CN1432762B - 消除燃气轮机燃烧室壳体中的应力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃气轮机的燃烧室壳体。通常，典型的燃烧室壳体为圆柱形或圆锥形。一些孔从外表面，穿过壳体达到内表面，贯穿该壳体。这些孔用作应力集中点。为了消除应力，用凸台支撑这些孔。每一个孔有二个凸台：一个凸台在壳体的外表面上，另一个在壳体的内表面上。本发明取消了后一种凸台。本发明通过在内表面上形成一排T形槽来消除应力。

Description

消除燃气轮机燃烧室壳体中的应力的方法和装置
技术领域
本发明涉及在燃气轮机的燃烧室壳体中的应力减小问题。
背景技术
图1表示在燃气轮机中所用的燃烧室壳体部分3的外表面。整个壳体基本上为圆柱形或者圆锥形，该圆锥/圆柱是将该部分3围绕轴线6延伸而形成的，如图中箭头9所示那样。图2表示图1所示的部分3的内表面12。
在壳体内作出各种用途的一些壁孔或孔15，例如在壳体内将燃料输送至燃烧室(没有示出)。这些孔在构成壳体的材料尺寸较薄的区域上贯穿该壳体。薄的材料为外部结构-例如燃料输送管-提供一个不是最佳的固定点。另外，该孔本身也可使应力增加，并增加在其周围的薄的材料中的应力集中。
为了消除应力集中，增强孔15周围的区域和为管路或传感器的固定提供一个合适的凸缘，在壳体上作出凸台18。图3表示凸台18的示意性横截面图。
如图1和图2所示，传统上每一个单独的孔15都带有一个单独的凸台18。另外，每一个孔还带有二个凸台：如图1所示的在外表面上的凸台18，和如图2所示的在内表面上的凸台18。
在内表面上的单独的凸台增加制造成本。在一种制造方法中，部分地是因为该壳体的直径比普通立式铣床的尺寸小，因此必需使用复杂的铣削装置。另一种方法则使用电化学加工(ECM)。
因此，希望消除或减小制造图1和图2所示的壳体的传统方法的复杂性和花费。
发明内容
在本发明的一个实施例中，燃烧室壳体的内表面上的单个孔的单个凸台被取消，而用厚度与取消的凸台厚度相同的一条连续的圆周方向的带代替。在壳体内表面上的该带内，作出在圆周方向的一组T形槽。这些T形槽将该连续的带分隔成增强凸台的单个区域。每一个增强凸台区域都包围着多个孔。
附图说明
图1为燃气轮机的燃烧室壳体的一个部分的外表面的透视图；
图2为图1所示的该部分的内表面的透视图；
图3表示图1和图2所示凸台18的示意性横截面图；
图4表示本发明的一个实施例；
图5包含图4所示的T形槽25的放大图44，和被平面47切割的T形槽25的槽截面图45；
图6表示根据本发明一个实施例的在圆周方向的一组T形槽的示意图；
图7和图8表示通过比较图1和图4所示的装置得出的横截面几何形状的差别；
图9示意性地表示使用本发明的一个实施例的燃气轮机。
具体实施方式
图4表示本发明的一个实施例。T形槽25在壳体的内表面30上切出。如图5所示，T形槽25不是完全贯穿壳体的，而其外表面35保持完整。
图5中的代表性尺寸如下：表示壳体壁的较厚区域的尺寸40，表示壳体壁较薄区域的尺寸46，和表示T形槽深度的尺寸50。T形槽25不需要有均匀的深度。
如图6示意性地所示那样，沿着壳体的内圆周51设有一排T形槽25。最好，在图6所示的内圆周上，没有图2中标号18所示的那种型式的凸台。除了图4中的T形槽25和孔15与105是例外以外，在孔15区域上的内圆周是光滑的。
从一个观点来看，在本发明的一个实施例中，图4中所示的T形槽25将壳体的内表面分割成单独的凸台，其中一个凸台用标号55表示。与图1和图2中所示的每一个单独的凸台18包含其自己的一个孔15的情况相反，凸台55包含三个孔15。
另外，在图4中，孔15周围的材料的总厚度可以与图1和图2中所示的总厚度相同。图7和图8表示这个厚度。
图7表示图1的情况，并表示对于壳体58对称的凸台18。图8表示本发明的一个实施例。图中表示了在壳体内表面或内侧73上的T形槽25和在外表面或外侧74上的凸台18。凸台18没有图7所示凸台的对称性。
下面将给出几个术语的定义，其目的是部分地帮助说明本发明的特性。其他的定义也是有可能的。
图6中的轴线80定义轴向方向。箭头85表示圆周方向。箭头90表示半径方向。图1、5和8中的孔15可以认为是面向径向方向的。
现在来考察T形槽数目和孔15数目之间的数字关系。在图4中可看出，二个T形槽25形成一个区段55。如果这个区段覆盖30°，则整个壳体上有12个这种区段，可覆盖360°。在壳体上均匀隔开的12个T形槽25将壳体分割成12个区段。
