CN1894485B - 用于在轴向方向上拆下和安装燃气涡轮机的所选喷嘴段的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

喷嘴段(10)固定在保持环(18)上，以便通过在喷嘴段(10)的外带(12)与保持环(18)之间大致轴向地延伸的防旋转销(24)，而防止喷嘴段(10)在周向方向上旋转。保持板段(36)叠在销(24)的末端上，从而防止其轴向移动。为了拆下所选的喷嘴段(10)，拆下内径保持板段和所选保持板段，所选保持板段使销(24)的末端露出，以便轴向拆下。在拆下预定数量的销(24)之后，相邻于所选喷嘴段(10)的喷嘴段(10a-10p)就移位离开所选喷嘴段(10)，以便敞开所选段与相邻段之间的间隔(50)，从而使得可在轴向方向上拆下所选段。

Description

用于在轴向方向上拆下和安装燃气涡轮机的所选喷嘴段的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于相对于燃气涡轮机的喷嘴保持环来拆下和安装所选喷嘴段的装置和方法，尤其涉及一种轴向定向的防旋转销，其用于防止喷嘴段的周向运动，并且允许在轴向方向上拆下和插入防旋转销，以便促进拆下和安装所选喷嘴段而无需拆下机壳。
背景技术
在燃气涡轮机中，喷嘴级一般由多个围绕涡轮机轴线而彼此周向地间隔开的喷嘴段的环形阵列来形成。例如，在涡轮机的第一级中，喷嘴段分别固定在环形的外保持环和内保持环上，各喷嘴段包括外带(outer band)和内带(inner band)，其中一个或多个喷嘴叶片在所述外带和内带之间延伸。在现有技术的燃气涡轮机中，防旋转销一般在外保持环与各段外带上的向外突出式凸缘之间径向地延伸。这些径向地定位的现有防旋转销就遇到空间限制的问题，这会在就地维修涡轮机时会对拆下某些销造成阻碍。例如，在水平节点处，机壳非常接近于保持环，防旋转销无法拆下，从而使得喷嘴段基本上无法拆下。结果，维护和测试操作就会比较耗费人工和成本。因此，就需要大体上改进拆下和安装喷嘴段的能力，以便有助于维护和测试操作。
发明内容
根据本发明的一个优选方面，各喷嘴段的外带设有轴向延伸的孔，用于接受易于拆下和更换的防旋转销，从而使得可在轴向方向上拆下和更换所选喷嘴段，而无需拆下机壳。各个轴向延伸的防旋转销延伸穿过相应喷嘴段外带的径向向外凸缘中的径向向外延伸的插槽(slot)，并且穿过保持环中的相应孔。保持板段叠置在防旋转销的轴向端面上，并且固定在保持环上。通过拆下保持板段，防旋转销就可在轴向向前方向上拆下，从而使得可沿周向拆下和插入各喷嘴段。
可以理解，喷嘴段具有位于周向相邻段的各自外带和内带之间的间隔，所述间隔设有密封件，例如塞缝片密封件(spline seals)。这些塞缝片密封件连同喷嘴段的形状一起，可防止通过拆下防旋转销而直接地轴向拆下喷嘴段。根据本发明的一个优选方面，喷嘴段可在轴向方向上被拆下。尤其是，所选段的防旋转销和相邻于所述所选段的喷嘴段在轴向方向上拆下，并且相邻段在周向方向上层叠成远离所选喷嘴段。这样，就消除了相邻段之间的间隔距离，并且扩大的间隔在所选段与相邻段之间敞开，从而使得所选段能够在轴向方向上拆下。防旋转销和保持板段可在无需拆下机壳的情况下拆下。为了更换所述段，将以上程序倒过来。
根据本发明的一个优选实施例，提供了一种用于涡轮机喷嘴的保持系统，包括用于围绕涡轮机轴线设置的喷嘴保持环，多个由喷嘴保持环载带的周向相邻的喷嘴段，以及一般在轴向方向上延伸并且分别接合在保持环与喷嘴段之间的防旋转销，其用于约束喷嘴段围绕涡轮机轴线在旋转方向上的运动。
