CN101943029A - 用于连结机器定子的系统、方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于连结机器定子的系统、方法和设备。可利用支架(400)来连结机器例如涡轮机内相邻的定子(300)。支架可包括本体部分(405)、第一多个延伸部(415，420)和第二多个延伸部(425，430)。本体部分可包括可操作成与第一定子的基部(505)对准的第一边缘和与第一边缘相对并且可操作成与第二定子的基部(510)对准的第二边缘。第一多个延伸部可从第一边缘延伸并且可操作成与第一定子的基部上的至少一个相应的槽对准。第二多个延伸部可从第二边缘延伸并且可操作成与第二定子的基部上的至少一个相应的槽对准。当用来连结第一定子和第二定子时，支架可有利于减少第一定子和第二定子中的振动。

Description

用于连结机器定子的系统、方法和设备

技术领域

本发明大致涉及机器，并且更具体而言，涉及连结或结合机器定子。

背景技术

诸如涡轮机之类的机器用于各种航空、工业和发电应用。通常，涡轮机构件，例如燃气轮机的压缩机段或涡轮段，包括从转子延伸的多个转动叶片以及从涡轮机的固定构件例如涡轮机的外壳延伸的多个固定叶片或定子。定子通常在涡轮机构件的转动叶片之间延伸。在运转中，定子通常在涡轮机的起动和停机期间被加载或卸载。此外，定子在运转期间经常遭受小的压力波动。结果，定子的基部和涡轮机的外壳之间可产生相对运动或定子摆动，导致涡轮机构件内部与希望的设计不同的流路。这可导致定子和外壳二者上的磨损。此外，定子摆动可导致降低的效率，并因此导致涡轮机的降低的动力输出。

已作出尝试以通过将定子连接在一起来减少定子摆动。一技术方案包括将销插入第一定子的基部中，其延伸到邻近的定子的基部中。虽然用销连接定子减少了定子摆动，但是对于给定的涡轮机外壳的曲率，以此方式连接的定子经常在它们的基部之间具有间隙。这些间隙可导致涡轮机构件内部的损失，因为流路的一部分在邻接的定子基部之间转向。

因此，需要用于连结、结合或连接机器定子的改进的系统、方法和设备。

发明内容

根据本发明的一个实施例，公开了一种用于连结机器中的定子的支架。该支架可包括本体部分、第一多个延伸部和第二多个延伸部。本体部分可包括可操作成与第一定子的基部对准的第一边缘和与第一边缘相对并且可操作成与第二定子的基部对准的第二边缘。第一多个延伸部可从第一边缘延伸并且可操作成与第一定子的基部上的至少一个相应的槽对准。第二多个延伸部可从第二边缘延伸并且可操作成与第二定子的基部上的至少一个相应的槽对准。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种机器构件，该机器构件可包括包围转子的外壳、附接在外壳上的多个定子和可操作成连结多个定子中的至少两个的支架。该支架可包括本体部分、第一多个延伸部和第二多个延伸部。本体部分可包括可操作成与第一定子的基部对准的第一边缘和与第一边缘相对并且可操作成与第二定子的基部对准的第二边缘。第一多个延伸部可从第一边缘延伸并且可操作成与第一定子的基部上的至少一个相应的槽对准。第二多个延伸部可从第二边缘延伸并且可操作成与第二定子的基部上的至少一个相应的槽对准。

根据本发明的又一个实施例，公开了一种用于连结机器构件中的定子的方法。可提供可操作成支承相应的定子叶片的两个定子基部部件，其中两个定子基部部件各包括一个或多个槽。还可提供支架。该支架可包括本体、可由两个基部部件中的第一个的一个或多个槽容纳的第一组延伸部以及可由另一个基部部件的一个或多个槽容纳的第二组延伸部。两个基部部件可用机器构件内的支架连结。

