CN102852564A - 用于支撑喷嘴组件的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于支撑喷嘴组件的系统和方法。更具体而言，一种用于支撑喷嘴组件(10)的系统包括连接到静止构件的第一部件(36)和从第一部件(36)径向地延伸通过喷嘴组件(10)的至少一部分的第二部件(38)。第二部件(38)的远端(40)从第一部件(36)径向地移位且被构造成接触喷嘴组件(10)。一种用于支撑喷嘴组件(10)的方法包括将第一部件(36)连接到静止构件以及使第二部件(38)从第一部件(36)径向地延伸通过喷嘴组件(10)的至少一部分。该方法还包括使第二部件(38)的远端(40)接触到喷嘴组件(10)，其中远端(40)从第一部件(36)径向地移位。

Description

用于支撑喷嘴组件的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及用于支撑喷嘴组件的系统和方法。在本发明的特定实施例中，支撑件径向延伸通过喷嘴组件的一部分以减小在喷嘴组件中的蠕变效应。
背景技术
也被称为定子或定子组件的喷嘴组件通常包括在各种形式的商用设备中。例如，压缩机和涡轮机通常包括喷嘴组件和旋转叶片的交替的级，如本领域已知的那样。每个喷嘴组件通常包括连接到外侧壁和内侧壁的一个或更多翼型件。外侧壁通常固定地附连到诸如护罩或壳体的静止构件，并且内侧壁通常靠近诸如转子或转子轮(rotor wheel)的一个或更多旋转构件。这样，外侧壁为喷嘴组件提供悬臂支撑件，其中翼型件基本上垂直于流体流径向向内延伸，以将流体流导向至下游级旋转叶片或动叶上。
随时间推移，经过喷嘴组件的流体流可能使喷嘴组件的形状和/或轮廓塑性变形，这种情况也称为“蠕变”。蠕变效应是具有悬臂喷嘴组件的燃气涡轮机中的主要失效机制之一。具体而言，随时间推移，经过喷嘴组件的流体流导致内侧壁在流体流的方向上移动。内侧壁的偏斜可以减小在内侧壁和旋转构件之间的间隙，从而限制在内侧壁和旋转构件之间的冷却流。内侧壁和旋转构件之间的减小冷却流可导致旋转构件的过度温度和最终失效。此外，过度蠕变可导致静止喷嘴组件开裂和/或偏斜到旋转构件中，从而导致对静止喷嘴组件和旋转构件两者的严重损坏并需要昂贵的修理。结果，喷嘴组件的轴向长度可能需要增加，以便减小在预期寿命期内发生在喷嘴组件中的蠕变效应或蠕变量，从而导致压缩机或涡轮机的长度的对应增加。
在本领域中已知用于减小或阻止喷嘴组件中的蠕变效应的各种系统和方法。例如，可以在喷嘴组件的翼型件和/或侧壁的制造中使用更耐蠕变效应的超合金。备选地或此外，翼型件和/或侧壁的形状和/或厚度可以增加以减小随时间推移发生的蠕变量。最后，可以在翼型件内部供应冷却介质以降低喷嘴组件的表面温度，从而减小蠕变。虽然已经证明这些系统和方法对于减小蠕变效应是有效的，但实现这些系统和方法的成本可能是很高的。因此，用于支撑喷嘴组件以减小蠕变效应的改进的系统和方法将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点在下面阐述在以下描述中，或者根据该描述可能是显而易见的，或者可通过实施本发明来了解。
本发明的一个实施例是一种用于支撑喷嘴组件的系统，该系统包括连接到静止构件的第一部件和从第一部件径向地延伸通过喷嘴组件的至少一部分的第二部件。第二部件的远端从第一部件径向地移位且被构造成接触喷嘴组件。
本发明的另一实施例是一种用于支撑喷嘴组件的系统，该系统包括支撑件，其中支撑件的至少一部分径向地延伸通过喷嘴组件的至少一部分且接触该喷嘴组件。该系统还包括用于将支撑件的至少一部分连接到靠近喷嘴组件的静止构件的装置。
本发明还可包括一种用于支撑喷嘴组件的方法。该方法包括将第一部件连接到静止构件以及使第二部件从第一部件径向地延伸通过喷嘴组件的至少一部分。该方法还包括使第二部件的远端接触到喷嘴组件，其中远端从第一部件径向地移位。
通过回顾说明书，本领域的普通技术人员将更好地意识到这样的实施例及其它实施例的特征和方面。
