CN103375205A - 用于覆盖涡轮机叶片的叶片安装区域的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种系统，其包括具有涡轮机转子、多片叶片以及分段式外壳组件的涡轮机。涡轮机转子的叶片安装区域具有围绕涡轮机转子的旋转轴周向设置的多个叶片安装件，及相对于所述旋转轴以彼此径向偏离的方式沿叶片安装区域周向延伸的第一凹槽和第二凹槽。多片叶片设置在多个叶片安装件中。分段式外壳组件包括安装在沿叶片安装区域周向延伸的第一和第二凹槽中的多个外壳段组。各外壳段组包括具有带锁紧特征的密封主体的密封段，密封段沿所述第二凹槽周向安装。外壳段包括分别沿外壳主体的第一和第二周向部分延伸的、沿第一凹槽周向安装的第一唇和沿第二凹槽周向安装在密封段邻近的第二唇，第二唇包括与外壳主体的锁紧特征连接的配合锁紧特征。

Description

用于覆盖涡轮机叶片的叶片安装区域的系统和方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及对压缩机叶片或涡轮机叶片的叶片安装区域进行覆盖。

背景技术

通常情况下，燃气涡轮发动机燃烧压缩空气与燃料的混合物，以产生热的燃烧气体。所述燃烧气体可以流经一个或多个涡轮机级，从而为负载和/或压缩机发电。每个涡轮机级都可以包括多片涡轮机叶片，这些叶片具有周向围绕转子设置的盖板。但不幸的是，在维修期间，任何螺栓、螺钉、销或者用于将盖板紧固到涡轮机叶片的其他紧固件都容易无意中落入燃气涡轮发动机中。例如，某些维修过程涉及移除盖板，以便接近涡轮机叶片或涡轮机的各种部件。此类过程通常包括移除那些将盖板紧固到转子上的紧固件。因此，使用的盖板紧固件越多，这些紧固件在移除过程中或之后掉落到涡轮机中的可能性就越大。如果紧固件落入涡轮机中难以接近的区域，那么可能需要进一步拆卸以移除零件，从而延迟涡轮机运行并且增加维修成本。

发明内容

下文概述了与最初提出权利要求的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例的目的并不在于限制本发明的范围，而仅在于概述本发明的可能形式。实际上，本发明可能包括与下述实施例类似或不同的各种形式。

在第一实施例中，一种系统包括涡轮机，所述涡轮机具有涡轮机转子、多片叶片，以及分段式外壳组件。所述涡轮机转子包括叶片安装区域，所述叶片安装区域具有围绕所述涡轮机转子的旋转轴周向设置的多个叶片安装件，以及第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽相对于所述旋转轴以彼此径向偏离的方式沿着所述叶片安装区域周向延伸。所述多片叶片设置在所述多个叶片安装件中。所述分段式外壳组件包括多个外壳段组，所述多个外壳段组经配置以沿着所述叶片安装区域周向安装在所述第一凹槽和第二凹槽中。每个外壳段组均包括密封段和外壳段。所述密封段具有带锁紧特征的密封主体，其中所述密封段经配置以沿着所述第二凹槽周向进行安装。外壳段包括沿着外壳主体的第一周向部分和第二周向部分各自延伸的第一唇和第二唇。所述第一唇经配置以沿着所述第一凹槽周向进行安装，所述第二唇经配置以沿着所述第二凹槽周向安装在所述密封段邻近，并且所述第二唇包括经配置以与所述密封主体的所述锁紧特征连接的配合锁紧特征。

进一步的，其中每个外壳段组的所述锁紧特征和所述配合锁紧特征经配置以在将所述外壳段插入到所述第二凹槽中的过程中与所述多个叶片安装件中的第一叶片安装件对齐，并且每个外壳段组经配置以沿着所述第一凹槽和第二凹槽周向移动到中间位置，所述中间位置位于所述多个叶片安装件中的所述第一叶片安装件与第二叶片安装件之间。

进一步的，其中所述多个叶片安装件包括多个基本上轴向的叶片槽。

进一步的，其中每个锁紧特征包括锁紧凹部，并且每个配合锁紧特征包括锁紧片。

进一步的，其中所述分段式外壳组件基本上覆盖多个轴向叶片槽。

进一步的，其中每个外壳段的所述外壳主体包括密封肋，所述密封肋经配置以围绕所述多个轴向叶片槽中的至少一个轴向叶片槽延伸。

进一步的，其中所述密封肋经配置以引导冷却剂流穿过所述至少一个轴向叶片槽。

进一步的，其中每个外壳段的所述第一唇经配置以在所述第一凹槽内旋转，从而使所述第二唇朝向或远离所述第二凹槽旋转。

进一步的，其中每个密封段经配置以对相应外壳段组中的振动进行阻尼。

进一步的，其中每个外壳段组经配置以在所述多个叶片安装件中的至少第一叶片安装件和第二叶片安装件之上方延伸。

进一步的，其中所述涡轮机包括燃气涡轮机。

在第二实施例中，一种系统包括外壳段组，所述外壳段组经配置以沿着涡轮机转子的叶片安装区域周向安装在第一凹槽和第二凹槽中。所述外壳段组包括密封段和外壳段。所述密封段具有带锁紧特征的密封主体，其中所述密封段经配置以沿着所述第二凹槽周向进行安装。外壳段包括各自沿着外壳主体的第一周向部分和第二周向部分延伸的第一唇和第二唇。所述第一唇和第二唇彼此偏离。所述第一唇经配置以沿着所述第一凹槽周向进行安装，所述第二唇经配置以沿着所述第二凹槽周向安装成在所述密封段邻近，并且所述第二唇包括经配置以与所述密封主体的所述锁紧特征连接的配合锁紧特征。