图4所示的区段55包含3个主孔15。图中还表示了次要的壁孔或孔105，用于固定螺纹紧固件，以连接外部零件-例如诸如燃料管路一类的管路的法兰或传感器。如图6所示的12个区段包含36个主孔15。如果“T”表示围绕壳体内表面30的圆周的T形槽的总数目，“N”表示围绕壳体内表面30的圆周的主孔15的总数目，则T形槽25与主孔15总数目的比T/N为12/36或1/3。
在本发明的另一个实施例中，将会遇到另一种数字关系。图4所示的区段也包含凸台56，该区段由2个T形槽25构成，区包含一个主要孔15和3个次孔105。利用与上述相同的方法，可以认为该凸台56为一个18°的区段。这样，围绕圆周的凸台56和55的数目可以满足覆盖360°的总的壳体的孔的要求。在壳体上彼此隔开一定距离的T形槽25的总数目T，将壳体分成在区段55和56中含有N个主孔的区段，使T/N之比不等于1。本发明可以使用任何数目的凸台，只要能消除任何特定应用场合的所要求数目的孔的应力即可。例如，在二个相邻的T形槽之间可以形成围绕着任何数目的孔的一个凸台，而对于任何其他数目的孔，可以有一个相邻的凸台。获得的壳体可以包括形成每一个凸台都含有多于1个孔的多个凸台的T形槽的综合或T形槽的任何综合，以便消除凸台的应力，增强孔周围的区域。本发明的至少一个凸台或者不包含孔，或者包含多于1个孔，使围绕壳体圆周的消除应力的T形槽总数目T不等于通过该壳体的孔的总数目。
这样，与图1和图2所示情况比较，利用36个主孔15来消除应力所需的凸台数目，比孔本身的数目少。
另外，如果将所考虑的区段看成是包含带有多个主孔15的一个凸台，则一个凸台也可包含多组次孔，其中每一组副孔相应于一个主孔15。
从另一个观点来看，一个凸台可以看成是与其相邻(没有完全示出)的凸台配合形成图4中的T形槽25。凸台的边缘94互相配合形成T形槽25。
本发明的优点是可消除应力，不需要如图2所示那样，在壳体的内表面上，为每一个孔制造单独的凸台。另外，可以利用二个直线铣削工序制造如图5所示的每一个T形槽25：一个工序铣T形槽的杆部95或垂直部分，另一个工序铣T形槽的槽挡98或水平部分。
当然可以采用多次走刀，使每次走刀只需切得很浅，例如切除为1个或几个密耳。由于T形槽的杆部95一般在轴向是排列在一直线上的，因此可在轴向方向进行一组多次走刀。又由于T形槽的横档98一般是在圆周上排列在一条线上的，因此可以在圆周方向进行一组多次走刀。
在本发明的一个实施例中，T形槽的杆部95和横挡98不需要互相连接，而可以互相隔开。即可以在圆周方向设置一组轴向在一直线上的杆部，并且也可在圆周方向设置单独一组在圆周方向在一条线上的横挡。
在本发明的一个实施例中，在壳体的外表面上保持图1所示的正常的凸台结构。然而在图4中，在内表面上，除了由T形槽25形成的凸台外，没有凸台。在图4和图6中，T形槽25作在环形腔99上，该环形腔也包含孔15。
图9表示本发明的又一个实施例。燃气轮机100包含带有上述的T形槽25的燃烧室壳体105。燃气轮机100包括一个风扇110，一个低压涡轮115，一个高压压气机120和一个高压涡轮125。
在不偏离本发明的精神和范围的条件下，可以作许多替代和改进。例如，这里所述的实施例都是针对飞机的燃气轮机来说明的。然而，本发明也可用于发电设备的燃气轮机壳体中，并且在许多情况下，这种壳体比飞机的燃气轮机所用的壳体厚得多。
各部件名称一览表
部分3(1)
轴线6(1)
箭头9(1)
内表面12(1)
壁孔或孔15(1)
凸台18(2)
T形槽25(3)
内表面或内端面30(3)
外表面或外端面35(4)
尺寸40(4)
尺寸45(4)
尺寸50(4)
单个凸台，其中一个凸台用55表面(4)
轴线80(5)
箭头85(5)
箭头90(5)
副壁孔或副孔105(5)
边缘94(6)
杆部95(6)

Claims (17)

1.一种方法，它包括：
a)制造包含一些孔(15)的为圆柱形或圆锥形的燃气轮机的燃烧室壳体(58)；和
b)穿过所述壳体(58)具有周围不带凸台的孔(15)，通过在所述壳体(58)的内表面(30)上保持一组T形槽(25)来消除应力。
2.一种燃气轮机系统，它包括：
a)一个为圆柱形或圆锥形的燃烧室壳体(58)；
b)在燃烧室壳体上的多个(N)主孔(15)；和
c)分布在主孔(15)之间的内表面上的多个(T)T形槽(25)，其中T形槽数(T)不等于主孔数(N)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征为，这些主孔(15)产生应力集中，而以T形槽(25)为边界的材料消除至少一些应力。
