CN1646791A - 机械静子及其装配和拆卸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械静子及其装配和拆卸方法。外壳部分的部件由沿直线排列的连续壳体(12，13，14)形成，壳体带有沟槽(19，20)，用于安装导流静叶级(21，22)的叶根(23)，导流静叶级由用于限制转动的弹簧(26)和销钉(29)固定到位。所述部件(12，13，14)排列成一个完整的圆，并且，通过将其轴向分离，以通过径向移动将所述导流静叶级(21，22)的部件插入到这些部件之间来完成装配工作。

Description

机械静子及其装配和拆卸方法

技术领域

本发明涉及机械静子，尤其涉及可用于机械静子的装配和拆卸方法。

背景技术

本发明涉及领域是旋转机械(rotating machine)，这种机械的静子(stator)带有多级固定的静叶(vane)，也称作导流静叶级(guidevane stage)，其与动子(rotor)上的圆形的多级活动动叶(blade)相互交替。由于静叶级的嵌套，这种机械的装配和拆卸通常比较复杂，这也使得机械的维修操作耗时长且费用昂贵。这就是为什么如图1所示的静子结构中外部的静子外壳包括两个半圆形的半壳体1(图中只示出了一个，另一个与其结构相似且相互对称)的原因，这两个半壳体通过扁平凸缘2相联，半壳体中设有半圆形的沟槽3，导流静叶级5的角形扇段4可在沟槽中滑动。为了防止角形扇段4移动，需要使在沟槽3中滑动的角形扇段4停止移动，这是利用沟槽3前面的板条(strip)6实现的，该板条位于连接凸缘2之间的半壳体1的连接部。

这种特殊的静子很容易拆卸，因为所需要做的只是旋开螺栓打开凸缘2，然后通过单纯的径向移动将两个半壳体1分开。同样，角形扇段4也能很容易地从沟槽3中取出，使动子的动叶完全露出。然而，这种机械中仍然存在不足之处，半壳体1无法非常精确地装配，不得不留下百分之几或十分之几毫米的间隙，这将使其成为气体的泄漏点，从而降低机械的性能。还应指出的是，板条6只能阻挡完整的导流静叶级5组件，无法防止角形扇段4移动和引起振动。这就是为什么其他的静子结构同样受到重视的原因。

US5564897专利文献中描述了另一种设计方案，该方案的外壳由圆形壳体组成，这些壳体通过螺丝钉一个接一个地彼此装配在一起。沟槽中穿过有静叶级的支架，该沟槽用于通过壳体之间的径向移动来嵌入动叶，然后使各个壳体沿轴向彼此对准而进行装配。从沟槽两侧面凸出有钩部，这些钩部进入到沟槽的相对两侧面中形成的凹部(rebate)内，动叶通过这些钩部固定。最后，轴向定位销限制动叶在沟槽中沿切向的运动。

然而，US5564897专利文献中描述的这种机械结构过于简单，而且这种特殊的装配布置优选适用于低压压气机。航空器所用的机械要复杂得多，对高压压气机的维修保养尤其必要，并且对承受高温高压的靠近燃烧室的叶片级的维修保养更为必要。但不巧的是，这里是机械的心脏部位，在这里取出静叶和动叶进行维修最为困难。对于已知的装配布置，机械静子只能在这种高压区域的前面和后面进行拆卸，机械动子也必须拆下。US5564897专利文献中的设计方案对此并不可行，至少有两点原因：除非机械被拆卸，否则无法沿轴向自如地移动壳体，其原因将在后面详细描述；当壳体没有装配好时，静叶不能很好地固定，这可能意味着必须使用一种夹持工具，这种情况下将出现一个问题，即如果夹持工具无法充分接近静叶，使得能够插入和移出，那么该工具将无法使用。

发明内容

本文提出的发明提供了一种在沿轴向将装配形成外壳的圆形壳体移开之后，沿径向取出静子叶片的方法，这与现有技术所描述的一样，但该方法的创新之处在于，即使对于非常小而且复杂的航空涡轮机中的燃烧室或其他难以接近处的高压压气机导流静叶，同样能取得成效。