进一步的，其中所述锁紧特征和所述配合锁紧特征经配置以在将所述外壳段插入到所述第二凹槽中的过程中与所述叶片安装区域中的第一叶片安装件对齐，并且所述外壳段组经配置以沿着所述第一凹槽和第二凹槽周向移动到中间位置，所述中间位置位于所述叶片安装区域中的所述第一叶片安装件与第二叶片安装件之间。

进一步的，其中所述第一唇和第二唇定向在相对径向上，并且经配置安装在所述第一凹槽和第二凹槽的径向相对配置中。

进一步的，其中所述第一唇经配置以在所述第一凹槽内旋转，从而使所述第二唇朝向或远离所述第二凹槽旋转。

进一步的，其中所述密封段包括多个锁紧特征，所述外壳段包括沿着所述第二唇设置的多个所述配合锁紧特征，并且所述多个锁紧特征经配置以在多个间隔位置上与所述多个配合锁紧特征连接，所述多个间隔位置与所述叶片安装区域中的多个叶片安装件对齐。

进一步的，其包括涡轮机，所述涡轮机具有所述涡轮机转子和所述外壳段组。

在第三实施例中，一种方法包括沿着涡轮机转子的叶片安装区域，周向地将外壳段组安装在第一凹槽和第二凹槽中。安装过程包括将密封段插入到所述第二凹槽中，其中所述密封段包括锁紧特征。安装过程还包括将外壳段的第一唇插入到所述第一凹槽中，以及将所述外壳段的第二唇插入到所述第二凹槽中，使之邻近所述密封段。所述第一唇和第二唇以彼此偏离的方式沿着外壳主体的第一周向部分和第二周向部分延伸。安装过程还包括：通过将所述锁紧特征与所述第二唇的配合锁紧特征连接起来，以将所述外壳段锁紧到所述密封段上，从而形成外壳段组。

进一步的，其包括在所述第一唇设置在所述第一凹槽内时旋转盖板，使所述第二唇朝向所述第二凹槽移动。

进一步的，其包括使所述外壳段组沿着所述第一凹槽和第二凹槽周向移动到中间位置，所述中间位置位于所述叶片安装区域中的第一叶片安装件与第二叶片安装件之间。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相同的符号代表所有附图中相同的部分，其中：

图1是涡轮机系统的一项实施例的方框图，该涡轮机系统具有包括分段式外壳组件的压缩机或涡轮机；

图2是包括分段式外壳组件的涡轮机的一项实施例的局部截面图，所述分段式外壳组件位于涡轮机转子的叶片安装区域中；

图3是包括密封段和外壳段的外壳段组的一项实施例的分解图；

图4A是部分安装到涡轮机转子的叶片安装区域中的外壳段组的一项实施例的透视图；

图4B是图4A所示的部分安装到涡轮机转子的叶片安装区域中的外壳段组的一项实施例的局部截面图，该图是在涡轮机转子的移除部分沿着线4B-4B截取的；

图5是包括安装在中间位置的外壳段组的涡轮机转子的一项实施例的局部平面正视图；

图6是图5所示的外壳段组的一项实施例的截面图，该图是在涡轮机转子的叶片安装件处沿着线6-6截取的；

图7是图5所示的分段式外壳组件的一项实施例的截面图，该图是在涡轮机转子的两个叶片安装件之间沿着线7-7截取的；以及

图8是沿着涡轮机转子的叶片安装区域安装在中间位置的外壳段的一项实施例的局部透视图。

具体实施方式

下文将描述本发明的一项或多项具体实施例。为了简要描述这些实施例，说明书中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的具体目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何，对受益于本发明的一般技术人员而言，这仍是常规的设计、建造和制造操作。

在介绍本发明各种实施例的元件时，“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。

所揭示的实施例提供了一种用于涡轮机转子的分段式外壳组件的系统和方法，以便使涡轮机转子的零件免受热排气的影响，从而密封冷却剂流来冷却涡轮机转子的零件、对外壳组件的振动加以阻尼，和/或轴向保持安装在多个叶片安装件中的涡轮机叶片。所述分段式外壳组件可以具有多个外壳段组，每个外壳段组均具有密封段和外壳段。所述密封段可以具有锁紧特征（例如，锁紧凹部），而外壳段可以具有配合锁紧特征（例如，锁紧片）。外壳段组可以经配置以沿着涡轮机叶片安装区域的周向凹槽安装在安装位置。例如，外壳段的第一唇可以经配置以在第一凹槽内旋转，从而使外壳段的第二唇朝向或远离另一凹槽移动。在安装位置中，涡轮机转子的移除部分可以配置成准许锁紧特征与配合锁紧特征在叶片安装区域的周向凹槽内连接起来。移除部分和涡轮机叶片安装件可以基本上同时形成于涡轮机转子中。涡轮机叶片安装件可以是基本上轴向的叶片槽，例如，与鸠尾接合件的鸠尾突起配合的鸠尾槽。基本上轴向的叶片槽可以平行于涡轮机的轴，或者从与该轴平行的位置偏离多达约30度。