附图说明
包括参考附图，在说明书的其余部分中更具体地阐述了本发明的全面且能够实施的公开，包括对于本领域技术人员而言的其最佳模式，在附图中：
图1是示例性喷嘴的透视图；
图2是根据本发明的第一实施例的用于支撑喷嘴组件的系统的透视图；
图3是根据本发明的第二实施例的用于支撑喷嘴组件的系统的透视图；
图4是根据本发明的第三实施例的用于支撑喷嘴组件的系统的侧视图；以及
图5是根据本发明的第四实施例的用于支撑喷嘴组件的系统的侧视图。
附图标记：
10     喷嘴组件
12     静叶
14     前缘
16     后缘
18     真空侧
20     压力侧
22     内侧壁
24     外侧壁
30     支撑件
32     壳体
34     内护罩
36     第一部件
38     第二部件
40     远端
42     槽脊(land)
44     凹口
46     第一制动器(detent)
48     第一部件的第一端
50     第一部件的第二端
52     第二制动器。
具体实施方式
现在将详细提及本发明的当前实施例，其一个或更多示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或相似的部分。
每个示例以本发明的说明而不是本发明的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出修改与变型。例如，作为一个实施例的部分显示或描述的特征可用于另一实施例而产生又一实施例。因此，本发明意图覆盖落入所附权利要求及其等同的范围内的这种修改与变型。
本发明的各种实施例提供了用于支撑喷嘴组件的改进的系统和方法。在特定实施例中，连接到一个或更多静止构件的支撑件在喷嘴组件的至少一部分的内部径向地延伸且连接到喷嘴组件。通过使支撑件在喷嘴组件内部延伸，可以将支撑件和与通过热气路径的流体流相关联的高温绝热。此外，通过使支撑件在喷嘴组件内部延伸，支撑件的形状不需要是空气动力学的，而是可以包括更理想地适于在机械上加强喷嘴组件的形状。因此，由支撑件提供的额外机械加强可以允许在喷嘴组件的制造中使用更加廉价的材料、通过喷嘴组件的减少的冷却流以及/或者更大的喷嘴组件。
图1示出示例性喷嘴组件10，该喷嘴组件可能被包括到例如压缩机或涡轮机中而为本发明的各种实施例提供语境。如图所示，示例性喷嘴组件10大体包括一对静叶12，每个静叶12具有前缘14、后缘16、真空侧18和压力侧(不可见)。前缘14通常是圆形的，并且后缘16通常是尖的。真空侧18通常具有凸形弯曲，并且压力侧通常具有凹形弯曲。前缘14、后缘16、真空侧18和压力侧结合而形成用于每个静叶12的翼型件。如图1所示，内侧壁22和外侧壁24可连接一对静叶12而形成喷嘴组件10。外侧壁24然后通常固定地连接到诸如压缩机或涡轮机的护罩或壳体的静止构件，并且内侧壁22通常靠近诸如转子或转子轮的旋转构件。这样，工作流体可以在一对静叶12与内侧壁22和外侧壁24之间从左向右流至下游构件，如图1所示。
图2和图3提供了根据本发明的第一和第二实施例的用于支撑图1所示喷嘴组件10的系统的透视图。在每个实施例中，系统大体上包括连接到靠近喷嘴组件10的静止构件的支撑件30。静止构件可包括例如包封压缩机或涡轮机的壳体32，如图2所示，或者限定热气路径的外周边的护罩34，如图3所示。本领域的普通技术人员可容易意识到，静止构件可事实上包括提供用于将支撑件30牢固地保持就位的合适锚固的任何结构，并且本发明不限于任何特定静止构件，除非在权利要求中具体地陈述。
