CN103195516B - 涡轮机械系统及其部件和将盖板连接到涡轮机械部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡轮机械系统及其部件和将盖板连接到涡轮机械部件的方法。所述涡轮机械部件包括主体，主体具有延伸到第二端的第一端。第一端和第二端中的一者包括安装元件和安装部件。盖板布置在第一端和第二端中的一者处以建立界面区域。盖板包括安装构件和安装部分，安装构件构造成与安装元件对准，安装部分构造成与安装部件对准。紧固件构件构造并设置成与安装元件和安装构件配合以沿着至少两个轴线将盖板约束到主体，并且界面区域没有冶金结合。
Description
技术领域
本发明所公开的主题涉及涡轮机械领域，更具体地涉及涡轮机械部件的盖板。
背景技术
很多涡轮机械包括压缩机部分和燃烧器组件，压缩机部分经由共用压缩机/涡轮机轴或转子连接到涡轮机部分。压缩机部分引导压缩空气流朝着燃烧器组件经过若干连续级。在燃烧器组件中，压缩空气流与燃料混合以形成可燃烧混合物。可燃烧混合物在燃烧器组件中燃烧以形成热气体。热气体通过过渡件被引导至涡轮机部分。热气体膨胀经过产生输出的功的涡轮机部分，以例如为发电机、泵提供动力或向飞机提供动力。除了提供用于燃烧的压缩空气之外，压缩空气流的一部分出于冷却目的而经过涡轮机部分。
压缩空气流用于冷却目的的部分经常流过暴露于热气体的部件。相应地，很多涡轮机械部件包括内部通路，内部通路提供用于冷却空气流的导管。通常这些部件通过各种超合金材料形成为具有内部通道，然后配备有以具体方式阻止或传送冷却空气流的附加结构(例如，盖板、挡板等)。附加结构通常被焊接至部件。
发明内容
根据示例性实施例的一个方面，本发明提供一种涡轮机械部件，其包括主体，主体具有延伸到第二端的第一端。第一端和第二端中的一者包括安装元件和安装部件。盖板布置在第一端和第二端中的一者处以建立界面区域。盖板包括安装构件和安装部分，安装构件构造成与安装元件对准，安装部分构造成与安装部件对准。紧固件构件构造并设置成与安装元件和安装构件配合以沿着至少两个轴线将盖板约束到主体，并且界面区域没有冶金结合(metallurgical bond)。
所述安装部件与所述安装部分相互作用，以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。所述安装元件包括第一开口，所述安装构件包括第二开口，所述第二开口构造并设置成与所述第一开口对准。所述安装元件包括第一安装元件和第二安装元件，所述安装构件包括第一安装构件和第二安装构件，所述第一安装构件和所述第二安装构件构造并设置成与所述第一安装元件和所述第二安装元件中相应的一者对准。所述第一安装元件和所述第二安装元件中的每一者包括相应的第一开口和第二开口，所述第一安装构件和所述第二安装构件中的每一者包括相应的第三开口和第四开口，所述第三开口和所述第四开口构造并设置成与所述第一开口和所述第二开口对准以形成相应的第一紧固件通道和第二紧固件通道。
所述紧固件构件包括第一紧固件和第二紧固件，所述第一紧固件构造并设置成以第一公差延伸穿过所述第一紧固件通道，所述第二紧固件构造并设置成以第二公差延伸穿过所述第二紧固件通道。所述第一公差不同于所述第二公差。所述安装部件包括所述主体的表面部段，所述安装部分包括所述盖板的表面部分。所述表面部段包括第一成角度表面部段，所述表面部分包括第二成角度表面部分，所述第二成角度表面部分构造成与所述第一成角度表面部段配合以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。
根据示例性实施例的另一方面，本发明提供一种不用焊接将盖板连接到涡轮机械部件的方法，包括将盖板定位在涡轮机械部件上；使形成于设置在涡轮机械部件上的安装元件中的开口与形成于设置在盖板上的安装构件上的开口对准，以建立紧固件通道；和将紧固件插入穿过紧固件通道，以沿着至少两个轴线将盖板约束到涡轮机械部件。
所述方法还包括：使所述涡轮机械部件上的安装部件与所述盖板 上的安装部分对准，以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述涡轮机械部件。使所述涡轮机械部件上的所述安装部件与所述盖板上的所述安装部分对准的步骤包括使所述盖板的成角度表面部段与所述涡轮机械部件的成角度部分嵌套。使形成于所述安装元件中的开口与形成于所述安装构件上的开口对准的步骤包括：使形成于第一安装元件上的第一开口与形成于第一安装构件上的第一开口对准以建立第一紧固件通道，并且使形成于第二安装元件上的第二开口与形成于第二安装构件上的第二开口对准以建立第二紧固件通道。将所述紧固件插入穿过所述紧固件通道的步骤包括将第一紧固件插入穿过所述第一紧固件通道并将第二紧固件插入穿过所述第二紧固件通道。
所述方法还包括使用第一力将所述第一紧固件插入穿过所述第一紧固件通道、和使用第二力将所述第二紧固件插入穿过所述第二紧固件通道，所述第二力不同于所述第一力。