根据以下详细描述、附图和权利要求，本发明的其它实施例、方面和特征对于本领域技术人员将变得清楚。

附图说明

在已这样大致描述本发明的情况下，现将参照附图，附图不一定按比例绘制，其中：

图1是其中可利用本发明的实施例的燃气轮机的一个实例的横截面图。

图2是其中可利用本发明的实施例的燃气轮机的压缩机部分的分解图。

图3是可与本发明的各种实施例相关联地利用的一个示例定子的透视图。

图4是根据本发明的一个说明性实施例的可用来连结涡轮机中的两个定子的一个示例支架的透视图。

图5是已通过按照本发明的一个说明性实施例的支架连结的两个定子基部的透视图。

图6是根据本发明的一个说明性实施例的可用来连结机器中的定子的一个示例方法的流程图。标号列表100燃气轮机；102进气段；104压缩机段；106燃烧器段；108涡轮段；110排气段；205转子；215轮叶；215转子叶片；220翼片或定子叶片；222缝；225第一构件；230第二构件；300定子；305定子基部；310定子叶片；315槽；320突出部；325表面；400支架；405本体部分；415延伸部或凸爪(prong)；420延伸部或凸爪；425延伸部或凸爪；430延伸部或凸爪；505定子基部；510定子基部；520延伸部；525槽；530延伸部；540本体部分；545间隙；600方法；605方框；610方框；615方框。

具体实施方式

现将在下文中参照附图更充分地描述本发明的说明性实施例，在附图中示出了本发明的一些但不是全部实施例。实际上，本发明可以以多种不同的形式来实施并且不应当视为局限于文中所述的实施例；相反，提供这些实施例以便本公开内容将满足可应用的法律要求。全部附图中相同标号表示相同元件。

公开了用于连结机器例如涡轮机中的定子的系统、方法和设备。可提供有利于将两个或多个定子连结在一起的支架。该支架可包括本体部分、第一多个延伸部和第二多个延伸部。本体部分可包括可操作成与第一定子的基部对准的第一边缘和与第一边缘相对并且可操作成与第二定子的基部对准的第二边缘。第一多个延伸部可从第一边缘延伸并且可操作成与第一定子的基部上的至少一个相应的槽对准。第二多个延伸部可从第二边缘延伸并且可操作成与第二定子的基部上的至少一个相应的槽对准。当用来连结第一定子和第二定子时，支架可有利于减少第一定子和第二定子中的振动。此外，支架的本体部分可在第一定子和第二定子之间形成有利于减少第一定子和第二定子之间的空气流动的表面。

本发明的实施例可与各种不同的机器相关联地利用。可结合本发明的实施例的机器的实例包括涡轮机。图1示出其中可利用本发明的实施例的燃气轮机100的一个实例的横截面图。虽然在图1中示出了燃气轮机100，但是本发明的实施例可用于各种不同的涡轮机设计和涡轮机类型中，包括但不限于燃气轮机、蒸汽轮机和用于各种航空、工业和/或发电应用的其它涡轮机。

参照图1，所示燃气轮机100可包括进气段102、压缩机段104、燃烧器段106、涡轮段108和排气段110。在一般运转中，空气可通过进气段102进入并且可在压缩机段104中被压缩到预先限定的或预先确定的压力。来自压缩机段104的压缩空气的至少一部分可被供给到燃烧段106。在燃烧段106中，压缩空气可与燃料混合并且然后结合的空气和燃料混合物可燃烧。空气和燃料混合物在燃烧段106中的燃烧可产生具有较高温度和较高压力的热气体。从燃烧段106出来的热气体可在燃气轮机100的涡轮段108中膨胀。涡轮段108可将热气体的能量转换为转动能。在热气体在涡轮段108中膨胀以后，压力较低的热气体可通过排气段110从燃气轮机100送出。从排气段110出来的压力较低的热气体可被送出到大气、联合循环再生装置和/或热交换器的再循环管道。

