CN103270276B - 用于平衡气体涡轮发动机的转动组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于平衡气体涡轮发动机(10)的转动组件(33)的方法包括从气体涡轮发动机的区段去除定子叶片(56)。去除定子叶片提供了接近气体涡轮发动机的转动组件的路径。所述方法还包括经由通过去除定子叶片提供的接近转动组件的路径来相对于转动组件进行添加、去除和重新定位配重中的至少一种。

Description

用于平衡气体涡轮发动机的转动组件的方法

技术领域

本发明整体涉及一种用于平衡气体涡轮发动机(GTE)的转动组件的方法，更具体地涉及包括从GTE去除定子叶片的用于平衡GTE的转动组件的方法。

背景技术

GTE将与空气和燃料相关的势能转换成主要是机械转动形式的能量和热。常规的GTE可包括压缩机组件、燃烧器组件和涡轮组件。在操作过程中，空气被抽取到压缩机组件中，在此被压缩并供应至燃烧器组件。燃烧器组件将燃料供应至压缩空气并将压缩空气和燃料点燃，导致燃烧，这使得与压缩空气相关的能量增加。燃烧产物被供应至涡轮组件，在此燃烧产物膨胀经过涡轮组件造成涡轮转子转动。压缩机组件的压缩机转子和涡轮转子可经由轴彼此联接，使得涡轮转子的转动导致压缩机转子转动。涡轮转子还可以联接到使用来自涡轮组件的转动能量和/或热能的一个或更多个系统。例如，GTE可用来将动力供应至例如飞机、机车、轮船、船舶、卡车、汽车、发电机、泵的机器或者能够进行工作的其他机器。

在操作过程中，包括压缩机和涡轮转子的组件可以每分钟10,000转或更多转转动，因此希望平衡转动组件，以防止GTE操作过程中的过度振动。一种用于促进转动组件的平衡的方案包括将带联接到转动组件。所述带可包括用于在围绕带的不同径向位置处将一个或更多个配重附接到带以改善转动组件的平衡的系统。然而，由于被联接到GTE的转动组件，可能难以接近带，因为转动组件可能定位在GTE的外壳内侧。

授予Cederwall等人的美国专利No.5,545,010(“’010专利”)中公开了一种用于调整平衡GTE的方法和设备。特别是，’010专利公开了允许GTE在外壳在原位的情况下得到平衡的方法和设备。从外壳的外部接近GTE的转子是通过压缩机空气流径的进气开口和可以使用一对可去除塞密封的一对孔来获得的。’010专利公开了去除所述塞以接近联接到转子的带，使得平衡可以通过向所述带添加或者去除配重或塞来进行。

虽然’010专利公开的方法和设备可以允许转子的平衡，但它们具有多个潜在缺陷。例如，可去除塞可能只能经由压缩机空气流径的进气开口接近。对于一些GTE，可能希望在远离进气开口的位置设置带。另外，在远离压缩机组件的转子叶片和定子叶片的转子位置设置带可能增加GTE的长度。出于一些原因这可能是不希望的。例如，希望的是减小GTE的占用空间，因此可能使由于为带提供空间而增加压缩机区段的长度是不希望的。

本发明中以示例性方式描述的方法和系统旨在缓和或克服上述的一个或更多个潜在缺陷。

发明内容

一方面，本发明包括一种用于平衡气体涡轮发动机的转动组件的方法。该方法包括从气体涡轮发动机的一区段去除定子叶片，其中去除定子叶片提供了接近气体涡轮发动机的转动组件的路径。该方法还包括经由通过去除定子叶片提供的接近转动组件的路径来相对于转动组件进行添加、去除和重新定位配重中的至少一种。

根据另一方面，本发明包括用于气体涡轮发动机的定子叶片。该定子叶片包括能够引导空气的翼面和联接到翼面并能够使翼面相对于流经气体涡轮发动机的空气取向的定位器凸起。定子叶片还包括联接到定位器凸起并与翼面相反延伸的柄脚，其中所述柄脚能够促进定子叶片从气体涡轮发动机的去除。