一个基本的方法是，静叶在多个壳体中的一个上保持固定，即使邻近的壳体的移动使这些壳体产生松动：所述静叶的叶根的一边设置有弯曲的钩部，其进入互补形状的凹部中，该凹部通过使钩部固定在凹部中的径向定位边缘而部分地封闭。轴向膨胀弹簧安放在凹部的底部以压住钩部，使钩部和导流静叶的其余部分保持在一个固定位置，因此不需要外部工具来确保静子的重新正确装配。

附图说明

下面将参照附图，对本发明的其他方面、细节和特征进行描述。图中：

图1示出了静子外壳，其在前文已做过描述；

图2示出了根据本发明的静子外壳；以及

图3至图5示出了其装配步骤。

具体实施方式

如图2所示，静子包括支撑外壳11的外罩10，在该情况中，外壳由前壳体12、后壳体13和减震环(shock absorbing ring)14(在某种意义上，其形成了本发明的第三壳体)；前壳体12和后壳体13彼此相邻并通过成对的凸缘15用螺栓连接在一起，后壳体13和减震环14通过成对的凸缘16用螺栓连接在一起，减震环14通过成对的凸缘17用螺栓连接到外罩10；连接螺栓用通用的附图标记18标示出来。壳体12和壳体13及减震环14延伸为一个完整的圆。

本文中所描述的外壳11位于涡轮机的高压压气机的下游侧，与燃烧室相连，该燃烧室没有在图中详细示出，但其存在于减震环14之外的邻近区域45中。因此，涡轮机的前端与图2和随后的附图的左侧相对应。外罩10带有至少一个导流静叶级46，其正好位于本发明所应用的叶片级的上游侧。外罩10由两个半圆部组成，通过相对的直立的衬里(line)(半壳体中的组件)装配起来，在这种情况下，由于前壳体12和减震环14提供了很好的对心性，而且外罩10不承受严重的温度载荷，不会产生特别突出的装配偏差问题，所以很容易对外罩进行拆卸。

沟槽19和20位于沿朝向静子内部的方向上，分别由后壳体13和前壳体12以及后壳体13和减震环14所共用，并分别位于成对的凸缘15和16的下方。沟槽19和沟槽20类似于图1所示设计中的沟槽，因此也用于固定两个导流静叶级21和22，该导流静叶级的叶根23如此处所示的那样位于沟槽中。叶根后部包括一个钩部24，其先向后再向外弯曲，插入凹部25中，该凹部中装有波纹状的环形弹簧26，该弹簧将压力施加到钩部24的后表面上，并因此推动叶根23向前；叶根前部还有一个钩部27，其面向前方并插入凹部28，进入该外壳的相邻部件中。在钩部27上开槽口以装入销钉29，该销钉被压装到该外壳部件的钻孔30中，但从钻孔向后伸出。销钉29阻止其所插入的导流静叶级21或22中的角形扇段的转动；有利地，每一个导流叶片都可设置一个销钉，每一个销钉都穿过钩部27中的槽。

在描述静子装配和拆卸方法之前，值得提及的是，在后壳体13和减震环14的凹部25周围各自设置有一个径向定位边缘31，该边缘从外面将凹部部分地包围，并具有槽口32，其局部略宽于导流静叶的角形扇段的弯曲钩部24，并且该边缘31用于通过在外壳部件的同轴部分之中对自身进行调节，而将钩部24固定在凹部25中，同时在靠近外壳部件的前部以及靠近其连接凸缘15或16的地方对外壳进行支撑。最后，前壳体12在靠近前部的位置包括有肋33，该肋的尾部弯曲以对外罩10的钩部34进行挤压。

如图3所示，现在我们来对图3进行描述，其中示出机械的相应部分处于拆散状态，外罩10已经被除去：通过使用本技术中常用类型的工具，将壳体12和13及减震环14安放于机械动子35周围，该工具用通用的附图标记36标示，包括由固定框架和连接销所支撑的芯棒或支撑环。因此，环绕壳体12和13的工具36安装在外部空旷的位置以便于使用。动子35带有一系列的活动动叶级37、38和39，导流静叶级只能插入到这些活动动叶级之间。外壳部件11包括气流密闭表面40，这些表面通常位于活动动叶级37～39的前面，但这些表面现在还未到达其最终位置，这是因为壳体12和13已经被向前移远，同时减震环14也被稍微后移。在该装配状态，壳体12和13已移到动子的动叶级37和39之上，它们的密闭表面40在这些动子动叶级前方延伸；在外壳11具有向燃烧室45变小的轻微锥度的情况下，这种位置移动是可能的，而且高压压气机的锥度通常更大；这种一惯的锥度在其他地方也有，如先前提到的导流动叶46的外壳表层47。本发明适用于使壳体12和13沿机械的直径增加的方向进行位置移动以露出导流静叶级21和22，而与该方向相反，自然不可能进行位置移动，因为在区域45内具有燃烧室，而燃烧室是不能拆卸的。但是，导流静叶级46很容易取出。

