CN101050774A - 燃气轮机压缩机壳体的流路环 - Google Patents

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Abstract

流路环(26)可固定在压缩机定子壳体(12)的机加工槽(24)中。该环包括连接部分(28)，该连接部分(28)可与机加工槽结合并且对应于机加工槽进行成形。流路部分(30)相对于连接部分径向向内设置，并且包括面对燃气轮机转子叶片(20)设置的间隙表面(32)。当固定在压缩机定子壳体的机加工槽中时，流路部分限定出叶片流路。如果转子叶片顶端发生磨损时，流路环的使用便于流路的修复。此外，该环能够产生在压缩机转子和压缩机壳体之间更好的瞬时热响应匹配。

Description

燃气轮机压缩机壳体的流路环
技术领域
本发明涉及压缩机转子和定子壳体，尤其涉及设置在定子壳体中的专用的槽中的环，其定义了外部流路并且在转子翼片顶部磨损情况下容易进行更换。
背景技术
参见图1，示出了典型的燃气轮机的横截面视图，当在旋转叶片20和壳体12之间的间隙22保持在最佳距离时，燃气轮机可获得最优的性能，该最佳距离通常非常小，例如，在稳态温度下为40-80mil。然而，该间隙必须制成足够大，以解决在壳体和旋转翼片20之间的部件堆积公差，机械和热膨胀差值。
由于各种原因，在燃气轮机压缩机中通常发生转子叶片在压缩机壳体上的摩擦。该摩擦是由于多种情况导致，例如在转子18和壳体之间的不适当的对齐，在水平和垂直凸缘处壳体连接的滑动，或者在壳体12和旋转部分之间的瞬时的热响应差。其结果会造成翼片20顶端损失和/或壳体流路磨损。这些情况会导致压缩机性能和喘振容限的损失。如果摩擦非常严重时，壳体和旋转翼片必须进行替换。通常来说，这会导致燃气轮机使用寿命的损失。
继续参见图1，当前工业燃气轮机压缩机壳体构造有圆周狭槽14，该狭槽14机加工到用于固定的翼片16的壳体上。在狭槽之间，壳体12机加工为圆柱形或者锥形并且形成用于旋转叶片20的外部流路。采用当前设计的情况下，壳体厚度是主要设计变量，其能够进行变化以努力热匹配壳体12和转子18的位移量。
发明内容
在本发明示例的实施例中，流路环可固定在压缩机定子壳体的机加工槽中。该流路环包括可与机加工槽结合的连接部分，其中连接部分对应于机加工槽进行成形。流路部分相对于连接部分径向向内设置，包括设置为面对压缩机转子叶片并且当固定在压缩机定子壳体的机加工槽中时限定出叶片流路的间隙表面。
在本发明的另一个示例的实施例中，燃气轮机压缩机包括具有翼片槽的定子壳体，每个槽支撑多个定子翼片。转子支撑多个转子叶片，以用于相对于定子壳体旋转。多个所述的流路环固定在定子壳体中的对应环槽中。
附图说明
图1是典型的燃气轮机压缩机的横截面视图；
图2示出了包括在定子槽之间的环槽的机加工的定子壳体；
图3示出了固定在定子环槽中的流路环；
图4示出了包括气隙隔离体的流路环；和
图5示出了包括密封以最小化后侧泄漏的流路环。
具体实施方式
由于转子翼片顶端的磨损，希望便于在转子流路中进行修理。这样，最优的间隙能够恢复，同时可重新获得性能和喘振容限。同时，间隙能够制成更紧密，以改善性能和喘振容限。
通过在转子叶片可能摩擦壳体的地方，利用安装在壳体中的可容易替换的环，流路的修复能够快速和有效的实施。此外，可替换的环(或流路环)能够减少到壳体上的热传送率，从而改变转子和壳体热膨胀的瞬态和稳态匹配。这允许被动间隙控制设计特征，其允许在转子叶片和壳体之间更紧密的间隙，从而增加整个发动机的性能和喘振容限。
参见图1-3，燃气轮机包括定子壳体12，其具有如传统一样机加工在其中的多个翼片槽14。翼片槽14通常连续形成在定子壳体12的内侧圆周中。每个翼片槽14如传统一样支撑多个定子翼片16。
转子18支撑多个转子叶片20，以相对于定子壳体12旋转。如上所述，当在旋转翼片和定子壳体12之间的间隙(如附图标记22表示的)保持在最优距离时，燃气轮机可获得最佳性能，该距离通常非常小(例如，在稳态温度为40-80mil)。在燃气轮机的运行期间，通常会发生在转子叶片20和定子壳体12之间的摩擦或接触。其结果会导致转子顶端损失和/或壳体流路磨损，这会导致压缩机性能和喘振容限的损失。而且，如果摩擦非常严重，则定子壳体12和转子叶片20需要替换，这导致了燃气轮机使用寿命的损失。
参见图2，定子壳体12机加工有附加的槽24，该附加的槽24优选设置在相邻的翼片槽24之间。用于形成环槽24的加工过程非常类似于机加工定子翼片槽14的传统过程，并且该制造/机加工过程的详细过程将不进行描述。
多个流路环26(图3)固定在定子壳体12中的对应的环槽24中。流路环26包括成形以对应于机加工槽24的连接部分28，和相对于壳体12径向向内(即朝向转子18)设置的流路部分30。流路部分30包括设置为面对燃气轮机转子叶片20，并且当流路环26固定在定子壳体12中时限定出叶片流路的间隙表面32。优选地，每个流路环26由多个环段形成，以最小化在槽24中的结合力。
通过使用形成在流路环26的间隙表面32上的可研磨涂层34，流路环26可使用来最优化顶端间隙。优选地，间隙表面32包括槽36等，可研磨涂层34设置在其中。用于该应用的可研磨涂层的例子是铝硅合金/聚合物复合物，镍/石墨复合物，铝青铜/聚合物复合物。通过使用可研磨涂层34，在间隙挤压点存在期间，转子叶片可用来刻/切该涂层以获得最优的稳态运行间隙。
参见图4，流路环26可还包括如图所示形成在壳体侧面的至少一个气隙隔离体38。气隙隔离体38优选机加工为壳体侧面中的槽。在流路环26的壳体侧上最优的气隙能够用于将壳体12与流路温度的快速瞬时响应相隔离。气隙隔离体38控制在流路环26和壳体12之间的热传送，从而控制响应于流路中温度变化的壳体12的加热或者冷却率。气隙隔离体38厚度的增加以及接触点的表面面积的减少将减小热传送速率并且因此减小壳体的热响应性。这些是用来匹配壳体响应性与转子18响应性的主要的设计变量。
而且，为了进一步最小化在环26后面的流路气体泄漏，可在环26的壳体侧表面和定子壳体12之间设置密封件40(图5)。如图5所示，附加的槽或凹口42可形成在环流路部分30的壳体侧表面中，以容纳密封件40。优选地，密封件40由金属线/绳或者其它合适的材料形成。
由于流路环是可替换的，由于转子叶片顶端磨损造成的流路修复能够以可靠的和节约成本的方式迅速进行。因此，即使一个单元产生了非常大的磨损，其初始的性能和压缩机喘振容限可以得到恢复。而且，用来替换流路环的周期和相应的成本显著地小于用于替换壳体的周期和成本。此外，流路环26可允许在转子和压缩机壳体之间的更佳的热匹配，允许设计者更佳地匹配热响应性，并且从而可以在更紧密的间隙下运行。如上所述的，压缩机壳体流路环可涂有可研磨材料，以允许更紧密的间隙和压缩机性能的改善。如本领域普通技术人员所理解的，流路环可安装在新的单元中作为一个性能提高特征，特别在结合可研磨涂层的情况下。由于流路环槽能够以与具有类似间隙控制的定子狭槽相同的方式机加工到定子壳体中，流路环可以以最小的成本和周期影响被容纳在壳体上。
虽然本发明已经相关于当前认为是最实际和优选的实施例进行了描述，需要理解的是本发明不限于此公开的实施例，相反的，意图去覆盖包括在附加的权利要求精神和范围之内的各种修改和等同装置。
                      部件目录
壳体                    12
圆周狭槽                14
固定的翼片              16
转子                    18
旋转叶片                20
间隙                    22
环槽                    24
流路环                  26
连接部分                28
流路部分                30
间隙表面                32
可研磨涂层              34
槽                      36
气隙隔离体              38
密封件                  40
槽或者凹口              42

