CN100379944C - 喷嘴锁定件和燃气涡轮发动机以及固定发动机喷嘴的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在包括外表面(30)的发动机壳体(28)内固定燃气涡轮发动机喷嘴(56)的方法以及一种喷嘴锁定件和燃气涡轮发动机。所述方法包括以下步骤：形成延伸通过该发动机壳体的第一开口(120)；将喷嘴锁定件(130)从该壳体外表面插入通过该第一开口，其中第一开口形成为使得插入通过的喷嘴锁定件的部分与发动机操作期间施加在喷嘴锁定件上的负载的方向偏离；将该喷嘴锁定件连接到该喷嘴的一部分上；以及将该喷嘴锁定件固定在该发动机壳体上。

Description

喷嘴锁定件和燃气涡轮发动机以及固定发动机喷嘴的方法
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮发动机，本发明尤其涉及用于燃气涡轮发动机的喷嘴锁定件。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括以串联流动连通的压缩机、燃烧室、至少一涡轮喷嘴和转子组件。发动机壳体围绕发动机从压缩机延伸到涡轮组件。
在操作中，排出压缩机的气流与燃料混合并在燃烧室内点燃，所得到的热燃气/空气混合物通过涡轮喷嘴到达转子组件。由于暴露于热燃气/空气混合物，压力负载在涡轮喷嘴内增加。
为有助于降低压力负载对于涡轮喷嘴的作用，至少一些公知的涡轮发动机包括多个内部喷嘴锁定件以便保持涡轮喷嘴对齐。喷嘴锁定件将涡轮喷嘴固定在壳体中以有助于保持喷嘴周向对齐。因此，为了安装或更换喷嘴锁定件，首先拆卸涡轮壳体。这种过程耗费时间并且成本高。
发明内容
本发明提供了一种在包括外表面的发动机壳体内固定燃气涡轮发动机喷嘴的方法，所述方法包括以下步骤：形成延伸通过该发动机壳体的第一开口；将喷嘴锁定件从该壳体外表面插入通过该第一开口，其中第一开口形成为使得插入通过的喷嘴锁定件的部分与发动机操作期间施加在喷嘴锁定件上的负载的方向偏离；将该喷嘴锁定件连接到该喷嘴的一部分上；以及将该喷嘴锁定件固定在该发动机壳体上。
本发明提供了一种用于包括喷嘴的燃气涡轮壳体的喷嘴锁定件，所述喷嘴锁定件包括：底部；连接到所述底部上的连接装置；以及至少一从所述底部延伸并构造成延伸通过该涡轮壳体以便固定该喷嘴的锁定销，其中涡轮壳体开口与发动机操作期间施加在至少一个锁定销上的负载的方向偏离。
本发明提供了一种燃气涡轮发动机，其包括：包括外表面的壳体，该外表面包括延伸通过其中的至少一个第一开口和至少一个第二开口；燃气涡轮发动机喷嘴；以及至少一安装在所述外表面上以便将所述喷嘴固定在所述壳体上的喷嘴锁定件，每个所述至少一喷嘴锁定件包括一基座，延伸通过所述至少一个第一开口之一的锁定销，和插入到所述至少一个第二开口并固定到所述基座上的连接装置，所述连接装置将基座固定在所述壳体外表面上。
在示例性实施例中，用于燃气涡轮发动机的多个可在外部进行连接的喷嘴锁定件以节省成本和可靠的方式将涡轮喷嘴固定在发动机内。每个喷嘴锁定件包括底部、连接到底部上的连接装置和从底部延伸的锁定销。更特别的是，锁定销从各自底部延伸通过涡轮壳体以便将喷嘴固定在涡轮壳体中。
在将每个喷嘴锁定件组装到燃气涡轮发动机时，在涡轮壳体中形成开口，该开口从涡轮喷嘴径向向外延伸通过涡轮壳体。喷嘴锁定件从发动机壳体的外表面插入该开口并连接到喷嘴的一部分上。喷嘴锁定件同样固定在发动机壳体上。更特别的是，喷嘴锁定件有助于保持涡轮喷嘴的对齐而不管在发动机操作期间受到作用在涡轮喷嘴上的切向力如何。因此，涡轮喷嘴锁定件有助于以节省成本和可靠的方式将喷嘴固定在发动机内。
附图说明
图1是燃气涡轮发动机的示意截面图；
图2是用于图1所示燃气涡轮发动机并包括涡轮喷嘴和涡轮的燃烧室局部截面图；
图3是包括图2所示涡轮喷嘴组件并包括可在外部进行连接的喷嘴锁定组件的燃气涡轮壳体组件三维视图；
图4是图2所示涡轮喷嘴的放大视图；
图5是图3所示涡轮喷嘴的侧视图；
图6是安装在燃气涡轮发动机上的图5所示的喷嘴锁定件的截面图；
图7表示图5所示的喷嘴锁定件和延伸通过图3所示燃气涡轮壳体的连接开口之间的示例性的第一负载关系；以及
图8表示喷嘴锁定件和图7所示连接开口之间的示例性第二负载关系。
零件表
