CN114174636A - 燃气涡轮发动机中的出口引导叶瓣组件 - Google Patents

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Abstract

提出了一种燃气涡轮发动机中的出口引导叶瓣组件。出口引导叶瓣组件包括内护罩和具有内平台的出口引导叶瓣。内护罩具有被设置在后侧处的凸缘，其被螺栓连接到内平台的被设置在前侧处的凸缘。内护罩凸缘具有突起，其接合内平台凸缘的凹槽，从而在内护罩和出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。内平台具有被设置在两个周向侧处的搭接部，其叠覆相邻内平台的搭接部，从而在相邻出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。出口引导叶瓣组件包括周向设置的多个节段。每个节段包括被组装到内护罩的多个出口引导叶瓣。

Description

燃气涡轮发动机中的出口引导叶瓣组件
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮发动机中的出口引导叶瓣组件。
现有技术
工业燃气涡轮发动机通常包括压缩机区段、涡轮区段和被设置于其间的中间框架区段。压缩机区段包括多级的压缩机叶片和叶瓣以及在最后一级的叶片和叶瓣之后的出口引导叶瓣组件。中间框架区段通常包括压缩机离开扩散器和燃烧室组件。压缩机离开扩散器将压缩空气从压缩机区段扩散到气室中，压缩空气流动通过该气室到燃烧室组件，该燃烧室组件将压缩空气与燃料混合并点燃混合物并将点燃的混合物传输到涡轮区段以提供机械动力。涡轮区段包括多级的涡轮叶片和叶瓣。
对燃气涡轮发动机的更高效率和功率范围的需求越来越大。这样的需求导致部件的更大的径向温度梯度和热偏转，尤其是在压缩机后级处。这些情况使得保持压缩机叶瓣尖端和压缩机内环之间具有小径向间隙具有挑战性。在压缩机叶瓣尖端和压缩机内环之间的小径向间隙部对于实现压缩机的更高效率和稳定性非常重要。
发明内容
简而言之，本发明的各方面涉及燃气涡轮发动机、燃气涡轮发动机中的出口引导叶瓣组件和用于将出口引导叶瓣组件组装在燃气涡轮发动机中的方法。
根据一方面，提出了燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括压缩机区段，其包括出口引导叶瓣组件。燃气涡轮发动机包括被设置在压缩机区段下游的中间框架区段。中间框架区段包括内压缩机离开扩散器。内压缩机离开扩散器的前侧与出口引导叶瓣组件接口连接。燃气涡轮发动机包括被设置在中间框架区段下游的涡轮区段。出口引导叶瓣组件包括内护罩，内护罩包括圆形形状并且轴向延伸。出口引导叶瓣组件包括出口引导叶瓣，出口引导叶瓣包括在翼型件根部和内平台之间径向延伸的翼型件。内护罩包括被设置在后侧且径向向下延伸的凸缘。内平台包括被设置在前侧且径向向下延伸的凸缘。出口引导叶瓣在内平台凸缘和内护罩凸缘的接口处被连接到内护罩。
根据一方面，提出燃气涡轮中的出口引导叶瓣组件。出口引导叶瓣组件包括内护罩，内护罩包括圆形形状并且轴向延伸。出口引导叶瓣组件包括出口引导叶瓣，出口引导叶瓣包括在翼型件根部和内平台之间径向延伸的翼型件。内护罩包括被设置在后侧且径向向下延伸的凸缘。内平台包括被设置在前侧且径向向下延伸的凸缘。出口引导叶瓣在内平台凸缘和内护罩凸缘的接口处被连接到内护罩。
根据一方面，提出用于将出口引导叶瓣组件组装在燃气涡轮发动机中的方法。燃气涡轮发动机包括内压缩机离开扩散器。内压缩机离开扩散器的前侧与出口引导叶瓣组件接口连接。方法包括提供包括圆形形状并且轴向延伸的内护罩。内护罩包括被设置在后侧且径向向下延伸的凸缘。方法包括提供包括在翼型件根部和内平台之间径向延伸的翼型件的出口引导叶瓣。内平台包括被设置在前侧且径向向下延伸的凸缘。方法包括在内平台凸缘和内护罩凸缘的接口处将出口引导叶瓣连接到内护罩。
如上和下文描述的本申请的各种方面和实施例不仅可以在明确描述的组合中使用，还可以在其他组合中使用。技术人员在阅读和理解描述后将想到修改。
附图说明
关于附图进一步详细解释本申请的示例性实施例。附图中：
图1是根据本发明的实施例的燃气涡轮发动机的一部分的示意性纵向截面图；
图2是根据本发明的实施例的燃气涡轮发动机中的压缩机出口引导叶瓣组件的示意性纵向截面图；
图3是根据本发明的实施例的压缩机出口引导叶瓣组件的内护罩的示意性透视图；
