CN101424290B - 用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销 - Google Patents

用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销 Download PDF

Info

Publication number
CN101424290B
CN101424290B CN200810173947.7A CN200810173947A CN101424290B CN 101424290 B CN101424290 B CN 101424290B CN 200810173947 A CN200810173947 A CN 200810173947A CN 101424290 B CN101424290 B CN 101424290B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pin
nozzle
boss
maintenance
lug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200810173947.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101424290A (zh
Inventor
A·K·哈特
E·D·本杰明
D·D·斯努克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101424290A publication Critical patent/CN101424290A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101424290B publication Critical patent/CN101424290B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/02Bolts or sleeves for positioning of machine parts, e.g. notched taper pins, fitting pins, sleeves, eccentric positioning rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301Retaining bolts or nuts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/20Three-dimensional
    • F05D2250/23Three-dimensional prismatic
    • F05D2250/231Three-dimensional prismatic cylindrical
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/4932Turbomachine making
    • Y10T29/49323Assembling fluid flow directing devices, e.g., stators, diaphragms, nozzles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00Joints and connections
    • Y10T403/75Joints and connections having a joining piece extending through aligned openings in plural members

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

一种用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销,用于将涡轮喷嘴的外侧壁的保持凸耳固定在保持环的前部凸台和后部凸台之间的槽内。保持销穿过凸耳和凸台中的同轴孔来装配,从而固定喷嘴的径向和周向位置,同时允许过渡运动。当保持与喷嘴和保持环的限制接触时,它们充分减少从喷嘴向保持环的传导热量。通过定位喷嘴,它们还设置用于目标涡轮性能的合适喷嘴喉部面积。销设计成这样,喷嘴不可能由于销退出它的正常轴向位置而在组件内脱开,且销设计成使得销不会由于低循环疲劳、蠕变或屈服而失效,所有这些都使得喷嘴的脱落最少。

