CN105683511A - 燃气涡轮发动机的压缩机部中的包括强背板的外翼片支撑环 - Google Patents

燃气涡轮发动机的压缩机部中的包括强背板的外翼片支撑环 Download PDF

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的发动机部中的翼片的排(RV4)的支撑环(30)，包括用于提供用于发动机部中的翼片排的结构支撑的环状主体部分(32)、尾钩(38)、前壁(48)和强背板(64)。尾钩从主体部分的尾侧面延伸并且被联接至外发动机壳(22)用于结构上支撑发动机部中的支撑环。前壁从主体部分的前侧面大体径向向外延伸。强背板横跨在前壁与尾钩之间并且实现发动机的工作期间在前壁与尾钩之间的动态位移上的降低。

Description

燃气涡轮发动机的压缩机部中的包括强背板的外翼片支撑环
技术领域
本发明涉及用于燃气涡轮发动机的压气机部中的翼片排的支撑环，并且更特别地涉及包括用于从发动机壳支撑翼片排的强背板的外翼片支撑环。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，空气被吸入压气机部内，在那里被压缩并且按照规定路线至燃烧部。压缩空气在燃烧部中与燃料混合，创建了限定高温工作气体的燃烧产物。工作气体被指向通过发动机的涡轮机部中的热气体路径，在那里工作气体膨胀以提供涡轮机转子的转动。涡轮机转子可以被联接至发电机，其中涡轮机转子的转动可以用于在发电机中产生电力。
发明内容
依照本发明的第一方面，提供一种用于包括限定了轴向方向的中心轴线的燃气涡轮发动机的发动机部中的翼片排的支撑环。支撑环包括：环状主体部分，翼片被附接至该环状主体部分用于提供用于发动机部中的翼片的结构支撑；尾钩；前壁；和强背板。尾钩从主体部分的参照通过发动机部的空气流动的方向的尾侧面延伸并且被联接至外发动机壳用于结构上支撑发动机部中的支撑环。前壁从主体部分的参照通过发动机部的空气流动的方向的前侧面大体径向向外延伸。强背板横跨在前壁与尾钩之间并且实现发动机的工作期间在前壁与尾钩之间的动态位移的降低。
依照本发明的第二方面，提供一种用于包括限定了轴向方向的中心轴线的燃气涡轮发动机的发动机部中的翼片排的支撑环。支撑环包括：环状主体部分，翼片被附接至该环状主体部分用于提供用于发动机部中的翼片的结构支撑；尾钩；前壁；和强背板。尾钩从主体部分的参照通过发动机部的空气流动的方向的尾侧面延伸，并且被联接至外发动机壳用于结构上支撑发动机部中的支撑环。前壁从主体部分的参照通过发动机部的空气流动的方向的前侧面大体径向向外延伸，并且不包括从前壁的参照通过发动机部的空气流动的方向的前侧面或尾侧面轴向延伸的凸缘。强背板横跨在前壁与尾钩之间并且实现发动机的工作期间在前壁与尾钩之间的动态位移的降低。
依照本发明的第三方面，提供一种包括限定了轴向方向的中心轴线的燃气涡轮发动机。发动机包括：外发动机壳，包围发动机的压气机部的至少一部分；和支撑环，被附接至发动机壳用于支撑压气机部内的固定翼片排。支撑环包括：环状主体部分，翼片被附接至该环状主体部分用于提供用于翼片的结构支撑；尾钩；前壁；和强背板。尾钩从主体部分的参照通过压气机部的空气流动的方向的尾侧面延伸，其中尾钩被接收在形成于外发动机壳中的相应槽内用于结构上支撑压气机部中的支撑环。前壁从主体部分的参照通过压气机部的空气流动的方向的前侧面大体径向向外延伸，其中前壁不包括从前壁的参照通过压气机部的空气流动的方向的前侧面或尾侧面轴向延伸的凸缘。强背板横跨在前壁与尾钩之间并且实现发动机的工作期间在前壁与尾钩之间的动态位移的降低。
附图说明
虽然说明书以特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求为结论，但是认为本发明将从结合所附附图的以下描述而得以更好地理解，其中相似的附图标记识别出相似的元件，并且其中：
图1是燃气涡轮发动机中的压气机部的一部分的示意性截面图，压气机部包括经由依照本发明的实施例构造的支撑环被从发动机壳支撑的多个翼片排；
图2是图1中图示出的支撑环中的一个的放大图；
