CN101865037B - 用于燃气涡轮壳体的对准装置及燃气涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于燃气涡轮壳体的对准装置。在一实施例中，对准装置(44)可配置成使第一涡轮发动机壳体(34)与第二涡轮发动机壳体(36)对准。对准装置(44)可包括固定部分(48)，其配置成固定地附连到第一涡轮发动机壳体(34)。对准装置(44)还可包括桥接部分(64)，其配置成与第二涡轮发动机壳体(36)联结，当对准装置(44)与第一涡轮发动机壳体(34)和第二涡轮发动机壳体(36)接合时，桥接部分(64)限定固定部分(48)沿着第一轴线的第一运动范围和沿着第二轴线的第二运动范围，且对准装置(44)配置成促进第一涡轮发动机壳体(34)相对于第二涡轮发动机壳体(36)在第一和第二运动范围内的移动。

Description

用于燃气涡轮壳体的对准装置及燃气涡轮
技术领域
本文所公开的主旨涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及用于移动和/或对准燃气涡轮发动机部段(sections of gas turbine engines)的对准工具。 
背景技术
一般而言，燃气涡轮发动机燃烧压缩空气与燃料的混合物来产生热燃烧气体。燃烧气体可通过一或多级涡轮叶片流动以产生用于负荷和/或压缩机的动力。涡轮发动机可包括若干壳体部段，这些壳体部段彼此连接使得封闭的涡轮叶片旋转。壳体部段的对偏可能会干扰涡轮叶片的有效转动和通过发动机的空气的有效流动。在组装期间，可(例如)使用千斤顶或液压机械，在将涡轮发动机组件定位于水平位置以进行安装之前竖直地堆叠这些部段且将它们彼此紧固来对准这些部段。在维修期间，操作者可需要接近发动机的个别部件。当替换和/或重新安装这些部段时，将该部段与发动机的其余部分重新对准可能是有挑战性的，特别是取决于发动机的直接环境。 
发明内容
在一个实施例中，一种系统包括第一涡轮发动机壳体部段；第二涡轮发动机壳体部段；以及，对准装置。该对准装置包括固定部分，其被配置成固定地附连(fixedly attached)到第一涡轮发动机壳体；以及，桥接部分(bridge portion)，其被配置成与第二涡轮发动机壳体部段和固定部分联结(interface with)，其中，当该对准装置与第一涡轮发动机壳体部段和第二涡轮发动机壳体部段接合时，该桥接部分限定固定部分沿着第一轴线的第一运动范围和固定部分沿着第二轴线的第二 运动范围，且对准装置被配置成促进第一涡轮发动机壳体部段相对于第二涡轮发动机壳体部段在第一运动范围和第二运动范围内的移动。 
在另一实施例中，一种对准装置包括固定部分，其被配置成固定地附连到第一涡轮发动机壳体部段，其中，该固定部分包括：杆；桥接部分，其被配置成与该固定部分联结且包括通道，通道的大小设置成容纳杆；以及，可滑动的部分，其被配置成沿着基本上垂直于杆的轴线移动。 
在又一实施例中，一种系统包括：与第二涡轮发动机壳体相邻的第一涡轮发动机壳体。该系统还包括固定部分，该固定部分被配置成固定地附连到该第一涡轮发动机壳体部段，其中，该固定部分包括：杆；桥接部分，其被配置成与固定部分联结且包括通道，通道的大小设置成容纳杆；以及，可滑动的部分，其被配置成沿着基本上垂直于杆的轴线移动，其中，可滑动的部分的移动将相对于第二涡轮发动机壳体移动第一涡轮发动机壳体。 
附图说明
当参看附图来阅读下文的具体实施方式时，本发明的这些和其它特点、方面和优点将会变得更好地理解，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的部件，其中： 
图1是可采用涡轮叶片平台的燃气涡轮发动机的实施例的示意框图； 
图2是燃气涡轮发动机的相邻外部壳体和应用于相邻壳体的对准装置的实施例的透视图； 
图3是燃气涡轮发动机的相邻外部壳体和应用于相邻壳体的对准装置和对准装置的运动轴线的实施例的透视图； 
图4是对准装置的实施例的透视图； 
图5是图4所示的对准装置的固定部分构件的实施例的透视图； 
图6是图4所示的对准装置的桥接部分构件的实施例的透视图； 
图7是图4所示的对准装置的可滑动的部分构件的实施例的透视图； 
图8是对准装置的杆结构的可滑动运动的实施例的透视图； 
图9是示范性可滑动的部分的滑动台的实施例的剖视透视图； 
图10是固结到杆部分上以促进竖直移动的螺栓伸长装置的实施例的透视图；以及 
图11是涡轮的实施例的剖视侧视图，其中涡轮叶片空隙相对于涡轮壳体对准。 
部件列表： 
系统                      10 
燃气涡轮发动机            12 