根据本发明的另外一个优选实施例，提供了一种用于在轴向方向上从带有喷嘴段环形阵列的保持环上拆下形成涡轮机级的喷嘴段环形阵列的所选喷嘴段的方法，包括以下步骤：(a)在一般轴向方向上从其相应环形阵列上的包括所选喷嘴段以及保持环在内的多个喷嘴段上拆下一般轴向延伸的销，从而释放开相邻于所选喷嘴段的喷嘴段，以便其在周向方向上围绕所述涡轮机的轴线以离开所选喷嘴段的方式滑动运动，(b)使相邻于所选喷嘴段的所释放开的喷嘴段在周向方向上围绕所述轴线而以离开所述所选喷嘴段的方式滑动，以及(c)在一般轴向方向上拆下所述所选喷嘴段。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种用于将所选喷嘴段安装在喷嘴段环形阵列上的开口中以便形成涡轮机的级的方法，包括以下步骤：(a)将所述所选喷嘴段在一般轴向方向上插入所述开口中，(b)将销穿过所述所选喷嘴段和保持环而在轴向方向上插入，以便将所述所选喷嘴段固定在所述喷嘴保持环上，(c)使相邻于所述所插入的所选喷嘴段的喷嘴段在周向方向上朝着所述所选喷嘴段而滑入到围绕所述涡轮机轴线的预定周向位置中，以及(d)在所述预定周向位置中将所述相邻喷嘴段固定在所述保持环上。
附图说明
图1是用于燃气涡轮机的级中的喷嘴段的剖视图；
图2是喷嘴段和保持环的断开透视图；
图3是喷嘴保持环和保持板部分的断开透视图和局部剖视图；
图4是保持板段的轴向端视图；
图5是设置成形成涡轮机级的环形阵列的喷嘴段的示意性轴向视图；
图6是相邻段的示意性轴向视图，显示了相邻段之间的间隔和塞缝片密封件；和
图7是彼此层叠在一起的环形段的放大的断开的轴向端视图，在所选段与相邻段之间敞开了间隔，从而使得可在轴向方向上拆下和插入所选段。
具体实施方式
参见图1，显示了喷嘴段10，并且包括外带12、内带14以及一个或多个在外带与内带之间延伸的涡轮机叶片16。喷嘴段10的外带12固定在外保持环18上。内带14通过内径保持板22的环形阵列，而固定在内机壳20上。保持板22用未示出的轴向延伸螺栓而连接在机壳20上，从而使得可在轴向向前的方向上拆下内径保持板22。
根据本发明的一个优选方面，轴向延伸的防旋转销24设在外带12与外保持环18之间，优选每一个段20设有一个销24。具体而言，外带12包括一对分别径向向外延伸的彼此轴向间隔开的凸缘30和32。轴向对准的插槽设在凸缘中，并且用于接受防旋转销24。保持环18包括沿着后部分设置的可接受防旋转销24一端的开孔34。防旋转销的相对端穿过沿着环18前部分设置的凸缘37中的开口35，并且接合在外带12的前凸缘30的插槽中。在防旋转销24就位时，可以理解，喷嘴段10固定成可防止围绕涡轮机轴线旋转。
为了将防旋转销24保持就位以防止喷嘴段10相对于保持环18旋转，多个保持板段36的环形阵列固定在保持环18的前面上。具体而言，环形凹槽(groove)或面38形成于保持环18的前面40中，并且螺栓孔42设在保持环18中并且穿过凹槽38的前面而敞开。如图4所示，保持板段36具有成形部分，其符合凹槽38的形状。螺栓孔44设在段36中。因此，段36的环形阵列可沿着保持环18的前面而用螺栓连接在凹槽38中，以便重叠在防旋转销24上面，并因此而将防旋转销24保持就位。防旋转销24防止喷嘴段相对于保持环18而周向地运动。可以理解，通过拆下保持板段36、即通过拆下将段36固定在保持环18上的螺栓46，就露出防旋转销24的末端，以便沿着向前的轴向方向而拆下。保持板段36尤其设置成代替环形保持板，以便能够拆下其中一个或多个所选喷嘴，而无需拆下整个段36，如下所述。七个保持板段36是优选的，然而可以理解，可以提供更少或更多数量的段36。