连接起来的密封段和外壳段可以沿着凹槽从安装位置周向旋转到中间位置。周向凹槽可以在径向上彼此相对。在中间位置，外壳段组可以径向和轴向保持在叶片安装区域的凹槽内。至少一个紧固件可以将每个外壳组或整个外壳组件周向保持在中间位置。所述外壳段组可以经配置以在涡轮机转子的至少一个叶片安装件（例如，1个、2个、3个、4个、5个，或更多）上方延伸。所述分段式外壳组件可以基本上覆盖多个叶片安装件。所述外壳段组可以具有最少数目的零件，从而提供简单的方法来防护涡轮机转子、密封冷却剂流、阻尼振动，以及轴向保持涡轮机叶片。外壳组件的简单组装方法在结构上可能比较坚固，但容易在现场安装和移除。零件数目最少，特别是对于小零件而言，可以降低维修期间零件掉落到涡轮发动机中的可能性，而零件掉落就可能需要花费额外的维修时间来将其找回。

现在转到附图，首先参考图1，图示了燃气涡轮机系统10的一项实施例的方框图。该图包括燃料喷嘴12、燃料14以及燃烧室16。如图所示，燃料14（例如，液体燃料和/或气体燃料，例如，天然气）被输送到涡轮机系统10，穿过燃料喷嘴12而进入燃烧室16中。燃烧室16点燃并燃烧空气燃料混合物34，然后将热的加压排气36输送到涡轮机18中。排气36穿过涡轮机18中的涡轮机转子的涡轮机叶片，从而驱动涡轮机18旋转。在本实施例中，分段式外壳组件在涡轮机转子上安装成邻近涡轮机叶片，以阻止热排气36进入将涡轮机叶片连接到轴19的涡轮机转子。如下文详细论述，涡轮机系统10的实施例包括涡轮机18内的某些结构和部件，这些结构和部件减少了将分段式外壳组件连接到各级涡轮机18的零件的数目。涡轮机18内的叶片与轴19之间的连接会致使轴19旋转，轴19还连接到遍布涡轮机系统10的若干部件（例如，压缩机22、负载26）。最终，燃烧过程产生的排气36可以经由排气口20离开涡轮机系统10。

在涡轮机系统10的一项实施例中，压缩机轮叶或叶片是作为压缩机22的部件。压缩机22内的叶片可以连接到轴19，并且会在轴19受到涡轮机18驱动而旋转时发生旋转。压缩机22可以经由进气口24将空气30吸入到涡轮机系统10。此外，轴19可以连接到负载26，该负载可以经由轴19的旋转而得到动力供应。应了解，负载26可以是可经由涡轮机系统10的旋转输出来发电的任何适当的装置，例如，发电设备或外部机械负载。例如，负载26可以包括发电机、飞机的推进器等。进气口24通过冷气进口等适当的机制将空气30吸入到涡轮机系统10中，以便随后经由喷嘴12而用于空气30与燃料14的混合物。通过使压缩机22内的叶片旋转，由涡轮机系统10吸入的空气30可以被馈送并且压缩成加压空气32。加压空气32随后可以被馈送到一个或多个燃料喷嘴12中。燃料喷嘴12随后可以将加压空气32与燃料14混合，以便生成适当的空气燃料混合物34，用于燃烧，例如，使得燃料14更彻底燃烧的一种燃烧，从而不会浪费燃料14或者导致排气36中的排放物过多。同样，涡轮机18受排气36驱动，并且每级涡轮机18都可以包括下文详细描述的分段式外壳组件。

图2示出了涡轮机18的截面图，图示了具有至少一个分段式外壳组件40的涡轮机转子38。热排气36在轴向42上穿过涡轮机喷嘴44而流入涡轮机18中，从而致使连接到轴19的涡轮机转子38在周向46上旋转。在一些实施例中，涡轮机18可以具有多级涡轮机转子38。例如，其他涡轮机18可以包括1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多的涡轮机级。每个涡轮机级均包括喷嘴44和多片涡轮机叶片48，在多个涡轮机叶片安装件50中，所述多片涡轮机叶片48围绕涡轮机转子38在周向46上基本上等距间隔开。涡轮机18的喷嘴主体52可以将排气36导向一级涡轮机叶片48，通过定子53而进入到随后一级涡轮机叶片48，或者在到最后一级之后进入到排气口20。当排气36由喷嘴主体52引导流过每个涡轮机级时，排气36中的能量被转化为涡轮机转子38和轴19的旋转能。在穿过各个涡轮机级之后，排气36在轴向42上离开涡轮机18。

