CN102996189B - 涡轮机壳体组件安装销 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮机壳体组件安装销。在本发明的某些实施例中，公开了涡轮机壳体组件。涡轮机壳体组件包括内壳体和围绕内壳体的外壳体。外壳体包括沿着凸缘连接在一起的第一外壳体部分和第二外壳体部分。两个螺栓延伸穿过凸缘并将第一外壳体部分和第二外壳体部分连接在一起。销包括具有第一直径的第一分段和具有第二直径的第二分段，该销延伸穿过内壳体和外壳体、并且相对于外壳体支撑内壳体。销具有比第二直径大的第一直径，并且沿着凸缘的轴线定位在两个螺栓之间。

Description

涡轮机壳体组件安装销
技术领域
本发明大体涉及涡轮机壳体组件安装销及其使用方法。在具体实施例中，安装销以减少内壳体和外壳体之间的变形和偏心、并传递力矩和重力载荷的方式对内壳体与外壳体进行连接。
背景技术
常规涡轮机壳体一般包括围绕一个或多个内涡轮机壳体的一个或多个外涡轮机壳体。外涡轮机壳体经常分成两个半球形壳体，两个半球形壳体通过在水平面上的凸缘以螺栓连接在一起，以促进维护和维修。内涡轮机壳体通常通过销的一个或多个轴向分隔开的周向阵列被支撑到外涡轮机壳体。
通常，在瞬态涡轮机操作期间采用主动间隙控制来使内涡轮机壳体和外涡轮机壳体彼此径向移位。这具有控制叶片(bucket)和护罩之间的叶尖间隙的效果，只要防止叶片尖端瞬间接触护罩并由此防止摩擦护罩，这就是有利的，因为减小叶尖间隙通过减少叶尖泄露而改进涡轮机性能。
对于呈很多构造的主动和被动系统而言，由于内涡轮机壳体和外涡轮机壳体各自的组件的不同的热生长，因此在内涡轮机壳体和外涡轮机壳体之间产生相对运动。前述的用于正切地将外涡轮机壳体与内涡轮机壳体连接的销可以减小由相对运动引起的偏心。但是，如果主要的竖直支撑销放置成接近优选的中心线支撑的构造、并因此与外壳体螺栓连接的凸缘相交，则这些销会影响外壳体螺栓间距。在用销固定的位置处更宽的螺栓间距会导致水平接合部向外泄露，并因此导致性能降低。
因此，需要这样的销，该销能够安装内涡轮机壳体与外涡轮机壳体而不会影响外涡轮机壳体螺栓间距。与这样的销有关的方法也将是有利的。
发明内容
本发明的各个方面和优点将在下面的描述中阐明，或者根据说明书将变得显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。
在本发明的某些实施例中，描述了涡轮机壳体组件。涡轮机壳体组件包括内壳体和围绕内壳体的外壳体。外壳体包括沿着凸缘连接在一起的第一外壳体部分和第二外壳体部分。两个螺栓延伸穿过凸缘，并将第一外壳体部分和第二外壳体部分连接在一起。销包括具有第一直径的第一分段和具有第二直径的第二分段，该销延伸穿过内壳体和外壳体、并且相对于外壳体支撑内壳体。销具有比第二直径大的第一直径，并且沿着凸缘的轴线定位在两个螺栓之间。
所述销还包括内销和外销，所述内销限定所述第一直径和所述第二直径，所述外销构造成容纳所述内销的至少一部分。所述外销构造成围绕所述内销的一部分。所述第二直径小于所述两个螺栓之间的距离。所述外销能够相对于所述内销旋转。所述内销还包括与所述外销接触的接触垫。所述外销还包括接触垫，所述外销的接触垫大致与所述内销的接触垫对准，所述外销的接触垫与涡轮机壳体接触。所述内壳体包括沿着凸缘连接在一起的第一内壳体和第二内壳体。
