專利名稱：具有銷支承件的渦輪殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開(kāi)的主題涉及具有銷支承件的渦輪殼。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪中，內(nèi)渦輪殼相對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子徑向地和軸向地支承噴嘴和護(hù)罩。噴嘴、 護(hù)罩和轉(zhuǎn)子之間的同心支承結(jié)構(gòu)從轉(zhuǎn)子軸承延伸到排氣框架，延伸到外渦輪殼，延伸到內(nèi) 渦輪殼，且延伸到噴嘴和護(hù)罩本身。轉(zhuǎn)子軸承由排氣框架支承，排氣框架繼而連接到具有支 承腿和提供發(fā)動(dòng)機(jī)支承和穩(wěn)定性的導(dǎo)板的接地支承件上。另外，由于定子和轉(zhuǎn)子之間的相 對(duì)熱響應(yīng)以及內(nèi)渦輪殼和外渦輪殼之間的結(jié)構(gòu)隔離，包括內(nèi)渦輪殼與外渦輪殼的組合的構(gòu) 造提供了額外的間隙。大體上，采用主動(dòng)間隙控制來(lái)在渦輪操作期間使內(nèi)渦輪殼和外渦輪殼相對(duì)于彼此 徑向地移置。這具有控制輪葉和護(hù)罩之間的尖端間隙的作用，這可能是有用的，因?yàn)闇p小尖 端間隙通過(guò)降低尖端泄漏而提高了渦輪性能，只要防止輪葉尖端接觸護(hù)罩以及由此損害護(hù)
罩即可。但是，即使在主動(dòng)間隙控制的情況下，在一些構(gòu)造中，由于內(nèi)渦輪殼和外渦輪殼的 相應(yīng)的構(gòu)件的熱增長(zhǎng)差異，內(nèi)渦輪殼和外渦輪殼之間會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了降低相對(duì)運(yùn)動(dòng) 引起的偏心，可用附連到外渦輪殼上的徑向銷支承內(nèi)渦輪殼，或者通過(guò)在外渦輪殼和內(nèi)渦 輪殼之間使用互補(bǔ)的徑向表面來(lái)支承內(nèi)渦輪殼。在這樣的構(gòu)造中，徑向支承件之間存在組 件間隙缺口，以防止在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間結(jié)合。無(wú)論如何，當(dāng)內(nèi)渦輪殼和外渦輪殼之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就形成了泄漏路徑，且產(chǎn) 生了摩擦力。這些摩擦力可導(dǎo)致?lián)p害，例如在內(nèi)渦輪殼和外渦輪殼中的任何一個(gè)的熱膨脹 和收縮期間發(fā)生的匹配表面上的接觸表面磨損。也就是說(shuō)，在膨脹和收縮期間，構(gòu)件會(huì)經(jīng)受 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)摩擦接觸。同時(shí)，構(gòu)件的摩擦系數(shù)顯著地且不可預(yù)測(cè)地變化。因此，阻止內(nèi)渦輪 殼相對(duì)于外渦輪殼徑向移置的摩擦力也會(huì)改變。此變化會(huì)導(dǎo)致內(nèi)渦輪殼的位置朝高摩擦位 置移動(dòng)，且停留到高摩擦位置上。與組件間隙結(jié)合的這個(gè)摩擦作用會(huì)導(dǎo)致殼偏心，殼偏心在 可允許的間隙內(nèi)通常是不確定的。另外，定子管殼體大體在水平的中間平面處分開(kāi)，且在此水平接頭處結(jié)合栓接法 蘭。熱梯度和瞬時(shí)邊界條件產(chǎn)生了整個(gè)殼體的內(nèi)在不圓度。當(dāng)像在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間發(fā)現(xiàn)的 那樣，內(nèi)部部分比外部部分更熱時(shí)，這種殼體就呈現(xiàn)足球形狀。相反，在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)期間，外 部部分比內(nèi)部部分更暖，從而導(dǎo)致殼體呈現(xiàn)花生形狀。這種不圓度通過(guò)定子管傳遞到護(hù)罩， 從而在護(hù)罩和輪葉尖端之間產(chǎn)生缺口，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能。殼不圓度在蒸汽渦輪中也是個(gè)問(wèn)題。在這些情況下，殼不圓度的出現(xiàn)可能是由于 渦輪殼中的水平接頭引起的，水平接頭起散熱器的作用，且產(chǎn)生殼溫度的周邊變化。溫度變 化使殼扭曲或成橢圓形。也就是說(shuō)，殼沿豎直方向比沿水平方向展現(xiàn)更大的尺寸。