为了从喷嘴段10的环形阵列上拆下所选喷嘴段55(图5)以及在轴向方向上拆下所选段55而无需拆下周围的涡轮机机壳，将其中一个或多个喷嘴保持板段36、包括叠在所选段55上的段36拆下。例如，出于说明目的，在图5中显示了48个喷嘴段10的环形阵列。为了拆下所选段55，将叠在所选段55上的保持板段36和处于所选段55一侧或另一侧的15个喷嘴段10a-10p拆下，从而露出销24的轴向面向前的端部。还将相邻喷嘴段的内径保持段22从内机壳上拆下，以便释放开喷嘴段10的内带部分14。如图6所示，相邻喷嘴段10具有处于相邻外带12与相邻内带14之间的预定间隔50，所述间隔50由塞缝片密封件52密封。该塞缝片密封件以及图2所示包括外带与内带的段的形状一起，就阻止了所选喷嘴段55在轴向方向上移动。然而，通过将大约15个相邻喷嘴段10的保持板段36拆下，以及将包括所选喷嘴段55在内的每一相邻喷嘴段10a-10p的防旋转销24拆下，就释放开喷嘴段10以便周向旋转。然后使相邻于所选喷嘴段55的喷嘴段10a-10p在周向方向上周向地移位而离开所选喷嘴段55，以便相互叠在一起，从而减小或消除喷嘴段10a-10p的相应相邻喷嘴段之间的间隔50。可以理解，塞缝片密封件52处于外带与内带的插槽57中，其中在其周向边缘与插槽57的内端之间留有过大的周向空间。这使得喷嘴段10a-10p一旦在抽出防旋转销24之后就彼此周向地叠置在一起。
通过离开所选喷嘴段55的合适数量的彼此叠置的喷嘴段10、例如喷嘴段10a-10p，那么，在周向长度上至少等于间隔50的在释放开且周向移动的喷嘴段10a-10p之间的间隔54(图7)就在所选段55与相邻喷嘴段10a之间敞开。该间隔54足以允许取出塞缝片密封件52，以及允许所选喷嘴段55轴向地移位以便拆下。任何一个或多个周向移位的喷嘴段10a-10p可类似地拆下，这是通过朝着所拆下的段55所留下的开口而在周向方向上移动所述段以便敞开一个注意允许拆下另一所选喷嘴段的间隔来实现的。作为一个具体示例，相邻段之间的典型间隔是0.003-0.006英寸。塞缝片密封件52为大约3/4英寸宽。因此，相邻段10a-10p在离开所选段55的方向上的彼此层叠就扩大了所选段55与下一相邻段10a之间的间隔，而达到相邻段之间的封闭间隔的累积长度。
一旦所选喷嘴段55进行了整修或修补或者提供了新的段，那么该程序就可倒过来。例如，整修的或新的喷嘴段可轴向地插入，以便承靠在保持环18和内机壳20上。防旋转销24然后插入并穿过保持环18的相对准孔34和35以及轴向地插入的段的外带的外凸缘30和32中的插槽。相邻段10a-10p然后可朝着插入段沿着周向顺序地移位，以便将孔34，35与各喷嘴段位置处的凸缘30，32的插槽对准。防旋转销24然后插入周向移位的喷嘴段10a-10p的相对准的孔和插槽中，从而固定其周向位置。内径保持板22也固定在机壳20上，从而将内带14固定在机壳20上。保持板段36用螺栓连接在保持环18的轴向面上，以便重叠在防旋转销24的面向前的端部上。保持板段36因此将这些销固定就位，从而固定了喷嘴段10以防止其旋转。
尽管已经结合当前被视为最实用和优选的实施例来描述了本发明，然而可以理解，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵括属于所附权利要求的精神和范围内的各种修改及等效设置。

Claims (8)

1.一种用于涡轮机的喷嘴的保持系统，包括：
用于围绕所述涡轮机的轴线而布置的喷嘴保持环；
多个由所述喷嘴保持环载带的周向相邻的喷嘴段；
在轴向方向上延伸并且各自接合在所述喷嘴保持环与所述喷嘴段之间的防旋转销，其用于约束喷嘴段围绕所述涡轮机轴线在旋转方向上的运动，
