CN1854485B - 用于燃气轮发动机的涡轮模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于燃气轮发动机的涡轮模组，包括至少一个涡轮盘(3)和安装到涡轮盘上相对于气流上游的盘形组件(5)，所述模组包括安装到所述发动机的压缩机上的安装装置，其特征在于，在将模组装配到压缩机之前，通过螺栓将组件(5)连接到固定连接于涡轮盘(3)的连接凸缘(31)上，来将组件(5)预装配到涡轮盘(3)上。

Description

用于燃气轮发动机的涡轮模组 
技术领域
本发明涉及燃气轮发动机领域，并且尤其涉及涡轮模组，特别是高压模组。 
背景技术
一种轴向气流燃气轮发动机，包括构成压缩机的旋转装置，将自身释放热气的固定燃烧室提供给构成涡轮的旋转装置。固定连接在压缩机转子上的涡轮转子构成转子或本体，发动机可以包括一个或多个转子，通常包括以不同速度旋转的两个或三个转子。因而双转子发动机包括低压LP转子和高压HP转子。为便于安装发动机并减少安装和拆除的时间，其结构通常被分为模组。例如，对于双转子发动机的高压转子来说，构成压缩机的所有部件都布置在HP压缩机模组中，构成涡轮转子的所有部件都布置在HP涡轮模组中。 
HP涡轮模组只包括旋转部件，例如涡轮盘，迷宫气封装置和带有上游装置凸缘和与下游轴承有关的密封装置的外壳螺栓连接到该盘上。 
通常，利用特殊的凸缘将HP压缩机和HP涡轮模组组装起来；这些凸缘将发动机转矩从涡轮传递到压缩机。因此凭借这些凸缘的连接必须具有足够的强度来实现这个功能。 
此外，这些模组必须为装置提供完全平衡地旋转。就HP涡轮类型的模组而言，设有上游平衡面和下游平衡面。平衡面是指平衡块以与轴的确定距离和确定角度放置的平面。在利用装置凸缘的方法中，位于模组边缘的凸缘形成适当的平衡面。因此将平衡块放置在边缘凸缘的区域内，而对于HP压缩机模组与HP涡轮模组之间的边缘尤其如此。因此每个模组都以此方式保持装置平衡。 
使用特殊的装置凸缘很方便，但是需要承担平衡块的重量。因此人们已经努力开发出一种不需要特殊装置凸缘就能够安装到压缩机上的模组，尤其是已经研究出将压缩机的装置直接安装到模组的涡轮盘上的可能性。 
这样就产生了对涡轮模组进行预装配和完全平衡地传送的问题。特别是对于负责装配模组的装配工程师来说，不必处理模组本身是非常重要的，否则就将会降低模组化的价值。 
发明内容
因此申请人的目标就是开发出满足上述要求的涡轮模组。 
根据本发明，用于燃气轮发动机的涡轮模组包括至少一个涡轮盘和安装在涡轮盘上相对于气流上游位置的盘形组件，所述模组包括位于所述发动机的压缩机与涡轮盘之间的安装装置，其特征在于在将模组装配到压缩机之前，通过将组件螺栓连接到固定连接于涡轮盘上的连接凸缘，而将组件预装配到涡轮盘上。 
因而，通过本发明包括直接将压缩机模组连接到涡轮盘上和将放置在压缩机与涡轮盘之间的组件分别连接到涡轮盘上步骤的方法，可以在不丧失装置可靠性的情况下减轻重量，平衡必要时能够预装配的模组。 
优选地，将压缩机装配到涡轮盘的安装装置包括所述连接凸缘。 
特别地，当组件为具有位于其轮毂与周围之间的轮心的盘形组件，并通过穿过轮心上第一钻孔的螺栓安装到所述凸缘上时，在轮心上设有通过涡轮模组的螺栓装配到压缩机上的第二钻孔。 
根据又一特征，通过分布在圆周上数量为2至8个螺栓将组件固定在所述凸缘上。 
有利地，通过将型锻到下游侧凸缘上的螺母，和用于将模组装配到压缩机上的螺母，将螺栓定位。用于连接组件的螺栓更特别地具有特殊形状的螺栓头，其不同于用于连接压缩机的螺栓头的形状。 
根据又一特征，组件包括放置在与压缩机的安装装置无关的所述组件上的上游平衡装置。 
本发明尤其适于其组件是盘形支撑气封元件的模组。 
本发明还包括与构成燃气轮发动机的模组相关的压缩机，其包括用于连接模组的下游凸缘。在此凸缘上设有为已经放置在模组恰当位置上的连接螺栓的头部而准备的腔体或通道。 
附图说明
下面将通过优选实施方式并参考附图对本发明进行详细描述，其中： 
图1是依据本发明的高压涡轮的半个模组的轴向剖视图； 
图2是组件预先连接到涡轮盘上的细节的轴向剖视图； 
图3是将下游压缩机凸缘连接到涡轮盘上的详细轴向剖视图； 
图4是从上游侧观察到的HP压缩机凸缘的布置的示意图； 
图5是下游HP压缩机凸缘的不同的实施例的示意图； 
图6是沿图2或图3中VI-VI线的剖视图，示出了从下游侧观察到的固定连接到涡轮盘的连接凸缘上的螺母装置的细节； 
