CN108884719A - 涡轮的支撑结构 - Google Patents

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Abstract

在通过覆盖燃气轮机的涡轮(5)的涡轮机匣(23)支撑涡轮的喷嘴(13)和与邻接于喷嘴的动叶对置的护罩(21)的结构中，各喷嘴的外周凸缘(19)的前后端部与所述涡轮机匣(23)内周部卡合，所述护罩(21)的前端部与其前方的外周凸缘(19)的后端部卡合，所述护罩(21)的后端部与其后方的外周凸缘(19)的前端部卡合，并通过贯穿重叠卡合部分(49)的支撑销(51)，所述喷嘴和所述护罩支撑于所述涡轮机匣，其中，所述重叠卡合部分(49)是所述涡轮机匣的卡合部、所述外周凸缘的卡合部、所述护罩的卡合部相互在径向上重叠的部分。

Description

涡轮的支撑结构
相关申请
本申请主张2016年3月24日申请的日本特愿2016-060306的优先权，并通过参照引用其整体作为本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及在燃气涡轮发动机的涡轮中通过覆盖该涡轮的外周的涡轮机匣对构成涡轮的喷嘴和护罩进行支撑的结构。
背景技术
在燃气涡轮发动机的涡轮中，作为用于支撑喷嘴和护罩的结构而提出了各种方案。例如，已知有一种结构，其在涡轮机匣的内周从前后两个方向将支撑用的部件卡定并用螺栓固定，且使喷嘴和护罩与该支撑用部件卡合(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3034519号说明书
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是，在上述专利文献1所记载的结构中，由于使用仅用于支撑喷嘴和护罩的支撑用部件，因此部件数量增加，并且组装工时增加。
本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种涡轮的支撑结构，该结构能够减少部件数量和组装工时，并且能够可靠地支撑喷嘴和护罩。
(二)技术方案
为了实现所述目的，本发明的第一方面的涡轮的支撑结构，在燃气涡轮发动机的涡轮中，通过覆盖该涡轮的外周的涡轮机匣支撑构成涡轮的多个喷嘴、以及与邻接于喷嘴的动叶对置的护罩，
各喷嘴的外周凸缘的前端部和后端部分别与所述涡轮机匣的内周部卡合，
所述护罩的前端部与位于该护罩的前方的所述外周凸缘的后端部卡合，所述护罩的后端部与位于该护罩的后方的所述外周凸缘的前端部卡合，
在所述外周凸缘的前端部和后端部的任意一方形成有重叠卡合部分，所述重叠卡合部分是所述涡轮机匣的卡合部、所述外周凸缘的卡合部、所述护罩的卡合部相互在径向上重叠的部分，
通过在径向上贯穿所述重叠卡合部分的支撑销，所述喷嘴和所述护罩支撑于所述涡轮机匣。
根据该结构，由于利用喷嘴和护罩自身，且相对于多个部件使用共用的支撑销，并且通过涡轮机匣支撑这些部件，因此能够大幅减少涡轮的部件数量和组装工时。
也可以成为，在本发明的一个实施方式中，所述支撑销设置于所述外周凸缘的前端侧的卡合部，在所述外周凸缘的后方配置有将附加于该外周凸缘的轴向力向所述涡轮机匣传递的推力环。根据该结构，通过设置推力环，能够避免附加于外周凸缘的喷嘴卡合部的较大的轴向力进一步附加到位于其后方的护罩，并能够稳定地支撑这些部件。而且，能够在适当保持喷嘴与护罩的位置关系的状态下，配置支撑销和推力环。