图2是涡轮机的压缩机段例如图1所示的涡轮机100的压缩机段104的横截面图。压缩机段104可包括由轴210驱动或旋转的转子205。轴可由动力源例如涡轮机100的涡轮段108驱动。转子205可具有附接在其上的多个转子叶片(rotor blade)、翼片(vane)或轮叶(bucket)215。多个转子叶片215可从转子205的外表面延伸。此外，多个转子叶片215可沿着转子205的外表面成排布置。

定子叶片或翼片220可插入在各排转子叶片215之间。定子叶片220也可成排布置并且定子叶片220可附接在压缩机段104的固定构件例如压缩机段104的壳体或外壳上并从该固定构件延伸。基于此公开的目的，可将各排转子叶片215和定子叶片220称为压缩机段104的“级”。此外，各排定子叶片220可通过被插入与压缩机段104的相应的排或级相关联的缝中而附接在壳体或外壳上。例如，相应的缝例如缝222可对应于定子叶片的各排或级而设置在外壳上。

压缩机段104的壳体或外壳可包括多个构件，其可连接以在转子205和转子叶片215周围形成外壳。如图2所示，壳体或外壳可包括可在转子205周围互相连接的第一构件225和第二构件230；然而，在本发明的各种实施例中，壳体或外壳可按需要包括任何数量的构件。如图所示，第一构件225和第二构件230可各为装配在一起以环绕转子205的半圆形部分。例如，第一构件225和第二构件230可各具有大约一百八十度(180°)弯曲。当结合或连接在一起时，两个构件225、230可环绕转子205。

在运转期间，随着轴210转动，空气可在其移动通过压缩机段104的各级时被压缩，该压缩机段104具有引导空气的转子叶片215和定子叶片220。空气的移动可在转子叶片215和定子叶片220上施加合力。转子205的转动可产生最大限度地减小或防止转子叶片215的移动的离心力；然而，在定子叶片220和外壳225、230之间可发生相对运动。如以下更详细地描述的，本发明的实施例可用来增加定子叶片220和定子叶片的基部的稳定性。

图3是可与本发明的各种实施例相关联地利用的一个示例定子300的透视图。参照图3，定子300可包括定子基部305和连接在定子基部305上的定子叶片310或定子翼片。

根据本发明的一方面，定子基部305可包括一个或多个槽315，该槽315有利于经由支架例如以下参照图4更详细地描述的支架将定子基部305连结或连接在一个或多个其它定子基部上。在本发明的各种实施例中，可按需要将任何数量的槽315结合在定子基部305中。如图3所示，某些实施例可包括沿着定子基部305的周边的单个槽315，该槽315可结合在定子基部305中。槽315可按需要定位在沿着定子基部305的任何高度处。例如，槽315可定位在如下高度处：该高度为在定子叶片310连接到定子基部305的表面之下的较短距离。槽315可有利于容纳用来连结定子基部的支架的一部分。例如，如图5所示和以下更详细地说明，支架的凸爪可在定子基部305的一侧上插入定子基部305的槽315中，以将定子基部305连结在邻近的定子基部上。来自支架的延伸部可延伸到在定子基部305的相对侧上的槽的部分中，而支架的主体延伸到容纳有延伸部的部分之间延伸的槽的部分中。

虽然图3中示出了单个槽315，但是本发明的实施例可按需要包括定子基部305中任何数量的槽。例如，在某些实施例中，可在定子基部305的相对侧上设置两个槽并且该两个槽可有利于容纳用来连结定子基部的支架的一部分。另外例如，在本发明的其它实施例中，可在定子基部305的本体中设置一个或多个缝或孔以容纳支架的一部分，例如从支架的主体延伸的一个或多个相应的延伸部。可按需要在定子基部305上设置各种不同的槽和/或缝以及形状和构造，以容纳有利于邻近的定子基部的连结或结合的支架的一部分。上述实施例仅提供用于举例，并非意图进行限制。