其中，所述喷嘴保持环包括轴向面向面，所述防旋转销穿过所述轴向面向面而露出，并且至少一个保持板段叠在所述轴向面向面上，从而阻止所述销在轴向方向上拆出；并且
其中，每一个所述喷嘴段都包括外带和一对轴向间隔开的开孔，所述喷嘴保持环具有对准的开口，因此每一个所述销都容纳在所述开孔和所述开口中；
其中，所述至少一个保持板段用螺栓连接在所述喷嘴保持环的轴向面向面上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保持板段包括围绕所述轴线设置成环形阵列的多个弧形保持板段中的一个。
3.一种用于涡轮机的喷嘴的保持系统，包括：
用于围绕所述涡轮机的轴线而布置的喷嘴保持环；
多个由所述喷嘴保持环载带的周向相邻的喷嘴段；
在轴向方向上延伸并且各自接合在所述喷嘴保持环与所述喷嘴段之间的防旋转销，其用于约束喷嘴段围绕所述涡轮机轴线在旋转方向上的运动，
其中，所述喷嘴保持环包括轴向面向面，所述防旋转销穿过所述轴向面向面而露出，并且至少一个保持板段叠在所述轴向面向面上，从而阻止所述销在轴向方向上拆出，并且
其中，所述保持板段包括围绕所述轴线设置成环形阵列的多个弧形保持板段中的一个，所述弧形保持板用螺栓连接在所述喷嘴保持环上；并且
其中，所述至少一个保持板段用螺栓连接在所述喷嘴保持环的轴向面向面上。
4.一种用于在轴向方向上从带有喷嘴段环形阵列的保持环上拆下形成涡轮机一级的喷嘴段环形阵列的所选喷嘴段的方法，其中至少一个保持板段用螺栓连接在所述保持环的轴向面向面上，所述方法包括以下步骤：
(a)在轴向方向上从其相应环形阵列上的包括所选喷嘴段及所述保持环在内的多个喷嘴段上拆下轴向延伸的销，从而释放开相邻于所述所选喷嘴段的喷嘴段，以便其在周向方向上围绕所述涡轮机的轴线而以离开所选喷嘴段的方式滑动运动；
(b)使相邻于所述所选喷嘴段的所述释放开的喷嘴段在周向方向上围绕所述轴线而以离开所述所选喷嘴段的方式滑动；以及
(c)在轴向方向上拆下所述所选喷嘴段。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述喷嘴段围绕所述轴线而彼此间隔开以便限定相邻喷嘴段之间的间隔，所述步骤(b)包括，使所述相邻喷嘴段以离开所选喷嘴段的方式而在周向方向上滑动，以便使相邻喷嘴段彼此层叠在一起，从而敞开了所述相邻喷嘴段和所述所选喷嘴段之间的间隔，使得所述所选喷嘴段能够在所述轴向方向上拆出。
6.一种用于将所选喷嘴段安装在喷嘴段环形阵列上的开口中以便形成涡轮机的级的方法，包括以下步骤：
(a)将所述所选喷嘴段在轴向方向上插入所述开口中；
(b)将销在轴向方向上穿过所述所选喷嘴段和喷嘴保持环而插入，以便将所述所选喷嘴段固定在所述喷嘴保持环上，其中，用螺栓将至少一个保持板段连接在所述喷嘴保持环的轴向面向面上；
(c)使相邻于所述插入的所选喷嘴段的喷嘴段在周向方向上朝着所述所选喷嘴段而滑入到围绕所述涡轮机轴线的预定周向位置中；以及
(d)在所述预定周向位置中将所述相邻喷嘴段固定在所述喷嘴保持环上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括，将销在轴向方向上穿过所述相邻喷嘴段和所述喷嘴保持环而插入，以便将所述相邻喷嘴段固定在所述喷嘴保持环上。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括，在步骤(a)之前，将所述相邻喷嘴段从所述喷嘴保持环上释放开，以便围绕所述涡轮机轴线而在周向方向上滑动运动，并且使所述相邻喷嘴段在周向方向上围绕所述轴线滑动，以便在所述喷嘴段环形阵列中提供所述开口。
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