Claims (10)

1.一种可固定在压缩机定子壳体的机加工槽中的流路环，该流路环包括：
连接部分(28)，其可与机加工槽接合并且与机加工槽相对应地成形；和
流路部分(30)，其相对于连接部分径向向内设置，包括设置为面对压缩机转子叶片(20)并且当固定在压缩机定子壳体的机加工槽(24)中时限定出叶片流路的间隙表面。
2.如权利要求1所述的流路环，其中流路环(26)包括多个段。
3.如权利要求1所述的流路环，其中所述环(26)可附装在相邻定子翼片(16)之间的压缩机定子壳体机加工槽(24)中。
4.如权利要求1所述的流路环，还包括在间隙表面(32)上的可研磨涂层(34)。
5.如权利要求4所述的流路环，还包括在间隙表面(32)中的槽(36)，所述可研磨涂层(34)设置在该槽中。
6.如权利要求1所述的流路环，还包括设置在流路环(26)的壳体侧表面上的至少一个气隙隔离体(38)。
7.如权利要求6所述的流路环，其中气隙隔离体(38)包括形成在壳体侧表面中的槽(42)。
8.如权利要求6所述的流路环，其中气隙隔离体(8)还包括密封件(40)，其可插入在流路环的壳体侧表面和壳体之间。
9.如权利要求1所述的流路环，包括基本上T形的横截面，其中连接部分(28)限定T形的干，并且其中流路部分(30)限定T形的横向部分。
10.一种装配定子壳体的方法，该方法包括：
机加工多个翼片槽(14)，其中每个槽(14)用于支撑多个定子翼片(16)；
机加工多个环槽(24)，这些环槽(24)插置在相邻翼片槽之间；和
固定多个权利要求1所述的流路环(26)在对应的环槽中。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20071010