相反，轉(zhuǎn) 子保持圓形。殼的成橢圓形的形狀會(huì)導(dǎo)致增大的間隙，并且因此比定子保持圓形的情況下 導(dǎo)致更多泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種渦輪殼，且該渦輪殼包括內(nèi)殼組件，內(nèi)殼組 件包括形成于其上的法蘭和用于與該法蘭匹配的匹配表面中的一個(gè)；外殼組件，其構(gòu)造成 以便經(jīng)歷徑向移置，內(nèi)殼組件設(shè)置在該外殼組件中，該外殼組件包括形成于其上的法蘭和 匹配表面中的另一個(gè)；以及使法蘭在外殼組件的撓曲節(jié)點(diǎn)位置處與匹配表面聯(lián)接的緊固元 件，可根據(jù)外殼組件的徑向移置來(lái)標(biāo)識(shí)撓曲節(jié)點(diǎn)位置，以減小內(nèi)殼組件中的徑向移置。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種渦輪，且該渦輪包括至少在第一至第四基 本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置處具有限定在其中的槽口的渦輪殼；設(shè)置在渦輪殼內(nèi)且構(gòu)造成以 便在可旋轉(zhuǎn)的渦輪輪葉周圍沿徑向膨脹或收縮的護(hù)罩環(huán)件；以及鍵，其在對(duì)應(yīng)于槽口的那 些位置的位置處形成于護(hù)罩環(huán)件上，以與槽口匹配，且在軸向上及在周向上將沿徑向可膨 脹和可收縮的護(hù)罩環(huán)件定位在渦輪殼內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種渦輪，且該渦輪包括渦輪殼，該渦輪殼在 其多個(gè)級(jí)處包括護(hù)罩；以及至少設(shè)置在渦輪殼周圍的第一至第四基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位 置處的約束元件，約束元件構(gòu)造成以便同心地約束渦輪殼的護(hù)罩。


在說(shuō)明書(shū)的結(jié)論部分處的權(quán)利要求書(shū)中特別指出和清楚地要求保護(hù)了被視為本 發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征與優(yōu)點(diǎn)顯而易 見(jiàn)，附圖中圖1是渦輪殼的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖2是圖1的渦輪殼的剖面透視圖；圖3是圖1的渦輪殼的一部分的放大透視圖；圖4是渦輪殼的示意性軸向視圖；圖5是經(jīng)歷熱膨脹和收縮的圖4的渦輪殼的示意性軸向視圖；圖6是包圍渦輪的輪葉尖端的護(hù)罩環(huán)件的截面圖；圖7是包圍渦輪的輪葉尖端的護(hù)罩環(huán)件的截面圖；圖8是圖6的護(hù)罩環(huán)件的縱向視圖；以及圖9A-E是圖6的護(hù)罩環(huán)件的第一部件和第二部件之間的連接件的示意圖。部件列表10渦輪殼11 區(qū)段12中心線20內(nèi)殼組件21上部?jī)?nèi)殼部分22下部?jī)?nèi)殼部分23 法蘭25機(jī)械接頭30外殼組件
31上部外殼部分
32下部外殼部分
33匹配表面
35機(jī)械連接件
40緊固元件(約束元件)
50匹配表面通孔
51法蘭通孔
52對(duì)準(zhǔn)套管
53帶螺紋的螺母
100渦輪
105轉(zhuǎn)子
110渦輪輪葉
111渦輪輪葉尖端
115噴嘴
120渦輪殼
130護(hù)罩環(huán)件
140鍵(約束元件)
141 槽□
150,151 部件
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1-3，提供了用于在燃?xì)鉁u輪或蒸汽渦輪的渦輪區(qū)段中使用的渦輪殼10的 區(qū)段11。渦輪殼10包括內(nèi)殼組件20、外殼組件30和緊固元件40。內(nèi)殼組件20包括下部 內(nèi)殼部分22和上部?jī)?nèi)殼部分21，下部?jī)?nèi)殼部分22和上部?jī)?nèi)殼部分21在機(jī)械接頭25處聯(lián) 結(jié)，且可設(shè)置在渦輪10的中心線12周圍。內(nèi)殼組件20還包括法蘭23。外殼組件30包括 下部外殼部分32和上部外殼部分31，且在其內(nèi)部中限定空間，內(nèi)殼組件20設(shè)置在該空間 中。匹配表面33，諸如外殼組件30的形成腔口(法蘭23可接收在該腔口中)的一部分，形 成于外殼組件30的一部分處或該部分中。