根据另一方面，本发明包括一种气体涡轮发动机。该气体涡轮发动机包括外壳和至少部分容纳在外壳中的压缩机区段。压缩机区段包括多个压缩机定子叶片和具有多个压缩机转子叶片的压缩机转子。气体涡轮发动机还包括至少部分容纳在外壳中的燃烧器区段。燃烧器区段能够燃烧从压缩机区段接收的压缩空气。气体涡轮发动机还包括至少部分容纳在外壳中的涡轮区段。涡轮区段包括多个涡轮定子叶片和具有多个涡轮转子叶片的涡轮转子。至少一个定子叶片能够经由外壳中的端口从气体涡轮发动机去除。

附图说明

图1是GTE的一种示例性实施方式的示意截面图；

图2是GTE的一种示例性实施方式的一部分的示意局部立体截面图；

图3是GTE的一种示例性实施方式的一部分的示意局部立体截面图；

图4是GTE的一种示例性实施方式的一部分的示意局部立体分解图；

图5是包括一种示例性实施方式的定子叶片的示意立体分解图；

图6是包括从不同角度显示的一种示例性实施方式的定子叶片的示意立体分解图；以及

图7是一种示例性实施方式的定子叶片的示意侧视图。

具体实施方式

图1示意性示出了GTE10的一种示例性实施方式。示例性GTE10可包括外壳11和至少部分地容纳在外壳11中的压缩机区段12、燃烧器区段14和涡轮区段16。压缩机区段12被构造成在A处将空气抽吸到GTE中并在其于B处进入燃烧器区段14之前压缩空气。压缩机区段12包括定子叶片18和包括转子叶片20的压缩机转子20。定子叶片18和转子叶片22包括翼面，使得随着压缩机转子20和转子叶片22转动，空气被抽吸经过压缩机区段12，从而被压缩并在空气在B处进入燃烧器区段14时获得更高的压力，由此增加空气的势能。

来自压缩机区段12的压缩空气在B处进入燃烧器区段14，并且燃料可经由一个或更多个燃料喷射器24供应至燃烧器区段14。燃料和空气可在C处被点燃，由此引起空气膨胀并在于D处离开燃烧器区段14后进入涡轮区段16。涡轮区段16包括定子叶片26和包括转子叶片30的涡轮转子28。定子叶片26和转子叶片30包括翼面并被构造成使得涡轮转子28随着膨胀空气在E处经过涡轮区段16并在F处离开GTE10而转动。

GTE10可包括将压缩机转子20和涡轮转子28联接到彼此的轴32，由此形成转动组件33，其可包括一个或更多个压缩机转子20、涡轮转子28和轴32。涡轮转子28通过经过定子叶片26和转子叶片28的空气的膨胀驱动，轴32将转动动力传递至压缩机转子20。随着压缩机转子20被驱动而转动压缩机区段12的转子叶片22，空气在A处被抽吸到压缩机区段12中并随着其经过压缩机区段12和在B处离开而被压缩。

根据一些实施方式，除了被可操作地联接到压缩机转子20，涡轮转子28可以可操作地联接到用于执行工作的载荷L。例如，涡轮转子28可联接到驱动轴34和/或减速变速器(未显示)，后者继而可联接到载荷L，载荷L可被例如用来将动力供应至例如飞机、机车、轮船、船舶、卡车、汽车、发电机、泵的机器和/或能够进行工作的其他机器。

如图2所示，示例性压缩机区段12包括联接到外壳11的压缩机定子环组件36。示例性定子环组件36可包括径向内环38和径向外环40，两者之间是径向延伸的多个定子叶片18。例如，如图4所示，示例性定子叶片18分别在内环38和外环40中的成对的孔口42a和42b之间延伸。

如图2所示，示例性压缩机转子20包括具有多个槽46的毂44，每个槽被构造成接收多个转子叶片22。例如，示例性转子叶片22包括被构造成借助本领域技术人员已知的联接方法经由其中一个槽46将转子叶片22联接到毂44的根部48。

平衡环50可在例如压缩机转子20处与转动组件33相关。示例性平衡环50可以是联接到转动组件33的单独部分或者与转动组件33的一部分形成一体。平衡环50可被构造成促进转动组件33的平衡。示例性平衡环50可被构造成在围绕平衡环50的多个径向位置处保持可去除的配重(未显示)。例如，如图2所示，平衡环50可包括围绕平衡环50径向定位的多个孔口52。孔口52可被构造成接收一个或更多个平衡配重。根据一些实施方式，孔口52可带有内螺纹以与例如螺栓、螺钉或沉头螺钉的带螺纹配重的螺纹接合。如下文更加详细解释的，通过相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重，可以改善转动组件33的转动平衡，继而可减小与示例性GTE10的操作相关的振动。