图7是图1中涡轮模组的一个可选实施例示意图，模组上装配有上游平衡装置。 
具体实施方式
图1示出了沿轴向剖面的HP涡轮的半个模组。该模组包括涡轮盘3，其具有朝向轴厚度逐渐增加的轴向剖面的轮毂，在涡轮盘3的周围安装有涡轮叶片4。涡轮叶片4容纳在该盘边缘上的轴向槽中。组件5安装在盘3的上游侧，也就是说位于该图中的左侧。上游和下游是相对于发动机内的气流来界定的。组件在此是指相对于机轴对称旋转的盘。这个盘包括厚度朝向发动机轴逐渐增加的轮毂，构成朝向周围伸展的轮心51的部件。盘的周围支撑构成迷宫气封旋转部件的径向环状叶片53。未示出其对应部分。 
通过螺栓将盘5连接到固定连接于盘3上游的连接凸缘31上而将盘5连接到盘3上。螺栓7包括头部71和螺杆72，螺杆72穿过轮心51上的螺孔和凸缘31上的钻孔，与螺母73相互作用。为方便描述，螺栓7也称为第一螺栓。 
在模组的下游侧，盘6上可见带有构成下游轴承62支架的押运支座(trunnion)61。盘被螺栓连接到下游连接凸缘33上。连接螺栓64分布在盘的整个圆周上。其还包括用于迷宫气封的密封元件63。盘6构成下游平衡面。平衡块上安装有连接螺栓。 
对如图1所示的模组进行预装配，为安装和装配到压缩机上作准备。螺栓7的功能是在操作过程中保持固定连接到涡轮盘上的组件5。螺栓7最好为4个，并等距布置在圆周上。螺栓的个数可以是2至8个之间。应该考虑用于将压缩机连接到盘上螺栓的具体情况。螺栓7不会干扰到盘3与盘5之间的叶片。 
图2和图3示出了在涡轮模组已经连接到压缩机的连接凸缘9之后螺栓的详细情况。未示出后者。连接凸缘9是环形的，并构成压缩机下游的边缘。图2示出沿用于将组件5连接到盘3上的螺栓7的部分轴向剖面。图3示出了沿用于将凸缘9连接到盘3上的螺栓8的部分轴向剖面。为方便描述，螺栓8也称为第二螺栓。 
螺栓7的头部71与凸缘9的宽边相啮合以使其直接与组件5的盘连接。因此这些螺栓不会影响凸缘9的连接。 
图3中的每个螺栓8都承担着将凸缘9连接到盘3上的任务。螺栓头81压紧在凸缘9的上游表面上，即由压在凸缘31的下游表面上的螺母83紧固盘5。螺栓8的螺杆82穿过组件5的盘和两个凸缘9和31。 
图4示出了从上游侧观察到的环形凸缘9。凸缘9包括扇贝形凹进以使其包围螺栓7的头部71，并压在组件5的盘上。其还包括可以使螺栓8的螺杆82穿过的钻孔，螺栓8的头部81挤压在钻孔的边缘上。 
图5示出了另一可选的压缩机连接凸缘9’。为了穿过用来连接盘5的螺栓的头部71，将通道限制为直径稍大于头部71直径的圆孔来代替扇贝形凹进。 
组件5的轮心51上具有能够允许螺栓7或螺栓8穿过的同样的钻孔。 
为防止混淆螺栓7和螺栓8，可以使螺栓的头部71和81具有不同的形状。 
例如，可以将一些螺栓制成花键螺头和将其它的制成宽螺栓头(宽螺栓头是指比紧固操作所需的宽度更宽的螺栓头；其对应于较宽 螺杆的螺栓头)，或反过来。 
在使用这种类型的螺栓头时，在防止产生混淆的同时，还具有在压缩机和涡轮的模组拆除时防止螺栓8卡住的优点。如果螺栓8是保持固定的，则螺栓8的特殊螺栓头81能够支撑剧烈的过载附加扭矩将螺杆82从头部81剪断，无论如何将模组拆除了。 
图6示出了从下游侧观察到的凸缘31。优选地，在部件装配之前先将螺母73和83安装并型锻在恰当位置上。应该注意到螺母上分别设有矩形的键731和831以提供旋转中的互锁。这样便于在装配中紧固螺栓7和8。型锻到凸缘31上的螺母73和83是相同的。 
连接螺栓8和7的数量在具体实施方式中分别为28和4。经验证28个螺栓可以将压缩机牢固地固定在盘上。4个相对于装置的32个的差别没有什么影响。已经通过计算证明了这一点，尤其是对于扭矩、机械应力和部件的使用寿命等。 
最后可以观察到这种配置允许叶片布置在压缩机模组与涡轮模组之间。 
为了使模组保持平衡，将重块放置在组件5的盘的上游表面上，其于是有利地构成了上游平衡面。图7中示出了包括该平衡装置的模组。模组包括用来将重块固定到该表面上的凸缘10。凸缘10是环形的，具有与模组的轴相垂直的表面，包括多个用来安装重块的加工孔。加工孔的数量优选地等于安装到涡轮盘上的翅片的数量。
图7示出了由螺栓14保持在适当位置上的重块11。在此情况下，通过安装这些重块可以恢复HP涡轮模组转子的上游平衡面，这样有助于输送所谓清洗模组的一种情况。 
根据本发明的模组不会相反地影响周围模组的维护。 

Claims (25)