Description

用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销
技术领域
本发明总体上涉及一种用于燃气轮机喷嘴的保持销,更具体地说涉及一种用于喷嘴的外侧壁保持方案的完全包容(fully contained)的保持销。
背景技术
在燃气轮机中,热燃烧气体从燃烧室流过第一级喷嘴和动叶(bucket),并流过下一涡轮级的喷嘴和动叶。第一级喷嘴通常包括铸造喷嘴区段的环形阵列或子组件,各铸造喷嘴区段包含每个区段的一个或多个喷嘴静子叶片。各第一级喷嘴区段还包括相互径向间开的内侧壁和外侧壁部分。当装配喷嘴区段时,静子叶片相互沿周向间隔开,以便形成在环形内侧壁和外侧壁之间的环形阵列。与第一级喷嘴的外侧壁连接的喷嘴保持环支承涡轮的气流通路中的第一级喷嘴。环形喷嘴支承环(优选是在水平中心线处分开)与内侧壁接合,并可以支承第一级喷嘴以防止轴向运动。
侧部密封件可以使得区段的环形组沿邻接周向边缘而相互密封。侧部密封件在内侧壁的径向内部和外侧壁的径向外侧的高压区域(即高压的压缩机排出空气和在热燃烧气体流动通路中的热燃烧气体,该热燃气处于更低压力)之间密封。弦向铰链密封件用于在第一级喷嘴的内侧壁和喷嘴支承环的轴向相对表面之间密封以及在外侧壁和用于第一级动叶的外罩之间进行密封。
图1表示了用于第一级喷嘴110的现有技术的侧壁保持系统100。第一级喷嘴110包括外侧壁115、内侧壁120以及位于喷嘴保持环130和喷嘴支承环135之间的翼型面125。喷嘴保持环130和支承环135附接在涡轮机外壳(未示出)上。第一级喷嘴还包括用于内侧壁和外侧壁的弦向铰链导轨(chordal hingle rail)。在内侧壁120上的弦向铰链导轨145使得喷嘴110沿轴向支承在支承环135上,弦向铰链导轨150使得喷嘴110沿轴向支承在第一级动叶170的外罩160上。内部弦向铰链导轨145和外部弦向铰链导轨150还提供了弦向铰链密封件147、152。
在喷嘴110的外侧壁115上的弦向铰链导轨150从外侧壁115沿径向向外凸出。弦向铰链导轨150包括在它的最外侧径向凸起处的、朝前的环形保持凸台175。该保持凸台175与一朝后的环形槽180匹配,该环形槽180由保持环上的朝后保持钩185形成。弦向铰链导轨150的保持凸台175作用在保持环130的保持钩185上,该保持凸台175为喷嘴110提供了径向支承。环形保持钩185可以分成多个区段(未示出)。周向支承由防旋转销(未示出)来提供,该防旋转销穿过保持环130和保持凸台175。
发电燃气轮机通常使用某种钩保持方案。已经通过从连续钩结构(典型的是在General Electric Company的FA类机器中)变化为分区段的钩结构(典型的是在General Electric Company的FB类机器中)对常规钩保持方案进行改进。这种变化导致更确定的喷嘴负载和更好的喷嘴密封,但是也导致保持环的绝热较差,从而使喷嘴结构的成本大大增加。本领域中关于钩保持设计的一些问题包括弦向铰链密封较差,保持环不圆和后边缘应力较高。
因此,需要提供确定的喷嘴负载和改进的密封,同时还改进保持环的绝热,降低成本和改进喷嘴结构的装配灵活性。
发明内容
本发明涉及一种用于保持销,用于保持燃气轮机中的第一级喷嘴的外侧壁。
简而言之,根据本发明的一个方面,提供了一种保持销,用于固定涡轮喷嘴的外侧壁的保持凸耳,其中,该外侧壁包括弦向铰链。保持凸耳固定在保持环的前部凸台和后部凸台之间的槽中,其中,保持销装配成穿过凸耳和凸台中的同轴孔。保持销包括基本圆柱形的销,该销的外径适于装配穿过凸耳和凸台中的同轴孔。销的长度也适于装配在前部凸台的同轴孔的封闭端和弦向铰链导轨的内壁之间。
根据本发明的第二方面,提供了一种用于固定涡轮喷嘴的外侧壁的凸耳的方法,其中,外侧壁包括弦向铰链。保持凸耳通过凸耳和凸台中的同轴孔而固定在保持环的前部凸台和后部凸台之间的槽内。该方法包括在保持销的顶端上设置引导装置和在保持销的后端上设置接合装置。该方法还包括将保持销插入穿过保持环的后部凸台、侧壁的凸耳和保持环的前部凸台的同轴孔。当保持环已经插入时,销坐落于保持环的前部凸台中的同轴孔的封闭端中。
附图说明
通过参考附图阅读下面的详细说明,将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点,在这些附图中,相同附图标记表示相同部件,附图中:
图1表示了典型的第一级喷嘴侧壁保持方案,它使用在现有技术的燃气轮机中用于外侧壁的钩保持方案;
图2A和图2B表示了用于外侧壁保持方案的保持环的本发明实施例;
图3A、3B和3C表示了用于外侧壁保持方案的单个第一级喷嘴的本发明实施例;
图4表示了外侧壁保持方案的示意侧视图;
图5提供了将保持环连接至第一级喷嘴的外侧壁的保持凸耳上的销的本发明实施例的分解图;
图6A表示了具有球定心形状的保持销的本发明实施例的前端等距视图;
图6B表示了具有球定心形状和端面上的孔的保持销的本发明实施例的后端等距视图;
图7A表示了本发明实施例的保持销的后端,它包括径向通孔,用于与拆卸工具接合;以及
图7B表示了本发明实施例的保持销的后端,它包括轴向分段切口,用于与拆卸工具接合。
部件列表
110  侧壁保持系统
110  第一级喷嘴
115  外侧壁
120  内侧壁
125  翼型面
130  喷嘴保持环
135  喷嘴支承环
145  内侧壁弦向铰链导轨
147  内侧壁弦向铰链密封件
160  外罩
150  外侧壁弦向铰链导轨
152  外侧壁弦向铰链密封件
170  第一级动叶
175  环形保持凸台
180  环形槽
185  保持钩
300  喷嘴保持环
310  主体
