CN203847245U - 用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的配重及系统 - Google Patents

用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的配重及系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的配重及系统。该系统包括用于安装和移除涡轮部段内壳下部的配重，该配重大体包括半环形主体，该半环形主体具有第一径向延伸配合表面和第二径向延伸配合表面。径向齿条从主体径向向外延伸。该径向齿条包括主段，该主段在主体的第一径向延伸配合表面与第二径向延伸配合表面之间延伸第一角距离。该径向齿条的次段从主体的第二径向延伸配合表面延伸第二角距离。该次段限定了至少部分线性的内表面和弓形外表面。

Description

用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的配重及系统
技术领域
本发明总体涉及适于在组装和拆除涡轮机时使用的设备。更具体地，本发明涉及能够安装和卸载涡轮发动机的涡轮内壳的系统。 
背景技术
在涡轮机(例如燃气涡轮机)的涡轮部段的操作环境中，各个涡轮部件(例如涡轮转子轮、转子叶片、转子轴和涡轮部段内的其它部件)的结构完整性对于涡轮机操作者而言是非常重要的。当涡轮机在多种操作条件(例如启动、停机、基本负荷或部分负荷操作)之间循环时，各个涡轮部件经受高热和机械应力。因此，需要在定期维护间隔期间或非计划停电期间检测、修复和/或更换各个涡轮部件以防止部件故障。然而，触及(Access to)各个涡轮部件可能是具有挑战性的，特别是对于被安装在所有者/操作者的设施中的涡轮机而言。 
利用多个壳的涡轮部段的构造已成为有利于路基燃气涡轮发动机的现场维护的常见方法。如本领域内已知的，具有该类型构造的涡轮包括被外壳包绕的内壳以及框架，所述内壳、外壳和框架在机器水平中心线上分开使得内壳和外壳以及框架的上半部可以被单独抬起以用于触及涡轮的内部部件。例如，通过抬起涡轮机内壳和外壳的上半部，能够检测并且可能修复或更换涡轮转子轮、斗叶和喷嘴组件，而无需移除整个涡轮转子。在移除壳之前，需要使用机械式千斤顶(Mechanical jacks)进行正确的机器中心线支撑，以保证转子的正确对准并且获得准确的壳间隙。在特定情况下，机械式千斤顶对下半部壳提供支撑。 
为了对涡轮部段进行完整检测的目的而移除和重新安装涡轮内壳的下半部对维护人员提出了巨大挑战。例如，在涡轮壳的下半部的位置中的工作空间可能是非常有限的。此外，涡轮转子叶片与内壳的下半部之间存在非常紧密的公差（Tight tolerances），由此增加了对定位在壳的下半部内的各个涡轮部件造成损坏的风险。因此，改进的用于安装和卸载燃气涡轮发动机的涡轮内壳下部的系统将是有用的。 
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中进行阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本发明而习得。 
本发明的一个实施例是一种用于安装和移除涡轮部段内壳下部的配重。该配重包括半环形主体，该半环形主体具有位于主体的周向相对侧上的第一径向延伸配合表面和第二径向延伸配合表面。该配重还包括从主体径向向外延伸的径向齿条。该径向齿条包括主段，该主段在主体的第一径向延伸配合表面与第二径向延伸配合表面之间延伸第一角距离。该径向齿条还包括次段，次段从主体的第二径向延伸配合表面延伸第二角距离。该次段限定了至少部分线性的内表面和弓形外表面。 
其中，所述次段的至少部分线性的内表面与所述主体的第二径向延伸配合表面垂直。 
其中，所述径向齿条的主段包括径向弓形外表面，所述径向弓形外表面具有与所述次段的弓形外表面共同的半径。 
其中，所述径向齿条的次段包括邻近所述主体的第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端，所述第一端具有第一径向厚度并且所述远端具有第二径向厚度。 
其中，所述第一径向厚度大于所述第二径向厚度。 
其中，所述径向齿条的次段具有邻近所述主体的第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端。 
其中，所述径向齿条在所述主体的第一径向延伸配合表面与所述次段的远端之间延伸大于180度的总角距离。 
其中，所述配重还包括邻近所述径向齿条的弓形制动盘。本发明的另一个实施例是一种用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的系统。该系统包括半环形配重，该半环形配重具有与内壳的下部一致的形状。该配重包括主体，该主体具有位于主体的周向相对侧上的第一径向延伸配合表面和第二径向延伸配合表面。该系统还包括从主体径向向外延伸的径向齿条。该径向齿条包括在第一径向延伸配合表面与第二径向延伸配合表面之间延伸第一角距离的主段。该径向齿条还包括从第二径向延伸配合表面延伸第二角距离的次段。该次段包括至少部分线性的内表面和弓形外表面。该系统还包括与径向齿条相接合的驱动系统。 