根据示例性实施例的另一方面，本发明提供一种涡轮机械系统，其包括压缩机部分、机械连接至压缩机部分的涡轮机部分、流体连接至压缩机部分和涡轮机部分的燃烧器组件、和涡轮机械部件，涡轮机械部件可操作地与压缩机部分、涡轮机部分和燃烧器组件中的一者相关联。涡轮机械部件包括主体，主体具有延伸到第二端的第一端。第一端和第二端中的一者包括安装元件和安装部件。盖板布置在第一端和第二端中的一者处以建立界面区域。盖板包括安装构件和安装部分，安装构件构造成与安装元件对准，安装部分构造成与安装部件对准。紧固件构件构造并设置成与安装元件和安装构件配合以沿着至少两个轴线将盖板约束到主体，并且界面区域没有冶金结合。
所述安装部件与所述安装部分相互作用，以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。所述安装元件包括第一安装元件和第二安装元件，所述安装构件包括第一安装构件和第二安装构件，所述第一安装构件和所述第二安装构件构造、并设置成与所述第一安装元件和所述第二安装元件中相应的一者对准。所述第一安装元件和所述第二安装 元件中的每一者包括相应的第一开口和第二开口，所述第一安装构件和所述第二安装构件中的每一者包括相应的第三开口和第四开口，所述第三开口和所述第四开口构造、并设置成与所述第一开口和所述第二开口对准以形成第一紧固件通道和第二紧固件通道，所述第一紧固件通道和所述第二紧固件通道构造并设置成分别容纳第一紧固件和第二紧固件。
所述安装部件包括所述主体的表面部段，所述安装部分包括所述盖板的表面部分，所述表面部段包括第一表面部段，所述表面部分包括第二表面部分，所述第二表面部分构造成与所述第一表面部段配合以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。
根据下列描述并结合附图，这些和其他优点和特征将更加显而易见。
附图说明
视为本发明的主题被具体指出并明确地在说明书结尾处的权利要求书中要求保护。从下列结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点将显而易见，其中：
图1是根据示例性实施例的包括具有盖板的涡轮机械部件的涡轮机械的示意图；
图2是图1的涡轮机械的涡轮机部分的部分横截面图；
图3是根据示例性实施例的具有盖板的涡轮机械部件的部分透视图；和
图4是图3的涡轮机械部件和盖板的部分平面图。
详细的描述通过参照附图为示例对本发明的实施例以及优点和特征进行描述。
具体实施方式
参考图1和图2，一般地以2表示根据本发明示例性实施例构成 的涡轮机械。涡轮机械2包括压缩机部分4，压缩机部分4可操作地连接至涡轮机部分6。燃烧器组件8流体连接至压缩机部分4和涡轮机部分6。燃烧器组件8由多个沿周向间隔开的燃烧器形成，以10表示这些燃烧器中的一者。当然应当理解，燃烧器组件8可以包括其他燃烧器布置。压缩机部分4还经由共用压缩机/涡轮机轴12连接至涡轮机部分6。燃烧器组件8将燃烧产物传送经过过渡件16，而到达涡轮机部分6中的气体路径18。燃烧产物膨胀经过涡轮机部分6，以对例如发电机、泵、飞机等提供动力。
在所示的示例性实施例中，涡轮机部分6包括涡轮机壳体19，在该涡轮机壳体19内设置沿气体路径18延伸的第一、第二、第三和第四级(stages)20-23。当然应当理解，涡轮机部分6中的级数可以改变。第一级20包括布置成环形阵列的多个第一级定子或喷管(其中之一以30表示)，和安装到第一级转子叶轮34的多个第一级叶片或桨叶(其中之一以32表示)。第二级21包括布置成环形阵列的多个第二级定子或喷管(其中之一以37表示)，和安装到第二级转子叶轮41的多个第二级叶片或桨叶(其中之一以39表示)。第三级22包括布置成环形阵列的多个第三级定子或喷管(其中之一以44表示)，和安装到第三级转子叶轮48的多个第三级叶片或桨叶(其中之一以46表示)。第四级23包括布置成环形阵列的多个第四级定子或喷管(其中之一以51表示)，和安装到第四级转子叶轮55的多个第四级叶片或桨叶(其中之一以53表示)。涡轮机械2还显示为包括布置在第一、第二、第三和第四级20-23中的相邻者之间的、多个级间密封件60、62和64。如图3和图4最佳示出地，定子37包括主体80，主体80具有延伸到第二端84的第一端83(图2)。第二端84包括由第一和第二相对边缘87和88连接的第一侧85和相对的第二侧86。第二端84还显示为包括布置在第一侧85的第一和第二安装元件(mounting elements)89和90。每个安装元件89、90包括对应的第一和第二开口91和92。第二端84还显示为包括第一和第二安装部件 (mounting components)93和94。安装部件93和94组成第一和第二成角度/倾斜表面部段95和96。