315  一对周向凸台
320  环形槽
325  后部保持凸台
326  后部保持凸台的后部周向面
328  后部保持凸台的前部周向面
330  前部保持凸台
331  前部保持凸台的前部周向面
333  前部保持凸台的后部周向面
334  周向区段
340  冷却孔
345  通孔
350  封闭端孔
351  封闭端
355  同轴孔
360  成对的孔
400  第一级喷嘴
410  内侧壁
415  内侧壁内部面
420  外侧壁
422  外侧壁外部面
424  外侧壁内部面
430  翼型面
435  凸耳
440  第一(保持)凸耳
442  开口端狭槽
445  第二(保持)凸耳
447  销孔
448  销孔直径
450  外侧壁后边缘
452  外侧壁前边缘
454  吸力侧
456  压力侧
460  外侧壁弦向铰链导轨
465  外侧壁弦向铰链密封件
467  外侧壁弦向铰链导轨的内表面
468  外侧壁弦向铰链导轨后表面
470  内侧壁弦向铰链导轨
472  内侧壁弦向铰链导轨后表面
475  内侧壁弦向铰链密封件
480  防倾倒凸耳
485  侧壁斜交角
490  第一保持销
492  第一保持销中心线
495  第二保持销
496  第二保持销中心线
500  外侧壁保持方案
510  过渡件
520  第一级喷嘴
530  保持凸耳
540  第一级动叶
550  外罩
580  支承环
590  保持销
600  保持销
610  圆柱形本体
615  前端
617  后端
620  球形凸起部分
630  球形凹入部分
640  销直径
645  销长度
650  前部部分
655  狭槽
660  后部部分
665  径向通孔
670  后部部分
680  斜切面
690  空腔
695  内螺纹
具体实施方式
下面的本发明实施例具有多个优点,包括提高了喷嘴稳定性,确定了喷嘴负载和提供了保持环的绝热。销的独特性在于相对尺寸和特征的保持方案,且对于涡轮组件的功能很关键(每个喷嘴2个)。用于各喷嘴的销将固定喷嘴的径向和周向位置,还允许过渡运动。它们还使得喷嘴和保持环保持最小接触,以便明显减少从喷嘴向保持环传导热量(使得保持环不圆的来源)。通过定位喷嘴,它们还将设置最佳涡轮性能所希望喷嘴喉部面积。销的轴向长度进行优化成使得喷嘴不可能由于销退出它的正常轴向位置而在组件内脱开,且销设计成使得销不会由于低循环疲劳、蠕变或屈服而失效,所有这些都使得喷嘴的脱落最少。
发电燃气轮机通常使用钩保持方案。钩保持方案必然由多个不能克服的设计缺陷。本发明克服了钩设计的缺陷。本发明实施例的设计通过两个轴向定向的销来保持第一级喷嘴。该保持方案的优点包括提高了喷嘴稳定性,确定了喷嘴负载,翼型面后边缘应力减小,提高了保持环的绝热,提高了喷嘴结构的装配灵活性,提高了弦向铰链密封,并提高了喷嘴的可铸造性。
更具体地说,第一级喷嘴通过两个轴向定向的销而在外侧壁处附接到保持环上。两个销都在各端部支承在保持环的轴向定向销孔中,从而简单地支承。一个销穿过喷嘴凸耳中的销孔。第二销通过喷嘴凸耳中的狭槽。该狭槽通向喷嘴的压力侧。第一销防止喷嘴沿径向和切向方向平移。第二销防止喷嘴绕轴向方向旋转。通过与内侧壁和外侧壁的弦向铰链导轨组合,从而形成完全限定的、无冗余的保持系统。
凸耳定位成使得喷嘴的稳定性最大,使得输入寿命限制特征(即后边缘)的应力最小,并保证确定的喷嘴负载。通过使凸耳尽可能向前移动和尽可能分开,以便保证更长的力矩臂来反抗气体负载,从而使得喷嘴稳定性最大。使支承凸耳远离后边缘将使得输入后边缘的应力最小。通过将保持特征设计成只能支承沿指定方向的负载,从而使得喷嘴负载更确定。本发明方案还显著减少了从喷嘴输入保持特征的热量(与原始钩设计相比)。最小化接触面积和防止在喷嘴和保持特征之间的死空腔将实现该热量减少。保持方案设计成在制造时容易装配和检查。该保持方案导致提高了喷嘴和保持环的寿命,泄漏减少导致氮氧化物(Nox)减少,且与相当技术的发动机相比大大降低了喷嘴结构的成本。
用于第一级单喷嘴的外侧壁保持方案包括具有周向环形槽的周向保持环、各自具有内侧壁和外侧壁的多个第一级喷嘴、安装在各喷嘴的外侧壁上的第一凸耳和第二凸耳、第一保持销和第二保持销、以及在各侧壁上用于各喷嘴的弦向铰链导轨。图2A、2B、3A-3C和4表示了外侧壁保持方案,如在申请Ser.11836865(“Outer Sidewall RetentionScheme For A Singlet Turbine Nozzle”,申请日为2007年8月10日,转让给General Electric Company)中所述。
图2A和2B分别表示了保持环实施例从后侧和前侧看的剖视等距视图。保持环300包括大致圆柱形的主体310,该主体310通过本领域已知的方法由涡轮外壳支承。尽管未示出,保持环优选是分成两个半圆环,以便于装配。主体310可以包括从主体310沿径向向内凸出深度d的一对周向保持凸台315。该对周向凸台可以位于保持环300的后侧,各凸台彼此沿轴向分开预定距离w。从主体310开始的凸出深度d以及在该对周向凸台315之间的预定宽度w限定了周向环形槽320。该对周向保持凸台315可以包括后部保持凸台325和前部保持凸台330。后部保持凸台325包括后部周向面326和前部周向面328。前部保持凸台330包括前部周向面331和后部周向面333。任选地,前部保持凸台330可以沿它的周向长度被多个沿径向定向的冷却孔340中断,从而在前部保持凸台330中产生周向区段334。冷却孔340提供了用于来自保持环主体310的外部的冷却空气的通路,并与喷嘴的翼型面内的内部槽道接合,以便冷却该喷嘴。