相邻排的定子叶片18和转子叶片22形成示例性压缩机区段12的级。根据一些实施方式，例如图1所示的，平衡环50可与最靠近燃烧器区段14的级54相关。沿着转动组件33的长度的这种相对中心位置可导致转动组件33的更加有效的平衡和/或容易平衡。根据一些实施方式，平衡环50可与沿着转动组件33的长度的其他位置相关，例如在轴32上或者涡轮转子28上。GTE10的一些实施方式可包括沿着转动组件33的长度定位在不同位置的多于一个平衡环。

参照图2-4，示例性GTE10可包括被构造成从外壳11去除的定子叶片56。例如，示例性GTE10的外壳11可包括一个或多个端口58，示例性定子叶片56可经这些端口去除。示例性定子叶片56可用作与定子环组件36相关的多个定子叶片18中的一个，且定子叶片56延伸经过内环38和外环40的一个或多个，例如在沿着GTE10的长度与平衡环50相关的位置处。在此示例性构造中，定子叶片56的去除可有助于接近平衡环50，使得转动组件33的转动平衡得以改善，例如通过相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重。

如图4所示，示例性定子叶片56可分别接收在定子环组件36的内环38和外环40的相对扩大的孔口43a和43b中。如图2和3所示，帽60可用来保持示例性定子叶片56的一端和/或封闭端口58。根据一些实施方式，帽60和/或定子叶片56的与帽60相关的端部可被构造成提供定子叶片56相对于外壳11的纵向运动，这可能源于GTE10操作过程中的温度改变和/或梯度。例如，定子叶片56与帽60相关的端部可包括被构造成接收在帽60中的凹部64中的延伸部62。在所示的示例性实施方式中，帽60包括被构造成接合与外壳11的端口58相关的内螺纹68的外螺纹部分66。

根据一些实施方式，例如像螺旋弹簧的偏压构件70可与帽60和定子叶片56的延伸部62相关以相对于定子环组件36将定子叶片56偏压就位。例如，偏压构件70可被构造成在延伸部62上滑动，使得偏压构件70定位在定子叶片56的延伸部62和帽60中的凹部64之间，例如图3所示的。根据一些实施方式，可用作垫圈和/或密封件的环72可定位在帽60和外壳11之间，例如在外壳11中的环形凹部73中，如图3和4所示。

根据一些实施方式，定子叶片56可包括被构造成在例如压缩机区段12的一部分内引导空气的翼面74，如图5所示。例如，翼面74可具有弯曲的横截面(见图6)，其与转子叶片18的互补翼面结合用来压缩经压缩机区段12抽吸的空气。示例性定子叶片56还可包括与翼面74的一端相关的定位器凸起76。定位器凸起76可具有与定子环组件36的外环40中的扩大孔口43b的形状对应的横截面。根据一些实施方式，定位器凸起76的横截面可被构造成防止定子叶片56以造成翼面74相对于定子环组件36的其他定子叶片18在不正确方向上弯曲的方式组装在定子环组件36中。例如，定位器凸起76可具有不对称的横截面。

定位器凸起76可包括被构造成邻接定子环组件36的外环40的表面的肩部76a(见例如图3)。根据这种实施方式，定子叶片56可保持在帽60和外环40的表面之间，且帽60的凹部64提供定子叶片56的纵向运动。偏压构件70可被设置为将定位器凸起76的肩部76a偏压抵靠外环40的表面。

定子叶片56还可包括与翼面74相对地联接到定位器凸起76的柄脚78。例如，柄脚78可在定位器凸起76和延伸部62之间延伸。延伸部62和/或示例性柄脚78可便于定子叶片56从外壳11的去除。例如，延伸部62和/或柄脚78可包括朝着定位器凸起76纵向延伸的钻孔80(见图7)。钻孔80可被构造成通过工具(未显示)接合，使得工具可延伸到外壳11中的端口58中，接合延伸部62和/或柄脚78，使得定子叶片56能够经端口58从外壳11撤出。例如，钻孔80可带内螺纹，并且工具可包括具有被构造成接合示例性钻孔80的内螺纹的外螺纹的一部分。