在本发明的其他实施例中，描述了一种涡轮机。涡轮机包括内壳体和外壳体。内壳体带有喷嘴和护罩，护罩围绕位于内壳体内由涡轮机转子所携带的叶片的尖端。外壳体具有沿着凸缘连接在一起的第一外壳体部分和第二外壳体部分。两个螺栓延伸穿过凸缘，并将第一外壳体部分和第二外壳体部分连接在一起。销包括具有第一直径的第一分段和具有第二直径的第二分段，该销延伸穿过内壳体和外壳体、并且相对于外壳体支撑内壳体。第一直径大于第二直径。销定位在两个螺栓之间。
所述销还包括内销和外销，所述内销限定所述第一直径和所述第二直径，所述外销构造成容纳所述内销的至少一部分。所述外销构造成围绕所述内销的一部分。所述第二直径小于所述两个螺栓之间的距离。所述外销能够相对于所述内销旋转。所述内销还包括与所述外销接触的接触垫。所述外销还包括接触垫，所述外销的接触垫大致与所述内销的接触垫对准，所述外销的接触垫与涡轮机壳体接触。所述内壳体包括沿着凸缘连接在一起的第一内壳体和第二内壳体。
在本发明的其他实施例中，描述了一种用于组装涡轮机壳体的方法。该方法包括使用销将内壳体和外壳体连接在一起，销包括具有第一直径的第一分段和具有第二直径的第二分段。第一直径大于第二直径，销延伸穿过内壳体和外壳体。该方法包括使用两个螺栓将第一外壳体部分和第二外壳体部分连接在一起，销定位在两个螺栓之间。该方法还包括用外壳体围绕内壳体。
所述方法中的所述销还包括内销和外销，所述内销限定所述第一直径和所述第二直径，所述外销构造成容纳所述内销的至少一部分。所述外销构造成围绕所述内销的一部分。所述第二直径小于所述两个螺栓之间的距离。
在查阅说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这些实施例的特征和各个方面以及其他内容。
附图说明
在说明书剩余部分中更具体地阐明本发明的完全和能够实现的公开(包括针对本领域技术人员的其最佳实施方式)，说明书剩余部分包括对附图的参照，其中：
图1是根据本发明的某些实施例的涡轮机的横截面透视图；
图2是根据本发明的某些方面的在图1中所示的涡轮机壳体的横截面示意图；
图3A、3B、3C示出根据本发明的某些方面的销组件的放大示图；
图4示出根据本发明的某些方面的位于螺栓之间的销组件的透视图；和
图5示出根据本发明的某些方面的位于螺栓之间的销组件的透视图。
附图标记列表：
10涡轮机壳体组件44燕尾榫
12外壳体46护罩
14内壳体48护罩
16喷嘴50螺栓
18喷嘴52凸缘
20转子54销组件
22轴线56内销部分
24轮58外销部分
26轮60台肩
28中介间隔件62径向端
30安装叶片64螺栓分段
32螺栓66分段
36前段67最外端
38后段68内螺母
40环形肋70接触垫
42燕尾榫71头部
82对准扇形部
72螺栓分布圆84接触垫
74螺栓开口85脊部
76螺栓86孔盖
78对准部分125上部外壳体
80螺栓开口126下部外壳体
145上部内壳体146下部内壳体
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，实施例的一个或多个示例在附图中示出。详细的描述使用数字和符号名称来表示附图中的特征。附图和说明书中相同或类似的名称被用于表示本发明的相同或类似的部件。
每个示例提供用以解释本发明，而不是作为对本发明的限制。实际上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可以用于另一实施例，以获得又一实施例。因此，本发明意欲覆盖在所附权利要求书及其等同的范围内的这些修改和变化。