图4是根据本发明的实施例的压缩机出口引导叶瓣组件的压缩机出口引导叶瓣的示意性透视图；
图5是根据本发明的实施例的在图4的上游方向B上观察的压缩机出口引导叶瓣组件的示意图；以及
图6是根据本发明的实施例的具有节段的压缩机出口引导叶瓣组件的示意图。
为了促进理解，可能的话，已经使用相同附图标记来标示附图中共有的相同元素。
具体实施方式
下文参照附图描述与本发明的方面相关的详细描述。
为了说明目的，术语“轴向”或“轴向地”指沿燃气涡轮发动机纵向轴线的方向，术语“径向”或“径向地”指垂直于燃气涡轮发动机纵向轴线的方向，术语“下游”或“后”指沿流动方向的方向，术语“上游”或“前”是指与流动方向相反的方向。
图1示出了根据本发明的实施例的燃气涡轮发动机10的一部分的示意性纵向截面图。如图1中所示，燃气涡轮发动机10包括沿着纵向轴线18的多个部件。所述多个部件可以包括压缩机区段100、关于流动方向A位于压缩机区段100下游的涡轮区段300和位于其间的中间框架区段200。燃气涡轮发动机10也包括包围所述多个部件的外部壳体12。转子14纵向地连接压缩机区段100、中间框架区段200和涡轮区段300并且从而被周向包围。转子14可以被轴盖16部分或完全包围。
压缩机区段100包括多级的压缩机旋转叶片111和压缩机静止叶瓣112。图1仅示出最后一级的压缩机旋转叶片111和压缩机静止叶瓣112。出口引导叶瓣组件400被设置在最后一级的压缩机叶瓣112的下游。压缩机叶片111被安装到转子14中。压缩机叶瓣112和出口引导叶瓣组件400被安装到压缩机叶瓣载架113中。压缩机叶瓣载架113与外部壳体12接口连接。涡轮区段300包括多级的涡轮静止叶瓣312和涡轮旋转叶片311。图1仅示出第一级的涡轮静止叶瓣312和涡轮旋转叶片311。涡轮叶瓣312被安装到涡轮叶瓣载架313中。涡轮叶瓣载架313与外部壳体12接口连接。涡轮叶片311被安装到转子14中。中间框架区段200通常包括燃烧室组件210和压缩机离开扩散器220。压缩机离开扩散器220位于出口引导叶瓣组件400下游。
压缩机离开扩散器220通常包括外压缩机离开扩散器221和内压缩机离开扩散器222。外压缩机离开扩散器221通过螺栓连接到支柱223而被连接到内压缩机离开扩散器222。内压缩机离开扩散器222可以包围轴盖16。外压缩机离开扩散器221的前侧与外部壳体12接口连接。内压缩机离开扩散器222的前侧与最后一级的压缩机叶瓣112和出口引导叶瓣组件400接口连接。
在燃气涡轮发动机10的操作时，压缩机区段100经由入口导管（未示出）引入空气。空气在穿过多级的压缩机旋转叶片111和压缩机静止叶瓣112的同时在压缩机区段100中被压缩并加速，如流动方向A所示。压缩空气穿过出口引导叶瓣组件400并且进入压缩机离开扩散器220。压缩机离开扩散器200将压缩空气扩散到燃烧室组件210。压缩空气在燃烧室组件210中与燃料混合。混合物在燃烧室组件210中被点燃并燃烧以形成燃烧气体。燃烧气体进入涡轮区段300，如流动方向A所示。燃烧气体在穿过多级的涡轮静止叶瓣312和涡轮旋转叶片311的同时在涡轮区段300中膨胀以产生驱动转子14的机械动力。转子14可以被连接到发电机（未示出）以便将机械动力转换成电力。膨胀气体构成排气并且离开燃气涡轮发动机10。
图2是根据本发明的实施例的燃气涡轮发动机10中的出口引导叶瓣组件400的示意性纵向截面图。如图2的示例性实施例中所示，出口引导叶瓣组件400包括组装在一起的内护罩410和出口引导叶瓣420。内护罩410和出口引导叶瓣420可以通过任意适当手段（诸如通过螺栓440）被组装在一起。出口引导叶瓣420包括在翼型件根部423和内平台430之间径向延伸的翼型件422。翼型件422、翼型件根部423和内平台430可以被制成一体件。翼型件根部423被安装到压缩机叶瓣载架113中。内护罩410轴向延伸。在最后一级的压缩机叶瓣112的尖端和内护罩410之间存在径向间隙114。
图3是根据本发明的实施例的内护罩410的示意性透视图。如图3的示例性实施例中所示，内护罩410可以具有圆形形状并且轴向延伸。内护罩410具有凸缘412。内护罩凸缘412被设置在内护罩410的后侧处并且径向向下延伸。内护罩凸缘412提供至出口引导叶瓣420的接口以用于组装。内护罩凸缘412具有突起414。突起414被设置在内护罩凸缘412的后侧并且轴向延伸。突起414的高度小于内护罩凸缘412的高度。突起414的上侧从内护罩凸缘412的上侧阶梯下降（step down）。突起414的底侧从内护罩凸缘412的底侧阶梯上升。内护罩410可以具有轴向地穿透内护罩凸缘412和突起414的至少一个孔416。孔416可以是螺纹孔以用于拧入螺栓440。