其中，所述驱动系统与所述径向齿条的次段的弓形外表面相接合。 
其中，所述径向齿条的次段的至少部分线性的内表面与所述主体的第二径向延伸配合表面垂直。 
其中，所述配重连接至所述内壳的下部并且所述径向齿条的次段的至少部分线性的内表面至少部分地围绕所述内壳的下部延伸。 
其中，所述径向齿条的次段的至少部分线性的内表面与所述内壳的下部径向分开。 
其中，所述径向齿条的主段包括弓形外表面，所述弓形外表面具有与所述径向齿条的次段的弓形外表面共同的半径。 
其中，所述径向齿条的次段包括邻近所述主体的第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端，所述第一端具有第一径向厚度并且所述远端具有第二径向厚度。 
其中，所述第一径向厚度大于所述第二径向厚度。 
其中，所述径向齿条的次段具有邻近所述第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端。 
其中，所述径向齿条在所述主体的所述第一径向延伸配合表面与所述次段的远端之间延伸大于180度的总角距离。 
其中，所述系统还包括制动盘，所述制动盘邻近所述径向齿条，所述制动盘在所述第一径向延伸配合表面与大体邻近所述径向齿条的次段的远端的点之间周向地延伸。 
其中，所述驱动系统还包括与所述制动盘相接合的摩擦制动器。当阅览本说明书时，本领域普通技术人员将更好地领会这种和其它实施例的特征以及各个方面。 
附图说明
参照附图，说明书的剩余部分特别阐述了面向本领域技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中： 
图1示出了已知的燃气涡轮机的横截面侧视图； 
图2示出了根据本发明的至少一个实施例的燃气涡轮机的涡轮部段的一部分的下游视图； 
图3示出了如图2中所示的涡轮部段的一部分的透视图； 
图4示出了如图3中所示的涡轮部段的一部分的透视图； 
图5示出了根据本发明的至少一个实施例的系统的透视图，该系统用于安装和移除如图4中所示的涡轮部段的内壳下部； 
图6示出了根据本发明的各个实施例的如图5中所示的系统的配重的透视图，该系统用于安装和移除涡轮部段的内壳下部； 
图7示出了根据本发明的至少一个实施例的如图6中所示的配重的一部分的下游视图； 
图8示出了根据本发明的至少一个实施例的如图5中所示的系统的一部分的透视图，该系统用于安装和移除涡轮部段的内壳下部； 
图9示出了根据本发明的各个实施例的进行操作的系统的透视图，该系统用于安装和移除涡轮部段的内壳下部； 
图10示出了根据本发明的各个实施例的进行操作的如图5中所示的系统的透视图，该系统用于安装和移除涡轮部段的内壳下部；以 及 
图11示出了根据本发明的各个实施例的被安装到涡轮部段中的如图6中所示的配重的透视图。 
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个例子示于附图中。详细的描述使用数字和字母名称来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的名称用于表示本发明的相似或类似的部件。如本发明中所使用的，术语“第一”、“第二”、和“第三”可以互换使用，以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。此外，术语“上游”和“下游”表示部件在流体路径中的相对位置。例如，如果流体从部件A流向部件B，则部件A相对于部件B位于上游处。相反地，如果部件B从部件A接收流体流，则部件B相对于部件A位于下游处。 
每个例子都以对发明进行解释的方式给出，而不对本发明构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改型和变型。 
尽管能够通过完全拆卸涡轮部段来获得触及燃气涡轮机的涡轮部段的转子以及其它内部部件的路径，但是由于直接涉及停电成本的停电周期的重要性，优选地在转子以及内部部件保持原位（in-situ）的情况下完成检测、维护和修复。本发明中所描述的系统包括具有配重的系统，该系统用于移除涡轮部段内壳的下部以便提供触及涡轮部段的转子以及内部部件的路径而无需更复杂并且成本更高地拆卸涡轮部段。 
现在参照附图，图1示出了已知的燃气涡轮机10的横截面侧视 图。如图所示，燃气涡轮机10大体包括压缩机部段12，该压缩机部段12具有：布置于燃气涡轮机10的上游端处的进口14；以及壳16，该壳16至少部分地包绕压缩机部段12。燃气涡轮机10还包括：位于压缩机部段12下游的燃烧部段18，该燃烧部段18具有燃烧器20；以及涡轮部段22，该涡轮部段22位于燃烧部段18下游。轴24大体轴向延伸穿过燃气涡轮机10。涡轮部段22大体包括交替级的固定喷嘴26以及沿轴24的轴向中心线30定位在涡轮部段22内的涡轮转子叶片28。内壳32周向地包绕交替级的固定喷嘴26以及涡轮转子叶片28。外壳34周向地包绕内壳32。 