根据示例性实施例，定子37包括固定到限定界面区域(未单独标出)的第二端84的盖板110。盖板110可以用作与涡轮机壳体19的界面，或覆盖形成于定子37中的冷却通道(未示出)。盖板110包括主体117，主体117具有由第一和第二相对边缘部段121和122连接的第一和第二相对端部段119和120。盖板110包括第一和第二安装构件(mounting members)130和131，其采取形成于第一边缘部段119中的第一和第二开口132和133形式。除了安装构件130和131之外，盖板110包括第一和第二安装部分134和135。安装部分134和135分别构成设置在第一和第二端部119和120处的第一和第二成角度/倾斜表面部分136和137。如下文更全面讨论地，成角度表面部分136和137构造成与成角度表面部段95和96嵌套(nest with)。
进一步根据示例性实施例，盖板110沿着三个轴线被约束到定子37的第二端84。更具体地，盖板110定位在第二端84上，以使得安装部分134和135与安装部件93和94嵌套/对准，并且安装构件130和131与安装元件89和90对准(register with)。当形成于第一边缘部分119中的第一和第二开口132和133与安装元件89和90的第一和第二开口91和92对齐、以形成相应的第一和第二紧固件通道(未单独标出)时，安装构件130和131被认为与安装元件89和90对准(register with)。
这时，第一和第二紧固件140和141被插入到第一和第二紧固件通道中。紧固件140和141中的一者形成为以第一公差(with a firsttolerance)穿入第一和第二紧固件通道中的一者中，紧固件140和141中的另一者形成为以第二公差(with a second tolerance)穿入第一和第二紧固件通道中的另一者中，第二公差与第一公差不同。例如，与第二紧固件141在第二紧固件通道中相比，第一紧固件140可以在第一紧固件通道中具有略微宽松的配合。公差的不同可允许喷管37和盖 板110不同的热膨胀率差别，以及会导致在形成第一和第二紧固件通道中的、微小未对准的制造公差。
这时应当理解根据示例性实施例的盖板沿着三个不同的轴线被约束到定子的第二端。即，紧固件沿着两个轴线将盖板限制到定子，配合的成角度表面沿着第三轴线提供固定。因此，本发明描述不需要焊接而连接涡轮机械部件的系统。不用焊接来进行连接能够实现改进的组装和拆卸操作，从而便于制造和维护。缺少焊接还减少与焊接异种金属、超合金等相关的成本和复杂性。还应当理解，尽管显示为安装到定子，但是所述盖板和所述连接方法可以与沿着气体路径或在涡轮机械轮空间中布置的各种其他涡轮机械部件结合使用。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当很容易理解本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改成并入目前没有描述但是符合本发明的精神和范围的任意数量的改变、替换、替代或等效布置。此外，尽管描述了本发明的各种实施例，但是应当理解本发明的各个方面可以仅包括某些描述的实施例。相应地，本发明不应视为受到前文描述的限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
Claims (16)
1.一种涡轮机械部件，其包括：
主体，所述主体具有延伸到第二端的第一端，所述第一端和所述第二端中的一者包括安装元件和安装部件，所述安装部件包括具有第一角度的第一成角度表面；
盖板，所述盖板布置在所述第一端和所述第二端中的一者处以建立界面区域，所述盖板包括安装构件和安装部分，所述安装构件构造成与所述安装元件对准，所述安装部分构造成与所述安装部件对准，所述安装部分界定具有第二角度的第二成角度表面；和
紧固件构件，所述紧固件构件构造并设置成与所述安装元件和所述安装构件配合以沿着至少第一和第二轴线将所述盖板约束到所述主体，并且所述界面区域没有冶金结合；
其中，所述第二角度对应于所述第一角度以使得所述盖板的所述安装部分的所述第二成角度表面构造成与所述主体的所述安装部件的所述第一成角度表面配合以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。
2.根据权利要求1所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述安装部件与所述安装部分相互作用，以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。
3.根据权利要求1所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述安装元件包括第一开口，所述安装构件包括第二开口，所述第二开口构造并设置成与所述第一开口对准。
4.根据权利要求1所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述安装元件包括第一安装元件和第二安装元件，所述安装构件包括第一安装构件和第二安装构件，所述第一安装构件和所述第二安装构件构造并设置成与所述第一安装元件和所述第二安装元件中相应的一者对准。
