CN102606222A - 用于涡轮系统的轴向保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮系统的轴向保持装置。公开了一种用于涡轮系统10的轴向保持装置50。轴向保持装置50包括穴口52，穴口52限定在涡轮构件34和支承结构32中的一个的匹配表面62、64中。穴口52包括第一轴向负载表面94。轴向保持装置50进一步包括包含基部部件56和枢转部件58的闩锁件54。基部部件56与涡轮构件34和支承结构32中的另一个的匹配表面62、64相关联。枢转部件58构造成接合穴口52，并且包括第一匹配轴向负载表面102。枢转部件58和穴口52的接合允许第一轴向负载表面94和第一匹配轴向负载表面102相互作用，从而防止涡轮构件34相对于支承结构32沿至少一个方向在轴向运动。

Description

用于涡轮系统的轴向保持装置

技术领域

本文公开的主题大体涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于将构件保持在涡轮系统内的轴向保持装置。

背景技术

涡轮系统广泛地用于诸如动力发生的领域中。例如，传统的燃气轮机系统包括压缩机、燃烧器和涡轮。另外，传统的燃气轮机在压缩机及其涡轮区段中包括转子，转子具有安装到盘上的各种转子叶片。各个叶片包括加压空气或流体在其上流动的翼型件，以及在翼型件的基部处的平台，该平台为空气或流体流限定径向内边界。为将叶片附连到转子盘上，叶片可包括构造成接合盘的周缘中的互补的附连腔体的适当的附接件，例如根部或鸠尾榫。

在许多情况下，在系统的运行期间，设置在转子盘中的叶片可相对于转子盘而移动、滑动或变得脱离，因而潜在地允许空气或流体流泄漏或对系统有其它损害。因而，用于相对于转子盘来保持叶片的装置可为期望的。

用于在轴向将叶片保持在转子盘中的一种现有技术方法包括铆接。铆接在两个构件之间产生干涉配合，例如在叶片和转子盘之间。叶片和转子盘被连接，并且使将叶片和转子盘连接在一起的设备然后变形，以产生干涉配合。但是，使用铆接来将叶片保持在转子盘中具有许多缺点。例如，由于例如磨损或损伤的原因，在使用一段时间之后必须更换叶片。每当更换叶片时，必须在不同的位置处把叶片铆接到转子盘上。使用铆接来将替换叶片保持在转子盘中是耗时的过程。另外，转子盘上可用来铆接的位置一般有限。在几次更换之后，就无位置可用了。因而铆接位置的不可用性迫使要更换转子盘。更换转子盘即是耗时的，并且由于转子盘的成本和涡轮系统在更换期间的生产损失的原因，更换转子盘也是昂贵的。

因而，一种用于将叶片和其它适当的构件保持在转子盘和其它适当的支承结构内的改进的保持装置在现有技术中将是期望的。例如，一种防止叶片和其它构件相对于转子盘和其它支承结构在轴向运动的轴向保持装置将是有利的。另外，一种提供叶片和其它构件的高效且成本有效的更换以及减少或消除对更换转子盘和其它支承结构的需要的保持装置将是期望的。

发明内容

在以下描述中部分地阐述了本发明的各方面和优点，或者根据描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。

在一个实施例中，公开了一种用于涡轮系统的轴向保持装置。该轴向保持装置包括限定在涡轮构件和支承结构中的一个的匹配表面中的穴口。穴口包括第一轴向负载表面。轴向保持装置进一步包括包含基部部件和枢转部件的闩锁件。基部部件与涡轮构件和支承结构中的另一个的匹配表面相关联。枢转部件构造成接合穴口，并且包括第一匹配轴向负载表面。枢转部件和穴口的接合允许第一轴向负载表面和第一匹配轴向负载表面相互作用，从而防止涡轮构件相对于支承结构沿至少一个方向在轴向运动。

参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用来阐明本发明的原理。

附图说明

在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：

图1是涡轮系统的示意图；

图2是根据本公开的一个实施例的涡轮系统的压缩机的截面侧视图；

图3是根据本公开的一个实施例的支承结构和涡轮构件的分解透视图；

图4是根据本公开的一个实施例的轴向保持装置的分解横截面图；

图5是根据本公开的一个实施例的、在组装期间在第一位置上的轴向保持装置的横截面图；

图6根据本公开的一个实施例的、在第二位置上的轴向保持装置的横截面图；以及

图7根据本公开的一个实施例的、在拆卸期间在第一位置上的轴向保持装置的横截面图。

部件列表

10燃气轮机系统

12压缩机

14燃烧器

16涡轮

18轴

20转子

22转子盘

24叶片

32支承结构

34涡轮构件

40附接件

42腔体

44轴向轴线

46第一方向

48第二方向

50轴向保持装置

52穴口

54闩锁件

56基部部件

58枢转部件

62匹配表面(涡轮构件)