每级涡轮机转子38均包括转子主体54，所述转子主体具有两个转子面56（例如，上游面和下游面）。多个涡轮机叶片安装件50可以在转子主体54的外围60处径向设置在叶片安装区域58中。在一项实施例中，多个涡轮机叶片安装件50（例如，鸠尾槽）可以包括在两个转子面56之间延伸的多个轴向叶片槽50。轴向叶片槽可以基本上限制任何轴向安装的涡轮机叶片48相对于涡轮机转子38进行的任何移动，除了平行于槽轴（例如，轴向42）进行的移动。所安装的涡轮机叶片48可以在径向43上延伸。在一些实施例中，冷却剂流（例如，冷却空气）62可以循环穿过涡轮机转子38，并且穿过多片涡轮机叶片48，大体上如箭头62所示。冷却空气62可能来自压缩机22，也可能来自另一加压空气源。每个转子面56（例如，上游面和/或下游面）均可以具有第一凹槽64和第二凹槽66。在一些实施例中，两个转子面56都可以具有第一凹槽64和第二凹槽66。第一凹槽64和第二凹槽66都可以沿着叶片安装区域58在周向46上延伸。叶片安装区域58可以包括叶片安装件50以及叶片安装件50之间的转子主体54的部分。在一项实施例中，与第二凹槽66相比，第一凹槽64可能在径向43上更加偏离旋转轴68，从而使得第一凹槽64更加接近外围60。此外，在一些实施例中，第一凹槽64和第二凹槽66可以在径向43上彼此相对。例如，第一凹槽64可以朝向轴19和第二凹槽66在径向向内的方向上开口，而第二凹槽66可以远离轴19并且朝向第一凹槽64而径向向外开口。

在一项实施例中，分段式外壳组件40可以沿着一个或两个面56安装在叶片安装区域58的第一凹槽64和第二凹槽66中，以便将多片涡轮机叶片48轴向保持在多个叶片安装件50中，从而对叶片安装区域58中的冷却空气62进行密封，对振动进行阻尼，和/或使叶片安装区域58免受可能会在喷嘴主体52与涡轮机转子38之间穿过的热排气36的影响。分段式外壳组件40可以包括多个外壳段组74，所述多个外壳段组经配置以沿着叶片安装区域58周向安装在第一凹槽64和第二凹槽66中。例如，分段式外壳组件40可以包括1到100个（例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个，或更多）外壳段组74。在一项实施例中，分段式外壳组件40可以沿着上游面和/或下游面56基本上覆盖多个叶片安装件50。每个外壳段组74均可以包括密封段70和外壳段72。在一些实施例中，分段式外壳组件40包括不同数量的密封段70和外壳段72。例如，只有两个密封段70可以与多个（例如，3个、4个、5个、10个，或更多）外壳段72一起使用。分段式外壳组件40还可以包括一个分裂式密封段70和多个外壳段72。在一项实施例中，密封段70可以沿着第二凹槽66周向进行安装，而外壳段72可以沿着第一凹槽64周向安装在密封段70邻近。在径向43上，第一凹槽64可以具有第一凹槽深度76，而第二凹槽66可以第二凹槽深度78。

图3图示了外壳段组74的密封段70和外壳段72的一项实施例，所述外壳段组74可以用于图1和图2所示的涡轮机系统10，或者任何适当的涡轮机（例如，压缩机、涡轮机等）中。密封段70和外壳段72都是弧形的，并且经配置以在周向46上安装在图2所示的第一凹槽64和第二凹槽66内。在一项实施例中，密封段70可以包括密封主体90和至少一个锁紧特征92（例如，弧形锁紧凹部、插孔，或凹口）。外壳段72可以包括沿着外壳主体98的第一周向部分96延伸的第一唇94，以及沿着外壳主体98的第二周向部分102延伸的第二唇100。第二唇100可以具有至少一个配合锁紧特征104（例如，弧形锁紧片、突起，或尖头）。锁紧特征92可以经配置以与配合锁紧特征104连接起来，如箭头80所示，以便形成基本上平坦的外壳段组74。在一些实施例中，密封主体90和外壳段72可以在轴向42上接合并重叠。例如，配合锁紧特征104和密封主体90的法兰142可以重叠。在多项实施例中，锁紧特征92和配合锁紧特征104都可以包括一个或多个凹部、一个或多个突起，或者它们的组合。在一些实施例中，锁紧特征92和配合锁紧特征104可以彼此互补。在其他实施例中，密封段70可以具有配合锁紧特征104，而外壳段72可以具有锁紧特征92。在一项实施例中，连接起来的外壳段组74可以具有基本上统一的高度106，其中第二唇100与密封段70之间基本上没有间隙。在一些实施例中，外壳段组74可以具有槽81，而叶片48可以具有孔82（图4A）。孔82可以收纳紧固件84（例如，桩、销），所述紧固件84延伸到外壳段槽81中，以便阻止密封段70和外壳段72在安装之后在第一凹槽64和第二凹槽66内周向46移动。在一些实施例中，分段式外壳组件40中只有一些分段式外壳组组74可以具有紧固件84。例如，一个紧固件84可以阻止分段式外壳组组74周向46移动，从而可以阻止外壳组件40的其他分段式外壳组组74周向移动。在其他实施例中，分段式外壳组件40可以包括1到100个（例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个，或更多）紧固件84。