图2示出了涡轮部段22的内壳32和外壳34的下游视图，并且图3提供了移除了外壳34的一部分之后的内壳32和外壳34的透视图。如图2中所示，内壳32和外壳34沿水平平面40分开，该水平平面40与延伸穿过内壳32和外壳34的公共轴向中心线42垂直地延伸。外壳34分为顶部36和底部38。顶部36可以例如通过起重机或其它提升装置与底部38分开，以可触及内壳32。 
内壳32被安置在槽44内，该槽44沿外壳34的内表面周向地延伸。内壳32沿水平平面40分为上部46和下部48。上部46可以通过起重机或其它的提升装置与下部48分开，以触及内壳32的下部48。如图4中所示，一旦已移除内壳32的上部46，则内壳32的下部48保持定位在外壳34的底部38中。如上文所讨论的，转子轴24（图1）通常将阻塞触及内壳32的下部48的路径，由此妨碍检测和/或修复内壳32的下部48。 
图5示出了用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的系统60的透视图，该系统60用于将内壳32的下部48安装到外壳34的底部38中并且/或者将内壳32的下部48移除到外壳34的底部38之外。如图所示，系统60大体包括配重62、支承和引导配重62和/或内壳32的下部48的止推环（Thrust collar）64以及被构造成围绕内壳32和外壳34的轴向中心线42旋转至少180度来使配重62旋转的驱动 系统66。在各个实施例中，系统60还可以包括前滚动支承件68和后滚动支承件70，以在安装或移除期间支承内壳32的下部48。 
图6示出了根据本发明的各个实施例的配重62的透视图。如图所示，配重62大体包括半环形主体72。主体72的形状与图4中所示的内壳32的下部48的形状大体一致。如图6中所示，主体72具有前端74、后端76、内侧78，该内侧78与外侧80径向分开。后端76沿主体72的轴向中心线82与前端74轴向分开。在特定实施例中，主体72的轴向中心线82与内壳32和外壳34的轴向中心线42一致。外侧80相对于垂直于主体72的轴向中心线82的平面与内侧78径向分开。 
主体72还包括布置于主体72的周向相对侧上的第一径向延伸配合表面（First radially extending mating surface）84和第二径向延伸配合表面86。第一径向延伸配合表面84和第二径向延伸配合表面86相对于垂直于轴向中心线82的平面在主体72的内侧78与外侧80之间径向向外延伸。在特定实施例中，第一径向延伸配合表面84和第二径向延伸配合表面86沿水平平面被限定，该水平平面沿主体72的轴向中心线82延伸，由此提供第一径向延伸配合表面84与第二径向延伸配合表面86之间的180度的分离。至少一个孔88可以延伸穿过主体72的外侧80，以允许连接至内壳32的下部48（图5）。 
如图6中所示，配重62包括径向齿条（Radial gear rack）90，该径向齿条90从主体72的外侧80径向向外延伸。径向齿条90可以布置成大体邻近主体72的前端74。图7示出了主体72和径向齿条90的下游视图。如图所示，径向齿条90沿被限定于一个平面中的弧延伸，该平面与主体72的轴向中心线82垂直。径向齿条90可以以本领域内普通技术人员已知的任何方式固定至主体72。例如，径向齿条90可以螺栓连接、焊接或销接（pined）至主体72。在备选实施例中，主体72可以至少部分地限定径向齿条90。如图6中所示，径向齿条90可以包括切口或凹槽92，例如至少部分地围绕径向齿条90周 向地布置的齿轮齿。除此之外或者备选地，径向齿条90可以具有至少部分地围绕径向齿条90延伸的连续摩擦表面。 
如图7中所示，径向齿条90包括主段（Primary segment）94和次段（Secondary segment）96。在与主体72的轴向中心线82垂直的平面中，主段94沿弧延伸第一角距离98，该弧在第一径向延伸配合表面84与第二径向延伸配合表面86之间延伸。在特定实施例中，主段94从大体邻近第一径向延伸配合表面84的点延伸。在备选实施例中，主段94从与第一径向延伸配合表面84周向分开的点延伸。在特定实施例中，主段94的第一角距离98大约为180度。主段94包括径向弓形外表面（Radially outer arcuate surface）100。弓形外表面100可以如图6中所示地开有轮齿（geared）。在备选实施例中，弓形外表面100可以是连续摩擦表面。 