多个沿轴向定向的通孔345布置在后部保持凸台325的后部周向面326和前部周向面328之间。多个沿轴向定向的封闭端(closed-end)钻孔350布置成穿过前部保持凸台330的后部面333。后部保持凸台325中的该多个轴向定向的通孔345与前部保持凸台330中的该多个轴向定向的封闭端钻孔350沿径向和周向同轴358布置,以便接收沿轴向穿过后部保持凸台325并进入前部保持凸台330的钻孔350中的保持销(未示出)。同轴定向孔358还沿周向等间距环绕该保持凸台而成对360布置。成对孔360的该周向布置是保持销的确实捕获方案的关键,后面将更详细介绍。成对孔360的直径尺寸设置成接收用于喷嘴的保持销。
图3A表示了在外侧壁保持方案中的第一级喷嘴的实施例的侧视图。图3B表示了第一级喷嘴的外侧壁的外表面的等距视图。图3C表示了第一级喷嘴的外侧壁的外表面的俯视图。
第一级喷嘴400包括内侧壁410、外侧壁420和在它们之间的翼型面430。翼型面430可以包括用于喷嘴冷却的内部空腔,该内部空腔有大致沿轴向和周向与保持环的空气冷却孔对齐的进口。外侧壁420包括外部面422和内部面424。相对于喷嘴侧壁的四侧的方位,当在保持环上就位时,相对于流过涡轮的流体流,后侧是下游侧,前侧是上游侧。而且,当从燃烧器端沿流动通路看时,吸力侧是顺时针侧,压力侧是逆时针侧。
外侧壁420的外部面422包括两个保持凸耳。第一凸耳440和第二凸耳445位于在侧壁的后边缘450前面的预定距离s处,凸耳相对于该侧壁的后端沿轴向对齐。第一凸耳440位于侧壁的压力侧456上。第二凸耳445位于侧壁的吸力侧454上。第一凸耳440和第二凸耳445沿周向定位在外侧壁420的它们各自边缘的边缘附近。第一凸耳440和第二凸耳445包括宽度w1。当喷嘴安装在保持环上时,该宽度w1适合装配在一对保持凸台的周向保持槽(图2A,320)中。第一凸耳440包括沿轴向定向的开口端(open-ended)狭槽442。第二凸耳445包括沿轴向定向的封闭销孔447。当喷嘴安装在保持环上时,封闭销孔447和开口端狭槽442在一深度处定心,以便与保持凸台中的沿轴向定向的一组孔的轴线沿径向对齐。封闭销孔447和开口狭槽442的尺寸设置成接收用于喷嘴的保持销。通过使凸耳布置成尽可能靠前和尽可能间隔开,以便产生用于反抗气体负载的更长力矩臂,从而使得喷嘴的稳定性最大。使该支承凸耳远离该后边缘将使得输入到该后边缘中的应力最小。
外侧壁420还包括在后边缘450上的弦向铰链导轨460。弦向铰链导轨460从侧壁的内部面伸出并从压力侧延伸至吸力侧,并从侧壁的后边缘450沿大致径向向外的方向伸出。导轨充分地径向向外凸出,以便至少部分或完全覆盖该后部保持凸台的后部面中的通孔的径向范围。弦向铰链密封件465布置在弦向铰链导轨460的后表面468上,用于为第一级动叶提供抵靠在外罩上的支座表面。弦向铰链密封件465还为外侧壁提供了抵靠外罩的轴向支承。由外罩对外侧壁的该轴向支承补充了由保持凸台提供的径向和周向支承。
参考图3C,外侧壁的俯视图表示侧壁有平行四边形形状,具有与轴向方向成大约23度的侧壁斜交角485。该斜交导致外侧壁420的后端450(因此弦向铰链导轨460)沿周向朝着压力侧456偏移,并远离外侧壁420的吸力侧454。将第一保持销490布置在第一保持凸耳440中时,第一保持销490沿中心线492的插入和取出受到弦向铰链导轨460的阻挡。不过,在第二保持凸耳445中的第二保持销495的中心线496沿周向落在弦向铰链导轨460的外侧。将另一喷嘴在靠近第二凸耳445处布置在保持环(未示出)上将使得它的弦向铰链的一部分用于阻挡销495退出。
图4表示了用于第一级喷嘴的外侧壁保持方案500的示意侧视图。热燃烧气体通过过渡件510而从燃烧器(未示出)流出。热燃烧气体进入第一级喷嘴520撞在翼型面430上。热燃气由翼型面430引导通向第一级动叶540。由喷嘴进行的引导处理也使得气流加速,从而导致在进口和出口平面之间的静压降低以及喷嘴的高压负载。保持环300包括前部周向凸台330和后部周向凸台325。各个第一级喷嘴的外侧壁420的保持凸耳440、445(表示了一个)装配至环形槽320中。保持销442、447(表示了一个)分别装配穿过后部保持凸台325和前部保持凸台330中的轴向孔345和350。保持销442、447通过保持该凸耳440、445而为第一级喷嘴520提供径向和周向支承。外侧壁420上的弦向铰链导轨460在弦向铰链密封件465与用于第一级动叶540的外罩550相接触的点处为喷嘴提供了轴向支承。在内侧壁410上的弦向铰链导轨470在弦向铰链密封件475与支承环580相接触的点处为喷嘴提供了轴向支承。由弦向铰链导轨460防止该保持销442、447(示出了一个)从保持凸耳440、445退出。
本发明的保持销发展成可适应相关的新的双销、外径喷嘴保持方案。这些销允许涡轮喷嘴有一些轴向平移,同时固定它们的径向位置。该销还设计成使得喷嘴不会与该组件脱离,而与任何销保持特征的失效无关。该销还允许喷嘴在安装过程中旋转(绕一个销)。
该销使得涡轮喷嘴能够与保持环热隔离,同时还有被替换的钩特征的保持能力(径向、周向)。通过该销设计,还形成正确的喷嘴喉部面积以及固定喷嘴防止在涡轮中脱离。
现有技术的设计包括在保持环和喷嘴中都只使用销作为防旋转特征。
该销在该保持方案的尺寸和特征方面具有独特性,并且该销对于涡轮组件的功能很关键(每个喷嘴2个)。用于各喷嘴的销固定喷嘴的径向和周向位置,并允许过渡运动(transitional motion)。它们还保持与喷嘴和保持环的最小接触,以便充分减少从喷嘴向保持环的热传导(使保持环不圆的来源)。通过定位喷嘴,它们还设置用于优化涡轮性能所希望的喷嘴喉部面积。销的轴向长度进行优化,使得喷嘴不能由于销退出它的正常轴向位置而在组件中脱开,且销设计成使得销不会由于低循环疲劳、蠕变或屈服而失效,这些都使得喷嘴的脱落最少。