64匹配表面(支承结构)

72第二穴口

74第一轴向负载表面(第二穴口)

76第二轴向负载表面(第二穴口)

82第一匹配轴向负载表面(基部部件)

84第二匹配轴向负载表面(基部部件)

94第一轴向负载表面(穴口)

96第二轴向负载表面(穴口)

102第一匹配轴向负载表面(枢转部件)

104第二匹配轴向负载表面(枢转部件)

110枢转点

120拆卸特征

122凹槽

124杠杆

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出了实施例的一个或多个实例。以阐明本发明而非限制本发明的方式来提供各个实例。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，可在本发明中作出各种修改和变化，而不偏离本发明的范围或精神。例如，示出或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因而，意图的是本发明覆盖在所附权利要求和它们的等效方案的范围内的这样的修改和变化。

图1是涡轮系统10的示意图。虽然本文描述的涡轮系统10大体可为燃气轮机系统，但是应当理解，本公开的涡轮系统10不限于燃气轮机系统，以及包括(但不限于)蒸汽轮机系统的任何适当的涡轮系统均在本公开的范围和精神内。

因而，该系统可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。压缩机12和涡轮16可由轴18联接。轴18可为单个轴或联接在一起而形成轴18的多个轴节段。

图2中显示了涡轮系统10的压缩机12的各种构件。例如，压缩机12的转子20可包括多个转子盘22。多个叶片24可在各个转子盘22的周围设置成环形阵列，并且可如下论述的那样附连到转子盘22上。如下面论述的那样，可通过使叶片24沿大体轴向方向滑动使得叶片24的附接件接合转子盘22的腔体，来使各个叶片24附连到转子盘22上。为了使叶片24稳固地附连到转子盘22上，以及为了防止叶片24相对于转子盘22在轴向运动，可提供轴向保持装置，以防止这种轴向运动。

但是，应当理解，本公开不限于用于涡轮系统10的压缩机12中的转子盘22中的叶片24的轴向保持装置。相反，根据本公开的轴向保持装置可与任何适当的支承结构32结合起来使用，以将任何适当的涡轮构件34保持在涡轮系统10的任何区段中。在示例性实施例中，支承结构32和涡轮构件34可分别为压缩机12中的转子盘22和叶片24。但是，备选地，支承结构32和涡轮构件34可为涡轮16中的转子盘和叶片，或者压缩机12或涡轮16中的密封装置和间隔件缘边结构，或者涡轮系统10中的任何其它适当的支承结构32和涡轮构件34。

如图3中显示的那样，涡轮构件34和支承结构32可包括用于将涡轮构件34和支承结构32匹配在一起的匹配的附接件40和腔体42。例如，在一些实施例中，附接件40可为鸠尾榫，并且腔体42可形状设置成和大小设置成将鸠尾榫接收在其中。大体上，通过使附接件40沿着大体轴向轴线44滑动到腔体42中来将涡轮构件34匹配到支承结构32上，如图3中显示那样。附接件40在腔体42中的匹配防止涡轮构件34相对于支承结构32沿大体径向和切向方向运动，但是不可防止涡轮构件34相对于支承结构32沿大体轴向方向运动。例如，当附接件40与腔体42匹配时，附接件能够沿着轴向轴线44沿方向46或方向48自由地运动。

因而，如图3至7中显示的那样，提供轴向保持装置50，以在轴向将涡轮构件34保持在支承结构32中。轴向保持装置50包括穴口52和闩锁件54。根据本公开的闩锁件54包括基部部件56和枢转部件58。大体上，可将穴口52限定在涡轮构件34和支承结构32中的一个中，并且基部部件56可与涡轮构件34和支承结构32中的另一个相关联。例如，在图3至7中显示的示例性实施例中，穴口52可与支承结构32相关联，并且可将基部部件56限定在涡轮构件34中。在备选实施例中，穴口52可与涡轮构件34相关联，并且可将基部部件56限定在支承结构32中。