图4是根据本发明的实施例的出口引导叶瓣420的示意性透视图。如图4的示例性实施例所示，出口引导叶瓣420具有内平台430。内平台430具有凸缘432。内平台凸缘432被设置在内平台430的前侧并且径向向下延伸。内平台凸缘432提供至内护罩410的配合接口以用于组装。内平台凸缘432具有凹槽434。凹槽434被设置在内平台凸缘的前侧并且轴向凹入。凹槽434可以具有C形。内平台凸缘432可以具有轴向穿透内平台凸缘432的孔426。孔436可以位于凹槽434的中心位置处。孔436可以是螺纹孔以用于拧入螺栓440。
参考图2，出口引导叶瓣420被组装到内护罩410以形成出口引导叶瓣组件400。螺栓440轴向延伸穿过内平台凸缘432处的孔436和内护罩凸缘412处的孔416以形成螺栓连接。图2至图4仅用于说明目的。应该理解的是，工业中已知的任意适当连接手段可以被用于将出口引导叶瓣420连接到内护罩410。
内护罩410的突起414接合内平台430的凹槽434。内护罩410因此在径向方向和轴向方向上定位。突起414和凹槽434可以被成尺寸为提供抵靠彼此的紧密装配。突起414和凹槽434的接合形成在内护罩410和出口引导叶瓣420之间的形状配合连接接口。形状配合连接接口可以允许在内护罩410和出口引导叶瓣420之间具有足够的位移以补偿热膨胀同时径向且轴向地定位内护罩410和出口引导叶瓣420。在突起414和凹槽434之间的形状配合连接接口具有足够大的接触面积以便最小化局部接触应力集中，这会导致较少磨损和较长产品寿命。
如图4的示例性实施例中所示，内平台430可以包括搭接部（shiplap）438。搭接部438被阶梯地设置在内平台430的两个周向侧处。搭接部438提供至相邻出口引导叶瓣420的叠覆接口以用于组装。图5是在图4的上游方向B上观察的出口引导叶瓣组件400的示意图。如图5的示例性实施例中所示，相邻出口引导叶瓣420在搭接部438处周向重叠以形成形状配合连接接口。形状配合连接接口可以允许在相邻出口引导叶瓣420之间具有足够位移以用于补偿热膨胀同时周向地定位相邻出口引导叶瓣420。在相邻出口引导叶瓣420之间的形状配合连接接口具有足够大的接触面积以便最小化局部接触应力集中，这会导致较少磨损和较长产品寿命。
参考图3，内护罩410具有圆形形状。内护罩410可以具有多个孔416。多个出口引导叶瓣420可以被组装到内护罩410以形成出口引导叶瓣组件节段450。图6是根据本发明的实施例的具有出口引导叶瓣组装节段450的出口引导叶瓣组件400的示意图。如图6的示例性实施例中所示，出口引导叶瓣组件节段450包括被组装到内护罩410的多个出口引导叶瓣420。出口引导叶瓣420可以通过使用螺栓连接被组装到内护罩410，如图2中所示。出口引导叶瓣420也可以通过使用凸起414和凹槽434与内护罩410形状配合。相邻出口引导叶瓣420可以通过使用叠覆的搭接部438彼此形状配合。为了说明目的，图3和图6示出被组装到内护罩410的六个出口引导叶瓣420。应该理解的是，任何所需数量的出口引导叶瓣420可以被连接到内护罩410。
出口引导叶瓣组件400可以包括多个出口引导叶瓣组件节段450。如图6的示例性实施例中所示，所述多个出口引导叶瓣组件节段450可以周向地设置成包围内压缩机离开扩散器222。为了说明目的，图6中仅示出两个出口引导叶瓣组件节段450。在相邻出口引导叶瓣组件节段450之间可以存在周向间隙411。在相邻出口引导叶瓣420之间可以存在周向间隙421。间隙411和间隙421可以补偿热膨胀。
参考图2，内压缩机离开扩散器222可以在前侧处阶梯下降以用于容纳出口引导叶瓣组件400。内压缩机离开扩散器222可以具有凹槽224以便在将出口引导叶瓣组件400组装到燃气涡轮发动机10中时适应连接的内护罩凸缘412和内平台凸缘432。凹槽224可以具有C形。在组装期间，出口引导叶瓣组件400的连接的内护罩凸缘412和内平台凸缘432在周向方向上沿着凹槽224在内压缩机离开扩散器222上滑动。出口引导叶瓣组件400的翼型件根部423滑动到压缩机叶瓣载架113中。