图4A图示了分段式外壳组件40中沿着涡轮机转子38的安装区域58部分组装的外壳段组74。密封段70在周向46上沿着第二凹槽66进行安装。每个涡轮机叶片安装件50可以延伸穿过涡轮机转子主体54，从而形成涡轮机转子主体54的移除部分110，所述移除部分110延伸穿过至少一个面56（例如，上游面和/或下游面）上的第二凹槽66和第二边缘122。在一些实施例中，移除部分110可以位于两个邻近的涡轮机叶片安装件50之间。移除部分110可以配置成准许涡轮机叶片48在轴向42上安装，而不会受到第二凹槽66的干扰。在一项实施例中，密封段70的锁紧特征92可以配置成通过第二凹槽66而与移除部分110在轴向42上对齐，而且锁紧特征92可以采用基本上与移除部分110相同的形状（例如，弧形或半圆形）。具有多个特征92的密封段70可以安装在第二凹槽66中，从而在第一安装位置112中，特征92可以与多个移除部分110在轴向42上对齐。对于第一安装位置112而言，外壳段72的第一唇94可以在径向43上插入到转子主体54的第一凹槽64中。对于第二安装位置而言，外壳段72的第一唇94可以在第一凹槽64内旋转，从而使第二唇100朝向第二凹槽66旋转116。在一项实施例中，包括配合锁紧特征104的外壳段72的高度118可以大于两个邻近的叶片安装件50之间的叶片安装区域58的第一边缘120与第二边缘122之间的跨度119。如下文所论述，第一边缘120包括转子主体54的部分，并且可以包括一片或多片涡轮机叶片48的部分。当将外壳段72从第一安装位置112旋转116到第二安装位置时，配合锁紧特征104可以经过转子主体54的移除部分110，以便与锁紧特征92接合。这样，在第二安装位置，锁紧特征92和配合锁紧特征104可以与涡轮机叶片安装件50在轴向42和径向43上对齐。在一项实施例中，外壳段组74可以具有多个锁紧特征92和配合锁紧特征104，这些特征周向间隔开，以基本上配合涡轮机转子主体54的移除部分110和涡轮机叶片安装件50。移除部分有助于涡轮机叶片48和外壳段组74的安装。

图4B图示了沿图4A所示的线4B-4B截取的部分组装的外壳段组74的截面图。如上所述，密封段70可以沿着第二凹槽66在周向上安装在第一安装位置112中，使得锁紧特征92与第二边缘122的移除部分110在轴向46上对齐。在第一安装位置112，外壳段72的第一唇94可以在径向43上插入到转子主体54或涡轮机叶片48的第一凹槽64中，如箭头123所示。当第二唇100朝向密封段70旋转116到第二安装位置时，第一唇94可以在第一凹槽64内枢转。配合锁紧特征104旋转116经过第二边缘122的移除部分110。在第二安装位置，锁紧特征92和配合锁紧特征104在叶片安装区域58内接合。

处于第二安装位置的外壳段组74可以配置成沿着第一凹槽64和第二凹槽66在周向46上旋转（例如，滑动）到中间位置124，如图5所示。在中间位置124，第一边缘120以及第二边缘122的至少一部分可以在轴向42上保持外壳段组74。锁紧特征92和配合锁紧特征104，或者合起来称为锁紧对（lock pair）108，可以在每对邻近的叶片安装件50之间对齐。在一项实施例中，外壳段组74与多个锁紧对108（例如，2到10个）可以在中间位置124中对齐，使得每个锁紧对108位于两个叶片安装件50之间。

如上所述，叶片安装件50可以延伸穿过涡轮机转子主体54，并且可以包括轴向叶片槽50（例如，鸠尾接合件的鸠尾槽），如图5所示。在一些实施例中，叶片安装件50可能是从涡轮机转子主体54中机械加工或穿凿出来的。叶片安装件50也可能是用涡轮机转子主体54锻造或铸造而成的。叶片安装件50可以经配置以径向保持涡轮机叶片48。安装在叶片安装件50中的涡轮机叶片48可以具有叶根130（例如，叶片附接部）、叶片基部132（例如，叶片平台），以及叶片主体134（例如，翼型）。叶根130可以具有与叶片安装件50互补的形状（例如，鸠尾接合件的鸠尾突起），使得涡轮机叶片48可以与安装件50径向紧固，从而形成接合件51。例如，叶根130与叶片安装件50之间的连接可以包括，但不限于，螺纹式连接、销式连接，以及鸠尾式连接。在一项实施例中，叶片安装件50和基部132采用鸠尾的形状在轴向42上彼此接合。在一些实施例中，如图5所示，叶根130的底端126的形状可能基本上与配合锁紧特征104的形状相同（例如，弧形），并且基本上与移除部分110和锁紧特征92互补。叶片基部132可以在轴向42和周向46上延伸到涡轮机转子38的叶片安装件50之外。在一些实施例中，叶片基部132在周向46上的延伸部分可以保护部分转子主体54的外围60免受高温排气36的影响。在一些实施例中，第一凹槽64可以在轴向42上延伸穿过叶片基部132的延伸部分，并且第一边缘120可以包括叶片基部132的至少一部分。在此项实施例中，涡轮机转子主体38和/或涡轮机叶片48可以径向保持外壳段组74，而外壳段组74在两个相反的轴向42上轴向保持涡轮机叶片48。涡轮机转子主体54也在两个轴向42上保持外壳段组74。

虽然图5中仅示出了一段涡轮机转子38，但应了解，涡轮机转子38是环形的并且围绕涡轮机18的整个圆周延伸。此外，虽然只示出了一个外壳段组74，但是实施例可以包括围绕涡轮机转子38的周向范围彼此邻接的多个外壳段组74（2到100个或者10到20个）。例如，某些实施例可以包括围绕涡轮机转子38合起来延伸360度的2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多的外壳段组74。如图所示，外壳段组74在周向46上延伸，从而基本上覆盖五个叶片安装件50。在一些实施例中，单个分裂式密封环可以代替多个密封段70而沿着第二凹槽66围绕整个涡轮机转子38设置，以形成具有多个外壳段72的分段式外壳组件40。其他实施例可以使用基本上在1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多的叶片安装件50上方延伸的外壳段组74。此外，在一些实施例中，外壳段组74的每个周向端部136偏离涡轮机叶片基部132的周向端部137。在这种构造中，外壳段组74之间的接合在周向43上并不与涡轮机叶片基部132之间的接合相一致。由于热排气36可能不会穿过外壳段组74和涡轮机叶片基部132的接合，因此这种布置可以有助于增强对涡轮机叶片38的热保护。