参照图1，示出涡轮机壳体组件10的横截面，涡轮机壳体组件10具有外结构壳体12和由外壳体12支撑的内壳体14。内壳体14带有喷嘴16和18的阵列，喷嘴16和18分别形成涡轮机的第一级和第二级的部分。内壳体14还围绕转子，转子一般表示为20、并可围绕轴线22旋转。转子20包括安装在轮上的叶片的周向阵列，轮与间隔件交替地布置，轮和间隔件形成转子的主体。例如，示出第一级轮24和第二级轮26以及中介间隔件28，轮24和26分别安装叶片28和30。应当理解，各级的叶片和喷嘴部分地限定经过涡轮机的环状热气路径。转子的轮和间隔件通过螺栓32彼此固定，螺栓32围绕转子沿周向彼此分隔开。
图2示出根据本发明的一个实施例的组件10的示意性端部示图。涡轮机组件10一般地包括一个或多个内壳体14、以及一个或多个外壳体12。一个或多个内壳体14和外壳体12通常由合金、超合金、经涂覆的陶瓷、或能够承受与涡轮机有关的温度的其他材料制成。例如，用于燃气涡轮机系统中的涡轮机的壳体将由能够承受与喷嘴以及护罩钩有关的温度的材料制成，这些温度受到流过燃气涡轮机系统的燃烧气体等因素的影响。
再次参照图1，内壳体14包括通过径向延伸的环形肋40进行互连的前段36和后段38。前段36和后段38是环形的，并且分别具有径向向内定向的燕尾榫42和44以承载护罩46和48。护罩提供与叶片尖端的最小间隙。应当理解，内壳体14沿着与转子轴线正交的、并且位于轴向位置(优选为与第一和第二级叶片和护罩对准的轴向位置)的径向平面被固定到外壳体。
外壳体12通常围绕一个或多个内壳体14，并共同形成涡轮机10。以此方式，内壳体14一般符合旋转组件的外周边，并且外壳体12提供围绕旋转组件的包围设置(enclosure)。
再次参照图2，示意性示出涡轮机10的横截面示图，涡轮机10由分别的上部外壳体125和下部外壳体126、分别的上部内壳体145和下部内壳体146、以及转子20组成。螺栓50沿着凸缘52将上部外壳体125和下部外壳体126彼此固定，凸缘52可以在涡轮机10的任一侧上延伸越过水平中间线的一部分。参照如本文中使用的螺栓50，术语“螺栓”表示定位在凸缘螺栓开口中的任意结构，例如，螺栓、双头螺栓、销等。
为了相对于外壳体支撑内壳体，一个或多个销组件54穿过外壳体12以与内壳体14连接。例如，销组件可以穿过外壳体12的凸缘52。一个或多个销组件54可以沿着每个凸缘52分隔开，凸缘52在涡轮机10的任一侧上延伸越过水平中间线的一部分。
参照图3A至图3C，示出销组件54。销组件54包括内销部分56和外销部分58。外销的内孔与外销的外径不同心。这使得外销能够旋转，并因此改变内销的中心线位置。偏心销经常使用在涡轮机系统中以实现内壳体相对于转子的精确外部对准能力。内销部分56在内销部分56的径向最内端62上包括扩大台肩60。台肩60可以具有大致方形的形状，台肩60与由内壳限定的互补凹形接收件相互配合(如图2所示)。螺栓分段64从台肩60延伸，并且可以具有大致圆柱形的形状。螺栓分段64可以包括一个或多个接触垫70，接触垫70允许进行与外销部分58的确定性装载。螺栓分段64包括分段66，分段66具有较小直径以使得销组件54适于容纳定位在两个螺栓之间，如本说明书中将进一步描述的。内销部分56的最外端67可以限定螺纹，以接收内螺母68。
外销部分58包括放大的头部71，头部71具有螺栓(分布)圆72，螺栓分布圆72具有一个或多个沿周向限定的螺栓开口74。螺栓分布圆还限定开口80，内销部分56的最外端67可以延伸穿过开口80。螺栓开口可以构造成接收一个或多个螺栓76，螺栓76通过摩擦与外销旋转相互作用，这可以设定内涡轮机壳体和外涡轮机壳体的对准。对准部分78从螺栓分布圆72延伸，并限定与螺栓分布圆开口80连通的开口(未示出)，该开口可以接收内销部分、并且在组件的对准要求内进行组装之后允许外销旋转。对准部分包括接触垫84，接触垫84允许与内涡轮机壳体和外涡轮机壳体的确定性装载，并且接触垫84大致与内销部分的接触垫70对准。对准部分包括一个或多个对准扇形部82，对准扇形部82允许将销组件54定位在两个螺栓之间，如本说明书中将进一步描述的。对准扇形部82部分地由脊部85限定，每个脊部85的宽度近似等于、或小于螺栓分段64的分段66的直径，以允许在组装之后在组件对准期间实现外销旋转、以及随后的内销偏心。以此方式，对准部分78不会阻碍对上部外壳体和下部外壳体进行固定的螺栓。