涡轮构件34可限定匹配表面62，而支承结构32可限定匹配表面64。可将匹配表面62、64分别限定在附接件40上和腔体42中，如图3至7中显示的那样。例如，在示例性实施例中，涡轮构件34的匹配表面62可为附接件40的底表面，而支承结构32的匹配表面64可为腔体42内的构造成与附接件40的底表面匹配的表面。在备选实施例中，匹配表面62可为附接件40的任何侧表面或其它表面，而匹配表面64可为腔体42内的构造成与附接件40的表面匹配的表面。在另外的备选实施例中，可将匹配表面62、64限定在附接件40和腔体42的附近。例如，匹配表面64可为支承结构32的缘边，而涡轮构件34的匹配表面62可为构造成与支承结构32的那个表面匹配的表面。当涡轮构件34和支承结构32匹配在一起时，匹配表面62、64大体匹配在一起。可将穴口52限定在涡轮构件34或支承结构32的匹配表面62或64中，而基部部件56可与涡轮构件34或支承结构32的匹配表面62或64中的另一个相关联。例如，在图3至7中显示的示例性实施例中，可将穴口52限定在支承结构32的匹配表面64中，而基部部件56可与涡轮构件34的匹配表面62相关联。

如所论述的那样，基部部件56可与匹配表面62或64相关联。在一些实施例中，基部部件56可例如安装到匹配表面62或64上。在这些实施例中，可使用例如适当的粘合剂、机械紧固件或其它适当的安装装置或方法来安装基部部件56。在其它实施例中，基部部件56或其一部分可与匹配表面62或64成一体。在其它示例性实施例中，如图3至7中显示的那样，与基部部件56相关联的匹配表面62或64可将第二穴口72限定在其中。基部部件56可构造成接合第二穴口72。大体上，基部部件56和第二穴口72的接合防止基部部件56相对于第二穴口72沿着轴向轴线44沿至少一个方向在轴向运动。例如，如显示的那样，基部部件56可设置在第二穴口72中。在一些实施例中，可使用例如适当的粘合剂、机械紧固件或其它适当的安装装置或方法来将基部部件56安装在第二穴口72中，并且因而可接合第二穴口72。在其它示例性实施例中，基部部件56可不安装或以别的方式附连到第二穴口72上，而是可只是定位在第二穴口72中。在这些实施例中，第二穴口72可包括第一轴向负载表面74，以及可选地，第二轴向负载表面76。另外，基部部件56可包括第一匹配轴向负载表面82，以及可选地，第二匹配轴向负载表面84。当基部部件56定位在第二穴口72中时，第一轴向负载表面74和第一匹配轴向负载表面82可相互作用，从而防止基部部件56沿一个方向(例如沿方向46)在轴向运动。另外，在示例性实施例中，第二轴向负载表面76和第二匹配轴向负载表面84可相互作用，从而防止基部部件56沿相反的第二方向(例如沿方向48)在轴向运动。因而，在这些实施例中，基部部件56可接合第二穴口72。

在示例性实施例中，可以能够从第二穴口72中移除基部部件56。但是，备选地，基部部件56可永久地安装在第二穴口72中。

如图3至7中显示的那样，枢转部件58可构造成接合穴口52。大体上，枢转部件58和穴口52的接合防止枢转部件58沿着轴向轴线44相对于穴口52沿至少一个方向在轴向运动。例如，为了如图6中显示的那样接合穴口52，枢转部件58可设置在穴口52中。穴口52可包括第一轴向负载表面94，以及可选地，第二轴向负载表面96。另外，枢转部件58可包括第一匹配轴向负载表面102，以及可选地，第二匹配轴向负载表面104。当枢转部件58设置在穴口52中时，第一轴向负载表面94和第一匹配轴向负载表面102可相互作用，从而防止枢转部件58沿一个方向(例如沿方向46)在轴向运动，并且因而防止涡轮构件34相对于支承结构32沿那个方向在轴向运动。另外，在示例性实施例中，第二轴向负载表面96和第二匹配轴向负载表面104可相互作用，从而防止枢转部件58沿相反的第二方向(例如沿方向48)在轴向运动，并且因而防止涡轮构件34相对于支承结构32沿那个方向在轴向运动。因而，在这些实施例中，枢转部件58可接合穴口52。