图6图示了位于中间位置124的外壳段组74的截面图，该图是在转子主体54的移除部分110和叶片安装件50处沿着图5所示的线6-6截取的。外壳段组74安装在叶片安装区域58的第一凹槽64和第二凹槽66中。在此项实施例中，安装在第二凹槽66中的密封段70在轴向42上可以由转子主体54、外壳段72的第二唇100，以及第二边缘122保持。密封段70在径向43上可以由第二凹槽66和外壳段72保持。类似地，外壳段72的第一唇94在轴向42和径向43上可以由转子主体54的第一凹槽64和密封段70保持。合起来，外壳段组74可以密封邻近涡轮机叶根130（例如，鸠尾突起）的安装区域58的一部分138。在一些实施例中，冷却空气62等冷却剂流可以在涡轮机叶根130的底端126附近从叶片安装件50被泄漏或者引导到密封部分138中。密封部分138中的冷却空气62可以对高温和/或高应力区域（例如，鸠尾突起130的顶点）进行冷却，以便延长涡轮机叶片48、叶片安装件50及其组合的使用寿命。

在一些实施例中，密封段70可以具有与第二凹槽66接合的基本上平滑的表面140。与光滑表面140相对，密封主体90可以具有法兰142，所述法兰与第二凹槽66中的第二唇100在轴向42和径向43上重叠。在图6所示的实施例中，外壳段组74处于中间位置124，由于存在移除部分110，因此第二唇100的部分并不与第二边缘122接合。密封段70对密封部分138的下部进行密封。如果没有密封段70，那么单独的外壳段72可能无法对密封部分138进行彻底密封，从而无法使冷却空气62循环。例如，如果只有外壳段72安装在中间位置124，那么冷却空气62可能会通过移除部分110逸出到涡轮机转子38的面56。

在一些实施例中，密封段70和外壳段72可以由相同或不同的材料组成，每种材料都具有足够的强度和弹性，以便承受轴向42和径向43上较高的运行温度和应力。例如，在涡轮机转子38的旋转过程中，密封段70和外壳段72可以主要由第一凹槽64径向保持，并且在径向43上可能会经受较高的压应力。在一些实施例中，材料的选择可以基于材料对密封段70、外壳段72和/或外壳段组74的共振产生的影响。对共振产生影响的性质可以包括，但不限于，硬度、密度、厚度以及大小。在一些实施例中，密封段70可以经配置以对相应外壳段72中的振动进行阻尼，从而减少运行过程中的共振响应。

图7图示了沿着图5所示的线7-7截取的位于中间位置124的外壳段组74的截面图，所述中间位置124在主体54的叶片安装件50之间。如上所述，外壳段组74可以径向安装在安装区域58中的第一凹槽64和第二凹槽66中。在此截面图中，密封段70在轴向上可以由转子主体54、配合锁紧特征104，以及第二边缘122保持。在一些实施例中，锁紧特征92可以延伸穿过密封主体90，使得锁紧特征92的至少一部分以及所连接的配合锁紧特征104的至少一部分可以在第二凹槽66内（例如，径向内部）。例如，锁紧特征92可以在径向43和/或轴向42上延伸穿过密封主体90的约5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%，或95%。如图7所示，第二唇100可以与密封段70和第二边缘122这两者接合。在一些实施例中，锁紧对108可以将外壳段组74轴向保持在第一凹槽64和第二凹槽66中，因此，外壳段组74可以将涡轮机叶片48轴向保持在涡轮机叶片安装件50中。

密封段70和外壳段72的至少一部分可以与转子主体54接合，以便形成叶片安装区域58的密封部分138。在一些实施例中，每个密封部分138可以包括一个叶片安装件50的一部分。例如，外壳段组74可以具有一组或多组密封肋144，所述密封肋144经配置以围绕多个叶片安装件50中的每个叶片安装件50延伸，所述叶片安装件是围绕涡轮机转子38的。密封肋144可以在轴向42上伸出，并且可以与转子主体54和涡轮机叶片48接合，以形成密封部分138（例如，由肋144包围的轴向凹陷的腔）。这些密封部分138减少了覆盖主体72的重量。密封肋144可以包括以下项或者沿着它们延伸：第一唇94、第二唇100、密封主体90、脊柱128，以及这些项的组合。在其他实施例中，密封部分138可以包括一个以上叶片安装件50。例如，密封肋140可以包括第一唇94、密封主体90和脊柱128，或者沿着第一唇94、密封主体90和脊柱128在外壳段组74的周向端部134附近延伸，从而在两个或两个以上叶片安装件50的上方延伸。