进气部段                  16 
压缩机                    18 
燃烧器部段                20 
涡轮                      22 
排气部段                  24 
轴杆                      26 
燃烧器外壳                28 
燃烧器                    30 
第一发动机壳体部段        34 
第二发动机壳体部段        36 
螺栓                      38 
连接凸缘                  40、42
对准装置                  44 
轴线                      46 
轴线                      47 
固定部分                  48 
外面                      49 
通道                      50 
杆                        54 
桥接部分                  64 
通道                      66 
间隙或距离                70 
台                        72 
可滑动的部分              76 
通道                      78 
机动化组件                79 
滑动台                    80 
导轨                      82 
滚珠螺杆                  84 
一或多个传感器轨道        86 
电机                      88 
液压张力器或螺栓伸长装置  90 
螺纹端部                  92 
叶片                      100 
叶片顶端                  102 
空隙空间                  106 
轴承                      108 
入口壳体部段              110 
出口壳体部段              112 
方向                      114 
具体实施方式
将在下文中描述本发明的一或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施的所有特点。应了解的是，在任何实际实施的发展中，如在任何工程或设计方案中，必须 做出许多具体实施决策来实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关的和商务相关的约束，其对于不同实施可不同。此外，应了解这些开发工作可能是复杂且耗时的，但仍为受益于本公开内容的本领域技术人员的设计、制作和制造的常规事业。 
当介绍本发明各个实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”预期表示存在一或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”预期为包括性的且表示可存在除了所列出元件之外的额外元件。 
本公开内容针对于使燃气涡轮发动机中的相邻壳体部段对准的对准装置。在发动机的涡轮部分中，封闭旋转构件(例如，轴杆和叶片)的壳体可组装成部段，其允许更容易地接近和维修涡轮的个别部分。在维修操作后，操作者可重新安装壳体部段且执行相邻部段的对准。但如果发动机组装于在发动机下方无充分空隙的区域中，液压千斤顶或其它提升装置可能不适合用于保持个别壳体部段并将其移动就位。此外，在涡轮发动机正常操作期间，这些壳体部段可变得略微对偏，因为(例如)壳体之间的紧固件可能会变松。当发生这种对偏时，轴杆和叶片不能有效地旋转，且能量可能会损失到环境。因此，根据某些实施例，对准装置可应用于相邻壳体部段以允许操作者执行壳体的精细对准。与发动机的规模相比，对准装置可相对紧凑且因此可应用于原本难以接近和操纵的壳体部段。对准装置可允许燃气涡轮发动机更灵活的安装布置，因为可对具有有限周围空隙的壳体部段执行对准。因此，对准装置可执行相邻壳体部段的对准而无需使用置于涡轮发动机下方的液压提升装置或其它保持装置。 
