燃氣輪機壓縮機殼體的流路環的製作方法

2023-07-11 06:56:31 2

專利名稱：燃氣輪機壓縮機殼體的流路環的製作方法
技術領域：
本發明涉及壓縮機轉子和定子殼體，尤其涉及設置在定子殼體中的專用的槽中的環，其定義了外部流路並且在轉子翼片頂部磨損情況下容易進行更換。
背景技術：
參見圖1，示出了典型的燃氣輪機的橫截面視圖，當在旋轉葉片20和殼體12之間的間隙22保持在最佳距離時，燃氣輪機可獲得最優的性能，該最佳距離通常非常小，例如，在穩態溫度下為40-80mil。然而，該間隙必須製成足夠大，以解決在殼體和旋轉翼片20之間的部件堆積公差，機械和熱膨脹差值。
由於各種原因，在燃氣輪機壓縮機中通常發生轉子葉片在壓縮機殼體上的摩擦。該摩擦是由於多種情況導致，例如在轉子18和殼體之間的不適當的對齊，在水平和垂直凸緣處殼體連接的滑動，或者在殼體12和旋轉部分之間的瞬時的熱響應差。其結果會造成翼片20頂端損失和/或殼體流路磨損。這些情況會導致壓縮機性能和喘振容限的損失。如果摩擦非常嚴重時，殼體和旋轉翼片必須進行替換。通常來說，這會導致燃氣輪機使用壽命的損失。
繼續參見圖1，當前工業燃氣輪機壓縮機殼體構造有圓周狹槽14，該狹槽14機加工到用於固定的翼片16的殼體上。在狹槽之間，殼體12機加工為圓柱形或者錐形並且形成用於旋轉葉片20的外部流路。採用當前設計的情況下，殼體厚度是主要設計變量，其能夠進行變化以努力熱匹配殼體12和轉子18的位移量。

發明內容
在本發明示例的實施例中，流路環可固定在壓縮機定子殼體的機加工槽中。該流路環包括可與機加工槽結合的連接部分，其中連接部分對應於機加工槽進行成形。流路部分相對於連接部分徑向向內設置，包括設置為面對壓縮機轉子葉片並且當固定在壓縮機定子殼體的機加工槽中時限定出葉片流路的間隙表面。
在本發明的另一個示例的實施例中，燃氣輪機壓縮機包括具有翼片槽的定子殼體，每個槽支撐多個定子翼片。轉子支撐多個轉子葉片，以用於相對於定子殼體旋轉。多個所述的流路環固定在定子殼體中的對應環槽中。