在一些实施例中，第一唇厚度146可以基本上与第一凹槽宽度148相同。通过促进第一唇94在第一凹槽64内旋转，外壳段72的第一唇94上的斜面150可以有助于将外壳段72安装到第二安装位置，如上所述。斜面150可以具有角152，所述角152介于约1到60度、约5到45度、约10到30度，或者约15到25度。第一唇厚度146可以经配置以基本上对密封部分138进行密封，并且沿着第一凹槽64周向旋转。密封段厚度153可以配置成基本上与第二凹槽宽度154相同。锁紧对108的厚度156和法兰厚度158可以配置成基本上与第二凹槽宽度154相同，从而基本上对密封部分138进行密封并且在第二凹槽66内周向旋转。

图8图示了安装在涡轮机转子38的涡轮机叶片安装区域58的中间位置124内的外壳段组74的透视图。在这个位置124，密封段70可以通过移除部分110而暴露于排气36。然而，如上所述，密封段70可以使叶片安装区域58免受排气36的影响，并且对冷却剂流62进行密封，以便使其围绕涡轮机安装件50循环。锁紧特征92和配合锁紧特征104可以由第二边缘122轴向保持在第二凹槽66内，从而以可移除的方式将外壳段组74紧固在中间位置124。

在将分段式外壳组件40的多个外壳段组74安装成基本上覆盖多个叶片安装件50之后，外壳组件40可以由至少一个紧固件84（例如，销）在周向46上进行紧固，其中每个外壳段组74均处于中间位置124。在一些实施例中，紧固件84可以是销或螺栓，它要插入到转子主体54或所安装的涡轮机叶片48的孔82，以及外壳段72中的配合孔或槽中。例如，外壳组件40的一个外壳段72可以销到涡轮机叶片基部132的第一边缘120，如图8所示。在一些实施例中，紧固件84可以经配置以基本上维持涡轮机转子38的旋转稳定性。例如，紧固件84可以按旋转对称的方式围绕涡轮机转子38安装，以便围绕涡轮机转子38来分配紧固件84的质量。此外，紧固件84可以准许最少的小零件或复杂零件的涡轮机转子38进行现场使用。

以下这种方法可能包括多个步骤：在涡轮机转子38中安装外壳组件40，以保持涡轮机叶片48、使涡轮机转子38免受热排气36的影响、对振动进行阻尼，和/或对叶片安装区域58中的冷却空气36进行密封。例如，涡轮机叶片48可以（例如，在轴向42上）插入到转子主体54的叶片安装件50（例如，轴向鸠尾槽）中。具有至少一个锁紧特征92的密封段70可以插入到涡轮机转子38的第二周向凹槽66中。随后，外壳段72的第一唇94可以插入到径向偏离第二凹槽66的第一周向凹槽64中。外壳段72随后可以在第一凹槽64内围绕第一唇94旋转，以使第二唇100朝向第二凹槽66移动。在一些实施例中，在安装过程中，外壳段72的至少一个配合锁紧特征104可以旋转经过基本上与叶片安装件50对齐的涡轮机转子38的移除部分110。密封段70的每个锁紧特征92可以连接到外壳段72的相应配合锁紧特征104，以便在叶片安装区域58内形成外壳段组74。一旦所有可用的圆周都充满外壳段组74，那么外壳段组74可以沿着第一凹槽64和第二凹槽66在周向46上移动到中间位置124（例如，邻近的叶片安装件50之间的锁紧对108）。中间位置124可以在周向46上位于叶片安装件50之间和/或位于移除部分110之间。紧固件84可以可移除的方式将外壳段组74周向紧固在中间位置124中。在一些实施例中，外壳段组74可以采用不同于上文所述的方式安装在叶片安装区域58中。例如，外壳段72可以插入到第二凹槽66中，随后，密封段70可以插入到第一凹槽64中。在另一实施例中，第一凹槽64和第二凹槽66在径向上可以不彼此相对。在又一实施例中，移除部分110可以源于第一凹槽64或第二凹槽66。移除部分可以基本上不与叶片安装件50轴向对齐，或者可以采用基本上与叶根130的底端126相同的形状。

本发明的技术效果包括具有多个外壳段组74的分段式外壳组件40，每个外壳段组74具有带锁紧特征92的密封段70以及带配合锁紧特征104的外壳段72。密封段70和外壳段72可以由相应的锁紧特征92和配合锁紧特征104连接起来，以便形成基本上平坦的外壳段组74。外壳段组74可以配置成在周向旋转到中间位置124之前，在第二安装位置径向插入到第一凹槽64和第二凹槽66中。在中间位置124，外壳段组74可以保持涡轮机叶片48、使涡轮机转子38免受排气36的影响、对振动进行阻尼，和/或对叶片安装区域58中的冷却空气36进行密封。此外，穿过第二边缘122的移除部分110可以与叶片安装件50一起形成，并且移除部分110的形状可以基本上与锁紧特征92的形状相同，锁紧特征92基本上与配合锁紧特征92互补。多个外壳段组74可以形成零件（特别是小零件）数目最少的外壳组件40，从而简化了对涡轮机转子38进行的组装和维修，而同时基本上不会因涡轮机转子38的振动和/或失衡而对涡轮机转子38的稳定性产生不利影响。

本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员相出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：

涡轮机，其包括：

涡轮机转子，所述涡轮机转子包括叶片安装区域，所述叶片安装区域具有围绕所述涡轮机转子的旋转轴周向设置的多个叶片安装件，以及第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽相对于所述旋转轴以彼此径向偏离的方式沿着所述叶片安装区域周向延伸；