对准装置可被配置成与壳体的相邻部段联结。举例而言，在一个实施例中，对准装置可包括固定部分和桥接部分。当应用相邻壳体部段时，固定部分可固定于一个壳体部段上而不固定于相邻壳体上，以便于相邻壳体部段的相对移动。此外，对准装置可包括并不固定于任一壳体部段上的桥接或支架部分以向附连提供额外强度和/或稳定性。在一实施例中，桥接构件可限定和/或限制相邻壳体部段之间一或多个 相对运动范围。在应用对准装置之后，连接相邻壳体部段的紧固件的至少一部分可松开和/或被移除。对准装置可具有充分的强度且可具有充分的负荷承载能力以承受部分或完全松开的壳体部段的重量。在紧固件松开之后，可通过在这个运动范围内移动对准装置的可调整的构件来执行细微对准。在执行对准之后，可重新应用或上紧这些紧固件以将相邻壳体部段锁定就位。 
图1是示范性系统10的方块图，其包括燃气涡轮发动机12，燃气涡轮发动机12可包括壳体部段，可利用本文所提供的对准工具使壳体部段对准。在特定实施例中，该系统10可包括飞机、船只、机车、动力发生系统或其组合。所图示的燃气涡轮发动机12包括进气部段16、压缩机18、燃烧器部段20、涡轮22和排气部段24。涡轮22经由轴杆26驱动地耦接到压缩机18。轴杆还驱动地耦接到负荷14，负荷14定位于涡轮发动机12的排气端。 
如箭头所示，空气可通过进气部段16进入到燃气涡轮发动机12且流入到压缩机18内，压缩机18在空气进入到燃烧器部段20内之前压缩空气。所图示的燃烧器部段20包括燃烧器外壳28，燃烧器外壳28绕在压缩机18与涡轮22之间的轴杆26同心地或环形地安置。来自压缩机18的压缩空气进入燃烧器30，其中，压缩空气可在燃烧器30内与燃料混合并燃烧以驱动涡轮22。 
热燃烧气体自燃烧器部段20通过涡轮22流动，经由轴杆26驱动压缩机18。举例而言，燃烧气体可向涡轮22内的涡轮转子叶片施加动力以使轴杆26旋转。在流经涡轮22之后，热燃烧气体可通过排气部段24离开燃气涡轮发动机12。 
图2是发动机12的图1的燃气涡轮发动机12的一部分的实施例的侧视图。如图所描绘的那样，第一发动机壳体部段34与第二发动机壳体部段36彼此相邻。通常，壳体部段可由壳体圆周周围的多个螺栓38附连到相邻部段，此处分别示出为壳体部段34和壳体部段36上的连接凸缘40与42。如图所示，对准装置44(在下文更详细地讨论) 可应用于两个相邻壳体34和36。通常，可由对准装置44的可移动的部分来促进这种移动，对准装置44的可移动部分沿着特定轴线在有限运动范围内移动。举例而言，可通过沿着其轴线移动杆54来促进这种移动。由于对准装置44固定到一个壳体部段上(例如壳体部段34)，而不是相邻部段(例如壳体部段36)上，杆54的移动导致壳体部段34沿着杆的轴线移动。杆54的移动是在有限的运动范围内，这个有限运动范围由对准装置44的结构决定。 
更具体而言，当对准装置44安装于相邻壳体部段34和36上时，第一壳体部段34可沿着轴线46和轴线47相对于壳体部段36移动，轴线46与杆54基本上成直线，轴线47基本上垂直于杆54，如图3所示。应了解轴线46和47由对准装置在壳体部段34和36上的放置限定。如图所示，轴线46可大体上为竖直轴线，而轴线47可大体上为水平轴线，由此两个轴线大体上垂直于流动路径轴线32的流动路径且垂直于彼此。在实施例中，轴线47可为周向轴线，且因此可具有遵循通用涡轮发动机壳体部段圆周的微小曲率。此外，如图所示，对准装置可允许在沿着轴线46和47的两个方向上移动。举例而言，在对准装置44大体上在顶部或上部放置的对准装置的实施例中，轴线46大体上是竖直的。在此实施例中，杆54的移动可向上拉壳体部段34而壳体部段36基本上保持就位。杆54也可被下推以相对于壳体部段36向下移动壳体部段34。杆54沿着轴线47在任一方向的移动可相对于壳体部段36在周向移动壳体部段34。 
在图4中以透视图示出示范性对准装置44。对准装置44可由任何合适材料形成，包括铸造金属。对准装置44可包括固定部分48，其被配置成紧固到或以别的方式安装到壳体部段34。如图4所示，固定部分48可包括通道50，其大小和形状设置成接纳一系列螺栓或其它紧固件使得螺栓头部可在固定部分的外面49的顶部上。在实施例中，通用涡轮发动机壳体部段(例如，壳体部段34)可包括预钻通道，其被配置成在适当位置紧固到固定部分48上。 
如在图5的透视图中更详细地示出，固定部分48可包括杆54，杆54可与固定部分48一体地形成或另外附连或连接到固定部分48。在杆54并不与固定部分48一体的实施例中，固定部分48可包括通道，其被配置成接纳杆54，诸如其内可拧入杆54的螺纹通道。当固定部分48被紧固到壳体部段34上时，杆54可促进壳体部段34沿着轴线46移动以相对于壳体部段36对准壳体部段34。 