匹配表面33具有與法蘭23互補(bǔ)的大小和形狀， 從而使得當(dāng)內(nèi)殼組件20安裝在外殼組件30內(nèi)時(shí)，法蘭23可匹配到匹配表面33上。如圖所示，法蘭23和匹配表面33可并入相對(duì)連續(xù)的相應(yīng)的特征中，或者可提供為 多個(gè)特征。在法蘭23和匹配表面33提供為相對(duì)連續(xù)的相應(yīng)的特征的情況下，法蘭23可并 入在內(nèi)殼組件20周圍延伸的相對(duì)連續(xù)的周邊法蘭中。類似地，匹配表面33可并入在外殼 組件30周圍延伸的相對(duì)連續(xù)的周邊表面中。另外，法蘭23和匹配表面33可沿徑向方向延 伸超過(guò)外殼組件30的周邊。雖然法蘭23和匹配表面33在上面被描述為以及在圖1_3中被顯示為分別設(shè)置在 內(nèi)殼組件20和外殼組件30上，但是，此布置僅是示例性的，且將理解的是內(nèi)殼組件20可包 括匹配表面33形成于其上的部分，且外殼組件30可類似地包括法蘭23。如圖3所示，緊固元件40與匹配表面通孔50和法蘭通孔51協(xié)作，以使法蘭23至 少在基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置處與匹配表面33聯(lián)接。緊固元件40可在軸向上位于第一級(jí)護(hù)罩的下游，在這種情況下，第一級(jí)護(hù)罩包括內(nèi)殼組件20和外殼組件30。緊固元件40可 包括銷，或者更具體地包括具有各自與內(nèi)殼組件20和外殼組件30的縱向軸線平行的中心 線的預(yù)緊螺栓?？赏ㄟ^(guò)對(duì)準(zhǔn)套管52 (緊固元件40可延伸通過(guò)該對(duì)準(zhǔn)套管52)和帶螺紋的 螺母53 (緊固元件40可固定地插入該帶螺紋的螺母53中)來(lái)至少部分地實(shí)現(xiàn)緊固元件40 的對(duì)準(zhǔn)。參照?qǐng)D4，注意到若干個(gè)載荷大體施加到外殼組件30上，且包括但不限于由機(jī)械 連接件35施加的載荷，可在外殼組件30的兩側(cè)上提供機(jī)械連接件35，且該機(jī)械連接件35 在水平接頭處聯(lián)結(jié)下部外殼部分32和上部外殼部分31。由于正常操作期間的熱收縮和膨 脹，聯(lián)合載荷趨向于使外殼組件30經(jīng)受徑向移置。緊固元件40減小了內(nèi)殼組件20的徑向 移置，否則將會(huì)由外殼組件30的徑向移置導(dǎo)致內(nèi)殼組件20的該徑向移置。如以上描述的那樣加載的外殼組件30趨向于經(jīng)受傅立葉N = 2形狀的形式的徑 向移置。也就是說(shuō)，在啟動(dòng)操作期間，外殼組件30的內(nèi)部將比其外部更熱，且因此外殼組 件30將趨向于呈現(xiàn)足球的形狀。相反，在停機(jī)操作期間，內(nèi)部將比外部更冷，且因此外殼組 件30將趨向于呈現(xiàn)花生的形狀。因此，在外殼組件30的保持基本在徑向上固定的那些部 分處建立了外殼組件30的撓曲節(jié)點(diǎn)位置。如圖5所示，這些撓曲節(jié)點(diǎn)位置接近外殼組件的 1 30,4 30,7 30 和 10 30 周邊位置。緊固元件40可設(shè)置在外殼組件30的撓曲節(jié)點(diǎn)位置處，以具有傅立葉N = 4形狀。 在這種布置的情況下，外殼組件30的徑向移置可沿著中心線12在內(nèi)殼組件20中減小。因 此，內(nèi)殼組件20的多個(gè)級(jí)處的護(hù)罩可與外殼組件30的不圓度特性分離，其中外殼組件30 的偏心和不圓度特性不會(huì)傳遞到內(nèi)殼組件20。因此，渦輪10的性能得到提高，因?yàn)榭稍谟泻蜎](méi)有主動(dòng)間隙控制兩種情況下越來(lái) 越均勻地保持渦輪輪葉尖端及其互補(bǔ)護(hù)罩之間的缺口。這樣，就可降低和/或基本消除對(duì) 用于保持主動(dòng)間隙控制的相對(duì)復(fù)雜的硬件和控制算法的需要。另外，當(dāng)如上所述在撓曲節(jié)點(diǎn)位置處采用了緊固元件40時(shí)，還可減小由內(nèi)殼組件 20和外殼組件30的構(gòu)件中的摩擦變化導(dǎo)致的偏心。也就是說(shuō)，在緊固元件40定位在撓曲 節(jié)點(diǎn)位置處的情況下，在那些撓曲節(jié)點(diǎn)位置中的各個(gè)處存在內(nèi)殼組件20和外殼組件30之 間的相對(duì)徑向移置的顯著減少。因此，基本確定地保持了同心度。參照?qǐng)D6-9A-E，且根據(jù)另一個(gè)方面，提供了渦輪100，且該渦輪包括渦輪殼120、護(hù) 罩環(huán)件130和鍵140。渦輪殼120至少在第一至第四基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置處具有限 定在其中的槽口 141。