在翼面74的与定位器凸起76相对的端部处，突出部82可设置用于接收在定子环组件36的内环38的扩大孔口43a中。例如，突出部82可具有对应于扩大孔口43a的形状的横截面。根据一些实施方式，突出部82的横截面形状可被构造成防止定子叶片56以造成翼面74相对于定子环组件36的其他定子叶片18在不正确方向上弯曲的方式组装在定子环组件36中。例如，突出部82可具有不对称的横截面。

根据一些实施方式，定子叶片56可包括与翼面74相反地从突出部82延伸的突起84。示例性突起84可抑制空气经定子环组件36的内环38的扩大孔口43a泄露。定子叶片56的一些实施方式不包括突起84。

示例性定子叶片56可由任何合适材料形成。例如，定子叶片56可由在很宽的温度范围上耐温的任何材料形成，例如以商标名INCONEL718出售的镍铬合金。根据一些实施方式，定子叶片56可借助机加工形成。

示例性定子叶片56可有助于GTE10的转动组件33的平衡。例如，示例性平衡环50可与压缩机转子20或者涡轮转子28相关，并且平衡环50可被构造成允许相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重，以改善转动组件33的转动平衡。例如，转动组件33可例如以代表GTE10的操作速度的转动速度，例如10,000rpm转动。转动组件33的平衡程度可根据本领域技术人员已知的方法评估。在这种评估之后，可以相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重，以改善转动组件33的转动平衡。

为了便于相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重，示例性定子叶片56可经端口58从GTE10去除。例如，帽60可从外壳11的端口58去除，以接近定子叶片56。定子叶片56的一些实施方式可包括具有内螺纹钻孔80的柄脚78，定子叶片56可使用具有被构造成接合钻孔80的螺纹的带外螺纹部分的工具而经端口58去除，使得定子叶片56可在工具的辅助下从外壳11的端口58撤出。在去除定子叶片56后，可以经定子环组件36中的扩大孔口43a和43b获得接近平衡环50的路径，由此允许相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重。

在相对于平衡环50添加、去除和/或重新定位配重之后，定子叶片56可以被插入端口58并重新组装到定子环组件36，使得定位器凸起76和突出部82分别定位在定子环组件36的内环38和外环4的扩大孔口43a和43b中。偏压构件70可围绕定子叶片56的延伸部62定位，环72可围绕端口58定位，并且帽60可安装到外壳11的端口58上，使得延伸部62延伸到帽60的凹部64中。

在定子叶片56已经重新组装到GTE10中后，转动组件33可再次转动，并且转动组件33的平衡程度可以再次根据本领域技术人员已知的方法评估，从而确定转动组件33是否平衡到希望程度。

工业实用性

示例性GTE10可例如用来将动力供应至例如飞机、机车、轮船、船舶、卡车、汽车、发电机、泵的机器，和/或能够进行工作的其他机器。例如，GTE10的操作可在涡轮毂30处造成转动动力，涡轮毂可操作地联接到载荷L以进行工作(见图1)。例如，涡轮转子28可联接到驱动轴34和/或减速变速器(未显示)，后者又可以联接到载荷L，该载荷可以用来例如将动力供应至机器。

用于GTE10的示例性定子叶片56可有助于GTE10的转动组件33的平衡，这可以减小GTE10操作过程中的振动。例如，示例性定子叶片56可从GTE10去除以提供接近平衡环50的路径，即使是平衡环50没有定位在GTE10中要经由压缩空气流径的进气开口接近。另外，定子叶片56可使得提供接近定位在与定子叶片相关的GTE10的纵向部分(即，在压缩机区段12或者涡轮区段16)中的平衡环50的路径成为可能。因此，可以相对于具有仅用于容纳平衡环的一部分的GTE减小GTE10的长度。因此，可以减小GTE10的占用空间。

本领域技术人员将会明白可以对示例性公开的方法和GTE进行各种修改和变型。通过考虑说明书和示例性公开的方法和GTE的实践，其他实施方式对于本领域技术人员来说是清楚的。说明书和实例仅意在被认为是示例性的，真正的范围通过权利要求书及其等同来指明。