图3是沿图4中的线3-3截取的与图2的视图类似的并示出依照发明的另一实施例的用于翼片排的支撑环的视图；
图4是图3中示出的支撑环的横截面图；
图5是沿图4中的线5-5截取的放大横截面图；
图6是与图2的视图类似的并示出依照发明的另一实施例的用于翼片排的支撑环的图；
图7至图9是描绘了依照发明的另一实施例的用于燃气涡轮发动机的维修过程的示例性步骤的与图2类似的视图。
具体实施方式
在优选实施例的以下详细描述中，参考形成其一部分并且其中通过图示的方式但不是限制的方式示出了可以实践发明的具体优选实施例的附图。需要理解的是，其他可以使用实施例并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出改变。
现在参见图1，图示出发动机部的一部分并且更具体地是燃气涡轮发动机12的压气机部10。压气机部10的图示出的部分包括六排RV1-6的固定压气机翼片V和五排RB1-5的转动压气机叶片B。应该理解的是，压气机部10可以在不脱离发明的范围和精神的情况下包括与如图1中所示相比附加或更少排的翼片V和叶片B。
如对于本领域技术人员显而易见的，空气通过压气机部10被吸入发动机12内，其中翼片V和叶片B的排RV1-6、RB1-5起到以已知方式将空气压缩的功能。压缩空气被供给至在压气机部10下游的燃烧部(未示出)，在那里压缩空气与燃料混合并且被点燃以创建热工作气体。热工作气体被输送至涡轮机部(未示出)，在那里它们被用于以已知方式为转子提供转动。延伸穿过压气机部10的转子的一部分16(以下称为“转子部分16”)被图示在图1中。转子可以用于为发电机提供动力用于以已知方式的电力的产生。转子部分16平行于发动机12的中心轴线CA延伸，该中心轴线CA限定了发动机12的轴向方向AD。
如图1所示，翼片V的排RV1-6在其外端部20处被从将在下面更详细描述的外发动机壳22上悬挂下来。翼片V的排RV1-6还在其内端部24处被支撑在各自的内罩26上。
现在参见图2，示出了翼片V的排RV1-6中的一个至外发动机壳22的连接。可以设想到图2中图示出的翼片V的排可以是压气机部10中的翼片V的第四排RV4，但图示出的翼片V的排也可以是翼片V的第五排或第六排RV5、RV6。
图2中示出的翼片V的示例性第四排RV4经由支撑环30被支撑于外发动机壳22。支撑环30包括环状主体部分32，翼片V被附接至环状主体部分上用于为翼片V提供结构支撑。主体部分32以从参照通过压气机部10的空气流动AF的方向的其前侧面34至其尾侧面36稍微径向向内倾斜的状态大体在轴向方向AD上延伸。主体部分32的稍微径向向内倾斜对应于压气机部10的如图1所示从左到右的径向向内锥度。主体部分32可以具有大约4mm至大约13mm的厚度TMB。需要注意的是，支撑环30可以由诸如例如通过焊接等接合到一起的多个周向延伸的段或片形成。段的尺寸和数量可以取决于发动机12的尺寸和配置而变化。
支撑环30进一步包括从主体部分32的尾侧面36延伸的尾钩38。尾钩38被联接至外发动机壳22，用于结构上支撑支撑环30并因此支撑压气机部10中的翼片V。具体地，图示支撑环30的尾钩38包括从主体部分32大体径向向外延伸的尾壁40和从尾壁40的尾侧面40A大体轴向延伸的尾凸缘42，其中尾凸缘42被接收在形成于外发动机壳22中的相应槽44内。尾壁40可以具有大约4mm至大约15mm的厚度TAW，并且尾凸缘42可以具有大约4mm至大约9mm的厚度TAF。依照发明的一个方面，尾壁40的厚度TAW可以与主体部分32的厚度TMB大约相同或稍大，并且尾凸缘42的厚度TAF可以与主体部分32的厚度TMB大约相同或稍小。尾钩38的尾壁40和尾凸缘42的厚度TAW、TAF优选地当与现有技术的尾凸缘相比时被放大，如下面将讨论的。
仍然参见图2，支撑环30另外地包括从主体部分32的前侧面34大体径向向外延伸的前壁48。依照本发明的一方面，图2中图示出的支撑环30不具有从前壁48的或者前侧面48A或者尾侧面48B轴向延伸的前钩或凸缘(图6和图7的实施例中示出了示例性前凸缘，这将在下面讨论)。因此，尾钩38的尾凸缘42的径向向内面向表面42A是支撑环30的由外发动机壳22的径向向外面对表面支撑的唯一结构，即表面42A由外发动机壳22的在槽44内的径向向外面向表面22B支撑，使得尾钩38是非工作状态期间从外发动机壳22支撑支撑环30的主结构。在发动机的工作期间，尾钩38提供了来自外发动机壳22的用于支撑环30和相应翼片V的大部分周向结构支撑，而前壁48由于其与外发动机壳22的径向延伸且轴向面向的壁表面22A接合而提供了用于支撑环30和相应翼片V的大部分轴向支撑。