4.如权利要求3所述的系统，其特征为，T形槽(25)分布在壳体(58)的内表面(30)上，并且在所述内表面(30)上在各个主孔(15)周围没有凸台。
5.如权利要求2所述的系统，其特征为，在壳体的外表面(35)上，凸台(18)包围着每一个主孔(15)。
6.如权利要求2所述的系统，其特征为，它还包括一组与每一个主孔(15)相关联的副孔(105)，该副孔(105)用于与支承跟该主孔(15)连通的一管路或传感器的一法兰连接。
7.如权利要求5所述的系统，其特征为，它还包括包围每一个主孔(15)的一组副孔(105)，这些副孔(105)包含在凸台(18)内。
8.一种系统，它包括：
a)包含一个燃烧室壳体(58)的燃气轮机(100)；
b)在该燃烧室壳体内限定的一个环形腔，该腔包含：
i)从内侧(73)延伸至外侧(74)的一些孔(15)；
ii)在外侧(74)上包围单个孔(15)的凸台(18)；和
iii)在内侧(73)上，单个孔(15)周围没有凸台；
iv)在至少一对单孔之间的在内侧上的一T形槽。
9.一种系统，它包括：
a)包含一个燃烧室壳体(58)的燃气轮机(100)；
b)在该燃烧室壳体内限定的一个环形腔，该腔包含：
i)从内侧(73)延伸至外侧(74)的一些孔(15)；
ii)在外侧(74)上包围单个孔(15)的凸台(18)；和
iii)在内侧(73)上，没有包围单个孔(15)的凸台；
其中，在该内侧上单个凸台内包含多孔，该内侧上的凸台由一些不完全贯穿该燃烧室壳体(58)的T形槽(25)所形成。
10.一种系统，它包括：
a)包含一个燃烧室壳体(58)的燃气轮机(100)；
b)在该燃烧室壳体内限定的一个环形腔，该腔包含：
i)从内侧(73)延伸至外侧(74)的一些孔(15)；
ii)在外侧(74)上包围单个孔(15)的凸台(18)；和
iii)在内侧(73)上，单个孔(15)周围没有凸台；
其中，内侧(73)包含一些不完全贯穿该燃烧室壳体(58)的T形槽(25)。
11.如权利要求10所述的系统，其特征为，T形槽(25)包括：
i)轴向与燃烧室壳体(58)对齐的杆部(95)；和
ii)沿圆周方向与燃烧器壳体(58)对齐的横挡(98)。
12.一种制造燃气轮机的具有内、外表面的环形燃烧室壳体的方法，该方法包括：
a)在壳体(58)上作出一些孔(15)；
b)在壳体的外表面(35)上，用相应的凸台(18)包围每一个孔(15)；和
c)在壳体的内表面(30)上，用由T形槽形成的单个凸台包围多个孔(15)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征为它还包括：d)在孔(15)之间形成不完全贯穿该壳体的T形槽(25)。
14.一种制造燃气轮机的具有内、外表面的环形燃烧室壳体的方法，该方法包括：
a)在壳体(58)上作出一些孔(15)；
b)在壳体(58)的外表面(35)上，用相应的凸台(18)包围每一个孔(15)；
c)保持壳体(58)的内表面(30)为光滑的圆柱形状；和
d)通过在内表面(30)上作出断续的T形槽(25)来破坏内表面(30)的光滑性。
15.一种燃气轮机的具有内、外表面的燃烧室壳体，它包括：
a)有面向径向的孔(15)穿过的一个环形腔(99)；
b)在环形腔(99)的外表面(35)上，包围单个孔(15)的单个凸台(18)；
c)在环形腔(99)内表面(30)上的多个凸台(55)，内表面上的所述多个凸台中：
i)每一个凸台包围二个或更多孔(15)；和
ii)相邻的两个凸台的边缘配合而在内表面上限定一些T形凹部(25)。
16.如权利要求15所述的壳体，其特征为，每一个T形凹部(25)包括：i)一个杆部(95)，沿轴向与壳体(58)对齐，和ii)一个横挡(98)，沿圆周方向与壳体(58)对齐。
17.一种系统，包括：
a)一个燃气轮机(100)；和
b)包含一个环形体(99)的燃烧室壳体(58)，该壳体包括：
i)内表面(30)和外表面(35)；
ii)从内表面(30)至外表面(35)，穿过环形体(99)的一些主孔(15)；
iii)在外表面(35)上，包围单个主孔(15)的凸台(18)；
iv)在内表面(30)上，单个主孔(15)周围没有凸台；和
v)穿过内表面(30)，但不贯通至外表面(35)的多个T形槽(25)。
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