Claims (9)

1.一种用于平衡气体涡轮发动机(10)的转动组件(33)的方法，该方法包括：

从气体涡轮发动机的最靠近燃烧器部分的压缩机部分去除定子叶片(56)，其中去除定子叶片提供了接近气体涡轮发动机的转动组件的路径；

经由通过去除定子叶片提供的接近转动组件的路径来相对于转动组件进行添加、去除和重新定位配重中的至少一种，

将定子叶片重新插入回气体涡轮发动机的压缩机部分中，其中重新插入定子叶片包括：

围绕定子叶片的延伸部定位偏压构件，和

在气体涡轮发动机的外壳上安装帽，使得延伸部延伸到帽的凹部中，

其中去除定子叶片包括接合在定子叶片的延伸部和柄脚的至少一个中纵向延伸的钻孔的内螺纹。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，去除定子叶片包括经由气体涡轮发动机的外壳(11)中的端口(58)撤出定子叶片。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于转动组件进行添加、去除和重新定位配重中的至少一种包括相对于联接到转动组件的平衡环(50)进行添加、去除和重新定位配重中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括转动所述转动组件并评估所述转动组件的平衡程度，以及基于所述转动组件的平衡程度相对于转动组件进行添加、去除和重新定位配重中的至少一种。

5.一种用于气体涡轮发动机(10)的定子叶片(56)，该定子叶片包括：

能够引导空气的翼面(74)；

联接到所述翼面并能够使翼面相对于流经气体涡轮发动机的空气取向的定位器凸起(76)；

联接到定位器凸起并与翼面相反地延伸的柄脚(78)，其中所述柄脚能够促进定子叶片从气体涡轮发动机的最靠近燃烧器部分的压缩机级去除，

与所述柄脚相关的延伸部(62)，其中所述延伸部能够与帽(60)协作，所述帽能够接合气体涡轮发动机的外壳(11)并将定子叶片联接到气体涡轮发动机，和

钻孔，其在柄脚和延伸部的至少一个中纵向延伸并具有能够有助于定子叶片的去除的内螺纹，

其中偏压构件(70)与所述延伸部相关并能够允许定子叶片相对于帽纵向运动。

6.根据权利要求5所述的定子叶片，其中，所述定位器凸起包括非对称横截面。

7.根据权利要求5所述的定子叶片，还包括来自所述翼面与定位器凸起相对的突出部(82)，其中，所述突出部能够使翼面相对于流径气体涡轮发动机的空气取向。

8.一种气体涡轮发动机，包括：

外壳(11)；

至少部分容纳在外壳中的压缩机区段(12)，所述压缩机区段包括多个压缩机定子叶片(18)和具有多个压缩机转子叶片(22)的压缩机转子(20)；

至少部分容纳在外壳中的燃烧器区段(14)，所述燃烧器区段能够燃烧从压缩机区段接收的压缩空气；以及

至少部分容纳在外壳中的涡轮区段(16)，所述涡轮区段包括多个涡轮定子叶片(26)和具有多个涡轮转子叶片(30)的涡轮转子(28)，

其中，至少一个定子叶片能够经由外壳中的端口(58)从最靠近燃烧器区段的气体涡轮发动机的压缩机级去除，并且

其中，所述至少一个定子叶片包括柄脚和延伸部，所述延伸部能够与帽协作，所述帽接合所述外壳并将所述至少一个定子叶片联接到气体涡轮发动机，其中偏压构件与所述延伸部相关并能够允许所述至少一个定子叶片相对于帽纵向运动，并且

其中，所述至少一个定子叶片包括在柄脚和延伸部的至少一个中纵向延伸并具有能够有助于定子叶片的去除的内螺纹的钻孔。

9.根据权利要求8所述的气体涡轮发动机，其中，所述压缩机区段包括具有多个定子叶片的至少一个环组件(36)，并且其中所述至少一个环组件包括能够经由外壳中的端口从气体涡轮发动机去除的至少一个定子叶片，

其中，所述压缩机区段包括多个压缩机级(54)，并且其中所述至少一个环组件是最靠近燃烧器区段定位的压缩机级的一部分，并且

平衡环(50)与所述压缩机转子相关，其中所述至少一个环组件与所述平衡环相邻定位。