需要注意的是，图2中在前壁48与外发动机壳22的壁表面22A之间存在有小间隙G，如图2描绘了处于冷的或非工作状态的这些组成部件。在发动机的工作期间，支撑环30和外发动机壳22中的一个或两者的热生长和/或这些组成部件之间的相对移动引起了间隙G收缩并且被耗尽，其中前壁48的前侧面48A与外发动机壳22的壁表面22A接触以提供如上面指出的用于支撑环30和相应翼片V的轴向支撑。前壁48的前侧面48A与外发动机壳22的壁表面22A之间的这样的接触导致相对于具有从前壁48的前侧面48A轴向延伸的前钩或凸缘的现有技术支撑环配置来说在支撑环30的前端部34处的增加的接合面积。在支撑环30的前端部34处的增加的接合面积被认为降低了支撑环30的前端部34处的、即在前壁48与外发动机壳22的壁表面22A之间的磨损，因此增加了支撑环30的寿命。
依照本发明的该方面，尾钩38的放大导致尾钩38的尾凸缘42的下表面42A与外发动机壳22的槽44内的相应的径向向外面向的表面22B之间的增加的接合面积以提供用于支撑环30的更大量的结构支撑，这是优选的因为该实施例的支撑环30没有从支撑环30的前壁48延伸的前钩或凸缘。通过消除前钩/凸缘，认为实现了在非工作状态期间在主体部分32的前侧面34处的接触压力上的降低，而在工作期间，支撑环30的前端部34处的、即在前壁48的前侧面48A与外发动机壳22的壁表面22A之间的增加的接合面积被增加以便如上面指出的增加这些组成部件的寿命。
现在参见图3至图5，示出了依照发明的另一方面形成的支撑环60。在该实施例中，除了如参照图2中图示的实施例在上面所描述的包括放大的尾钩62并且没有前钩或轴向延伸凸缘的支撑环60之外，该实施例的支撑环60还包括横跨在支撑环60的前壁和尾壁66、68之间的强背板64，其中尾壁68限定了尾钩62的一部分。强背板64可以例如被螺栓连接或焊接在适当位置，并且实现了在发动机的工作期间在支撑环60的前壁和尾壁66、68之间的动态位移上的降低。
如图4和图5中最清楚地示出的，根据发明的该方面的示例性强背板64包括朝向支撑环60的主体部分72径向向内延伸的多个周向间隔开的沟壑70。沟壑70从强背板64的接近并附接至支撑环60的前壁66的前端部64A延伸至强背板64的接近并附接至支撑环60的尾钩62的尾端部64B。沟壑70在提供了径向方向上的受控的位移以降低应力的同时增加了强背板64的在轴向方向AD上的结构刚性。
现在参见图6，示出了依照发明的又一方面形成的支撑环80。在该实施例中，除了包括强背板82和可选的放大的尾钩84的支撑环80之外，该实施例的支撑环80还包括前壁86和从前壁86的前侧面86A轴向延伸的凸缘88。凸缘88和根据发明的该实施例的尾钩84的凸缘90各被接收在外发动机壳96的相应槽92、94中以协作地支撑支撑环80和发动机中的翼片V。根据发明的该方面的强背板82可以包括实心板状构件，或者它可以包括与在上面针对图3至图5的实施例所描述的沟壑70类似的沟壑。另外，包括沟壑70的在图3至图5中图示出的强背板64可以用图6的实心板状构件强背板82替换。
现在参照图7至图9，图示出用于维修燃气涡轮发动机的压气机部的方法的示例性步骤。在图7中，将翼片V的已有的排100和老化的支撑环102从外发动机壳104上去除。这可以使用传统技术来完成，但需要注意的是翼片V优选地不被毁坏或伤害使得它们可以如这里将描述的在替换支撑环的安装后被重新使用(假设翼片V处于保证放回到发动机内的足够良好的状态)。