可通过适当的加工技术或加工工艺在定子基部305中形成一个或多个槽。备选地，该一个或多个槽可在定子基部的生产或制造期间通过适当的铸造技术或铸造工艺形成。如果利用加工工艺，则可在定子基部305的生产或制造期间进行加工，或备选地在定子基部305已制造好后进行加工。就这一点而言，可改造已经在涡轮机或其它机器中使用的定子基部，以有利于按照本发明的各种实施例进行定子基部的连结。

此外，参照图3，定子基部305可包括一个或多个突出部320，突出部320有利于将定子300固定在涡轮机构件的外壳或壳体上，例如以上参照图1和图2说明的压缩机段104的壳体或外壳上。在本发明的各种实施例中，可按需要利用任何数量的突出部320，例如，两个突出部。该一个或多个突出部320可从定子基部305的表面325在同一平面中延伸。一个或多个突出部320从其延伸的定子基部305的表面325可称为定子基部305的安装表面。定子基部305的安装表面325可与定子叶片310连接在其上的定子基部的表面相对。为了有利于将定子300安装在压缩机段104的外壳上，可将定子基部305插入外壳内的槽或缝(未示出)中以及通过一个或多个突出部320固定在槽或缝内。定子基部305的安装表面325可具有与压缩机段104的外壳的曲率相对应的曲率。此外，可基于压缩机段104的外壳的尺寸和/或包括定子300的压缩机段104的定子叶片排或级按需要确定定子基部305和定子叶片310的尺寸，例如，定子基部305的(安装表面的)曲率、大小和宽度和/或定子叶片310的间隙长度。

图4是根据本发明的一个说明性实施例的可用来连结涡轮机中的两个定子的一个示例支架400的透视图。支架400可包括本体部分405和从本体部分405延伸的多个延伸部或凸爪415、420、425、430。第一组延伸部或凸爪415、420可在第一方向上从本体部分405延伸。在操作中，第一组延伸部415、420可插入第一定子基部的一个或多个相应的槽中，如以下参照图5更详细地说明。此外，第二组延伸部或凸爪425、430可在第二方向上从本体部分405延伸。在操作中，第二组延伸部425、430可插入第二定子基部的一个或多个相应的槽中，如以下参照图5更详细地说明。就这一点而言，两个邻近的定子基部可通过支架400连结或连接。在本发明的各种实施例中，可按需要利用任何数量的或不同类型的延伸部或凸爪的构造。此外，本发明的各种实施例可在第一组延伸部和第二延伸部中包括不同数目的延伸部。

根据本发明的某些实施例，在第一组延伸部415、420所延伸的第一方向和第二组延伸部425、430所延伸的第二方向之间可形成角度θ。角度θ可为有利于将各组延伸部与第一和第二定子基部对准的锐角。第一和第二定子基部连接在其上的外壳或壳体的内表面可为曲形或弧形以有利于包围转子。因此，可在第一和第二定子基部连接在外壳或壳体上时在它们之间形成一个角度。形成在第一方向和第二方向之间的角度θ可对应第一和第二定子基部之间的角度。就这一点而言，支架400可用来连结第一和第二定子基部，而第一和第二定子基部连接在涡轮机构件的外壳或壳体上。角度θ的度数可至少部分基于外壳或壳体的曲率，并因此在本发明的不同实施例中可变化。

此外，在本发明的某些实施例中，支架400的本体部分405可结合角度θ。本体部分405可包括在不同的方向上延伸的部分以对应角度θ。备选地，本体部分405可包括对应角度θ的曲形部分。在本发明的其它实施例中，第一组延伸部415、420和第二组延伸部425、430中的至少一组可以以这样的角度从支架的本体部分405延伸：即在第一组延伸部415、420的方向和第二组延伸部425、430的方向之间形成角度θ。

在本发明的各种实施例中，支架400可按需要由任何数量的适当材料形成。可形成支架的适当材料的实例包括但不局限于金属、金属合金、陶瓷材料、合成材料、复合物和/或这些材料的任何组合。此外，在本发明的各种实施例中，可按需要利用多种不同的技术或方法来形成支架400。例如，支架400可从一件或多件材料加工而成。另外例如，支架400可模制为单个部件。再另例如，支架400的各种构件可模制或加工而成并且然后例如通过焊接工艺结合或连接在一起以形成支架400。