根据一方面，提出的出口引导叶瓣组件400可以允许组装简单。出口引导叶瓣组件400通过使用螺栓连接和形状配合连接接口被组装。出口引导叶瓣组件400因此可以省去对特定机器和/或昂贵的组装技术的需求。
根据一方面，提出的出口引导叶瓣组件400可以容易地在操作期间使用。出口引导叶瓣组件400的内护罩410和出口引导叶瓣420的更换容易。出口引导叶瓣组件400的出口引导叶瓣组件节段450的更换容易。出口引导叶瓣组件400不需要焊接、钎焊或堆叠以进行组装。
根据一方面，提出的出口引导叶瓣组件400使用在轴向方向上在内护罩410和出口引导叶瓣420之间且在周向方向上在相邻出口引导叶瓣420之间的形状配合连接接口。形状配合连接接口可以允许足够位移来补偿热膨胀。形状配合连接接口具有足够大的接触面积。大的接触面积可以最小化局部接触应力集中，这会导致较少磨损和较长产品寿命。
尽管本文已经详细地示出和描述了结合本发明的教导的各种实施例，但是本领域技术人员可以容易地设计仍然结合这些教导的许多其他各种实施例。本发明在其应用方面不限于说明书中所阐述的或附图中所示的部件的构造和设置的示例性实施例细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实施或执行。同样，应该理解的是，本文所使用的表述和术语仅用于描述目的并且不应该被看作是限制性的。本文使用“包括”、“包含”或“具有”以及变型意味着涵盖之后列出的项目及其等价物以及额外项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广义地使用，并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或者机械连接或联接。
附图标记列表：
10：燃气涡轮发动机
12：外部壳体
14：转子
16：轴盖
18：纵向轴线
100：压缩机区段
111：压缩机叶片
112：压缩机叶瓣
113：压缩机叶瓣载架
114：径向间隙
200：中间框架区段
210：燃烧室组件
220：压缩机离开扩散器
221：外压缩机离开扩散器
222：内压缩机离开扩散器
223：支柱
224：在内压缩机扩散器上的凹槽
300：涡轮区段
311：涡轮叶片
312：涡轮叶瓣
313：涡轮叶瓣载架
400：出口引导叶瓣组件
410：内护罩
411：在内护罩之间的间隙
412：内护罩凸缘
414：内护罩突起
416：在内护罩上的孔
420：出口引导叶瓣
421：在出口引导叶瓣之间的间隙
422：翼型件
423：翼型件根部
430：内平台
432：内平台凸缘
434：在内平台凸缘上的凹槽
436：在内平台凸缘上的孔
438：在内平台上的搭接部
440：螺栓
450：出口引导叶瓣组件节段。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，包括：
包括出口引导叶瓣组件的压缩机区段；
被设置在所述压缩机区段下游的中间框架区段，其中所述中间框架区段包括内压缩机离开扩散器，其中所述内压缩机离开扩散器的前侧与所述出口引导叶瓣组件接口连接；以及
被设置在所述中间框架区段下游的涡轮区段，
其中所述出口引导叶瓣组件包括：
内护罩，其包括圆形形状并且轴向地延伸，和
出口引导叶瓣，其包括在翼型件根部和内平台之间径向延伸的翼型件，
其中所述内护罩包括被设置在后侧并且径向向下延伸的凸缘，
其中所述内平台包括被设置在前侧并且径向向下延伸的凸缘，并且
其中所述出口引导叶瓣在所述内平台凸缘和所述内护罩凸缘的接口处被连接到所述内护罩。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述出口引导叶瓣通过使用在所述内平台凸缘和所述内护罩凸缘中轴向延伸的螺栓被连接到所述内护罩。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述内护罩凸缘包括被设置在所述内护罩凸缘的后侧处的突起，其中所述内平台凸缘包括被设置在所述内平台凸缘的前侧处的被构造成接合所述突起的凹槽，并且其中所述突起和所述凹槽被构造成在所述内护罩和所述出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述出口引导叶瓣组件包括出口引导叶瓣组件节段，并且其中所述出口引导叶瓣组件节段包括被连接到所述内护罩的多个出口引导叶瓣。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中所述出口引导叶瓣组件包括周向设置的多个出口引导叶瓣组件节段。