圖1是典型的燃氣輪機壓縮機的橫截面視圖；圖2示出了包括在定子槽之間的環槽的機加工的定子殼體；圖3示出了固定在定子環槽中的流路環；圖4示出了包括氣隙隔離體的流路環；和圖5示出了包括密封以最小化後側洩漏的流路環。
具體實施例方式
由於轉子翼片頂端的磨損，希望便於在轉子流路中進行修理。這樣，最優的間隙能夠恢復，同時可重新獲得性能和喘振容限。同時，間隙能夠製成更緊密，以改善性能和喘振容限。
通過在轉子葉片可能摩擦殼體的地方，利用安裝在殼體中的可容易替換的環，流路的修復能夠快速和有效的實施。此外，可替換的環(或流路環)能夠減少到殼體上的熱傳送率，從而改變轉子和殼體熱膨脹的瞬態和穩態匹配。這允許被動間隙控制設計特徵，其允許在轉子葉片和殼體之間更緊密的間隙，從而增加整個發動機的性能和喘振容限。
參見圖1-3，燃氣輪機包括定子殼體12，其具有如傳統一樣機加工在其中的多個翼片槽14。翼片槽14通常連續形成在定子殼體12的內側圓周中。每個翼片槽14如傳統一樣支撐多個定子翼片16。
轉子18支撐多個轉子葉片20，以相對於定子殼體12旋轉。如上所述，當在旋轉翼片和定子殼體12之間的間隙(如附圖標記22表示的)保持在最優距離時，燃氣輪機可獲得最佳性能，該距離通常非常小(例如，在穩態溫度為40-80mil)。在燃氣輪機的運行期間，通常會發生在轉子葉片20和定子殼體12之間的摩擦或接觸。其結果會導致轉子頂端損失和/或殼體流路磨損，這會導致壓縮機性能和喘振容限的損失。而且，如果摩擦非常嚴重，則定子殼體12和轉子葉片20需要替換，這導致了燃氣輪機使用壽命的損失。
參見圖2，定子殼體12機加工有附加的槽24，該附加的槽24優選設置在相鄰的翼片槽24之間。用於形成環槽24的加工過程非常類似於機加工定子翼片槽14的傳統過程，並且該製造/機加工過程的詳細過程將不進行描述。
多個流路環26(圖3)固定在定子殼體12中的對應的環槽24中。流路環26包括成形以對應於機加工槽24的連接部分28，和相對於殼體12徑向向內(即朝向轉子18)設置的流路部分30。流路部分30包括設置為面對燃氣輪機轉子葉片20，並且當流路環26固定在定子殼體12中時限定出葉片流路的間隙表面32。優選地，每個流路環26由多個環段形成，以最小化在槽24中的結合力。
通過使用形成在流路環26的間隙表面32上的可研磨塗層34，流路環26可使用來最優化頂端間隙。優選地，間隙表面32包括槽36等，可研磨塗層34設置在其中。用於該應用的可研磨塗層的例子是鋁矽合金/聚合物複合物，鎳/石墨複合物，鋁青銅/聚合物複合物。通過使用可研磨塗層34，在間隙擠壓點存在期間，轉子葉片可用來刻/切該塗層以獲得最優的穩態運行間隙。
參見圖4，流路環26可還包括如圖所示形成在殼體側面的至少一個氣隙隔離體38。氣隙隔離體38優選機加工為殼體側面中的槽。在流路環26的殼體側上最優的氣隙能夠用於將殼體12與流路溫度的快速瞬時響應相隔離。氣隙隔離體38控制在流路環26和殼體12之間的熱傳送，從而控制響應於流路中溫度變化的殼體12的加熱或者冷卻率。氣隙隔離體38厚度的增加以及接觸點的表面面積的減少將減小熱傳送速率並且因此減小殼體的熱響應性。這些是用來匹配殼體響應性與轉子18響應性的主要的設計變量。
而且，為了進一步最小化在環26後面的流路氣體洩漏，可在環26的殼體側表面和定子殼體12之間設置密封件40(圖5)。如圖5所示，附加的槽或凹口42可形成在環流路部分30的殼體側表面中，以容納密封件40。優選地，密封件40由金屬線/繩或者其它合適的材料形成。
由於流路環是可替換的，由於轉子葉片頂端磨損造成的流路修復能夠以可靠的和節約成本的方式迅速進行。因此，即使一個單元產生了非常大的磨損，其初始的性能和壓縮機喘振容限可以得到恢復。而且，用來替換流路環的周期和相應的成本顯著地小於用於替換殼體的周期和成本。此外，流路環26可允許在轉子和壓縮機殼體之間的更佳的熱匹配，允許設計者更佳地匹配熱響應性，並且從而可以在更緊密的間隙下運行。如上所述的，壓縮機殼體流路環可塗有可研磨材料，以允許更緊密的間隙和壓縮機性能的改善。如本領域普通技術人員所理解的，流路環可安裝在新的單元中作為一個性能提高特徵，特別在結合可研磨塗層的情況下。由於流路環槽能夠以與具有類似間隙控制的定子狹槽相同的方式機加工到定子殼體中，流路環可以以最小的成本和周期影響被容納在殼體上。
雖然本發明已經相關於當前認為是最實際和優選的實施例進行了描述，需要理解的是本發明不限於此公開的實施例，相反的，意圖去覆蓋包括在附加的權利要求精神和範圍之內的各種修改和等同裝置。
部件目錄殼體12圓周狹槽14固定的翼片 16轉子18旋轉葉片20間隙22環槽24流路環 26連接部分28流路部分30間隙表面32可研磨塗層 34槽 36氣隙隔離體 38密封件 40槽或者凹口 4權利要求
1.一種可固定在壓縮機定子殼體的機加工槽中的流路環，該流路環包括連接部分(28)，其可與機加工槽接合併且與機加工槽相對應地成形；和流路部分(30)，其相對於連接部分徑向向內設置，包括設置為面對壓縮機轉子葉片(20)並且當固定在壓縮機定子殼體的機加工槽(24)中時限定出葉片流路的間隙表面。
2.如權利要求1所述的流路環，其中流路環(26)包括多個段。
3.如權利要求1所述的流路環，其中所述環(26)可附裝在相鄰定子翼片(16)之間的壓縮機定子殼體機加工槽(24)中。
4.如權利要求1所述的流路環，還包括在間隙表面(32)上的可研磨塗層(34)。
5.如權利要求4所述的流路環，還包括在間隙表面(32)中的槽(36)，所述可研磨塗層(34)設置在該槽中。
6.如權利要求1所述的流路環，還包括設置在流路環(26)的殼體側表面上的至少一個氣隙隔離體(38)。
7.如權利要求6所述的流路環，其中氣隙隔離體(38)包括形成在殼體側表面中的槽(42)。
8.如權利要求6所述的流路環，其中氣隙隔離體(8)還包括密封件(40)，其可插入在流路環的殼體側表面和殼體之間。
9.如權利要求1所述的流路環，包括基本上T形的橫截面，其中連接部分(28)限定T形的幹，並且其中流路部分(30)限定T形的橫向部分。
10.一種裝配定子殼體的方法，該方法包括機加工多個翼片槽(14)，其中每個槽(14)用於支撐多個定子翼片(16)；機加工多個環槽(24)，這些環槽(24)插置在相鄰翼片槽之間；和固定多個權利要求1所述的流路環(26)在對應的環槽中。
全文摘要
流路環(26)可固定在壓縮機定子殼體(12)的機加工槽(24)中。該環包括連接部分(28)，該連接部分(28)可與機加工槽結合併且對應於機加工槽進行成形。流路部分(30)相對於連接部分徑向向內設置，並且包括面對燃氣輪機轉子葉片(20)設置的間隙表面(32)。當固定在壓縮機定子殼體的機加工槽中時，流路部分限定出葉片流路。如果轉子葉片頂端發生磨損時，流路環的使用便於流路的修復。此外，該環能夠產生在壓縮機轉子和壓縮機殼體之間更好的瞬時熱響應匹配。
文檔編號F04D29/54GK101050774SQ20071008987
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月5日 優先權日2006年4月5日
發明者D·M·詹森, J·莫裡, N·P·波恰, L·C·加內, R·H·格策 申請人:通用電氣公司