CN1924300B - 用于在定子组件中控制接触的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮发动机(10)中的定子叶片(40)，包括一个基座(62)和一个翼面(60)。基座设计为在涡轮发动机中与定子叶片相连。翼面从基座径向地向外延伸。基座包括一对周向设置的、由一个上游侧面(92)和一下游侧面(94)连接在一起的侧面(90和91)，其中基座上至少一个部位(110)形成为凹状以在发动机运行过程中有利于减少叶片的激振响应。

Description

用于在定子组件中控制接触的方法和装置

技术领域

本申请总的涉及一种涡轮发动机，尤其涉及一种在涡轮发动机定子组件中用于控制接触的方法和仪器。

背景技术

至少一些已知的转子组件中包括至少一排周向间隔的转子叶片。每排转子叶片被安置在两排轴向间隔的沿周向间隔的定子叶片或静叶片之间。至少一些已知的静叶片制有一个基座及一个整体成形的从该基座沿径向向外延伸的翼面。每个基座被构形来与该发动机内的定子叶片相连，使得该定子叶片沿径向穿过在该转子组件内限定的流道。

至少在一些已知的定子组件中，每个定子叶片的基座基本为楔形或矩形基座，使该基座的径向外表面可以有一个比该基座径向内表面的相应长度更长的弧形长度。该楔形形状便于将该定子叶片沿周向连接在该定子组件上。然而，在这种定子叶片中该基座的几何形状也使得相邻的定子叶片间的接触，即周向接触和每个定子叶片和该壳体间的接触，即轴向接触的控制，变得难以精确地预测。其结果造成在转子运行过程中，由这种定子叶片产生的激振响应经常与预测的实验频率不匹配。随着时间的过去，该增大的激振响应可能导致该定子叶片的有效寿命的缩短。

发明内容

一方面，本发明提供一种用于涡轮发动机中装配定子组件的方法。该方法包括在每个基座的一个部位形成一个凹部，将定子叶片以周向间隔的方式安装于涡轮发动机内以使每个基座的凹部有利于减少每排定子叶片在发动机运行过程中的激振响应。

另一方面，本发明提供一种涡轮发动机的定子叶片。该定子叶片包括一个基座和一个翼面。基座被构造为与发动机内的定子叶片相连。翼面从基座径向向外延伸。基座包括一对沿周向间隔的侧面，通过一个上游侧和一个下游侧安装在一起，其中至少基座的一部分形成为凹状以有利于减少叶片在发动机运行过程中的激振响应。

更进一步的，本发明提供一个转子组件，包括一个转子轴和一排绕转子轴周向间隔的定子叶片。每个定子叶片包括一个基座和一个整体形成的、由基座径向向外延伸的翼面。每个基座包括一对沿周向间隔的侧面，通过一个上游侧和一个下游侧安装在一起，其中至少基座的一部分形成为凹状以有利于减少叶片在发动机运行过程中的激振响应。

附图说明

图1示出一个示例性的燃气涡轮机的示意图；

图2示出一个可用于图1所示燃气涡轮机中的示例性的定子叶片的放大透视图；

图3示出了图2中的一对定子叶片的前视图，并且示出了被安装于一个发动机，如图1中的燃气涡轮机中的相邻的定子叶片的相对周向定位；

图4示出了图3所示并沿虚线4-4剖开的一对定子叶片的横截面视图。

具体实施方式

图1示出了一个示例性的燃气涡轮机10与一台发电机16相连。在这个示例性的实施例中，燃气涡轮机系统10包括一个压缩机12，一个涡轮机14和发电机16，安装在一个单个整体的转子或轴18上。在一个可选的实施例中，轴18可拆卸为一些轴的分部件，其中每个分部件互相相邻安装从而形成轴18。压缩机12给燃烧器20提供压缩空气，空气与供给燃料22混合。在一个实施例中，发动机10为可从南卡罗来纳州格林维尔的通用电气公司买到的6C燃气涡轮机。

在运行过程中，空气流经压缩机12而后压缩空气补给入燃烧器20。从燃烧器20中出来的燃气28推动涡轮机14。涡轮机14使轴18，压缩机12，发电机16关于纵向轴30转动。