如图8所示，使用机器106将选择材料SM从外发动机壳104的维修部位SL上去除。具体地，待插入老化的支撑环102曾位于的维修部位SL内的替换支撑环108(参见图9)不包括前钩，使得替换支撑环108与图2的支撑环30或图3至图5的支撑环60类似。然而，替换支撑环108的主体部分110在轴向上比老化的支撑环102长，使得选择材料SM必须被从外发动机壳104的维修部位SL上去除，用于使外发动机壳104能够接收和支撑替换支撑环108。如图8所示，机器106将选择材料SM从维修部位SL上去除，使得外发动机壳104具有大体径向延伸且轴向面向的壁表面104A并且没有狭槽或槽，即，因为替换支撑环108不包括待插入这样的狭槽或槽内的具有轴向延伸的凸缘的前钩。
此外，机器106还可以将附加选择材料SAM(参见图8)从维修部位SL的后部分去除，因为替换支撑环108可以如与图2的支撑环30或图3至图5的支撑环60一样具有放大的尾钩112。如果替换支撑环108具有放大的尾钩112则将附加选择材料SAM去除，使得外发动机壳104能够接收和支撑替换支撑环108。
一旦发动机壳104被机加工成规格、即在选择材料SM已被从发动机壳104的维修部位SL去除之后并且可选地在机器106已将附加选择材料SAM去除之后(如果替换支撑环108具有放大的尾钩112的话)，使得发动机壳104可以接收替换支撑环108，发动机壳104的径向延伸且轴向面对的壁表面104A就会在选择材料SM被从发动机壳104上去除之前在维修部位SL处与发动机壳104的径向延伸且轴向面对的壁表面104B在轴向上间隔开，参见图8和图9。
接着将替换支撑环108和翼片V安装到发动机内并固定至外发动机壳104，其中替换支撑环108的尾钩112(其可以如上面所描述地被放大)滑动到形成在外发动机壳104中的槽120内并且基本上是如这里所描述的从外发动机壳104支撑替换支撑环108的唯一结构。还有如上面所指出的，当使用新的替换翼片V时，可以再次使用如上面参照图7所描述的从发动机上去除的翼片V(假设翼片V处于保证放回到发动机内的足够良好的状态)。
如上面参照图2所讨论的，替换支撑环108的前侧面122与外发动机壳104的壁表面104A之间的、和尾钩112与形成在外发动机壳104中的槽120之间的接合面积被放大，使得这些组成部件的使用寿命被认为是增加的。此外，这些增加的接合面积在替换支撑环108的整体轴向长度没有实质增加的情况下实现，使得可以保存压气机部内的翼片V和叶片B的相同数量的排。
上面所描述的维修方法可以在有或没有处于发动机中的适当位置的转子、例如如上面所描述的转子部分16的情况下实施。此外，维修方法可以用于如上面参照图3至图5所描述的具有强背板的支撑环，或者用于如上面参照图1和图2所描述的没有强背板的支撑环。
虽然已图示出并描述了本发明的特定实施例，但对于本领域技术人员来说显而易见是可以在不脱离发明的精神和范围的情况下做出各种其他改变和修改。因此意在在随附权利要求中涵盖在该发明的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (20)

1.一种用于包括限定轴向方向的中心轴线的燃气涡轮发动机的发动机部中的翼片排的支撑环，所述支撑环包括：
环状主体部分，所述翼片被附接至所述环状主体部分以用于提供用于所述发动机部中的所述翼片的结构支撑；
尾钩，从所述主体部分的参照通过所述发动机部的空气流动的方向的尾侧面延伸，所述尾钩被联接至外发动机壳以用于结构上支撑所述发动机部中的所述支撑环；
前壁，从所述主体部分的参照通过所述发动机部的空气流动的所述方向的前侧面大体径向向外延伸；和
强背板，横跨在所述前壁与所述尾钩之间，所述强背板实现所述发动机的工作期间在所述前壁与所述尾钩之间的动态位移的降低。
2.根据权利要求1所述的支撑环，其中所述强背板包括朝向所述主体部分在径向上延伸的多个周向上间隔开的沟壑，所述沟壑在提供所述径向方向上的受控位移以降低应力的同时增加所述强背板的在所述轴向方向上的结构刚性。
3.根据权利要求2所述的支撑环，其中所述沟壑从所述强背板的接近所述前壁的前端部延伸至所述强背板的接近所述尾钩的尾端部。
4.根据权利要求1所述的支撑环，其中所述尾钩包括从所述主体部分大体径向向外延伸的尾壁和从所述尾壁的尾侧面大体轴向延伸的尾凸缘。
5.根据权利要求4所述的支撑环，其中所述尾凸缘被接收在形成于所述外发动机壳中的相应槽内。