也可以成为，在本发明的一个实施方式中，所述喷嘴由在周向上被分割的多个喷嘴分割体构成，所述护罩由在周向上被分割的、数量为所述喷嘴分割体的两倍的护罩分割体构成，多个所述支撑销分别插通于形成于所述喷嘴分割体的外周凸缘分割体的周向中央部的中央插通槽和形成于两端部的端部插通槽，在所述外周凸缘分割体通过插通于所述中央插通槽的支撑销在周向上定位的状态下，在所述端部插通槽、与插通于该端部插通槽的支撑销之间形成有间隙。根据该结构，能够减小护罩分割体的周向尺寸，并抑制热伸长量，并且对于喷嘴分割体，能够避免针对热伸长的过度约束。
在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合都包含于本发明。尤其是权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合都包含于本发明。
附图说明
通过参考附图对以下优选的实施方式进行的说明能够更明确理解该发明。但是，实施方式和附图仅仅用于图示和说明，并不用于限定该发明的范围。该发明的范围由权利要求书限定。在附图中，多个图中的相同的附图标记表示相同或者相当的部分。
图1是表示具有本发明的一个实施方式的支撑结构的燃气涡轮发动机的概要结构的局部剖切侧视图。
图2是将图1的燃气涡轮发动机的涡轮周边部分放大表示的纵向剖视图。
图3是将图2中的支撑结构周边部分放大表示的纵向剖视图。
图4是表示图2的涡轮中的喷嘴和护罩的周向配置的示意图。
具体实施方式
以下按照附图说明本发明的实施方式，但本发明并不限于该实施方式。
图1是剖开具有本发明的一个实施方式的涡轮的支撑结构的燃气涡轮发动机(以下简称为燃气轮机)GE的一部分的侧视图。燃气轮机GE将从外部导入的空气A在压缩机1中压缩并导向燃烧器3，在燃烧器3内使燃料F与压缩空气CA一起燃烧，并通过所获得的高温高压的燃烧气体G来驱动涡轮5。在本实施方式中，多个桶型的燃烧器3沿着燃气轮机GE的周向等间隔地配置。此外，在以下的说明中，有时将燃气轮机GE的轴心C方向上的压缩机1侧称为“前方”，将涡轮5侧称为“后方”。在构成实施方式的要素的名称上所添加的“前”、“后”也是相同的意义。另外，在以下的说明中，“轴心方向”、“周向”以及“径向”，除了特别说明的情况之外，都表示燃气轮机GE的轴心C方向、周向以及径向。
在燃烧器3中产生的高温高压的燃烧气体G从涡轮5的第一级喷嘴(第一级静叶)11流入涡轮5内。如图2所示，在涡轮5中，多个喷嘴(静叶)13和多个动叶17在轴心方向上交替地邻接配置，其中，所述动叶17配置于构成燃气轮机GE的旋转部分的转子R的外周面。在各喷嘴13的外周部设置有圆锥面形的外周凸缘19。另外，各动叶17被护罩21覆盖其径向外侧。即，护罩21与各动叶17的端部在径向上分离并对置。护罩21与外周凸缘19在轴心方向上交替地且相互接触地配置。在本实施方式中，通过覆盖涡轮5的外周的涡轮机匣23支撑喷嘴13和护罩21。此外，在以下的说明中，有时将与第n级动叶17n对置地配置的护罩21称为“第n级护罩21n”。对于通过涡轮机匣23支撑喷嘴13和护罩21的结构，将会在后面进行详细说明。
在本实施方式中，涡轮5的第一级喷嘴11经由覆盖其外周的第一级喷嘴支撑体25而被燃气轮机GE的壳体H支撑。在本说明书中，将与第一级喷嘴支撑体25分体形成的、比第一级喷嘴11更靠后方的涡轮部分，即从第一级动叶171起覆盖后方的涡轮部分的外周的机匣部件称为“涡轮机匣23”。在以下的说明中，除了特别明示的情况之外，在仅称为“喷嘴13”的情况下，是指除了第一级喷嘴11之外的、比第一级动叶171更靠后方配置的喷嘴(在图示的例子中是第二级喷嘴和第三级喷嘴)13。涡轮机匣23不是在周向上分割为两部分的分割型，而是一体件。因而，喷嘴13、动叶17、护罩21等从后方装入涡轮机匣23的内侧。
