CN102758794B - 具有整体式轴承外壳的涡轮机入口壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有整体式轴承外壳的压缩机入口壳体。所述压缩机入口壳体可包括内承口和轴承外壳。所述轴承外壳可包括：整体铸造式第一半体，所述第一半体连接到所述内承口；以及空腔，所述空腔位于所述内承口和所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体之间。

Description

具有整体式轴承外壳的涡轮机入口壳体
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮发动机，更确切地说涉及压缩机入口壳体，所述压缩机入口壳体具有整体铸造式轴承外壳半体，以便适应其中的热增长，而不会影响转子轴的位置。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机的涡轮部分和压缩机部分经由转子轴连接。在两个部分中，若干周向间隔的转子叶片可连接到转子轴。涡轮部分中的转子叶片由热燃烧气体驱动。转子轴随后驱动压缩机部分中的转子叶片，从而提供压缩空气。由于压缩机壳体可能具有不同于其中转子叶轮或转子叶片的热响应时间，因此转子叶片尾梢可以不同于所述壳体的膨胀率膨胀，这样，转子叶片与壳体可能会发生摩擦。这种摩擦可能导致转子叶片出现早期损坏，并可能发生故障。因此，可操作的转子叶片/外壳间隙必须包容(accommodate)这些不同的膨胀率。这些增大的间隙会限制燃气涡轮发动机的整体效率。
目前，压缩机入口壳体通常将独立式轴承外壳并入内筒或内承口(inner bellmouth)，或可采用加工成实心内承口下部半体的整体铸造式轴承外壳。轴承外壳包括若干轴承垫，所述轴承垫设置在转子轴周围，用于在所述转子轴旋转过程中进行支撑。
在运行过程中，整体铸造式下部半体轴承外壳会因轴承润滑油的温度而膨胀，从而相对于内承口的中心线垂直上升。这种膨胀的部分原因在于整体铸造式下部半体轴承外壳的非对称质量以及刚度。轴承外壳的热度升高不是所希望出现的情况，因为这会推动转子轴偏离中心。但是，与独立式轴承外壳相比，整体铸造式轴承外壳成本较低。这样，就可能需要较大间隙以避免发生壳体摩擦。
因此，需要一种改进的压缩机入口壳体设计，以便减少或消除热膨胀对整体铸造式轴承外壳的影响。较好的情况是，此改进的设计可保持转子轴处于固定位置，以使围绕壳体和转子叶片的间隙更为紧凑，从而提高系统整体效率。
发明内容
因此，本发明提供一种压缩机入口壳体。所述压缩机入口壳体可包括内承口和轴承外壳。所述轴承外壳可包括整体铸造式第一半体，其连接到所述内承口；以及空腔，其位于所述内承口和所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体之间。
所述整体铸造式第一半体围绕水平中心线连接到所述内承口。所述空腔设置在所述轴承外壳的下死点周围；所述轴承外壳包括独立式第二半体。所述压缩机入口壳体进一步包括外承口，其环绕所述内承口；多个支柱，其连接所述内承口和所述外承口；和延伸穿过所述轴承外壳的转子轴。所述空腔的大小可包容所述轴承外壳的热膨胀。所述轴承外壳包括围绕所述轴承外壳的润滑油套管。
本发明进一步提供一种操作压缩机的方法。所述方法可包括以下步骤：整体铸造压缩机入口壳体中轴承外壳的第一半体；旋转所述轴承外壳内的转子轴；使润滑油套管围绕轴承外壳延伸；使所述轴承外壳在空腔内热膨胀，所述空腔在所述轴承外壳和所述压缩机入口壳体之间延伸。
整体铸造压缩机入口壳体中轴承外壳的第一半体的步骤包括围绕水平中心线连接所述轴承外壳的所述第一半体和所述压缩机入口壳体。使所述轴承外壳热膨胀的步骤包括在不改变所述转子轴的位置的情况下，使所述轴承外壳热膨胀；或者在不改变所述转子轴的横向位置的情况下，使所述轴承外壳热膨胀。所述方法进一步包括提供穿过所述压缩机的气流的步骤；和减小压缩机间隙的步骤。
本发明进一步提供一种压缩机入口壳体。所述压缩机入口壳体可包括内承口和轴承外壳。所述轴承外壳可包括：整体铸造式第一半体，其围绕水平中心线连接到所述内承口；以及空腔，其位于所述内承口和所述整体铸造式第一半体之间。所述空腔可包容(accommodate)所述轴承外壳的热膨胀。
所述空腔设置在所述轴承外壳的下死点周围。所述轴承外壳包括独立式第二半体。所述压缩机入口壳体进一步包括延伸穿过所述轴承外壳的转子轴。所述轴承外壳包括围绕所述轴承外壳的润滑油套管。
通过结合若干附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的技术人员可清楚地了解本发明的这些和其他特征以及改进。
附图说明
图1是已知的燃气涡轮发动机的示意图。
图2是已知的压缩机入口壳体的示意图。
图3是本说明书中所述的压缩机入口壳体的示意图。
图4是图3所示压缩机入口壳体的截面侧视图。
图5是图3所示压缩机入口壳体的一部分的透视图。
元件符号列表：
具体实施方式
现在参阅附图，在附图中，相同数字指代多副附图中的相同元件，图1所示是本说明书所用燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15用于压缩进入气流20。压缩机将压缩气流20传送到燃烧室25。燃烧室25将压缩气流20与压缩燃料流30混合，并点燃所述混合物以生成燃气流35。尽管图中只显示了一个燃烧室25，但燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧室25。燃气流35随后传送到涡轮机40。燃气流35驱动涡轮机40，从而产生机械功。在涡轮机40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，以及诸如发电机等外部负载50。
燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气，和/或其他类型的燃料。燃气涡轮发动机10可为位于美国纽约州斯卡奈塔第(Schenectady，New York)的通用电气公司(General Electric Company)所提供若干不同燃气涡轮发动机中的任意一种燃气涡轮发动机，其包括(但不限于)重型燃气涡轮发动机以及同类燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可具有不同配置，并可使用其他类型的部件。本发明也可使用其他类型的燃气涡轮发动机。本发明也可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机，以及其他类型的发电设备。
图2所示为已知的压缩机入口壳体(compressor inlet casing)55的示意图，所述压缩机入口壳体55用于压缩机15以及同类压缩机。压缩机入口壳体55可包括内承口(inner bellmouth)60，所述内承口60通过若干支柱(struts)70与外承口65隔开。承口60、65用于使气流20的通道进入压缩机15。压缩机入口壳体55还可包括轴承外壳75。所述轴承外壳75可包括整体铸造式下部或第一半体80以及独立式(separate)上部第二半体85。如上所述，所述整体铸造式第一半体80与内承口60一体铸造而成。轴承外壳75支撑其中若干轴承(未图示)以及转子轴45。本说明书中可使用其他部件和其他配置。
图3到5所示为本发明所述的压缩机入口壳体100。与上述类似，压缩机入口壳体100可包括内承口110，所述内承口110通过若干支柱130与外承口120隔开。内承口110可支撑位于其上的轴承外壳140。轴承外壳140可包括整体铸造式第一半体150以及独立式(separate)第二半体160。所述整体铸造式第一半体150可围绕水平中心线170连接到内承口110。除了围绕水平中心线170的连接之外，空腔180可在内承口110和轴承外壳140的整体铸造式第一半体150之间延伸。润滑油套管175可围绕轴承外壳140延伸。本发明还可使用其他部件和其他配置。
因此，在使用时，除了围绕水平中心线之外，轴承外壳140的整体铸造式第一半体150可与内承口110在物理上(physically)隔开。这样，通过空腔180形成的物理隔离使轴承外壳140围绕下死点(bottom dead center)位置190朝内承口110进行任意热膨胀。具体而言，空腔180的大小使之可以包容(accommodate)轴承外壳140的热增长。通过允许轴承外壳140膨胀，转子轴45可保持设置在内承口110的中心线周围。鉴于此种情况，转子轴45的离心率(eccentricity)可最小化。具体而言，可最小化轴承外壳140被流经其中的润滑油以及同类物质加热所造成的影响。
通过避免轴承外壳140的热增长所产生的离心率，整个压缩机间隙可减小，以便提高效率和整体性能。因此，本说明书所述的压缩机入口壳体100具有此类改进的性能，而且提供具有整体铸造式第一半体150的轴承外壳140以使整体成本降低。
应清楚地了解，上述说明仅涉及本发明的某些实施例。所属领域的技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，本发明的精神和范围由随附的权利要求书及其等效物定义。