支撑件30可包括由超合金或能够向喷嘴组件10提供期望结构加强的其它材料形成的多个区段。例如，支撑件30可包括第一部件36和第二部件38，第一部件36和第二部件38的特定取向或几何形状取决于特定实施例。例如，如图2所示，第一部件36和第二部件38可以大致平行于彼此排列，第一部件36径向地延伸且固定地连接到壳体32，并且第二部件38从第一部件36径向地向内延伸通过喷嘴组件10的至少一部分。备选地，如图3所示，第一部件36和第二部件38大致垂直于彼此排列，第一部件36径向地延伸且固定地连接到护罩34，并且第二部件38同样从第一部件36径向地向内延伸通过喷嘴组件10的至少一部分。如图3中最清楚地示出的，第二部件38可包括远端40，远端40从第一部件36径向地移位且被构造成接触喷嘴组件10。例如，如图2和图3所示，远端40被构造成邻接或接触喷嘴组件10的内侧壁22上的槽脊42。这样，支撑件30的至少一部分径向地延伸通过喷嘴组件10的至少一部分并接触喷嘴组件10。由于蠕变效应倾向于将喷嘴组件10的内侧壁22推向右侧，因而如图2和图3所示，第二部件38的远端40通过将力经支撑件30传递到静止构件而抑制或限制内侧壁22的移动。
如图2和图3所示，支撑件30位于喷嘴组件10的至少一部分和喷嘴组件10和壳体32之间的空间内，因此不暴露于流体流的热气路径。结果，支撑件30与热气路径有效地绝热，并且保持相对地不受与热气路径相关联的相比喷嘴组件10更高的温度的影响。此外，支撑件30的形状不需要是空气动力学的，而是可以包括更理想地适于在机械上加强喷嘴组件10的形状。例如，如图2所示，第一部件36和/或第二部件38可包括管或圆柱体，该管或圆柱体比喷嘴组件10的翼型件有效得多地抵抗蠕变效应。备选地，如图3所示，第一部件36和/或第二部件38可包括正方形或矩形工字梁，其类似地相比喷嘴组件10的翼型件更适于抵抗蠕变效应。
在每个实施例中，系统还可包括用于将支撑件30的至少一部分连接到靠近喷嘴组件10的静止构件的装置。该装置可包括用于将一构件连接到另一个的任何合适的结构或设备。例如，该装置可包括螺纹接合、以及搭扣、夹具或者如图2和图3所示的静止构件中的凹部或凹口44，其将支撑件30的第一部件36牢固地保持就位，并且限制或约束第一部件36相对于静止构件的移动。
图4提供了根据本发明的另一实施例的用于支撑图1所示的喷嘴组件10的系统的侧视图。在该特定实施例中，用于将支撑件30的至少一部分连接到静止构件的装置可包括附连到护罩34或其它静止构件的一个或更多制动器或停止器。例如，第一制动器46可以将第一部件36的第一端48固定地连接到护罩34。从第一端48轴向地移位的第一部件36的第二端50与护罩34滑动接合且可相对于护罩34移动，并且位于第二端50附近的第二制动器52限制第二端50相对于护罩34的移动。由于蠕变效应倾向于将向右推动喷嘴组件10的内侧壁22推向右侧，因而如图4所示，喷嘴组件10的内侧壁22上的槽脊42将第二部件38的远端40推向右侧。当第二部件38的远端40向右移动时，支撑件30逆时针旋转，直到第一部件36的第二端50邻接或接触第二制动器52。第二制动器52阻止或限制支撑件30的进一步移动，这继而阻止或限制内侧壁22的进一步移动。
图5提供了根据本发明的又一个实施例的用于支撑图1所示的喷嘴组件10的系统的侧视图。在该特定实施例中，第一制动器46和第二制动器52将第一部件36的第一端48和第二端50连接到护罩34或其他静止构件。由于蠕变效应倾向于将喷嘴组件10的内侧壁22推向右侧，因而如图5所示，喷嘴组件10的内侧壁22上的槽脊42向右移动，直到其邻接或接触第二部件38的远端40。在该点处，第二部件38的远端40将由槽脊42施加的力通过支撑件30传递到第一制动器46和第二制动器52。第一制动器46和第二制动器52阻止或限制支撑件30的移动，这继而阻止或限制内侧壁22的进一步移动。
图2-图5所示的各种实施例也可用来提供用于支撑喷嘴组件10的方法。该方法大体上包括将第一部件36连接到诸如壳体32或护罩34的静止构件。该方法还包括使第二部件38从第一部件36径向地向内延伸通过喷嘴组件10的至少一部分以及使第二部件38的远端40接触到喷嘴组件10。在特定实施例中，该方法还可包括将第一部件36大致垂直于或平行于第二部件38排列。此外，该方法可包括将所述第一部件38的第二端50滑动地连接到静止构件以及使所述第一部件38的第二端50与第二制动器52接触而限制第二端50的移动。