如所提到的那样，枢转部件58可构造成接合穴口52。例如，枢转部件58可相对于基部部件56枢转。枢转部件58可绕着枢转点110枢转。枢转点110可位于基部部件56的端部附近，如图3至7中显示的那样，或者可沿着基部部件56在任何点处位于基部部件56的附近。枢转点110可大体将枢转部件58连接到基部部件56上。

在示例性实施例中，枢转部件58可在图5和7中显示的第一位置和图4和6中显示的第二位置之间枢转。在第一位置上，枢转部件58可与穴口52脱离。当脱离时，第一轴向负载表面94和第一匹配轴向负载表面102不可相互作用。因而，可允许枢转部件58相对于穴口52沿至少一个方向(例如沿方向46)运动在轴向。另外，可允许涡轮构件34相对于支承结构32沿至少一个方向(例如沿方向46)在轴向运动。在第二位置上，枢转部件58可与穴口52接合。当接合时，第一轴向负载表面94和第一匹配轴向负载表面102可相互作用。因而，可防止枢转部件58相对于穴口52沿至少一个方向(例如沿方向46)在轴向运动。另外，可防止涡轮构件34相对于支承结构32沿至少一个方向(例如沿方向46)在轴向运动。

在一些实施例中，枢转部件58可偏置向第二位置。例如，闩锁件54可在其中包括弹簧部件(未显示)或其它适当的偏置装置。弹簧部件或其它偏置装置可在枢转部件58上施加力，例如拉力或挤压力，以使枢转部件58偏置向第二位置。但是，在备选实施例中，枢转部件58可偏置向第一位置，可不具有偏置，或者可具有任何其它适当的偏置。

在一些实施例中，枢转部件58可包括拆卸特征120。拆卸特征120可构造成使枢转部件58从第二位置枢转到第一位置。例如，在一些实施例中，拆卸特征120可为凸片、柄或其它突起。在这些实施例中，可通过诸如杠杆的枢转装置或通过人来接合拆卸特征120，以使枢转部件58从第二位置枢转到第一位置。在其它实施例中，拆卸特征120可为限定在枢转部件58中的凹槽122(参见图3)。可通过枢转装置来接合凹槽122，以使枢转部件58从第二位置枢转到第一位置。

在一些实施例中，如图7中显示那样，轴向保持装置50可进一步包括枢转装置，例如杠杆124。在示例性实施例中，杠杆124可构造成接合诸如凹槽122的拆卸特征120，以及使枢转部件58从第二位置枢转到第一位置。

拆卸特征120和诸如杠杆124的枢转装置可使枢转部件58从第二位置枢转到第一位置。如上面论述的那样，可允许在第一位置上的涡轮构件34相对于支承结构32沿至少一个方向在轴向运动。因而，使枢转部件58从第二位置枢转到第一位置可允许从支承结构32上拆下涡轮构件34。

因而，本公开的轴向保持装置50可允许高效、成本有效和可重复地组装、保持和拆卸支承结构32中的涡轮构件34。例如，如图5中显示的和上面论述的那样，在第一位置上，轴向保持装置50的枢转部件58可允许涡轮构件34组装在支承结构32中。在涡轮构件34相对于支承结构32在轴向运动到支承结构32中的期望位置之后，枢转部件58可枢转到第二位置，如图6中显示的那样。在第二位置上，轴向保持装置50可将涡轮构件34保持在支承结构32内，因而防止涡轮构件34相对于支承结构32沿至少一个方向在轴向运动。为了如图7中显示的那样从支承结构32上拆下涡轮构件34，枢转部件58可从第二位置枢转到第一位置。在第一位置上，轴向保持装置50可再次允许支承结构32内的涡轮构件34沿至少一个方向在轴向运动。

有益地，本公开的轴向保持装置50可防止涡轮构件34相对于支承结构32沿一个或多个方向在轴向运动。这样防止轴向运动可有利地在涡轮构件34和支承结构32之间防止或减少高温流的潜在的泄漏和/或冷却介质的逃逸。另外，使用本文论述的轴向保持装置50可提供涡轮构件34在支承结构32中的高效和成本有效的组装和拆卸。另外，轴向保持装置50可提供涡轮构件34在支承结构32中的重复组装和拆卸，而不需要频繁地更换支承结构32。另外，可对现有的涡轮构件34和支承结构32改型，以适应轴向保持装置50，因而减少之前与这些涡轮构件34和支承结构32的组装和拆卸相关联的时间和成本。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例包括不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于涡轮系统(10)的轴向保持装置(50)，所述轴向保持装置(50)包括：