该销基于它的形状、尺寸和材料而保证喷嘴不会与组件脱落。现成的销将必须被加工成正确的直径和长度,以便在远处(remotely)获得相同功能。这些销还与保持环热隔离,并将导致较少的由于不圆而维修该保持环。任意其它的长度或形状将以负面的方式阻碍喷嘴运动,或者使喷嘴能够脱开。已经利用ANSYS在最坏情况下对屈服应力、低循环疲劳和蠕变失效方面分析了该保持销,从而满足涡轮组件的所有标准设置。销自身由于它的形状和尺寸而防止喷嘴脱开,同时保持最佳喷嘴位置。销还有圆柱形或球形定心形状,这使得喷嘴能够在安装过程中旋转,该特征并不存在于目前的涡轮中。
图5提供了本发明实施例的销的放大图,该销使保持环与第一级喷嘴的外侧壁的保持凸耳连接。保持环300包括后部保持凸台325和前部保持凸台330。后部保持凸台325包括通孔345。前部保持凸台包括封闭端的孔350。外侧壁420包括第一凸耳和第二凸耳。第二凸耳445在该图中可以看见,并装配在保持环300的槽320中。弦向铰链460包括内表面467和抵靠外罩550进行密封的弦向密封件465。
保持销600表示为已安装好,并使保持环300与外侧壁420的第二凸耳445接合。相同的保持销490以类似方式与第一凸耳440接合。销600的本体610的一个实施例可以为圆柱形。保持销600的圆柱形本体610和凸耳440、445之间的有限接触面积限制了从热的侧壁420向保持环300的传热。对于圆柱形销本体610,在销直径640和凸耳445的销孔447的直径448(图3B)之间提供了间隙,以便使喷嘴能够在发动机起动和关闭过程中前后滚转。销包括长度645。
图6A和图6B中所述的销的另一实施例包括在销600的前部部分650和后部部分660处的大致圆柱形、以及在销的近似中点处环绕表面周向延伸的球形凸起部分620、和向球形凸起部分620的两侧沿周向延伸的球形凹入部分630。用于本实施例的保持销的球形凸起部分620特别限制了在保持凸耳440、445(图3C)与保持环之间的有效接触面积,从而进一步限制了从热的侧壁420向保持环300的传热。球形凸起部分620还允许喷嘴在发动机起动或关闭过程中前后滚转。
对于General Electric Co.的7FA HGP燃气涡轮,销645的长度(图5)可以包括大约2.700英寸的设计长度,且公差为大约+/-0.200英寸,不过,对于其它用途,销的尺寸可以变化。销的直径优选是大约0.500"+/-0.005",但是对于不同发动机可以放大或缩小。销600的尺寸设置成装配在封闭端孔350的封闭端351和弦向铰链导轨460的内壁467之间。而且,销600的尺寸设置成这样,如果它要退出而要与弦向铰链的内壁467接触,该销600将仍然与前部保持凸台330的封闭端孔350接合。销600的尺寸还设置成当充分向前坐靠在前部保持凸台的封闭端孔350的封闭端351上时,将与后部保持凸台325的通孔345接合。
在销的前端有引导装置,该引导装置使得容易装配。引导装置例如可以是实际的斜切面、简单的断开边缘(break-edge)、圆角或类似物(它们的尺寸和形状可以变化),但是无论如何都将在装配过程中引导销进入孔中。
在销的后端可以提供接合装置。接合装置可以包括该销的简单圆柱形端部,该端部将与夹钳接合。不过,在销的端部也可以提供其它接合装置,以便能够通过其它工具装置而取出。这样的接合装置可以包括但不局限于在销的后端的圆柱形面中提供通孔或者在销的后端中提供平行的分段狭槽。接合装置的一个实施例是在销的后端的圆形面上的螺纹孔。
图6A-6B表示了具有球定心形状的本发明销实施例的前端和后端等距视图。保持销600包括圆柱形的前部部分650和后部部分660。销的前端615包括引导装置。斜切面680表示为销的引导装置的实例。球形中心凸起部分620居中在球形凹入部分630之间。后端617可以包括具有内螺纹695的圆柱形空腔690。
图7A-7B表示了本发明保持销的后端接合方案的可选实施例。图7A表示了保持销600的圆柱形本体610的后端617。圆柱形本体610包括用于与工具接合的径向通孔665,以便于抽取所安装的销。图7B表示了保持销600的圆柱形本体的后端617。圆柱形本体610包括用于与取出工具接合的两个平行分段狭槽655。
还提供了一种方法,用于通过在凸耳和凸台中的同轴孔而将外侧壁的凸耳(包括涡轮喷嘴的弦向铰链)固定在保持环的前部凸台和后部凸台之间的槽内。步骤包括:在保持销的顶端上设置引导装置;在保持销的后端上设置接合装置;以及使保持销插入通过保持环的后部凸台、侧壁的凸耳和保持环的前部凸台的同轴孔。
使销插入穿过保持环和凸耳的同轴孔的步骤可以包括提供用于与销600的后端617上的接合装置匹配的工具以及使该工具与销上的接合装置接合。
在用于取出本发明销实施例的方法中,接合装置可以布置在销的后端。而且,提供用于与销的后端上的接合装置匹配的工具。该工具可以简单地是一对夹钳。该工具可以包括孔冲头状工具,对于图7A所示的一个销实施例,它将装配至后端617中的通孔665中。工具还可以包括夹钳状装置,以便与后端接合装置匹配,对于如图7B所示的另一个销实施例,该后端接合装置提供了平行的分段狭槽655。对于还一接合装置实施例,工具可以包括螺纹头端部,以便与图6B的销600的后端617的空腔690中的螺纹接合。该工具还可以包括滑块锤或类似装置,安装在工具的螺纹头上,以便抽取该销。
尽管这里只表示和介绍了本发明的特定特征,但是本领域技术人员可以进行其它变化和改变。因此,应当知道,附加权利要求将覆盖落在本发明的真正精神内的所有这些变化和改变。

