的，具有與模組的軸相垂直的表面，包括多個用來安裝重塊的加工孔。加工孔的數量優選地等於安裝到渦輪盤上的翅片的數量。
圖7示出了由螺栓111保持在適當位置上的重塊11。在此情況下，通過安裝這些重塊可以恢復HP渦輪模組轉子的上遊平衡面，這樣有助於輸送所謂清洗模組的一種情況。
根據本發明的模組不會相反地影響周圍模組的維護。
權利要求
1.一種用於燃氣輪發動機的渦輪模組，包括至少一個渦輪盤(3)和安裝在所述渦輪盤上相對於氣流上遊的盤形組件(5)，所述模組包括將其安裝到所述發動機的壓縮機上的安裝裝置，其特徵在於，在將所述模組裝配到所述壓縮機之前，通過螺栓將組件(5)連接到固定連接於所述渦輪盤(3)的連接凸緣(31)上，從而將所述組件(5)預裝配到所述渦輪盤(3)上。
2.如權利要求1所述的模組，其特徵在於，安裝到所述壓縮機上的所述安裝裝置包括所述連接凸緣(31)。
3.如權利要求2所述的模組，其特徵在於，所述組件是帶有位於其輪轂與圓周之間的輪心(51)的盤形組件，並通過穿過所述輪心(51)上的第一鑽孔的螺栓(7)安裝到所述凸緣(31)上，第二鑽孔形成於所述輪心上，用於通過所述渦輪模組(3)的螺栓(8)裝配到所述壓縮機上。
4.如權利要求3所述的模組，其特徵在於，所述組件(5)的輪心(51)上具有允許螺栓(7)或螺栓(8)穿過的同樣的鑽孔。
5.如權利要求3或4所述的模組，其特徵在於，所述組件通過2至8個分布在圓周上的螺栓(7)連接到所述凸緣(31)上。
6.如權利要求2至5所述的任意一種模組，其特徵在於，所述螺栓(7)由型鍛在下遊側的凸緣(31)上的螺母(73)以及用於將所述模組裝配到所述壓縮機上的螺母(83)進行定位。
7.如權利要求6所述的模組，其特徵在於，型鍛在所述凸緣(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
8.如權利要求2至5所述的任一種模組，其特徵在於，用來連接組件的螺栓(7)具有與用來連接所述壓縮機的所述螺栓的頭部不同的特殊頭部。
9.如權利要求2至8所述的任一種模組，包括上遊平衡裝置(10，11)，其設置在不同於安裝到壓縮機上的安裝裝置的所述組件(5)上。
10.如權利要求2至9所述任一種模組，其特徵在於，所述組件(5)是盤支撐迷宮氣封元件。
11.一種與前述權利要求中任一項所述的構成燃氣輪發動機的模組相關的壓縮機，包括用於連接到所述模組的下遊凸緣(9)，其上設有為已經放置在所述模組上適當位置上的連接螺栓的頭部(71)準備的槽或通道。
12.一種燃氣輪發動機，其包括如權利要求1至11中任一項所述的模組。
全文摘要
本發明公開一種用於燃氣輪發動機的渦輪模組，包括至少一個渦輪盤(3)和安裝到渦輪盤上相對於氣流上遊的盤形組件(5)，所述模組包括安裝到所述發動機的壓縮機上的安裝裝置，其特徵在於，在將模組裝配到壓縮機之前，通過螺栓將組件(5)連接到固定連接於渦輪盤(3)的連接凸緣(31)上，來將組件(5)預裝配到渦輪盤(3)上。
文檔編號F02C3/04GK1854485SQ20061007907
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者麥可·布朗特, 茂瑞斯·約蒂特, 託馬斯·朗格文, 帕垂克·派斯魁斯 申請人:斯奈克瑪