关于图2-图5描述及示出的各种实施例提供了超过现有技术的若干优点以限制或阻止蠕变效应。例如，由支撑件30向喷嘴组件10提供的加强允许喷嘴组件10暴露于更高的温度，而不增加在喷嘴组件10中产生的蠕变量。备选地或此外，喷嘴组件10可以使用不再需要经受蠕变效应的更加廉价的材料来制造。此外，支撑件30可以允许减小喷嘴组件10的轴向长度，从而减小涡轮机或压缩机的总长度。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利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示例。如果这种其它示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种用于支撑喷嘴组件(10)的系统，包括：
   第一部件(36)，连接到静止构件；
   第二部件(38)，从所述第一部件(36)径向地延伸通过所述喷嘴组件(10)的至少一部分；并且
   所述第二部件(38)的远端(40)从所述第一部件(36)径向地移位且被构造成接触所述喷嘴组件(10)。
2.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一部件(36)连接到护罩(34)或壳体(32)中的至少一个。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一部件(36)大致垂直于所述第二部件(38)排列。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一部件(36)大致平行于所述第二部件(38)排列。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一部件包括固定地连接到所述静止构件的第一端(48)和从所述第一端轴向地移位的第二端，其中，所述第二端可以相对于所述静止构件移动。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括靠近所述第二端的制动器(46, 52)，其中，所述制动器(46, 52)被构造成接触所述第二端而限制所述第二端的移动。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一部件(36)或所述第二部件(38)中的至少一个包括圆柱体。
8.一种用于支撑喷嘴组件(10)的方法，包括：
   将第一部件(36)连接到静止构件；
   使第二部件(38)从所述第一部件(36)径向地延伸通过所述喷嘴组件(10)的至少一部分；以及
   使所述第二部件(38)的远端(40)接触到所述喷嘴组件(10)，其中，所述远端(40)从所述第一部件(36)径向地移位。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一部件(36)固定地连接到护罩(34)或壳体(32)中的至少一个。
10.根据权利要求8至9中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一部件(36)大致垂直于所述第二部件(38)排列。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一部件的第一端(48)固定地连接到所述静止构件以及将所述第一部件的第二端(50)滑动地连接到所述静止构件，其中，所述第一部件的所述第二端(50)从所述第一端轴向地移位。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括使所述第一部件的所述第二端(50)与靠近所述第二端的制动器(46, 52)接触，其中，所述制动器(46, 52)被构造成接触所述第二端而限制所述第二端的移动。
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