6.根据权利要求4所述的支撑环，其中所述前壁不包括从所述前壁的参照通过所述发动机部的空气流动的所述方向的前侧面或尾侧面轴向延伸的凸缘。
7.根据权利要求6所述的支撑环，其中所述尾凸缘的径向向内面向表面是所述支撑环的由所述外发动机壳的径向向外面向表面支撑的唯一结构。
8.根据权利要求1所述的支撑环，其中所述强背板是被焊接和被螺栓连接至所述前壁和所述尾钩中的一个。
9.一种用于包括限定轴向方向的中心轴线的燃气涡轮发动机的发动机部中的翼片排的支撑环，所述支撑环包括：
环状主体部分，所述翼片被附接至所述环状主体部分以用于提供用于所述发动机部中的所述翼片的结构支撑；
尾钩，从所述主体部分的参照通过所述发动机部的空气流动的方向的尾侧面延伸，所述尾钩被联接至外发动机壳以用于结构上支撑所述发动机部中的所述支撑环；
前壁，从所述主体部分的参照通过所述发动机部的空气流动的所述方向的前侧面大体径向向外延伸，所述前壁不包括从所述前壁的参照通过所述发动机部的空气流动的所述方向的前侧面或尾侧面轴向延伸的凸缘；和
强背板，横跨在所述前壁与所述尾钩之间，所述强背板实现所述发动机的工作期间在所述前壁与所述尾钩之间的动态位移的降低。
10.根据权利要求9所述的支撑环，其中所述尾钩包括从所述主体部分大体径向向外延伸的尾壁和从所述尾壁的尾侧面大体轴向延伸的尾凸缘。
11.根据权利要求10所述的支撑环，其中所述尾凸缘被接收在形成于所述外发动机壳中的相应槽内。
12.根据权利要求11所述的支撑环，其中所述尾凸缘的径向向内面向表面是所述支撑环的由所述外发动机壳的径向向外面向表面支撑的唯一结构。
13.根据权利要求9所述的支撑环，其中所述强背板包括朝向所述主体部分在径向上延伸的多个周向上间隔开的沟壑，所述沟壑在提供所述径向方向上的受控位移以降低应力的同时增加所述强背板的在所述轴向方向上的结构刚性。
14.根据权利要求13所述的支撑环，其中所述沟壑从所述强背板的接近所述前壁的前端部延伸至所述强背板的接近所述尾钩的尾端部。
15.根据权利要求9所述的支撑环，其中所述发动机部是压缩机部并且所述支撑环由接合到一起的多个周向延伸段形成。
16.一种包括限定轴向方向的中心轴线的燃气涡轮发动机，所述发动机包括：
外发动机壳，包围所述发动机的压气机部的至少一部分；
支撑环，被附接至所述发动机壳以用于支撑所述压气机部内的固定翼片的排，所述支撑环包括：
环状主体部分，所述翼片被附接至所述环状主体部分以用于提供用于所述翼片的结构支撑；
尾钩，从所述主体部分的参照通过所述压气机部的空气流动的方向的尾侧面延伸，所述尾钩被接收在形成于所述外发动机壳中的相应槽内以用于结构上支撑所述压气机部中的所述支撑环；
前壁，从所述主体部分的参照通过所述压气机部的空气流动的所述方向的前侧面大体径向向外延伸，所述前壁不包括从所述前壁的参照通过所述压气机部的空气流动的所述方向的前侧面或尾侧面轴向延伸的凸缘；和
强背板，横跨在所述前壁与所述尾钩之间，所述强背板实现所述发动机的工作期间在所述前壁与所述尾钩之间的动态位移的降低。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其中所述尾钩包括从所述主体部分大体径向向外延伸的尾壁和从所述尾壁的尾侧面大体轴向延伸并且被接收在形成于所述外发动机壳中的槽内的尾凸缘。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其中所述尾凸缘的径向向内面向表面是所述支撑环的由所述外发动机壳的径向向外面向表面支撑的唯一结构。
19.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其中所述强背板包括朝向所述主体部分在径向上延伸的多个周向上间隔开的沟壑，所述沟壑在提供所述径向方向上的受控位移以降低应力的同时增加所述强背板的在所述轴向方向上的结构刚性。
20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其中所述沟壑从所述强背板的接近所述前壁的前端部延伸至所述强背板的接近所述尾钩的尾端部。
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