图5是已通过按照本发明的一个说明性实施例的支架515连结的两个定子基部505、510的透视图。两个定子基部505、510可各包括与图3所示和以上描述的定子基部300相似的构件。此外，支架515与以上图4所示的支架400相似。

如图5所示，支架515可有利于连结第一定子基部505和第二定子基部510。支架515的第一组延伸部520可延伸到第一定子基部505的槽525中。同样，支架515的第二组延伸部530可延伸到第二定子基部的槽535中。如图所示，各定子基部505、510具有绕定子基部505、510的周边延伸的单个槽。因此，第一组延伸部520的各延伸部可延伸到第一定子基部505的槽525的分别对应的部分中。例如，第一延伸部可延伸到在定子基部505的第一侧的槽525的第一部分中，而第二延伸部可延伸到在与定子基部的第一侧相对的定子基部505的第二侧上的槽525的第二部分中。同样，第二组延伸部530的各延伸部可延伸到第二定子基部510的槽535的分别对应的部分中。虽然已将定子基部505、510描述和示出为具有单个槽，但是本发明的某些实施例可包括具有多个槽的定子基部，且各槽可适合或可操作成容纳来自支架的延伸部。

此外，如图5所示，支架515的本体部分540可延伸到第一定子基部505的槽525中和/或第二定子基部510的槽535中。例如，本体部分540的第一部分可延伸到第一定子基部505的槽525的相应部分中。同样，本体部分540的第二部分可延伸到第二定子基部510的槽535的相应部分中。就这一点而言，有利于定子基部505、510之间的较牢固的连接。此外，形成在定子基部505、510之间的连接可具有较低的气流损失，如以下更详细地说明。

在本发明的某些实施例中，支架515可由于被插入定子基部505、510的相应槽525、535中而可移去地连接在定子基部505、510上。在本发明的其它实施例中，支架515可通过任何数量的适当的连接装置或连接方法例如螺钉、销、焊接等固定地连接在定子基部505、510中的一个或多个上。

由于将定子基部连结或连接在涡轮机构件中，所以可在涡轮机构件中形成定子基部的相对半刚性环。定子基部的相对半刚性环更不容易受到振动、定子摆动和/或定子之间的相对运动的影响。结果，可减少定子和/或外壳上的磨损，导致涡轮机构件的相对更大的效率。

当安装在机器的构件例如涡轮机的压缩机段中时，第一定子基部505可相对于第二定子基部510成一定角度定位。由于该相对角度，在第一定子基部505和第二定子基部510之间可形成间隙545。如图5所示，用来连结定子基部505、510的支架515的本体部分540可在间隙545内在定子基部505、510之间延伸。就这一点而言，支架515可提供减少或消除空气或其它气体进入间隙545的表面。例如，支架515可提供稍稍低于定子基部505、510所连接到的外壳或壳体的内表面的表面。支架515所提供的表面可有利于减少由于空气或其它气体进入间隙545而造成的损失，导致涡轮机构件内相对更大的效率。

图6是根据本发明的一个说明性实施例的用于连结机器中的定子的方法600的一个实例的流程图。方法600可开始于方框605。在方框605，可提供用于机器构件例如图5所示的定子基部505、510中的两个定子基部。各定子基部505、510或基部部件可包括一个或多个槽，该槽有利于将两个定子基部505、510与连接支架连结或连接在一起。

在方框610，可提供支架例如图5所示的支架515以将两个定子基部505、510连结或连接在一起。支架515可包括本体和从该本体延伸的多个延伸部。从本体延伸的第一组两个或多个延伸部可由第一基部部件505的一个或多个槽的至少一部分容纳。同样，从本体延伸的第二组两个或多个延伸部可由第二基部部件510的一个或多个槽的至少一部分容纳。