護(hù)罩環(huán)件130設(shè)置在渦輪殼120內(nèi)，且由與渦輪殼120的構(gòu)件和可旋 轉(zhuǎn)的渦輪輪葉110的那些(熱質(zhì)量)相比具有比較小的熱質(zhì)量的材料形成。因此，護(hù)罩環(huán) 件130構(gòu)造成以便響應(yīng)于渦輪100的操作條件，在可旋轉(zhuǎn)的渦輪輪葉110周圍沿徑向膨脹 或收縮。鍵140在對(duì)應(yīng)于槽口 141的那些的位置處形成于護(hù)罩環(huán)件130的外周邊上。這樣， 鍵140就與槽口 141匹配，且在軸向上及在周向上將護(hù)罩環(huán)件130定位在渦輪殼120內(nèi)。護(hù)罩環(huán)件130可包括第一 180°部件150和第二 180°部件151。如圖9A-E所示， 這些部件150和151可在鳩尾榫接頭處緊固在一起，這些部件150和151可通過(guò)接頭或螺 栓彼此聯(lián)接，或者它們可彼此交迭或開(kāi)槽(連接)。當(dāng)然，將理解的是圖9A-E的構(gòu)造僅是示 例性的，且其它結(jié)構(gòu)和構(gòu)造是可行的。無(wú)論如何，在護(hù)罩環(huán)件130由第一部件150和第二部
6件151形成的情況下，護(hù)罩環(huán)件130可以比較低的關(guān)聯(lián)成本且以比較短的時(shí)間組裝在渦輪 殼120內(nèi)。渦輪輪葉110可連結(jié)到轉(zhuǎn)子105上，渦輪輪葉110可圍繞轉(zhuǎn)子105旋轉(zhuǎn)。在這種 情況下，渦輪殼130可形成為與轉(zhuǎn)子105大體同軸。在護(hù)罩環(huán)件130設(shè)置在渦輪殼120內(nèi)的情況下，如上所述，護(hù)罩環(huán)件130以及與渦 輪輪葉Iio的遠(yuǎn)端或尖端111相關(guān)聯(lián)的流徑與渦輪殼120熱隔離。因此，流徑基本與渦輪 殼120的由于熱引起的膨脹或收縮脫離耦聯(lián)。護(hù)罩環(huán)件130可設(shè)置在單個(gè)噴嘴級(jí)處或設(shè)置在多個(gè)噴嘴級(jí)處。在任何一種情況 下，護(hù)罩環(huán)件130可進(jìn)一步設(shè)置在渦輪殼120與渦輪輪葉110之間，以及設(shè)置在渦輪殼120 與定位在渦輪輪葉110的前面及后面的噴嘴115之間。這里，護(hù)罩環(huán)件130以及與渦輪輪 葉110的遠(yuǎn)端或尖端111相關(guān)聯(lián)的流徑與渦輪殼120熱隔離，而且另外，噴嘴115與渦輪殼 120熱隔離。根據(jù)又一個(gè)方面，提供了一種渦輪，諸如渦輪100，且其包括渦輪殼10、120和約束 元件40、140。約束元件40、140至少設(shè)置在渦輪殼10、120周圍的第一至第四基本規(guī)則地隔 開(kāi)的周邊位置處，且構(gòu)造成以便約束渦輪殼10、120的偏心。渦輪殼10可包括內(nèi)殼20和外 殼30。這里，約束元件包括以上描述的緊固元件40。或者，渦輪殼120可至少在第一至第 四基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置處具有限定在其中的槽口 141。在這種情況下，約束元件包括 形成于上述護(hù)罩環(huán)件130上的前述鍵140。鍵140與槽口 141匹配，在軸向上及周向上將護(hù) 罩環(huán)件130定位在渦輪殼120內(nèi)。雖然已經(jīng)結(jié)合僅僅有限數(shù)量的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)容易地 理解，本發(fā)明不限于這種公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明，以便結(jié)合此前未描述過(guò)但與 本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變化、備選方案、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng) 對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例進(jìn)了描述，但將理解，本發(fā)明的各方面可僅僅包括所描述的實(shí)施例 中的一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為受前述描述的限制，而是僅由所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍 限制。
權(quán)利要求