1.一种用于燃气轮发动机的涡轮模组，包括至少一个涡轮盘(3)和安装在所述涡轮盘上相对于气流上游的盘形组件(5)，所述模组包括将其安装到所述发动机的压缩机上的安装装置，其特征在于，在将所述模组装配到所述压缩机之前，通过螺栓将组件(5)连接到固定连接于所述涡轮盘(3)的连接凸缘(31)上，从而将所述组件(5)预装配到所述涡轮盘(3)上。
2.如权利要求1所述的模组，其特征在于，安装到所述压缩机上的所述安装装置包括所述连接凸缘(31)。
3.如权利要求2所述的模组，其特征在于，所述组件是带有位于其轮毂与圆周之间的轮心(51)的盘形组件，并通过穿过所述轮心(51)上的第一钻孔的螺栓(7)安装到所述凸缘(31)上，第二钻孔形成于所述轮心上，用于通过所述涡轮模组(3)的螺栓(8)装配到所述压缩机上。
4.如权利要求3所述的模组，其特征在于，所述组件(5)的轮心(51)上具有允许第一螺栓(7)或第二螺栓(8)穿过的同样的钻孔。
5.如权利要求3所述的模组，其特征在于，所述组件通过2至8个分布在圆周上的第一螺栓(7)连接到所述凸缘(31)上。
6.如权利要求4所述的模组，其特征在于，所述组件通过2至8个分布在圆周上的第一螺栓(7)连接到所述凸缘(31)上。
7.如权利要求2所述的模组，其特征在于，所述第一螺栓(7)由型锻在下游侧的凸缘(31)上的螺母(73)以及用于将所述模组装配到所述压缩机上的螺母(83)进行定位。
8.如权利要求3所述的模组，其特征在于，所述第一螺栓(7)由型锻在下游侧的凸缘(31)上的螺母(73)以及用于将所述模组装配到所述压缩机上的螺母(83)进行定位。
9.如权利要求4所述的模组，其特征在于，所述第一螺栓(7)由型锻在下游侧的凸缘(31)上的螺母(73)以及用于将所述模组装配到所述压缩机上的螺母(83)进行定位。
10.如权利要求5所述的模组，其特征在于，所述第一螺栓(7)由型锻在下游侧的凸缘(31)上的螺母(73)以及用于将所述模组装配到所述压缩机上的螺母(83)进行定位。
11.如权利要求6所述的模组，其特征在于，所述第一螺栓(7)由型锻在下游侧的凸缘(31)上的螺母(73)以及用于将所述模组装配到所述压缩机上的螺母(83)进行定位。
12.如权利要求7所述的模组，其特征在于，型锻在所述凸缘(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
13.如权利要求8所述的模组，其特征在于，型锻在所述凸缘(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
14.如权利要求9所述的模组，其特征在于，型锻在所述凸缘(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
15.如权利要求10所述的模组，其特征在于，型锻在所述凸缘(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
16.如权利要求11所述的模组，其特征在于，型锻在所述凸缘(31)上的螺母(73)和(83)是相同的。
17.如权利要求2所述的模组，其特征在于，用来连接组件的第一螺栓(7)具有与用来连接所述压缩机的所述螺栓的头部不同的特殊头部。
18.如权利要求3所述的模组，其特征在于，用来连接组件的第一螺栓(7)具有与用来连接所述压缩机的所述螺栓的头部不同的特殊头部。
19.如权利要求4所述的模组，其特征在于，用来连接组件的第一螺栓(7)具有与用来连接所述压缩机的所述螺栓的头部不同的特殊头部。
20.如权利要求5所述的模组，其特征在于，用来连接组件的第一螺栓(7)具有与用来连接所述压缩机的所述螺栓的头部不同的特殊头部。
21.如权利要求2至20所述的任一种模组，包括上游平衡装置(10，11)，其设置在不同于安装装置的所述组件(5)上，所述安装装置安装到压缩机上。
22.如权利要求2至20所述的任一种模组，其特征在于，所述组件(5)是盘支撑迷宫气封元件。
23.如权利要求22所述的模组，其特征在于，所述组件(5)是盘支撑迷宫气封元件。
24.一种与前述权利要求中任一项所述的构成燃气轮发动机的模组相关的压缩机，包括用于连接到所述模组的下游凸缘(9)，其上设有为已经放置在所述模组上适当位置上的连接螺栓的头部(71)准备的槽或通道。
25.一种燃气轮发动机，其包括如权利要求1至24中任一项所述的模组。
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