对准装置44还可包括桥接部分64，在图6中示出。桥接部分64的大小和形状设置成装配于固定部分48上并搁置于壳体部段36上。桥接部分64可包括通道66，通道66的大小大于杆54。通道66超过杆54直径的量可决定壳体部段34相对于壳体部段36沿着轴线47的运动范围。此外，当桥接部分64搁置于固定部分48的顶部时，该组件可包括在台72与固定部分48外面49之间的间隙或距离70。距离70的大小可决定壳体部段34相对于壳体部段36沿着轴线46的竖直运动范围。在实施例中，桥接部分64可与壳体部段36的一部分联结。在实施例中，桥接部分64可至少部分地环绕壳体部段36的一部分。举例而言，在实施例中，桥接部分64可接触壳体部段36圆周的至少大约30°的部分，壳体部段36圆周的至少大约45°的部分，壳体部段36圆周的至少大约90°的部分或壳体部段36圆周的至少大约120°的部分。 
在实施例中，对准装置44还可包括可滑动的部分76，在图7中以透视图示出。可滑动的部分76的大小和形状设置成搁置于桥接部分64的台72顶部上且可被配置成沿着轴线47移动。在一个实施例中，可滑动的部分76可附连到桥接部分64上。在另一实施例中，可滑动的部分76为可与桥接部分64分开的构件。可滑动的部分76可包括通道78，通道78的大小设置成接纳杆54。通道78的直径可相对地小于通道66的直径。如在图8的透视图中示出，当可滑动的部分76相对于台72滑动时，杆54沿着轴线47移动。因此，当杆54沿着轴线47移动时，固定部分48所附连的壳体部段34也相对于壳 体部段36移动。 
在一个实施例中，可由机动化组件79促进可滑动的部分76沿着轴线47的移动。如图9所示，可滑动的部分76可包括滑动台80，滑动台80经由滚珠螺杆84沿着导轨82移动。机动化组件79可包括一或多个传感器轨道86以便于控制移动速率和位置。电机88可向组件79提供动力。在实施例中，机动化组件79可受到基于处理器的装置的控制。 
在另一实施例中，可由液压张力器或螺栓伸长装置90来促进杆54移动。如图10所示，杆54可与螺栓伸长装置90联结以沿着轴线46拉动固定部分48。如图所示，杆54可包括螺纹端部92。在其它实施例中，杆54可包括用于螺栓伸长装置90的钩、通道或其它连接点。应当指出的是，杆54并不在固定部分48下方延伸以接合第二壳体部段36。 
在一个实施例中，相邻壳体部段的对准可允许操作者优化涡轮叶片顶端相对于壳体的空隙。图11是示范性涡轮22的局部剖视侧视图。旋转轴杆26安放于两个轴承108上。叶片100绕轴杆26分布且在涡轮22中旋转。经过叶片顶端102移动到涡轮壳体(例如，壳体部段36)与叶片顶端102之间的空隙空间106内的空气可能会降低涡轮22的效率。因此，可由在入口壳体部段110或出口壳体部段112上所执行的对准来改变空隙106。如图11所示，壳体部段112可在方向114中相对于入口壳体部段110移动。这些壳体部段110和112包括轴承108，轴杆安放于轴承108上。因此，在一个实施例中，壳体部段110或112的对准也可移动轴承108中的一个或两个。这会影响整个涡轮22上的轴杆26对准，而这会改变叶片100和叶片顶端102的位置。在其它实施例中，也可在压缩机部段108上执行这种对准，其可包括绕轴杆26旋转的叶片。 
这些书面描述使用实例来公开本发明，包括本发明的最佳实施方式，且使得本领域技术人员能实践本发明，包括做出和使用任何装置 或系统和执行任何合并的方法。本发明的要求保护的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言无实质不同的等效结构元件，那么这些其它实例预期落在权利要求的范围内。 

Claims (19)

1. 一种燃气涡轮系统，其包括：
第一涡轮发动机壳体部段；
第二涡轮发动机壳体部段；以及
对准装置，其包括：
固定部分，其被配置成固定地附连到所述第一涡轮发动机壳体部段；以及
桥接部分，其被配置成与所述第二涡轮发动机壳体部段和所述固定部分联结，其中，当所述对准装置与所述第一涡轮发动机壳体部段和所述第二涡轮发动机壳体部段接合时，所述桥接部分限定所述固定部分沿着第一轴线的第一运动范围和所述固定部分沿着第二轴线的第二运动范围，且所述对准装置被配置成促进所述第一涡轮发动机壳体部段相对于所述第二涡轮发动机壳体部段在所述第一运动范围内的移动，其中，所述第一轴线与所述第二轴线和第二运动范围不平行。
2. 根据权利要求1所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述固定部分包括被配置成接纳一个或多个紧固件的一个或多个通道。
3. 根据权利要求1所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述第一涡轮发动机壳体部段包括一个或多个通道，所述通道对应于所述固定部分的通道且被配置成接纳所述一个或多个紧固件。