设置在所述多个叶片安装件中的多片叶片；

分段式外壳组件，所述分段式外壳组件包括多个外壳段组，所述多个外壳段组经配置以沿着所述叶片安装区域周向安装在所述第一凹槽和第二凹槽中，其中每个外壳段组包括：

密封段，所述密封段包括具有锁紧特征的密封主体，其中所述密封段经配置以沿着所述第二凹槽周向进行安装；以及

外壳段，所述外壳段包括沿着外壳主体的第一周向部分和第二周向部分延伸的第一唇和第二唇，其中所述第一唇经配置以沿着所述第一凹槽周向进行安装，所述第二唇经配置以沿着所述第二凹槽周向安装在所述密封段邻近，并且所述第二唇包括经配置以与所述锁紧特征连接的配合锁紧特征。

2.根据权利要求1所述的系统，其中每个外壳段组的所述锁紧特征和所述配合锁紧特征经配置以在将所述外壳段插入到所述第二凹槽中的过程中与所述多个叶片安装件中的第一叶片安装件对齐，并且每个外壳段组经配置以沿着所述第一凹槽和第二凹槽周向移动到中间位置，所述中间位置位于所述多个叶片安装件中的所述第一叶片安装件与第二叶片安装件之间。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个叶片安装件包括多个基本上轴向的叶片槽。

4.根据权利要求3所述的系统，其中每个锁紧特征包括锁紧凹部，并且每个配合锁紧特征包括锁紧片。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述分段式外壳组件基本上覆盖多个轴向叶片槽。

6.根据权利要求3所述的系统，其中每个外壳段的所述外壳主体包括密封肋，所述密封肋经配置以围绕所述多个轴向叶片槽中的至少一个轴向叶片槽延伸。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述密封肋经配置以引导冷却剂流穿过所述至少一个轴向叶片槽。

8.根据权利要求1所述的系统，其中每个外壳段的所述第一唇经配置以在所述第一凹槽内旋转，从而使所述第二唇朝向或远离所述第二凹槽旋转。

9.根据权利要求1所述的系统，其中每个密封段经配置以对相应外壳段组中的振动进行阻尼。

10.根据权利要求1所述的系统，其中每个外壳段组经配置以在所述多个叶片安装件中的至少第一叶片安装件和第二叶片安装件之上方延伸。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述涡轮机包括燃气涡轮机。

12.一种系统，其包括：

外壳段组，所述外壳段组经配置以沿着涡轮机转子的叶片安装区域周向安装在第一凹槽和第二凹槽中，其中所述外壳段组包括：

密封段，所述密封段包括具有锁紧特征的密封主体，其中所述密封段经配置以沿着所述第二凹槽周向进行安装；以及

外壳段，外壳段包括以彼此偏离的方式沿着外壳主体的第一周向部分和第二周向部分延伸的第一唇和第二唇，其中所述第一唇经配置以沿着所述第一凹槽周向进行安装，所述第二唇经配置以沿着所述第二凹槽周向安装在所述密封段邻近，并且所述第二唇包括经配置以与所述锁紧特征连接的配合锁紧特征。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述锁紧特征和所述配合锁紧特征经配置以在将所述外壳段插入到所述第二凹槽中的过程中与所述叶片安装区域中的第一叶片安装件对齐，并且所述外壳段组经配置以沿着所述第一凹槽和第二凹槽周向移动到中间位置，所述中间位置位于所述叶片安装区域中的所述第一叶片安装件与第二叶片安装件之间。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一唇和第二唇定向在相对径向上，并且经配置安装在所述第一凹槽和第二凹槽的径向相对配置中。

15.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一唇经配置以在所述第一凹槽内旋转，从而使所述第二唇朝向或远离所述第二凹槽旋转。

16.根据权利要求12所述的系统，其中所述密封段包括多个锁紧特征，所述外壳段包括沿着所述第二唇设置的多个所述配合锁紧特征，并且所述多个锁紧特征经配置以在多个间隔位置上与所述多个配合锁紧特征连接，所述多个间隔位置与所述叶片安装区域中的多个叶片安装件对齐。

17.根据权利要求12所述的系统，其包括涡轮机，所述涡轮机具有所述涡轮机转子和所述外壳段组。

18.一种方法，其包括：

沿着涡轮机转子的叶片安装区域将外壳段组周向安装在第一凹槽和第二凹槽中，其中安装过程包括：

将密封段插入到所述第二凹槽中，其中所述密封段包括锁紧特征；

将外壳段的第一唇插入到所述第一凹槽中；

将所述外壳段的第二唇插入到所述第二凹槽中，使之邻近所述密封段，其中所述第一唇和第二唇以彼此偏离的方式沿着外壳主体的第一周向部分和第二周向部分延伸，并且所述第二唇包括配合锁紧特征；以及

通过将所述锁紧特征与所述配合锁紧特征连接起来，将所述外壳段锁紧到所述密封段上，形成外壳段组。

19.根据权利要求18所述的方法，其包括在所述第一唇设置在所述第一凹槽内时旋转盖板，使所述第二唇朝向所述第二凹槽移动。

20.根据权利要求18所述的方法，其包括使所述外壳段组沿着所述第一凹槽和第二凹槽周向移动到中间位置，所述中间位置位于所述叶片安装区域中的第一叶片安装件与第二叶片安装件之间。

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