如图2所示，由多个外周凸缘19和护罩21形成的涡轮5的外周面在纵向剖视图中形成为大致呈直线状向后方扩径的部分圆锥面。涡轮机匣23具有作为覆盖涡轮5的外周的部分的机匣主体部23a、以及从机匣主体部23a向后方延伸的圆筒状的连结部23b。覆盖涡轮5的外周的机匣主体部23a具有朝向后方扩径的形状。在连结部23b的最后端设置有向径向外侧突出设置的后端凸缘27。涡轮机匣23经由后端凸缘27在通过连结销P1那样的连结部件与燃气轮机GE的壳体H的后端部Ha连结并定位的状态下，被支撑于后端部Ha与后部导管31之间。后部导管31通过未图示的螺栓与后端部Ha连结。壳体H与后部导管31之间通过连结销P2定位。
以下对通过涡轮机匣23支撑喷嘴13和护罩21的结构进行说明。本实施方式的支撑结构适用于图3所示的多个喷嘴13和多个护罩21中的尤其是配置于两个喷嘴13、13之间的护罩21(在图示的例子中是第二级护罩212)和分别配置于该护罩21的前后两端侧的所述两个喷嘴13、13。此外，虽然在图示的例子中，本实施方式的支撑结构所适用的护罩21仅是第二级护罩212，但是喷嘴13的数量和护罩21的数量可以比图示的例子多，在这种情况下，本实施方式的支撑结构能够适用于多个护罩21。
如图3所示，在喷嘴13的外周凸缘19突出设置有喷嘴卡合部41。另外，在护罩21突出设置有护罩卡合部43。在涡轮机匣23的内周部突出设置有与喷嘴卡合部41卡合的机匣卡合部45。在图示的例子中，涡轮机匣23的机匣卡合部45在不同的轴心方向位置形成有多个(在该例中是两个)。在以下的说明中，在两个机匣卡合部45、45中，有时将前方的卡合部称为前方机匣卡合部45F，将后方的卡合部称为后方机匣卡合部45R。
作为所述喷嘴卡合部41，在喷嘴13的外周凸缘19的前端部设置有由向前方突出的突片构成的前方喷嘴卡合部41F，在外周凸缘19的后端部设置有由向前方突出的突片构成的后方喷嘴卡合部41R。另外，在第二级护罩212的前端部设置有由向前方突出的突片构成的前方护罩卡合部43F，在第二级护罩212的后端部设置有由向后方突出的突片构成的后方护罩卡合部43R。
而且，在本实施方式中，在外周凸缘19形成有喷嘴被卡合部47，所述喷嘴被卡合部47是供护罩21的护罩卡合部43卡合的被卡合部。在图示的例子中，作为所述喷嘴被卡合部47，在外周凸缘19的前端部设置有由向后方凹陷的凹部构成的前方喷嘴被卡合部47F，在外周凸缘19的后端部设置有由向前方凹陷的凹部构成的后方喷嘴被卡合部47R。
更具体而言，是在从外周凸缘19的前端面起稍微后方的部分，沿整周设置有向径向外侧突出的前端缘部19a，前方喷嘴卡合部41F从前端缘部19a的外缘向前方突出设置。外周凸缘19的前端部与前方喷嘴卡合部41F之间的凹部形成所述前方喷嘴被卡合部47F。另一方面，在从外周凸缘19的后端面起稍微前方的位置，沿整周设置有向径向外侧突出的后端缘部19b。外周凸缘19的后方喷嘴卡合部41R从后端缘部19b的外缘向前方突出设置。后方喷嘴被卡合部47R形成为从外周凸缘19的后端面向前方凹陷的凹部。
在本实施方式中，使具有这样的结构的涡轮机匣23、喷嘴13的外周凸缘19以及护罩21如下述那样卡合。
喷嘴13的外周凸缘19的前端部(前方喷嘴卡合部41F)和后端部(后方喷嘴卡合部41R)分别与形成于涡轮机匣23的内周部的机匣卡合部45(前方机匣卡合部45F和后方机匣卡合部45R)卡合。另外，护罩21的前端部(前方护罩卡合部43F)与位于该护罩21的前方的外周凸缘19的后端部(后方喷嘴被卡合部47R)卡合，护罩21的后端部(后方护罩卡合部43R)与位于该护罩21的后方的外周凸缘19的前端部(前方喷嘴被卡合部47F)卡合。