在组装时，内销部分56可以与内壳体部分配合(interface)，并且连接到外销部分58，外销部分58穿过外壳体凸缘而接触外壳体。内螺母68可以将内销部分56固定到外销部分58，并且可以被孔盖86覆盖，孔盖86固定到螺栓分布圆72。
如图4和图5所示，销组件54可以用于穿过外涡轮机壳体14的水平接合凸缘52对内涡轮机壳体(未示出)进行安装和/或对准，而不会影响外壳体螺栓50的间距、和/或不会泄露。例如，图5表示内涡轮机壳体和外涡轮机壳体未示出的示图，从图5可以看出，分段66和脊部85允许将销组件定位在螺栓50之间，螺栓50用于对上部外壳体和下部外壳体进行固定。
本领域普通技术人员将很容易理解，以上参照图1至图5描述的结构提供一种用于组装涡轮机10的方法。该方法大致包括使用如本说明书所述的销组件将内壳体和外壳体连接在一起。使用两个螺栓将第一外壳体部分和第二外壳体部分连接在一起。用外壳体围绕内壳体。
实验测试和计算机生成的模型表示出本发明的各种实施例可以相比于现有的涡轮机壳体组装机构和方法具有一项或多项优势。本说明书描述的销组件可以提供用于确保在组装期间将内壳体12同心地附接到外壳体14的方便可靠结构，而不会影响壳体螺栓间距、和/或不会泄露。
本说明书使用示例来公开本发明(包括最佳实施方式)，还使得任意本领域技术人员可实现本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求书的范围。

Claims (17)

1.一种涡轮机壳体组件，其包括：
内壳体；
外壳体，所述外壳体围绕所述内壳体，其中所述外壳体包括沿着凸缘连接在一起的上部外壳体部分和下部外壳体部分；
两个螺栓，所述两个螺栓延伸穿过所述凸缘、并将所述上部外壳体部分和所述下部外壳体部分连接在一起；和
在所述两个螺栓之间延伸穿过所述外壳体的销组件，所述销组件包括内销部分和外销部分，其中所述内销部分至少部分套设于所述外销部分内，所述内销部分具有螺栓分段，所述内销部分包括位于所述螺栓分段一端的扩大肩部和位于所述螺栓分段另一端的螺纹部分，其中所述扩大肩部与所述内壳体接合，所述螺纹部分从所述外壳体径向向外延伸；所述外销部分具有头部和对准部分，所述对准部分包括具有脊部的对准扇形部，所述销组件延伸穿过所述内壳体和所述外壳体，并且所述销组件相对于所述外壳体支撑所述内壳体，所述内销部分的所述螺栓分段和所述外销部分的所述脊部使得所述销组件沿着第一和第二凸缘的轴线定位在所述两个螺栓之间。
2.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其特征在于，所述螺栓分段包括具有第一直径的部分和具有第二直径的部分，所述第二直径小于所述第一直径，其中所述具有第二直径的部分延伸穿过所述外销部分。
3.根据权利要求2所述的涡轮机壳体组件，其特征在于，所述第二直径小于所述两个螺栓之间的距离。
4.根据权利要求2所述的涡轮机壳体组件，其特征在于，所述外销部分能够相对于所述内销部分旋转。
5.根据权利要求2所述的涡轮机壳体组件，其特征在于，所述内销部分还包括与所述外销部分接触的接触垫。