6.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中所述内平台包括被设置在两个周向侧处的搭接部，并且其中所述搭接部被构造成在相邻出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述内压缩机离开扩散器包括被构造成适应连接的内平台凸缘和所述内护罩凸缘的凹槽。
8. 一种燃气涡轮发动机中的出口引导叶瓣组件，包括：
包括圆形形状并轴向延伸的内护罩，和
出口引导叶瓣，其包括在翼型件根部和内平台之间径向延伸的翼型件，
其中所述内护罩包括被设置在后侧并且径向向下延伸的凸缘，
其中所述内平台包括被设置在前侧并且径向向下延伸的凸缘，并且
其中所述出口引导叶瓣在所述内平台凸缘和所述内护罩凸缘的接口处被连接到所述内护罩。
9.根据权利要求8所述的出口引导叶瓣组件，其中所述出口引导叶瓣通过使用在所述内平台凸缘和所述内护罩凸缘中轴向延伸的螺栓被连接到所述内护罩。
10.根据权利要求8所述的出口引导叶瓣组件，其中所述内护罩凸缘包括被设置在所述内护罩凸缘的后侧处的突起，其中所述内平台凸缘包括被设置在所述内平台凸缘的前侧处的被构造成接合所述突起的凹槽，并且其中所述突起和所述凹槽被构造成在所述内护罩和所述出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。
11.根据权利要求8所述的出口引导叶瓣组件，其中所述出口引导叶瓣组件包括出口引导叶瓣组件节段，并且其中所述出口引导叶瓣组件节段包括被连接到所述内护罩的多个出口引导叶瓣。
12.根据权利要求11所述的出口引导叶瓣组件，其中所述出口引导叶瓣组件包括周向设置的多个出口引导叶瓣组件节段。
13.根据权利要求11所述的出口引导叶瓣组件，其中所述内平台包括被设置在两个周向侧处的搭接部，并且其中所述搭接部被构造成在相邻出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。
14. 一种用于将出口引导叶瓣组件组装在燃气涡轮发动机中的方法，其中所述燃气涡轮发动机包括内压缩机离开扩散器，其中所述内压缩机离开扩散器的前侧与所述出口引导叶瓣组件接口连接，所述方法包括：
提供包括圆形形状并轴向延伸的内护罩，其中所述内护罩包括被设置在后侧并且径向向下延伸的凸缘，和
提供包括在翼型件根部和内平台之间径向延伸的翼型件的出口引导叶瓣，其中所述内平台包括被设置在前侧并且径向向下延伸的凸缘，并且
在所述内平台凸缘和所述内护罩凸缘的接口处将所述出口引导叶瓣连接到所述内护罩。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述出口引导叶瓣通过使得螺栓在所述内平台凸缘和所述内护罩凸缘中轴向延伸而被连接到所述内护罩。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述内护罩凸缘包括被设置在所述内护罩凸缘的后侧处的突起，其中所述内平台凸缘包括被设置在所述内平台凸缘的前侧处的凹槽，并且其中所述方法进一步包括通过接合所述突起和所述凹槽，在所述内护罩和所述出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。
17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括形成出口引导叶瓣组件节段，所述出口引导叶瓣组件节段包括被连接到所述内护罩的多个出口引导叶瓣。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括形成被周向设置的多个出口引导叶瓣组件节段。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述内平台包括被设置在两个周向侧处的搭接部，并且其中所述方法进一步包括在所述搭接部处在相邻出口引导叶瓣之间形成形状配合连接接口。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述内压缩机离开扩散器包括凹槽，并且其中所述方法进一步包括使得连接的内平台凸缘和所述内护罩凸缘沿着所述凹槽滑动。
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