仅在外周凸缘19的前端部和后端部的任意一方(在图示的例子中是后方的外周凸缘19的前端部)形成有重叠卡合部分49，所述重叠卡合部分49是涡轮机匣23的机匣卡合部45、外周凸缘19的喷嘴卡合部41、护罩21的护罩卡合部43相互在径向上重叠的部分。在图示的例子中，由在后方的外周凸缘19的前端部互相卡合的各部件、即前方喷嘴卡合部41F、后方机匣卡合部45R、以及后方护罩卡合部43R形成了重叠卡合部分49。共用的支撑销51在径向上贯穿该重叠卡合部分49。支撑销51在周向上设置有多个。通过支撑销51将喷嘴13和护罩21相对于涡轮机匣23在周向定位和支撑。这样，通过共用的支撑销51使喷嘴13和护罩21在周向上定位，从而能够减少部件数量。此外，各卡合部以及被卡合部的形状不限于图示的例子。
在外周凸缘19的后方喷嘴卡合部41R的后方配置有环状的推力环55。在图示的例子中，推力环55形成为剖面呈大致L字形。在涡轮机匣23的内周面形成有向径向外侧凹陷的嵌合槽57，推力环55嵌合于该嵌合槽57。更具体而言，剖面呈大致L字形的推力环55具有向径向外侧突出的环状突部55a，该环状突部55a嵌合于嵌合槽57。在使外周凸缘19与机匣卡合部45卡合的状态下，嵌合槽57的前方的壁面(朝向后方的壁面)57a形成于与外周凸缘19的后端缘部19b的后端面(即，外周凸缘19的后方喷嘴卡合部41R的后端面)19ba基本上对齐的位置。因而，附加于后方喷嘴卡合部41R的轴向力经由推力环55向涡轮机匣23(更具体而言，是嵌合槽57的后方的壁面57b)传递。虽然也可以省略推力环55，但是设置推力环55能够避免附加于外周凸缘19的喷嘴卡合部41的较大的轴向力进一步附加到与其后方邻接的护罩21，并能够将这些部件稳定地支撑于涡轮机匣23。而且，通过将支撑销51配置于外周凸缘19的前端侧的前方喷嘴卡合部41F，从而能够在适当地保持喷嘴13与护罩21的位置关系的状态下配置支撑销51和推力环55。
另外，在图示的例子中，推力环55与第二级护罩212的前方护罩卡合部43F的外周面接触地配置。由此，能够利用卡合于外周凸缘19的护罩21稳定地配置推力环55。此外，本实施方式的推力环55形成为卡环，在缩径的状态下嵌入嵌合槽57。
接着，对喷嘴13和护罩21的周向配置进行说明。如图4所示，在本实施方式中，喷嘴13由在周向上被分割的多个喷嘴分割体13A构成。在各喷嘴分割体13A的外周部形成有将外周凸缘19在周向上分割的外周凸缘分割体19A。另外，护罩21由在周向上被分割的多个护罩分割体21A构成。将在周向上配置的护罩分割体21A的数量设定为喷嘴分割体13A的数量的两倍。换言之，将护罩分割体21A的周向尺寸设定为喷嘴分割体13A的外周凸缘分割体19A的周向尺寸的约1/2。作为一例，将在周向上配置的护罩分割体21A的数量设定为24，将喷嘴分割体13A的数量设定为12。此外，在邻接的各护罩分割体21A之间、邻接的各外周凸缘分割体19A之间，分别预先设定有用于吸收热伸长的间隙。
多个护罩分割体21A以外周凸缘分割体19A的周向位置为基准如以下那样配置。即，多个护罩分割体21A配置为：其周向中心位置与外周凸缘分割体19A的周向中心位置一致的护罩分割体21A、和其周向中心位置与邻接的外周凸缘分割体19A之间一致的护罩分割体21A交替地排列。