6.根据权利要求5所述的涡轮机壳体组件，其特征在于，所述外销部分还包括接触垫，所述外销部分的接触垫与所述内销部分的接触垫对准，所述外销部分的接触垫与涡轮机壳体接触。
7.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其特征在于，所述内壳体包括沿着凸缘连接在一起的第一内壳体和第二内壳体。
8.一种涡轮机，其包括：
内壳体，所述内壳体带有喷嘴和护罩，所述护罩围绕位于所述内壳体内由涡轮机转子所携带的叶片的尖端；
外壳体，所述外壳体围绕所述内壳体，其中所述外壳体包括沿着凸缘连接在一起的上部外壳体和下部外壳体；
两个螺栓，所述两个螺栓延伸穿过所述凸缘、并将所述上部外壳体和所述下部外壳体连接在一起；和
在所述两个螺栓之间延伸穿过所述外壳体的销组件，所述销组件包括内销部分和外销部分，其中所述内销部分至少部分套设于所述外销部分内，所述内销部分具有螺栓分段，所述内销部分包括位于所述螺栓分段一端的扩大肩部和位于所述螺栓分段另一端的螺纹部分，其中所述扩大肩部与所述内壳体接合，所述螺纹部分从所述外壳体径向向外延伸；所述外销部分具有头部和对准部分，所述对准部分包括具有脊部的对准扇形部，所述销组件延伸穿过所述内壳体和所述外壳体，并且所述销组件相对于所述外壳体支撑所述内壳体，所述内销部分的所述螺栓分段和所述外销部分的所述脊部使得所述销组件定位在所述两个螺栓之间。
9.根据权利要求8所述的涡轮机，其特征在于，所述螺栓分段包括具有第一直径的部分和具有第二直径的部分，所述第二直径小于所述第一直径，其中所述具有第二直径的部分延伸穿过所述外销部分。
10.根据权利要求9所述的涡轮机，其特征在于，所述第二直径小于所述两个螺栓之间的距离。
11.根据权利要求9所述的涡轮机，其特征在于，所述外销部分能够相对于所述内销部分旋转。
12.根据权利要求9所述的涡轮机，其特征在于，所述内销部分还包括与所述外销部分接触的接触垫。
13.根据权利要求12所述的涡轮机，其特征在于，所述外销部分还包括接触垫，所述外销部分的接触垫与所述内销部分的接触垫对准，所述外销部分的接触垫与涡轮机壳体接触。
14.根据权利要求8所述的涡轮机，其特征在于，所述内壳体包括沿着凸缘连接在一起的第一内壳体和第二内壳体。
15.一种用于组装涡轮机壳体的方法，其包括：
a.使用销组件将内壳体和外壳体连接在一起，所述销组件包括内销部分和外销部分，其中所述内销部分至少部分套设于所述外销部分内，所述内销部分具有螺栓分段，所述内销部分包括位于所述螺栓分段一端的扩大肩部和位于所述螺栓分段另一端的螺纹部分，其中所述扩大肩部与所述内壳体接合，所述螺纹部分从所述外壳体径向向外延伸；所述外销部分具有头部和对准部分，所述对准部分包括具有脊部的对准扇形部，所述销组件延伸穿过所述内壳体和所述外壳体；
b.使用两个螺栓将第一外壳体部分和第二外壳体部分连接在一起，所述销组件的所述内销部分的所述螺栓分段和所述外销部分的所述脊部使得所述销组件定位在所述两个螺栓之间；以及
c.用所述外壳体围绕所述内壳体。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述螺栓分段包括具有第一直径的部分和具有第二直径的部分，所述第二直径小于所述第一直径，其中所述具有第二直径的部分延伸穿过所述外销部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二直径小于所述两个螺栓之间的距离。
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