專利名稱：用于裝配燃氣渦輪發動機的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及燃氣渦輪發動機，并且更特別地涉及用于在 與燃氣渦輪發動機相關聯的壓縮機中提供排出氣流的方法和裝置。
背景技術：
公知的燃氣渦輪的至少 一些部件可能承受著高溫環境，而冷卻 這些部件才可能延長它們的使用壽命。至少 一個公知的冷卻方法包 括將至少 一部分空氣從壓縮機引導到需要被冷卻的部件。 一般地， 用于引導這些空氣的方法和裝置被稱作壓縮機排氣。 一些公知的壓 縮機排氣也便于減少在壓縮機運行中的壓縮機失速和/或壓縮機喘 振。
公知的壓縮機排氣從限定在壓縮機殼體中的預定位置處引導壓 縮機額定空氣流量的預定百分比。然而， 一些公知的壓縮機排氣被 限定在了便于流動通道扭曲和/或壓縮機殼體結構弱化的范圍中。而 且，許多公知的壓縮機排氣的現有構造并不易于更改成用以適應燃 氣渦輪的構造和/或運行的變化。
發明內容
在一個方面中，提供了運行燃氣渦輪發動機的方法。該方法包 括在殼體的徑向內表面的至少一部分中形成至少一個定子環通道
(stator ring passage)。該方法也包括提供至少一個大小可尋皮插入到至 少一個定子環通道中的定子環扇形體。該方法進一步包括在至少一 個定子環扇形體的至少一部分中形成至少一個徑向通道，使得至少 一個徑向通道的至少一部分接近至少一個基本上軸向的定子葉片通道。
在另一個方面中，提供了定子組件。該定子組件包括基本上圓 柱形的殼體，該殼體包括徑向內表面。該組件也包括形成在徑向內 表面的至少一部分中的至少一個定子環通道。該組件進一步包括插 入到至少一個定子環通道的至少一部分中的至少一個定子環扇形 體。該組件也包括形成在至少一個定子環扇形體的至少一部分中的 至少一個定子葉片通道。該組件進一步包括形成在至少一個定子環 扇形體的至少一部分中的至少一個徑向通道，至少一個徑向通道至 少部分地接近至少一個定子葉片通道。
在另外的方面中，提供了燃氣渦輪發動機。該發動機包括與渦 輪旋轉連結的壓縮機。該壓縮機包括具有徑向內表面的基本上圓柱 形的殼體。該壓縮機也包括形成在徑向內表面的至少 一部分中的至 少一個定子環通道。該壓縮機進一步包括插入到至少一個定子環通 道的至少一部分中的至少一個定子環扇形體。該壓縮機也包括形成 在至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一個定子葉片通 道。該壓縮機進一步包括形成在至少一個定子環扇形體的至少一部 分中的至少 一個徑向通道，至少 一個徑向通道至少部分地接近至少 一個定子葉片通道。
圖l是示范性燃氣渦輪發動機的示意圖2是可與圖1中所示的燃氣渦輪發動機一起使用的壓縮機的 一部分的放大截面圖，并且是沿著區域2選取的；
圖3是可與圖2中所示的壓縮機一起使用的示范性定子葉片環 扇形體的透視圖； '
圖4是限定在圖2中所示的壓縮機的一部分中的示范性排出狹 槽的透3見圖5是圖4中所示的排出狹槽沿著線5-5選取的截面圖6是可被限定在圖2中所示的壓縮機的一部分中的備選的排
出狹槽的截面圖；和
圖7是限定在圖2中所示的壓縮機的一部分中的多個排出狹槽 的透視圖。
元件符號對照表
100燃氣渦輪發動機
102壓縮機
104燃燒室
106燃料噴嘴組件
108渦輪
110轉子
m轉子組件
114定子組件
116殼體
118流動通道
U9內表面
120內流動通道邊界
122外流動通道邊界
124第一級
126轉子葉片組件
128定子葉片組件
130轉子盤
132轉子葉片翼形部分
134內葉片連結裝置
136頂端部分
137定子環
128定子葉片
139定子環通道140翼形部分
144定子葉片頂端部分
148低壓區域
150高壓區域
152中線
154環扇形體
156定子葉片通道
158楔形榫接部分
200狹槽或徑向通道
201外表面
202開口
203定子葉片根部
204寬度
206寬度
208長度
210狹槽第一壁
212狹槽第二壁
214第一壁角