4. 根据权利要求1所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述桥接部分被配置成接触所述第二涡轮发动机壳体部段的外部圆周的至少四十五度部分。
5. 根据权利要求1所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述桥接部分包括通道，所述通道被配置成限定所述第一运动范围。
6. 根据权利要求1所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述对准装置包括在所述桥接部分与所述固定部分之间的间隙，所述间隙被配置成限定所述第二运动范围。
7. 根据权利要求1所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述第一运动范围是第一涡轮发动机壳体部段相对于所述第二涡轮发动机壳体部段的周向运动。
8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于包括容纳于所述第一涡轮发动机壳体部段或所述第二涡轮发动机壳体部段内的转子或旋转叶片。
9. 一种用于燃气涡轮的对准装置，其被配置成将第一涡轮发动机壳体部段与第二涡轮发动机壳体部段对准，所述对准装置包括：
固定部分，其被配置成固定地附连到所述第一涡轮发动机壳体部段，其中，所述固定部分包括杆；
桥接部分，其被配置成与所述固定部分联结且包括通道，所述通道的大小设置成容纳所述杆；以及
可滑动的部分，其被配置成沿着基本上垂直于所述杆的轴线移动，使得所述可滑动的部分的移动造成所述第一涡轮发动机壳体部段相对于所述第二涡轮发动机壳体部段在周向位置的变化。
10. 根据权利要求9所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于包括液压装置，所述液压装置耦接到所述杆且被配置成沿着与所述杆基本上成直线的轴线拉动所述杆。
11. 根据权利要求9所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于，所述杆包括螺纹端部。
12. 根据权利要求9所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于，所述杆与所述固定部分一体地形成。
13. 根据权利要求9所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于，可滑动的部分耦接到驱动件，所述驱动件被配置成沿着基本上垂直于所述杆的轴线移动。
14. 根据权利要求9所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于包括涡轮发动机，所述涡轮发动机具有所述第一涡轮发动机壳体部段和所述第二涡轮发动机壳体部段。
15. 根据权利要求14所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于，所述第一涡轮发动机壳体部段被配置成当所述可滑动的部分沿着所述轴线移动时相对于所述第二涡轮发动机壳体部段移动。
16. 根据权利要求14所述的用于燃气涡轮的对准装置，其特征在于，所述杆被配置成沿着与所述杆基本上成直线的轴线移动，所述杆的移动由此改变所述第一涡轮发动机壳体部段相对于所述第二涡轮发动机壳体部段的位置。
17. 一种燃气涡轮系统，其包括：
与第二涡轮发动机壳体相邻的第一涡轮发动机壳体；
固定部分，所述固定部分被配置成固定地附连到所述第一涡轮发动机壳体，其中，所述固定部分包括杆；
桥接部分，其被配置成与所述固定部分联结且包括通道，所述通道的大小设置成容纳所述杆；以及
可滑动的部分，其被配置成沿着基本上垂直于所述杆的轴线移动，其中，所述可滑动的部分的移动相对于所述第二涡轮发动机壳体移动所述第一涡轮发动机壳体，并且所述杆被配置成沿着与所述杆基本上成直线的轴线移动，所述杆的移动由此改变所述第一涡轮发动机壳体部段相对于所述第二涡轮发动机壳体的位置。
18. 根据权利要求17所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述第一涡轮发动机壳体部段包括一个或多个通道，所述通道对应于所述固定部分的通道且被配置成接纳一个或多个紧固件。
19. 根据权利要求17所述的燃气涡轮系统，其特征在于，所述桥接部分被配置成接触所述第二涡轮发动机壳体的外部圆周的至少四十五度部分。
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