燃气涡轮发动机10、风扇组件12、高压压缩机14、燃烧室16、高压涡轮18、低压涡轮20、轴22、吸气侧24、排气侧26、发动机壳体28、外表面30、对称中心纵向轴线32、外衬40、内衬42、拱形端部44、燃烧室壳体46、燃烧室腔48、外通路52、内燃烧室壳体54、涡轮喷嘴56、内通路58、涡轮喷嘴60、壳体内壁70、涡轮叶片74、外带80、内罩部段82、喷嘴叶片84、喷嘴支承组件90、平台92、前支承凸缘94、后导轨96、细槽100、径向外部分102、壳体支承通道104、壳体罩106、壳体凹槽108、涡轮罩前导轨110、壳体第一开口120、壳体第二开口124、喷嘴锁定件130、锁定销132、底部134、连接装置、136、第二孔口142、螺栓148、插入件150、密封件160、主体164、尖端166、距离167。
具体实施方式
图1是燃气涡轮发动机10的示意图，该发动机包括风扇组件12、高压压缩机14和燃烧室16。发动机10同样包括高压涡轮18和低压涡轮20。轴22连接风扇组件12和涡轮20。发动机10具有吸气侧24和排气侧26。包括外表面30的发动机壳体28周向围绕发动机10延伸。在一实施例中，燃气涡轮发动机10是GE 90发动机，该发动机可从General Electric Company，Cincinnati，Ohio.购得。发动机10同样包括延伸其中的对称中心纵向轴线32。
在操作中，空气流过风扇组件12，并且压缩空气供应到高压压缩机14上。高度压缩的空气输送到燃烧室16，其中该空气与燃料混合并点燃。来自燃烧室16的热燃气/空气混合物分别驱动涡轮18和20，并且涡轮20围绕轴线32转动风扇组件12。
图2是包括图1所示燃气涡轮发动机10的涡轮喷嘴56的燃烧室16的局部截面图。燃烧室16分别包括环形外衬40、环形内衬42和在外衬40和内衬42之间延伸的拱形端部44。外衬40与燃烧室壳体46径向向内间隔开并连接到内衬42上以便限定总体环形的燃烧室腔48。
燃烧室壳体46是总体环形并从定位在拱形端部44内的扩散器(未示出)向下游延伸。外衬40和燃烧室壳体46限定外通路52，并且内衬42和内燃烧室壳体54限定内通路58。内衬42与内燃烧室壳体54径向向外间隔开。外衬40和内衬42延伸到布置在扩散器下游的涡轮喷嘴60。
环形涡轮喷嘴56离开壳体内壁70径向向内布置。燃烧室16位于喷嘴56的上游，并且涡轮叶片74位于喷嘴56的下游。在一实施例中，发动机10包括多个喷嘴56。
喷嘴56包括弧形外带80(图4所示)，弧形内罩部段82和安装在外带80和内罩部段82之间的喷嘴叶片84。喷嘴叶片84在外带80和内罩部段82之间总体径向延伸。
图3是包括涡轮喷嘴组件56的燃气涡轮壳体组件54的透视图。图4是涡轮喷嘴56的放大视图。图5是与涡轮喷嘴56一起使用的喷嘴锁定件130的侧视图。外带80包括总体轴向延伸的平台92，该平台包括上游周向前支承凸缘94和下游周向后导轨96。后导轨96包括径向外部分102，该外部分在其中包括细槽100。壳体28包括壳体支承通道104、壳体罩106和壳体凹槽108。涡轮罩前导轨110在后导轨96和壳体凹槽108之间延伸。在示例性实施例中，壳体28还包括延伸通过壳体28的第一开120和第二开124。更特别是，第一开120在细槽100的径向外部，并且第二开124靠近第一开120并位于其上游。前支承凸缘94接合壳体支承通道104以便径向支承外带80。涡轮罩前导轨110将后导轨96径向支承到壳体罩106上并有助于减少其中的泄漏。
喷嘴锁定件130包括锁定销132、底部134和连接装置136。在一实施例中，锁定销132与底部134整体形成。在另一实施例中，底部134包括第一孔口(未示出)，其尺寸可容纳和固定保持锁定销132。底部134包括第二孔口142以便容纳连接装置136。在一实施例中，连接装置136是包括插入件150的封闭螺栓148。在另一实施例中，连接装置136是枢轴(未示出)。喷嘴锁定件130包括密封件160。在一实施例中，密封件160是金属O形圈密封件。
锁定销132包括大致柱形主体164和尖端166。主体164大致垂直地延伸离开底部134，使得尖端166离开底部134的距离为167。在一实施例中，喷嘴锁定件130包括多个锁定销132。
图6是连接到燃气涡轮发动机10的喷嘴锁定件130的截面图。喷嘴锁定件130有助于限制喷嘴56的切向运动。底部134通过连接装置136连接到外表面30上。密封件160围绕锁定销132周向延伸以有助于减少或消除燃气/空气混合物泄漏通过外表面30。
锁定销132延伸通过开120(图3所示)以便径向接合后导轨细槽100(图3所示)，从而将喷嘴56固定在壳体28上。由于喷嘴56固定在壳体28上，喷嘴锁定件130有助于在发动机10内保持喷嘴56的相对对齐，而不管喷嘴56受到的燃气/空气混合物造成的切向力如何。尖端166适于接合细槽100。在示例性实施例中，尖端166是柱形。在另一实施例中，选择尖端166的形状以便满足系统的需要，同时在细槽100中固定喷嘴56，该尖端包括(但不局限于)方形、矩形或月牙形。