在各护罩分割体21A的侧部形成有护罩插通槽61，所述护罩插通槽61具有内径与支撑销51的外径大致相当的圆弧状的剖面。另一方面，在各外周凸缘分割体19A的侧部形成有位于其周向中央的喷嘴中央插通槽63、和位于周向两端部的喷嘴端部插通槽65。外周凸缘分割体19A的喷嘴中央插通槽63是形成为具有内径与支撑销51的外径大致相当的圆弧状的剖面的槽。喷嘴端部插通槽65是形成为具有内径比支撑销51的外径大的圆弧状的剖面的槽。因而，在外周凸缘分割体19A通过插通于喷嘴中央插通槽63的支撑销51在周向上定位的状态下，在喷嘴端部插通槽65、与插通于该喷嘴端部插通槽65的支撑销51之间形成间隙。
护罩分割体21A是弯曲的板状部件，因此容易受到来自涡轮5的热的影响而变形。因此，通过如上述那样增加护罩分割体21A的周向分割数，能够缩小周向尺寸并抑制每一护罩分割体21A的热变形量。另外，对于各护罩分割体21A，能够通过一个支撑销51、和相对于该支撑销51没有间隙的护罩插通槽61，避免针对热伸长的过度约束并可靠地进行周向的定位。对于各喷嘴的外周凸缘分割体19A，也能够通过一个支撑销51、和相对于该支撑销51没有间隙的喷嘴中央插通槽63可靠地进行周向的定位，另一方面，通过使喷嘴端部插通槽65隔着间隙与位于周向两端部的支撑销51相对，从而避免针对热伸长的过度约束。
根据本实施方式的涡轮的支撑结构，如图2所示，利用喷嘴13和护罩21自身，且相对于多个部件使用共用的支撑销，并且通过涡轮机匣23支撑这些部件，因此能够大幅减少涡轮5的部件数量和组装工时。
如以上所述，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种追加、变更或者删除。因而，这样的结构也包含在本发明的范围内。
附图标记说明
5：涡轮；13：喷嘴；17：动叶；19：喷嘴的外周凸缘；21：护罩；23：涡轮机匣；41：喷嘴卡合部；43：护罩卡合部；45：机匣卡合部；49：重叠卡合部分；51：支撑销；55：推力环；GE：燃气涡轮发动机。

Claims (3)

1.一种涡轮的支撑结构，其在燃气涡轮发动机的涡轮中，通过覆盖该涡轮的外周的涡轮机匣支撑构成涡轮的多个喷嘴、以及与邻接于喷嘴的动叶对置的护罩，其中，
各喷嘴的外周凸缘的前端部和后端部分别与所述涡轮机匣的内周部卡合，
所述护罩的前端部与位于该护罩的前方的所述外周凸缘的后端部卡合，所述护罩的后端部与位于该护罩的后方的所述外周凸缘的前端部卡合，
在所述外周凸缘的前端部和后端部的任意一方形成有重叠卡合部分，所述重叠卡合部分是所述涡轮机匣的卡合部、所述外周凸缘的卡合部、所述护罩的卡合部相互在径向上重叠的部分，
通过在径向上贯穿所述重叠卡合部分的支撑销，所述喷嘴和所述护罩支撑于所述涡轮机匣。
2.根据权利要求1所述的涡轮的支撑结构，其特征在于，
所述支撑销设置于所述外周凸缘的前端侧的卡合部，在所述外周凸缘的后方配置有将附加于该外周凸缘的轴向力向所述涡轮机匣传递的推力环。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮的支撑结构，其特征在于，
所述喷嘴由在周向上被分割的多个喷嘴分割体构成，
所述护罩由在周向上被分割的、数量为所述喷嘴分割体的两倍的护罩分割体构成，
多个所述支撑销分别插通于形成于所述喷嘴分割体的外周凸缘分割体的周向中央部的中央插通槽和形成于两端部的端部插通槽，
在所述外周凸缘分割体通过插通于所述中央插通槽的支撑销在周向上定位的状态下，在所述端部插通槽、与插通于该端部插通槽的支撑销之间形成有间隙。
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