图2示出一个可用于燃气涡轮机(如图1所示)中的示例性的定子叶片40的放大透视图。尤其在一个示例性的实施例中，定子叶片40安装在一个压缩机中，如压缩机12(如图1所示)。图3示出了一对定子叶片40的前视图，并且示出了当该对定子叶片安装于一个如燃气涡轮机10(如图1所示)的定子组件中，这对相邻的定子叶片40的相对周向定位。图4示出了一对定子叶片40并沿虚线4-4(图3所示)剖开的横截面视图。在一个示例性的实施例中，每个定子叶片40均被改进为包括上述描述的特征。

当被安装入定子组件中时，每个定子叶片40被连接到一个围绕转子轴，比如轴18(如图1所示)沿周向方向延伸的发动机壳体(未示出)。由本领域的公知常识可知，当被完全安装时每排沿周向间隔的定子叶片40轴向位于相邻转子叶片(未示出)排之间。尤其，定子叶片40以引导流体流穿过定子组件的这种方式定位以利于提高发动机的性能。在该示例性的实施例中，周向相邻的定子叶片结构相同并且每个定子叶片从转子和定子组件内限定的流动路径径向延伸出。更进一步地，每个定子叶片40包括一个翼面60，该翼面从基座或平台62径向向外延伸在该示例性实施例中该翼面与基座或平台62整体形成。

每个翼面60包括一个第一侧壁70和一个第二侧壁72。第一侧壁70为凸形，其限定翼面60的一个吸入面，第二侧壁72为凹形，其限定翼面60的一个压力面。侧壁70和72在翼面60的前缘部74和一轴向安装的后缘部76连接在一起。更具体地说，翼面后缘部76位于翼面前缘部74弦向下游方向安装。第一和第二侧壁70、72分别沿翼面的纵向或径向由其被安置的根部相邻的基座62向翼面顶部80跨度上向外延伸。

基座62有利于将定子叶片40安装于壳体上。在该示例性的实施例中，基座62是一种已知矩形面的基座，其包括一对周向设置侧面90和91，通过一个上游侧面92和一个下游侧面94连接在一起。可选择地，基座62可包括一个弧形面。在该示例性的实施例中，侧面90和91相同并且彼此基本平行。在一个可选的实施例中，侧面90和91是不平行的。更进一步的，在上述示例性的实施例中，上游侧面92和下游侧面94彼此互相基本平行。

一对整体成形的挂耳100和102分别由面92和94上延伸出。如本领域技术可知，挂耳100和102与壳体连接以利于将定子叶片40保持于定子组件中。在上述示例性的实施例中，每个挂耳100和102分别由面92和94上向外延伸出，与面92和94相邻还有一个基座62的径向外表面104。

为了在转子运行过程中有利于控制周向相邻的定子叶片40间的接触，在示例性的实施例中，周向侧面90和91的至少其中一个侧面包括一个凹陷的或扇弧形部110，该部从基座62的径向外表面104和一个径向内表面112之间部分地延伸出。凹部110的尺寸和方向构造为有利于控制在转子运行过程中相邻的定子叶片40间的接触量。具体地说，在示例性的实施例中，凹部110从径向外表面104朝向径向内表面112延伸，从而在径向内表面112相邻处形成一个铰接部116。因此，当相邻的定子叶片安装于定子组件中时，在相邻定子叶片40之间形成空隙118，定子叶片间的接触被限制为只能沿铰接部116接触。结果相邻定子叶片40之间的线接触被迫沿着转子组件流道进行。或者，线接触可以是铰接部116和侧面92之间的任何位置。

另外，为了在转子运行过程中有利于控制每个单独的定子叶片40和发动机壳体之间的接触，在示例性的实施例中，上游侧面92包括一个从侧面90和91之间的侧面92中穿过延伸的凹部120。凹部120的尺寸和方向构造为有利于控制在转子运行过程中在定子叶片40沿面92和发动机壳体间的接触量。更进一步地，在示例性的实施例中，凹部120从挂耳100延伸至一个铰接117。结果，每个定子叶片40和发动机壳体之间的线接触就得到控制。可选地，线接触可以是沿凹部120的任何位置。