连接装置136连接到底部134上，并将底部134固定在壳体28上。连接装置136插入第二开124(图3所示)以便将底部134固定在壳体28上。在可选择的实施例中，连接装置136包括周向开口环(未示出)，该开口环围绕涡轮发动机10并将底部134固定在壳体28上。
在操作期间，来自燃烧室16(图1所示)的热燃气/空气混合物通过喷嘴56引入涡轮叶片74(图2所示)以便转动涡轮转子(未示出)。燃气混合物在喷嘴56重新指引燃气/空气混合物时在喷嘴56上施加轴向和切向力。喷嘴叶片84(图2所示)重新指引燃气/空气混合物以便冲击在涡轮叶片74上并在喷嘴56上施加切向力。外带80和内罩部段82(图2所示)支承和定位喷嘴叶片84。喷嘴锁定件130将外带80固定在壳体28上并限制喷嘴56的切向运动或弯曲。底部134安装在壳体外表面30上，并且密封件160密封壳体28。
在一实施例中，喷嘴锁定件130在最初组装期间安装。在可选择实施例中，喷嘴锁定件130在发动机组装之后作为发动机维护程序安装。在另一实施例中，喷嘴锁定件130补充已经安装在发动机上的内部喷嘴锁定件，并且这种喷嘴锁定件130能够在拆卸或不拆卸其他发动机部件的情况下安装。有利的是，喷嘴锁定件130可安装在发动机上，而不从其例如飞行器翼部的操作构形中拆卸发动机壳体28或拆卸发动机10。
在一实施例中，技师在壳体中通过使用标准机加工技术钻制开口120以便保持燃气涡轮清洁性。技师从壳体外表面28通过开口120插入喷嘴锁定件130的锁定销132以便接合喷嘴56的一部分。在一实施例中，尖端166接合细槽100以便固定喷嘴56并限制喷嘴56的切向运动。技师将喷嘴锁定件130固定在发动机壳体28上。在一实施例中，技师将螺栓148插入通过第二孔口142(图3所示)并进入第二开口124中以便将喷嘴锁定件130固定在壳体外表面28上。
图7表示喷嘴锁定件164和发动机壳体开口120之间相对于连接孔口142的第一负载关系。图8表示喷嘴锁定件164和发动机壳体开口120之间相对于连接孔口142的第二负载关系。在图7的示例性实施例中，如果喷嘴锁定柱形主体164不与壳体开口120直接接触，施加在喷嘴外带80附近的喷嘴锁定主体142上的负载(图4所示)可造成喷嘴锁定件130内的不可接受的高应力。更特别是，这种负载可以造成喷嘴锁定件130的疲劳失效。然而，如果喷嘴锁定柱形主体164与壳体开口120接触，可以帮助减少喷嘴锁定件130内产生的应力。不幸的是，由于所需的制造公差，不能总是保证所述接触。
在图8所示实施例中，单个连接孔口142形成在发动机壳体28中，其位置与施加负载的方向偏移。所产生的围绕孔口142的力矩可导致喷嘴锁定之间130的微小物理转动，直到喷嘴锁定柱形主体164和壳体开口120之间进行接触为止，如图8所示。由于本发明中存在的两种状态，可以进行这种类型的减少应力、自我调整。更特别的是，第一状态是一旦超过孔口142处的夹紧摩擦，该连接在静态上不稳定。第二状态是孔口142的相对位置不沿着施加负载的作用线，因此导致围绕孔口142的力矩以及随后转动。
所述用于燃气涡轮发动机的喷嘴锁定件是节省成本和可靠的。喷嘴锁定件将喷嘴固定在壳体上，因此有助于保持喷嘴在发动机内的对齐。另外，由于喷嘴对齐固定，喷嘴锁定件同样有助于降低在发动机操作期间在喷嘴上产生的切向力的作用。另外，由于喷嘴锁定件可以安装在发动机上或从发动机拆卸而不需要拆卸发动机壳体，喷嘴锁定件同样有助于就地维护发动机。另外，喷嘴锁定件有助于喷嘴在操作时相对于负载路径自对齐。因此，喷嘴锁定件有助于以节省成本和可靠的方式保持喷嘴对齐。
在本发明已经对于不同的特定实施例进行描述的同时，本领域技术人员将意识到本发明可进行变型而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种在包括外表面(30)的发动机壳体(28)内固定燃气涡轮发动机喷嘴(56)的方法，所述方法包括以下步骤：
形成延伸通过该发动机壳体的第一开口(120)；
将喷嘴锁定件(130)从该壳体外表面插入通过该第一开口，其中第一开口形成为使得插入通过的喷嘴锁定件的部分与发动机操作期间施加在喷嘴锁定件上的负载的方向偏离；
将该喷嘴锁定件连接到该喷嘴的一部分上；以及