一種渦輪殼(10)，包括內(nèi)殼組件(20)，所述內(nèi)殼組件(20)包括形成于該內(nèi)殼組件(20)上的法蘭(23)和用于與所述法蘭(23)匹配的匹配表面(33)中的一個(gè)；外殼組件(30)，所述外殼組件(30)構(gòu)造成以便經(jīng)歷徑向移置，所述內(nèi)殼組件(20)設(shè)置在該外殼組件(30)中，所述外殼組件(30)包括形成于該外殼組件(30)上的所述法蘭(23)和所述匹配表面(33)中的另一個(gè)；以及用以使所述法蘭(23)在所述外殼組件(30)的撓曲節(jié)點(diǎn)位置處與所述匹配表面(33)聯(lián)接的緊固元件(40)，可根據(jù)所述外殼組件(30)的所述徑向移置來(lái)標(biāo)識(shí)所述撓曲節(jié)點(diǎn)位置，以減小所述內(nèi)殼組件(20)中的徑向移置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述緊固元件(40)包括銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述緊固元件(40)包括預(yù)緊螺栓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述緊固元件(40)各自具有與所 述內(nèi)殼(20)和外殼(30)的中心線平行的中心線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述外殼組件(30)包括在水平接 頭處聯(lián)結(jié)的上部殼部分和下部殼部分(31，32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述外殼組件(30)呈現(xiàn)傅立葉N =2構(gòu)造，所述緊固元件(40)布置成傅立葉N = 4布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述撓曲節(jié)點(diǎn)位置處的所述緊固 元件(40)在所述內(nèi)殼組件(20)和所述外殼組件(30)之間保持被動(dòng)間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼(10)，其特征在于，所述撓曲節(jié)點(diǎn)位置是所述外殼組 件(30)的 1 30、4 30、7 30 和 10 30 周邊位置。
9.一種渦輪(100)，包括渦輪殼(120)，所述渦輪殼(120)至少在第一至第四基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置處具 有限定在該渦輪殼(120)中的槽口 (141)；護(hù)罩環(huán)件(130)，所述護(hù)罩環(huán)件(130)設(shè)置在所述渦輪殼(120)內(nèi)且構(gòu)造成以便在可旋 轉(zhuǎn)的渦輪輪葉(110)周圍沿徑向膨脹或收縮；以及鍵(140)，所述鍵(140)在對(duì)應(yīng)于所述槽口(141)的那些位置的位置處形成于所述護(hù)罩 環(huán)件(130)上，以與所述槽口(141)匹配，且在軸向上及周向上將沿徑向可膨脹和可收縮的 所述護(hù)罩環(huán)件(130)定位在所述渦輪殼(120)內(nèi)。
10.一種渦輪(100)，包括渦輪殼(10)、(120)，所述渦輪殼(10)、(120)在該渦輪殼的多個(gè)級(jí)處包括護(hù)罩；以及至少設(shè)置在所述渦輪殼(10)、(120)周圍的第一至第四基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置 處的約束元件(40)、(140)，所述約束元件(40)、(140)構(gòu)造成以便同心地約束所述渦輪殼 (10)、(120)的護(hù)罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有銷支承件的渦輪殼。提供了一種渦輪(100)，該渦輪包括渦輪殼(10)、(120)，該渦輪殼(10)、(120)在其多個(gè)級(jí)處包括護(hù)罩；以及至少設(shè)置在渦輪殼(10)、(120)周圍的第一至第四基本規(guī)則地隔開(kāi)的周邊位置處的約束元件(40)、(140)，約束元件(40)、(140)構(gòu)造成以便同心地約束渦輪殼(10)、(120)的護(hù)罩。
文檔編號(hào)F01D25/26GK101881188SQ201010176818
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者F·T·小維利特, H·G·小巴拉德 申請(qǐng)人:通用電氣公司