Claims (10)

1.一种保持销(600),适于将涡轮喷嘴(400)的外侧壁(620)的保持凸耳(440、445)固定在保持环(300)的前部凸台(330)和后部凸台(325)之间的槽(320)内,该外侧壁包括弦向铰链(460),其中,保持销(600)装配穿过保持凸耳(440、445)和前部凸台和后部凸台(330、325)中的同轴孔(350),该保持销(600)包括:
基本圆柱形的销(600),该销的外径(640)适于装配穿过保持凸耳(440、445)和前部凸台和后部凸台(330、325)中的同轴孔,该销的长度(645)适于装配在前部凸台(330)的同轴孔(350)的封闭端(351)和弦向铰链导轨(460)的内壁(467)之间。
2.根据权利要求1所述的保持销(600),其中,该长度(645)至少足以横跨同轴孔(350)的封闭端(351)与后部凸台(325)之间的间距。
3.根据权利要求1所述的保持销(600),其中,该长度(645)至少足以横跨弦向铰链(460)的内壁(467)与前部凸台(330)之间的间距。
4.根据权利要求1所述的保持销(600),其中,该销(600)为圆柱形,沿销(600)的长度(645)具有恒定的外直径(640),且在该销的外直径(640)和喷嘴凸耳同轴孔直径(448)之间提供有间隙,以便允许喷嘴(400)在起动和关闭过程中前后滚转。
5.根据权利要求1所述的保持销(600),其中,在销(600)的中心部分处的接触表面(620)被限制成减小喷嘴凸耳(440、445)与保持环(300)之间通过该销(600)进行的传热。
6.根据权利要求5所述的保持销(600),其中,该外径接触表面包括在它的长度(645)中心处的球形凸起部分(620),该凸起部分(620)由在该球形凸起部分(620)两侧的球形凹入部分(630)来定界,以便允许喷嘴(400)在发动机起动和关闭过程中前后滚转,该球形凸起部分(620)在径向上被限制为销(640)的外直径。
7.根据权利要求6所述的保持销(600),其中,该球形凸起部分(620)的长度包括沿着销的轴向长度,该轴向长度小于凸耳(440、445)的宽度。
8.根据权利要求7所述的保持销(600),其中,该球形凸起部分(620)和球形凹入部分(630)的组合长度包括沿着销的轴向长度,该轴向长度近似等于保持环(300)中的槽(320)的宽度。
9.根据权利要求1所述的保持销(600),还包括:
顶端(615),该顶端(615)有引导装置,以便容易插入,该引导装置包括在销的该顶端上的斜切面(680)、断开边缘和圆角中的至少一种;以及
后端(617),该后端(617)有接合装置,用于方便保持销的取出,其中,当销坐靠于前部凸台(330)的同轴孔(450)的封闭端(450)处时,接合装置位于该后端(617)的、在后部凸台(325)和弦向密封件(460)之间延伸的部分中。
10.根据权利要求9所述的保持销(600),该接合装置包括:
在销(600)的圆柱形面(610)中的通孔(665)和狭槽(665)中的至少一种;以及
在销(600)的后端(617)中的螺纹孔(690、695)。
CN200810173947.7A 2007-10-31 2008-10-31 用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销 Expired - Fee Related CN101424290B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/931,320 US8070431B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Fully contained retention pin for a turbine nozzle
US11/931320 2007-10-31
US11/931,320 2007-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101424290A CN101424290A (zh) 2009-05-06
CN101424290B true CN101424290B (zh) 2013-02-06