Claims (19)

1. 一种压缩机入口壳体，包括：
内承口；以及
轴承外壳；
其中所述轴承外壳包括整体铸造式第一半体，其连接到所述内承口；以及
空腔，其位于所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体内，以适应所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体的热膨胀。
2. 根据权利要求1所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述空腔设置在所述轴承外壳的下死点周围。
3. 根据权利要求1所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述轴承外壳包括独立式第二半体。
4. 根据权利要求1所述的压缩机入口壳体，其特征在于，进一步包括外承口，其环绕所述内承口。
5. 根据权利要求4所述的压缩机入口壳体，其特征在于，进一步包括多个支柱，其连接所述内承口和所述外承口。
6. 根据权利要求1所述的压缩机入口壳体，其特征在于，进一步包括延伸穿过所述轴承外壳的转子轴。
7. 根据权利要求1所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述空腔的大小适应所述轴承外壳的热膨胀。
8. 根据权利要求1所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述轴承外壳包括围绕所述轴承外壳的润滑油套管。
9. 一种用于运行压缩机的方法，包括：
整体铸造压缩机入口壳体中轴承外壳的第一半体；
旋转所述轴承外壳内的转子轴；
使润滑油套管围绕所述轴承外壳延伸；以及
使所述轴承外壳在空腔内热膨胀，所述空腔位于所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体内，以适应所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体的热膨胀。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，整体铸造压缩机入口壳体中轴承外壳的第一半体的步骤包括围绕水平中心线连接所述轴承外壳的所述第一半体和所述压缩机入口壳体。
11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述轴承外壳热膨胀的步骤包括在不改变所述转子轴的位置的情况下，使所述轴承外壳热膨胀。
12. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述轴承外壳热膨胀的步骤包括在不改变所述轴的横向位置的情况下，使所述轴承外壳热膨胀。
13. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压缩机入口壳体包括用于使穿过压缩机的空气通过的承口。
14. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括减小压缩机间隙的步骤。
15. 一种压缩机入口壳体，包括：
内承口；以及
轴承外壳；
其中所述轴承外壳包括整体铸造式第一半体，其围绕水平中心线连接到所述内承口；以及
空腔，其位于所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体内，以适应所述轴承外壳的所述整体铸造式第一半体的热膨胀。
16. 根据权利要求15所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述空腔设置在所述轴承外壳的下死点周围。
17. 根据权利要求15所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述轴承外壳包括独立式第二半体。
18. 根据权利要求15所述的压缩机入口壳体，其特征在于，进一步包括延伸穿过所述轴承外壳的转子轴。
19. 根据权利要求15所述的压缩机入口壳体，其特征在于，所述轴承外壳包括围绕所述轴承外壳的润滑油套管。
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