限定在涡轮构件(34)和支承结构(32)中的一个的匹配表面(62，64)中的穴口(52)，所述穴口(52)包括第一轴向负载表面(94)；以及

包括基部部件(56)和枢转部件(58)的闩锁件(54)，所述基部部件(56)与所述涡轮构件(34)和所述支承结构(32)中的另一个的匹配表面(62，64)相关联，所述枢转部件(58)构造成接合所述穴口(52)，并且包括第一匹配轴向负载表面(102)，

其中，所述枢转部件(58)和所述穴口(52)的接合允许所述第一轴向负载表面(94)和所述第一匹配轴向负载表面(102)相互作用，从而防止所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿至少一个方向在轴向运动。

2.根据权利要求1所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，在第一位置上，所述枢转部件(58)与所述穴口(52)脱离，并且允许所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿所述至少一个方向在轴向运动，而在第二位置上，所述枢转部件(58)与所述穴口(52)接合，并且防止所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿所述至少一个方向在轴向运动。

3.根据权利要求2所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述枢转部件(58)偏置向所述第二位置。

4.根据权利要求2至3中的任一项所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述枢转部件(58)进一步包括拆卸特征(120)，所述拆卸特征(120)构造成使所述枢转部件(58)从所述第二位置枢转到所述第一位置。

5.根据权利要求4所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述拆卸特征(120)是限定在所述枢转部件(58)中的凹槽(122)。

6.根据权利要求4至5中的任一项所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述轴向保持装置(50)进一步包括构造成接合所述拆卸特征(120)且使所述枢转部件(58)从所述第二位置枢转到所述第一位置的杠杆(124)。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述穴口(52)进一步包括第二轴向负载表面(96)，所述枢转部件(58)进一步包括第二匹配轴向负载表面(104)，以及其中，所述第二轴向负载表面(76，96)和所述第二匹配轴向负载表面(104)的相互作用防止所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿相反的第二方向在轴向运动。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述穴口(52)限定在所述支承结构(32)的匹配表面(64)中。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的轴向保持装置(50)，其特征在于，所述涡轮构件(34)和所述支承结构(32)中的另一个的所述匹配表面(62，64)限定第二穴口(72)，以及其中，所述基部部件(56)构造成接合所述第二穴口(72)。

10.一种涡轮系统(10)，包括：

支承结构(32)，所述支承结构(32)具有匹配表面(64)；

涡轮构件(34)，所述涡轮构件(34)具有匹配表面(62)；

限定在所述涡轮构件(34)和所述支承结构(32)中的一个的匹配表面(62，64)中的穴口(52)，所述穴口(52)包括第一轴向负载表面(94)；以及

包括基部部件(56)和枢转部件(58)的闩锁件(54)，所述基部部件(58)与所述涡轮构件(34)和所述支承结构(32)中的另一个的匹配表面(62，64)相关联，所述枢转部件(58)构造成接合所述穴口(52)，并且包括第一匹配轴向负载表面(102)，

其中，所述枢转部件(58)和所述穴口(52)的接合允许所述第一轴向负载表面(94)和所述第一匹配轴向负载表面(102)相互作用，从而防止所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿至少一个方向在轴向运动。

11.根据权利要求10所述的涡轮系统(10)，其特征在于，在第一位置上，所述枢转部件(58)与所述穴口(52)脱离，并且允许所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿所述至少一个方向在轴向运动，而在第二位置上，所述枢转部件(58)与所述穴口(52)接合，并且防止所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿所述至少一个方向在轴向运动。

12.根据权利要求11所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述枢转部件(58)偏置向所述第二位置。

13.根据权利要求11至12中的任一项所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述枢转部件(58)进一步包括拆卸特征(120)，所述拆卸特征(120)构造成使所述枢转部件(58)从所述第二位置枢转到所述第一位置。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述穴口(52)进一步包括第二轴向负载表面(96)，所述枢转部件(58)进一步包括第二匹配轴向负载表面(104)，以及其中，所述第二轴向负载表面(76，96)和所述第二匹配轴向负载表面(104)的相互作用防止所述涡轮构件(34)相对于所述支承结构(32)沿相反的第二方向在轴向运动。

15.根据权利要求10至14中的任一项所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述穴口(52)限定在所述支承结构(32)的匹配表面(64)中。

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