在方框615，可通过机器构件内的支架515将两个定子基部505、510互相连结或连接。例如，可将两个定子基部505、510插入机器构件内的槽或缝中，支架515定位在两个定子基部505、510之间。支架515可操作成将定子基部505、510连结在一起。此外，支架515可在机器构件的操作期间减少两个定子基部505、510之间的相对运动或摆动，从而导致机器构件内减少的磨损以及相对更大的效率。支架515也可在两个定子基部505、510之间提供表面，该表面通过减少进入两个定子基部505、510之间的间隙的空气或气体的量来改善机器构件内的空气或气体流动。就这一点而言，支架515可进一步改善机器构件内的效率。

方法600可在接下来的方框615结束。

在图6的方法600中所述的操作不一定要按照图6中所列的次序执行，而是可以按任何适当的次序执行。此外，在本发明的某些实施例中，可执行比图6中所列的全部操作或多或少的操作。

在本发明的各种实施例中，可按需要利用支架的各种不同类型和形状以连结或连接一个或多个定子。支架可有利于连结或连接一个或多个定子以减少一个或多个定子的振动或定子摆动。此外，支架可提供表面，该表面有利于减少由于空气或气流进入相邻的定子基部之间的区域而引起的损失。

虽然已结合目前认为是最实用的内容和各种实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明并不局限于所公开的实施例，相反而言，本发明意在涵盖包括在权利要求的精神和范围内的各种改型和等同布置。

此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统和执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围在权利要求书中限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有与权利要求的文字语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种用于连结机器中的定子(300)的支架(400)，所述支架(400)包括：

本体部分(405)，所述本体部分(405)包括可操作成与第一定子(300)的基部对准的第一边缘和与所述第一边缘相对并且可操作成与第二定子(300)的基部对准的第二边缘；

从所述第一边缘延伸并且可操作成与所述第一定子(300)的基部上的至少一个相应的槽对准的第一多个延伸部(415，420，425，430)；以及

从所述第二边缘延伸并且可操作成与所述第二定子(300)的基部上的至少一个相应的槽对准的第二多个延伸部(415，420，425，430)。

2.根据权利要求1所述的支架(400)，其特征在于，所述第一多个延伸部(415，420，425，430)在第一方向上从所述第一边缘延伸，并且其中，所述第二多个延伸部(415，420，425，430)在第二方向上从所述第二边缘延伸，并且，

其中，在所述第一方向和所述第二方向之间形成锐角。

3.根据权利要求1所述的支架(400)，其特征在于，所述第一多个延伸部(415，420，425，430)和所述第二多个延伸部(415，420，425，430)各包括两个延伸部。

4.根据权利要求1所述的支架(400)，其特征在于，所述本体部分(405)的所述第一边缘可操作成与所述第一定子(300)的基部上的至少一个槽(525)中的一个对准，并且

其中，所述本体部分(405)的所述第二边缘可操作成与所述第二定子(300)的基部上的所述至少一个槽(525)中的一个对准。

5.根据权利要求1所述的支架(400)，其特征在于，当利用所述支架(400)来连结所述第一定子(300)和所述第二定子(300)时，所述支架(400)有利于减少所述第一定子(300)和所述第二定子(300)内的振动。

6.根据权利要求1所述的支架(400)，其特征在于，当利用所述支架(400)来连结所述第一定子(300)和所述第二定子(300)时，所述本体部分(405)在所述第一定子(300)和所述第二定子(300)之间形成表面，所述表面可操作成有利于减少所述第一定子(300)和所述第二定子(300)之间的空气流动。

7.根据权利要求6所述的支架(400)，其特征在于，所述第一定子(300)和所述第二定子(300)各包括定子(300)表面，相应的定子(300)叶片附接在所述定子表面上，并且

其中，由所述本体部分(405)形成的所述表面包括刚好位于所述定子(300)表面以下的表面。

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