5.根据权利要求4所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述第一安装元件和所述第二安装元件中的每一者包括相应的第一开口和第二开口，所述第一安装构件和所述第二安装构件中的每一者包括相应的第三开口和第四开口，所述第三开口和所述第四开口构造并设置成与所述第一开口和所述第二开口对准以形成相应的第一紧固件通道和第二紧固件通道。
6.根据权利要求5所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述紧固件构件包括第一紧固件和第二紧固件，所述第一紧固件构造并设置成以第一公差延伸穿过所述第一紧固件通道，所述第二紧固件构造并设置成以第二公差延伸穿过所述第二紧固件通道。
7.根据权利要求6所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述第一公差不同于所述第二公差。
8.根据权利要求1所述的涡轮机械部件，其特征在于，所述安装部件包括所述主体的表面部段，所述安装部分包括所述盖板的表面部分。
9.一种不用焊接将盖板连接到涡轮机械部件的方法，所述方法包括：
将所述盖板定位在所述涡轮机械部件上；
使形成于设置在所述涡轮机械部件上的安装元件中的开口与形成于设置在所述盖板上的安装构件上的开口对准，以建立紧固件通道；
使所述涡轮机械部件上的安装部件与所述盖板上的安装部分对准；和
将紧固件插入穿过所述紧固件通道，以沿着至少第一和第二轴线将所述盖板约束到所述涡轮机械部件；
其中，所述使所述涡轮机械部件上的所述安装部件与所述盖板上的所述安装部分对准的步骤包括使所述盖板的具有第一角度的成角度表面部段与所述涡轮机械部件的具有第二角度的成角度部分嵌套，以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述涡轮机械部件。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述使形成于设置在所述涡轮机械部件上的所述安装元件中的开口与形成于设置在所述盖板上的所述安装构件上的开口对准的步骤包括：使形成于第一安装元件上的第一开口与形成于第一安装构件上的第一开口对准以建立第一紧固件通道，并且使形成于第二安装元件上的第二开口与形成于第二安装构件上的第二开口对准以建立第二紧固件通道。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述将所述紧固件插入穿过所述紧固件通道的步骤包括将第一紧固件插入穿过所述第一紧固件通道并将第二紧固件插入穿过所述第二紧固件通道。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用第一力将所述第一紧固件插入穿过所述第一紧固件通道、和使用第二力将所述第二紧固件插入穿过所述第二紧固件通道，所述第二力不同于所述第一力。
13.一种涡轮机械系统，其包括：
压缩机部分；
涡轮机部分，所述涡轮机部分机械连接至所述压缩机部分；
燃烧器组件，所述燃烧器组件流体连接至所述压缩机部分和所述涡轮机部分；和
涡轮机械部件，所述涡轮机械部件可操作地与所述压缩机部分、所述涡轮机部分和所述燃烧器组件中的一者相关联，所述涡轮机械部件包括：
主体，所述主体具有延伸到第二端的第一端，所述第一端和所述第二端中的一者包括安装元件和安装部件，所述安装部件包括具有第一角度的第一成角度表面；
盖板，所述盖板布置在所述第一端和所述第二端中的一者处以建立界面区域，所述盖板包括安装构件和安装部分，所述安装构件构造成与所述安装元件对准，所述安装部分构造成与所述安装部件对准，所述安装部分界定具有第二角度的第二成角度表面；和
紧固件构件，所述紧固件构件构造、并设置成与所述安装元件和所述安装构件配合以沿着至少第一和第二轴线将所述盖板约束到所述主体，并且所述界面区域没有冶金结合，
其中，所述第二角度对应于所述第一角度以使得所述第二成角度表面构造成与所述第一成角度表面配合以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。
14.根据权利要求13所述的涡轮机械系统，其特征在于，所述安装部件与所述安装部分相互作用，以沿着第三轴线将所述盖板约束到所述主体。
15.根据权利要求13所述的涡轮机械系统，其特征在于，所述安装元件包括第一安装元件和第二安装元件，所述安装构件包括第一安装构件和第二安装构件，所述第一安装构件和所述第二安装构件构造、并设置成与所述第一安装元件和所述第二安装元件中相应的一者对准。
16.根据权利要求15所述的涡轮机械系统，其特征在于，所述第一安装元件和所述第二安装元件中的每一者包括相应的第一开口和第二开口，所述第一安装构件和所述第二安装构件中的每一者包括相应的第三开口和第四开口，所述第三开口和所述第四开口构造、并设置成与所述第一开口和所述第二开口对准以形成第一紧固件通道和第二紧固件通道，所述第一紧固件通道和所述第二紧固件通道构造并设置成分别容纳第一紧固件和第二紧固件。
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