将该喷嘴锁定件固定在该发动机壳体上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，喷嘴锁定件(130)包括锁定销(132)和底部(134)，所述插入喷嘴锁定件的步骤还包括：
将该锁定销插入通过第一开口(120)；以及
将该喷嘴锁定件底部保持在外表面(30)的径向外部。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述连接喷嘴锁定件(130)的步骤还包括将锁定销(132)固定在喷嘴(56)上以便限制该喷嘴运动的步骤。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，喷嘴锁定件(130)包括连接到底部(134)上的连接装置(136)，所述固定该喷嘴锁定件的步骤还包括以下步骤：
在壳体的外表面内形成第二开口(124)；以及
通过该第二开口将该连接装置连接到发动机壳体(28)上。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，喷嘴锁定件(130)包括围绕锁定销(132)延伸的密封件(160)，所述固定喷嘴锁定件的步骤还包括用该密封件密封第一开口(120)的步骤。
6.一种用于包括喷嘴(56)的燃气涡轮壳体(28)的喷嘴锁定件(130)，所述喷嘴锁定件包括：
底部(134)；
连接到所述底部上的连接装置(136)；以及
至少一从所述底部延伸并构造成延伸通过该涡轮壳体以便固定该喷嘴的锁定销(132)，其中涡轮壳体开口与发动机操作期间施加在至少一个锁定销上的负载的方向偏离。
7.如权利要求6所述的喷嘴锁定件(130)，其特征在于，所述至少一锁定销(132)与所述底部(134)整体形成。
8.如权利要求6所述的喷嘴锁定件(130)，其特征在于，所述底部(134)包括一孔口，所述锁定销(132)固定在所述孔口中。
9.如权利要求6所述的喷嘴锁定件(130)，其特征在于，所述连接装置(136)包括枢轴。
10.如权利要求6所述的喷嘴锁定件(130)，其特征在于，所述连接装置(136)包括螺栓(148)。
11.如权利要求6所述的喷嘴锁定件(130)，其特征在于，其还包括至少一密封件(160)，每个所述至少一锁定销(132)构造成延伸通过至少一密封件。
12.如权利要求11所述的喷嘴锁定件(130)，其特征在于，所述至少一密封件(160)包括金属O形圈密封件。
13.一种燃气涡轮发动机(10)，其包括：
包括外表面(30)的壳体(28)，该外表面包括延伸通过其中的至少一个第一开口(120)和至少一个第二开口(124)；
燃气涡轮发动机喷嘴(56)；以及
至少一安装在所述外表面上以便将所述喷嘴固定在所述壳体上的喷嘴锁定件(130)，每个所述至少一喷嘴锁定件包括一基座(134)，延伸通过所述至少一个第一开口之一的锁定销(132)，和插入到所述至少一个第二开口并固定到所述基座上的连接装置(136)，所述连接装置(136)将基座(134)固定在所述壳体外表面(30)上，
所述至少一个开口与发动机操作期间施加在所述至少一个喷嘴锁定件上的负载的方向偏离。
14.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述连接装置(136)包括螺栓(148)。
15.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述连接装置(136)包括枢轴。
16.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述喷嘴锁定件(130)还包括密封所述喷嘴锁定件和所述壳体外表面(30)之间接触的密封件(160)。
17.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述喷嘴(56)包括细槽(100)，所述锁定销(132)构造成在所述细槽内接合所述喷嘴。
18.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述喷嘴锁定件(130)还包括底部(134)，所述锁定销(132)与所述底部整体形成。
19.如权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述喷嘴锁定件(130)还包括底部(134)，所述底部包括孔口，所述孔口容纳所述锁定销(132)。
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