凹部120和110的结合有利于控制定子和定子之间以及定子和壳体之间的接触。这种改善的接触控制使每个定子基座62更精确的得到限制从而使定子叶片自然频率可更为精确地优化以符合预期试验频率。此外，每个定子叶片40中的激振响应便于减少，这样就减少了部件故障并延长了定子叶片的使用寿命。

以上描述的定子叶片提供了一种经济并且可靠的优化转子组件性能的方法。更进一步地，每个定子叶片包括凹部以有利于控制与各定子叶片周向和轴向的接触，从而在发动机运行过程中有利于减少每个定子叶片激振响应。结果，经重新设计的基座几何形状有利于延长定子组件的使用寿命和以一种经济并且可靠的方式提高燃气轮机的运行效率。

上面所详细描述的仅是对定子叶片和定子组件的示例性实施例。定子叶片并不局限于上述具体实施例，更确切的说，每个定子叶片的部件可以单独和独立于上面描述的其它部件而使用。例如，每个定子叶片凹部也可以形成在其它定子叶片中或与其它定子或转子组件作为组件使用，而不限于上述定子叶片40中。确切地说，本发明可以与很多其它叶片，定子和转子组件连接来实现和进行使用。

虽然本发明通过各种特定的实施例进行了描述，然而本领域的技术人员可在权利要求书的精神和范围内通过修改来实施本发明。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机的多个定子叶片，每个所述定子叶片包含：

一个基座，用来将所述定子叶片连接在该涡轮发动机内；和

一个翼面，从所述基座沿径向向外延伸，所述基座包括一对沿周向间隔、由一个上游侧面和一个下游侧面连接的侧面，其中所述基座的至少一部分包括凹部，所述凹部构造成便于控制所述多个定子叶片中的其中一个定子叶片与相邻定子叶片之间的接触并有利于在发动机运行过程中减少所述叶片的激振响应。

2.如权利要求1所述的定子叶片，其特征在于每个所述基座的每个所述凹部有利于在发动机运行过程中控制所述定子叶片与相邻定子叶片的接触量。

3.如权利要求1所述的定子叶片，其特征在于所述定子叶片与壳体相连接，每个所述基座的每个所述凹部在发动机运行过程中有利于控制所述定子叶片和该壳体间的接触。

4.如权利要求1所述的定子叶片，其特征在于所述凹部在发动机运行过程中有利于对所述叶片内的共振响应进行更精确的预测。

5.如权利要求1所述的定子叶片，其特征在于所述凹部被限定在所述沿周向间隔的侧面的至少一个内，以有利于限制所述定子基座和周向相邻的定子基座之间的接触。

6.如权利要求1所述的定子叶片，其特征在于所述凹部被限定在所述基座上游侧面和所述基座下游侧面的一侧面上，以有利于控制所述定子基座和发动机壳体间的接触。

7.如权利要求1所述的定子叶片，其特征在于所述基座还包括一个径向外表面和一个径向内表面，每个所述凹部从所述径向外表面向所述径向内表面延伸。

8.一种转子组件，包括：

一个转子轴；

多个定子叶片，围绕所述转子轴在周向上间隔，每个所述转子叶片包括一个基座和一个整体形成的翼面，该翼面从所述基座径向地向外延伸，每个所述基座包括一对沿周向间隔并由一个上游侧面和一个下游侧面连接在一起的侧面，其中每个所述基座的至少一部分包括凹部，所述凹部构造成便于控制所述多个定子叶片中的其中一个定子叶片与相邻定子叶片之间的接触并有利于减少在转子运行期间所述多个定子叶片中每个的激振响应。

9.如权利要求8所述的转子组件，其特征在于每个所述基座的每个所述凹部有利于在转子运行过程中控制所述多个定子叶片中的周向相邻对之间的接触量。

10.如权利要求9所述的转子组件，其特征在于每个所述凹部被限定在所述基座的周向间隔的侧面中的至少一个侧面上。

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