第一装配步骤包括，通过角形扇段的向心运动，使其一个接一个穿过槽口32，然后使它们在角方向上沿凹部25移动，从而使后导流静叶级22嵌入到位，插入到有用的动叶级38和39之间。通常情况下，要将这些角形扇段移动半个扇段的位置，这时，这半个扇段就被安装好了，这样，这些扇段中的任何一个都不会完全伸到槽口32前面。如图4所示状态，在后导流静叶级22完全装配后，要后移后壳体13，以将钩部27装入凹部28中并压紧该壳体以与边缘31接触。弹簧26能与钩部27正确对齐而不需要任何工具来支撑导流叶片级22的角形扇段。从图中可以看到，壳体12和13充分分开，这样前导流静叶级21部件就能够以与后导流静叶级22相同的方式，滑动到活动动叶级37和38之间。然后向后移动前壳体12并向前移动减震环14，这样外壳部件就可以通过成对的凸缘15和16的接触而完全连接在一起。然后可以安装外罩10。需要指出的是，不需要拆卸整个外壳就能很容易到达导流静叶级21和22或活动动叶级37、38和39，而且装配牢固准确。拆卸同样简单，按相反顺序进行同样的操作即可，包括在机械中沿轴向分离壳体并使其移动，从沟槽中取出导流静叶级的角形扇段，使其在壳体之间沿径向移动。

Claims (6)

1.一种涡轮机静子，包括外壳(11)和导流静叶级(21，22)，所述导流静叶级通过叶根(23)安装在所述外壳的相应的沟槽(19，20)中，所述导流静叶级与动子动叶级(37，38，39)相互交替，所述静子被分成位于所述沟槽前面的相邻的圆形连续壳体(12，13，14)，每个壳体都用连接凸缘(15，16)进行安装，所述沟槽包括位于一侧的凹部(28)和轴向定位销(29)，其特征在于，所述沟槽包括位于对侧的另一个凹部(25)，其安装有轴向膨胀弹簧(26)且被一个径向定位边缘(31)部分包围，所述边缘上设置有一个槽口(32)，用于使导流静叶级的角形扇段的弯曲钩部穿过所述边缘而插入。

2.根据权利要求1所述的涡轮机静子，其特征在于，所述外壳(11)被半壳体外罩(10)包围，该外罩支撑位于最远的壳体(12)前面的导流静叶级(46)，所述沟槽的第一侧在相应的沟槽中的方位朝向所述最远的壳体。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机静子，其特征在于，所述外壳形成高压压气机的一部分，安装在所述外壳上的所述导流静叶级与所述涡轮机的燃烧室(45)相邻，所述静子的锥度朝向所述燃烧室变小，但其在所述外壳处比在所述外壳的前部(47)处更小，在安装所述静子时，每一个所述壳体都能向前滑动到一个所述动子动叶级之外，并在所述动子叶片级前面延伸。

4.根据权利要求1所述的机械静子，其特征在于，所述壳体包括起互相支撑作用的同心部分(31)。

5.用于安装根据权利要求1所述的静子的方法，其特征在于，所述方法包括：将壳体(12，13，14)独立地排列在所述动子周围，将所述导流静叶级的角形扇段径向地嵌入到所述壳体之间，在所述涡轮机中通过轴向移动使所述壳体相互接触，以及在所述导流静叶级装配到所述沟槽中后将所述壳体连接在一起。

6.用于拆卸根据权利要求1所述的静子的方法，其特征在于，所述方法包括：在所述涡轮机中通过轴向移动拆开所述壳体并使其分离，从所述沟槽中取出所述导流静叶级的角形扇段，以及使其在所述壳体之间沿径向移动。

Images