径向齿条90的次段96包括第一端102以及远端104，，该第一端102大体邻近第二径向延伸配合表面86；该远端104与第一端102周向分开。在与主体72的轴向中心线82垂直的平面中，次段96沿弧延伸第二角距离106，该弧在第二径向延伸配合表面86与次段96的远端104之间延伸。在特定实施例中，在与主体72的轴向中心线82垂直的平面中，主段94和次段96在第一径向延伸配合表面84与次段96的远端104之间延伸大于180度的总角距离108。例如，在特定实施例中，主段94和次段96延伸大约200度的总角距离108。 
次段96还包括在第一端102与远端104之间周向延伸的径向弓形外表面108。在特定实施例中，弓形外表面108具有与主段94的弓形外表面100共同的半径。次段96还包括在本发明中被称为“内表面110”的至少部分线性的内表面110，该至少部分线性的内表面110在第一端102与远端104之间延伸。在特定实施例中，内表面110与主体72的第二径向延伸配合表面86垂直。除此之外或者备选地，内表面110可以在次段96的第一端102与远端104之间朝向弓形外表面108向内逐渐变细（tapered）。 
如图7中所示，弓形外表面108沿垂直于主体72的轴向中心线82的平面与内表面110径向分开。在至少一个实施例中，次段96具有在第一端102处的内表面110与弓形外表面108之间测量得到的第一径向厚度112以及在远端104处的内表面110与弓形外表面108之间测量得到的第二径向厚度114。在特定实施例中，第一径向厚度112大于第二径向厚度114。 
在特定实施例中，如图6中所示，弓形摩擦制动盘（Arcuate shaped friction brake plate）116大体邻近主体72的前端74从配重62的主体72径向向外延伸。在垂直于主体72的轴向中心线82的平面中，制动盘116沿弧延伸，该弧在第一径向延伸配合表面84与径向齿条90的次段96的远端114之间延伸。 
图8示出了如图5中所示的驱动系统66的透视图。如图所示的驱动系统66是基于齿轮的系统，该基于齿轮的系统包括由马达120提供动力的齿轮118。马达120可以是电气、液压、气动或者适于为驱动系统66提供动力的其它类型的马达。齿轮118适于与径向齿条90相接合，以使配重62相对于止推环定位器64（图5）旋转。尽管附图中示出了基于齿轮的系统，但是能够使内壳32的底部38和/或配重62旋转的其它驱动系统也是可预测的，包括但不限于链、液压、气动和/或摩擦驱动系统。在特定实施例中，如图8中所示，齿轮118与径向齿条90的次段96相接合，以允许配重62连续旋转至外壳34的底部38中或底部38之外。 
驱动系统66以及液压摩擦制动单元124可以定位在支承板122上，如图9中所示。制动单元124包括制动槽126，在操作期间，该制动槽126与配重62的制动盘116相接合。制动单元124向制动盘116施加摩擦，以便使配重62的旋转放慢或停止并且在静止时固定其位置。尽管附图中示出了盘形制动系统，但是也能够使用其它类型的制动系统。 
图9和10示出了进行操作的系统60，并且图11示出了移除内壳 32的下部48之后就位的配重62。在特定实施例中，如图9中所示，驱动系统66与径向齿条90相接合，以使内壳32的下部48以及配重62围绕其相应的轴向中心线42、82一致地旋转，所述轴向中心线42、82与燃气涡轮机10的轴24的轴向中心线30（图1）大体一致。如图9中所示，径向齿条的次段96允许内壳32的下部48和配重62连续旋转直到配重62被完全安置于外壳34的底部38中并且内壳32的下部48完全旋转至外壳34的底部38之外为止，如图10中所示。 
一旦内壳32的下部48已旋转离开外壳34，就可以以与内壳32的上部46基本相同的方式将内壳32的下部48从涡轮部段18径向移除，并且由此允许维护先前由内壳32的上部46以及下部48限定的所有的涡轮部件。如图11中所示，配重62可以保持被安置在外壳34的底部38中，直到完成修复为止。对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，上文所描述的方法可以反向，以重新安装内壳32的下部48。通过该方式，径向齿条90的次段96与驱动系统66相接合，以允许配重62连续旋转至外壳34的底部38之外。 
本书面描述使用例子对本发明进行了公开（其中包括最佳模式），并且还使本领域技术人员能够实施本发明（其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法）。本发明的可专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的例子。如果这种其它的例子包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这种其它的例子包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这种其它的例子落入权利要求的范围内。 

Claims (20)

1.一种用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的配重，其特征在于，所述配重包括： 