Family

ID=40514539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810173947.7A Expired - Fee Related CN101424290B (zh) 2007-10-31 2008-10-31 用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8070431B2 (zh)
JP (1) JP2009108855A (zh)
CN (1) CN101424290B (zh)
CH (1) CH698039B1 (zh)
DE (1) DE102008037504A1 (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2953252B1 (fr) * 2009-11-30 2012-11-02 Snecma Secteur de distributeur pour une turbomachine
US20110189008A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 General Electric Company Retaining ring for a turbine nozzle with improved thermal isolation
EP2392784A1 (en) * 2010-06-04 2011-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Steam turbine assembly and method of assembling a steam turbine
FR2961850B1 (fr) * 2010-06-28 2013-05-10 Snecma Turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur d'avion
US8905715B2 (en) 2011-03-17 2014-12-09 General Electric Company Damper and seal pin arrangement for a turbine blade
US8905711B2 (en) * 2011-05-26 2014-12-09 United Technologies Corporation Ceramic matrix composite vane structures for a gas turbine engine turbine
US9051845B2 (en) * 2012-01-05 2015-06-09 General Electric Company System for axial retention of rotating segments of a turbine
US9127557B2 (en) * 2012-06-08 2015-09-08 General Electric Company Nozzle mounting and sealing assembly for a gas turbine system and method of mounting and sealing
GB201406822D0 (en) 2014-04-16 2014-05-28 Rolls Royce Plc Method of designing guide vane formations
CN106661952B (zh) 2014-06-12 2019-09-03 通用电气公司 护罩吊架组件
KR101625794B1 (ko) * 2015-04-06 2016-05-30 두산중공업 주식회사 터빈용 노즐박스
US10132197B2 (en) * 2015-04-20 2018-11-20 General Electric Company Shroud assembly and shroud for gas turbine engine
US10087770B2 (en) 2015-05-26 2018-10-02 Rolls-Royce Corporation Shroud cartridge having a ceramic matrix composite seal segment
US10370997B2 (en) 2015-05-26 2019-08-06 Rolls-Royce Corporation Turbine shroud having ceramic matrix composite seal segment
US10370998B2 (en) 2015-05-26 2019-08-06 Rolls-Royce Corporation Flexibly mounted ceramic matrix composite seal segments
US10221713B2 (en) 2015-05-26 2019-03-05 Rolls-Royce Corporation Shroud cartridge having a ceramic matrix composite seal segment
US9963990B2 (en) 2015-05-26 2018-05-08 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Ceramic matrix composite seal segment for a gas turbine engine
FR3045715B1 (fr) * 2015-12-18 2018-01-26 Safran Aircraft Engines Ensemble d'anneau de turbine avec maintien a froid et a chaud
US10480337B2 (en) 2017-04-18 2019-11-19 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Turbine shroud assembly with multi-piece seals
US20180340438A1 (en) * 2017-05-01 2018-11-29 General Electric Company Turbine Nozzle-To-Shroud Interface
DE102020115106B4 (de) * 2020-06-08 2022-08-25 Man Energy Solutions Se Turbinenleitapparat