a.半环形主体，所述半环形主体具有位于所述主体的周向相对侧上的第一径向延伸配合表面和第二径向延伸配合表面；以及 
b.径向齿条，所述径向齿条从所述主体径向向外延伸，所述径向齿条包括： 
i.主段，所述主段在所述主体的第一径向延伸配合表面与第二径向延伸配合表面之间延伸第一角距离； 
ii.次段，所述次段从所述主体的第二径向延伸配合表面延伸第二角距离，所述次段具有至少部分线性的内表面和弓形外表面。 
2.根据权利要求1所述的配重，其特征在于，所述次段的至少部分线性的内表面与所述主体的第二径向延伸配合表面垂直。 
3.根据权利要求1所述的配重，其特征在于，所述径向齿条的主段包括径向弓形外表面，所述径向弓形外表面具有与所述次段的弓形外表面共同的半径。 
4.根据权利要求1所述的配重，其特征在于，所述径向齿条的次段包括邻近所述主体的第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端，所述第一端具有第一径向厚度并且所述远端具有第二径向厚度。 
5.根据权利要求4所述的配重，其特征在于，所述第一径向厚度大于所述第二径向厚度。 
6.根据权利要求1所述的配重，其特征在于，所述径向齿条的次段具有邻近所述主体的第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端。 
7.根据权利要求6所述的配重，其特征在于，所述径向齿条在所 述主体的第一径向延伸配合表面与所述次段的远端之间延伸大于180度的总角距离。 
8.根据权利要求6所述的配重，其特征在于，所述配重还包括邻近所述径向齿条的弓形制动盘。 
9.一种用于安装和移除燃气涡轮机涡轮部段内壳下部的系统，其特征在于，所述系统包括： 
a.半环形配重，所述半环形配重具有与所述内壳的下部一致的形状，所述配重具有主体，所述主体具有位于所述主体的周向相对侧上的第一径向延伸配合表面和第二径向延伸配合表面； 
b.径向齿条，所述径向齿条从所述主体径向向外延伸，所述径向齿条具有在所述第一径向延伸配合表面与所述第二径向延伸配合表面之间延伸第一角距离的主段以及从所述第二径向延伸配合表面延伸第二角距离的次段，所述次段具有至少部分线性的内表面和弓形外表面；以及 
c.驱动系统，所述驱动系统与所述径向齿条相接合。 
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述驱动系统与所述径向齿条的次段的弓形外表面相接合。 
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述径向齿条的次段的至少部分线性的内表面与所述主体的第二径向延伸配合表面垂直。 
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述配重连接至所述内壳的下部并且所述径向齿条的次段的至少部分线性的内表面至少部分地围绕所述内壳的下部延伸。 
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述径向齿条的次段的至少部分线性的内表面与所述内壳的下部径向分开。 
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述径向齿条的主段包括弓形外表面，所述弓形外表面具有与所述径向齿条的次段的弓形外表面共同的半径。 
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述径向齿条的次段包括邻近所述主体的第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端，所述第一端具有第一径向厚度并且所述远端具有第二径向厚度。 
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一径向厚度大于所述第二径向厚度。 
17.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述径向齿条的次段具有邻近所述第二径向延伸配合表面的第一端以及与所述第一端周向分开的远端。 
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述径向齿条在所述主体的所述第一径向延伸配合表面与所述次段的远端之间延伸大于180度的总角距离。 
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统还包括制动盘，所述制动盘邻近所述径向齿条，所述制动盘在所述第一径向延伸配合表面与大体邻近所述径向齿条的次段的远端的点之间周向地延伸。 
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述驱动系统还包括与所述制动盘相接合的摩擦制动器。 
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