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2382882Y (zh) * 1999-07-07 2000-06-14 伍志勇 连接紧固柱销
CN1619164A (zh) * 2004-11-26 2005-05-25 陈建聪 一种销钉及其在双联开关中的应用
CN101382298A (zh) * 2007-08-10 2009-03-11 通用电气公司 用于单独第一级喷嘴的外侧壁保持系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3606410A (en) * 1969-05-05 1971-09-20 Anthony J Inserra Push in and pull out line up dowel
US4411544A (en) * 1981-07-31 1983-10-25 Loose Leaf Metals Company, Inc. Post binder ball lock assembly
US4566851A (en) * 1984-05-11 1986-01-28 United Technologies Corporation First stage turbine vane support structure
US5176496A (en) 1991-09-27 1993-01-05 General Electric Company Mounting arrangements for turbine nozzles
US5459995A (en) 1994-06-27 1995-10-24 Solar Turbines Incorporated Turbine nozzle attachment system
US5839878A (en) * 1996-09-30 1998-11-24 United Technologies Corporation Gas turbine stator vane
US6537823B1 (en) * 2000-04-24 2003-03-25 Sciteck Diagnostics, Inc. Method for detection of bromine in urine using liquid chemistry dry chemistry test pads and lateral flow
FR2829796B1 (fr) * 2001-09-20 2003-12-12 Snecma Moteurs Dispositif de maintien des joints de plates-formes de secteurs de distributeur de turbomachine a lamelles d'etancheite
US6537023B1 (en) 2001-12-28 2003-03-25 General Electric Company Supplemental seal for the chordal hinge seal in a gas turbine
US7094025B2 (en) * 2003-11-20 2006-08-22 General Electric Company Apparatus and methods for removing and installing a selected nozzle segment of a gas turbine in an axial direction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2382882Y (zh) * 1999-07-07 2000-06-14 伍志勇 连接紧固柱销
CN1619164A (zh) * 2004-11-26 2005-05-25 陈建聪 一种销钉及其在双联开关中的应用
CN101382298A (zh) * 2007-08-10 2009-03-11 通用电气公司 用于单独第一级喷嘴的外侧壁保持系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2006-112303A 2006.04.27

Also Published As

Publication number Publication date
US20090110479A1 (en) 2009-04-30
CH698039B1 (de) 2013-11-29
US8070431B2 (en) 2011-12-06
CH698039A2 (de) 2009-05-15
DE102008037504A1 (de) 2009-05-07
CN101424290A (zh) 2009-05-06
JP2009108855A (ja) 2009-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101424290B (zh) 用于涡轮喷嘴的完全包容的保持销
US11879349B2 (en) Shroud hanger assembly
US8038389B2 (en) Method and apparatus for assembling turbine nozzle assembly
US20110044803A1 (en) Blade outer air seal anti-rotation
US6179560B1 (en) Turbomachinery module with improved maintainability
CN101382298B (zh) 用于单独第一级喷嘴的外侧壁保持系统
US8932007B2 (en) Axial flow gas turbine
US20140260318A1 (en) Side seal slot for a combustion liner
JP5968474B2 (ja) タービンディスクにおける応力を軽減するガスタービン配列および対応するガスタービン
JP2008128251A (ja) ステータシム溶接
EP3282098B1 (en) Borescope plug
US6477773B1 (en) Methods for disassembling, replacing and assembling parts of a steam cooling system for a gas turbine
JP2016125493A (ja) ガスタービンにおける流路境界及びロータ組立体
JP2016125490A (ja) ガスタービンにおける流路境界及びロータ組立体
JP2016125492A (ja) ガスタービンにおける流路境界及びロータ組立体
EP3036418A1 (en) Gas turbine engine duct assembly
KR102554216B1 (ko) 터보 차저용 노즐 링
US20060147299A1 (en) Shround cooling assembly for a gas trubine
JP2016125491A (ja) ガスタービンにおける流路境界及びロータ組立体
CN105452612B (zh) 具有涡轮的燃气涡轮机及其安装方法
US20190277161A1 (en) High pressure compressor flow path flanges with leak resistant plates for improved compressor efficiency and cyclic life
US10113432B2 (en) Rotor shaft with cooling bore inlets
RU2727543C2 (ru) Ремонтный элемент для лопаточного узла газовой турбины и способ ремонта поврежденной лопатки лопаточного узла газовой турбины
RU2335637C2 (ru) Статор турбомашины и способы его сборки и разборки
EP3061909B1 (en) Rotor shaft with cooling bore inlets

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130206

Termination date: 20151031

EXPY Termination of patent right or utility model