216徑向軸線
218角
220距離
222軸向邊緣
300排出狹槽
302開口
304寬度
310狹槽第一壁
312狹槽第二壁314 第一壁角
341 部分
358 定子葉片楔形4^4妻部分
400 排出狹槽
402 開口
具體實施例方式
圖1是示范性燃氣渦輪發動機100的示意圖。發動機100包括 壓縮機102和多個燃燒室104。燃燒室104包括燃料噴嘴組件106。 發動機100還包括渦輪108和普通的壓縮機/渦輪轉子IIO(有時被稱 作轉子110)。在一個實施例中，發動才幾100是MS9001E發動機，有 時稱作9E發動機，商業上，該發動機可從南卡羅萊納州的格林維爾 的General Electric公司獲得。
圖2是與燃氣渦輪發動機100 —起使用的壓縮機102的一部分 的放大截面圖，并且是沿著區域2(圖1中所示)選取的。壓縮機102 包括轉子組件112和被安置在殼體116中的定子組件114，殼體116 至少部分地限定與殼體徑向內表面119的至少一部分相連接的流動 通道118。在示范性實施例中，轉子組件112形成了轉子110的一部 分并且與渦輪轉子(圖未示)旋轉連結。轉子組件112也部分地限定流 動通道118的內部流動通道邊界120，而定子組件1M以與內表面119 協作的方式部分地限定流動通道118的外流動通道邊界122。備選地， 定子組件114和殼體116形成為整體的和/或完整的部件(圖未示)。
壓縮機102包括多個級124，其中每一個級124都包括一列沿圓 周間隔的轉子葉片組件126和一列定子葉片組件128，有時被稱作定 子葉片。轉子葉片組件126連結到轉子盤130上，使得每一個葉片 組件126都從轉子盤130處徑向地向外延伸。此外，每一個組件126 都包括從內葉片連結裝置134處徑向地向外延伸到轉子葉片頂端部 分136的轉子葉片翼形部分132。壓縮^/L的級124與包括i"旦不限于空
氣的運動流體或工作流體協作，使得運動流體在隨后的級124中受 到壓縮。
定子組件114包括多個成列的定子環137，有時被稱作固定環、 定子支撐環和/或定子楔形榫接環。環137被插入到通道或槽道139 中，該通道或槽道139沿圓周以軸向連續的方式形成在殼體116的 至少一部分中。每一個槽道139都被限定為基本上沿軸向接近殼體116 的一部分，該殼體116的一部分與轉子葉片頂端部分136相對。每 一個定子環137的大小和形狀設置成用以容納多個定子葉片組件 128,使得每一列葉片組件128被安置在轉子葉片組件126的一對沿 軸向接近的列之間。在示范性實施例中，每一個葉片組件128都包 括從定子葉片楔形榫接部分(圖2中未示)處延伸到定子葉片頂端部分 144的翼形部分140。壓縮機102包括每級124 —列定子葉片128， 其中一些是排出級(圖2中未示)。而且，在示范性實施例中，壓縮機 102基本上關于軸向中線152對稱。
在運行中，渦輪108通過轉子110使壓縮機102旋轉，其中轉 子110包括壓縮機轉子112。轉子葉片翼形部分132將從低壓區域148 處通過壓縮機102的第一級匯集來的流體引導到定子葉片組件128 的翼形部分140。當流體被引導通過流動通道118的剩余部分時，流 體至少部分地受到壓縮并且流體的壓力纟皮至少部分地增加。更明確 地，流體連續流過基本上與第一級124相似的后來的級，除了流動 通道118在連續的級中變窄以便于當流體被引導通過流動通道118 時對流體進行壓縮和加壓。壓縮和加壓的流體后來被引導到高壓區 域150,使得它可被用在渦輪發動機100中。
圖3是可與壓縮機102(圖2中所示)一起使用的示范性定子葉片 環扇形體154的透視圖。在示范性實施例中，扇形體154包括多個 定子葉片通道156,每一個定子葉片通道156 —般地沿軸向被限定在 扇形體154中。而且，每一個通道156的大小和形狀i殳置成用以容 納定子葉片組件128。每一個組件128包括定子葉片楔形榫接部分
158，該定子葉片楔形,部分158可使定子葉片組件128通過定子 葉片通道156連結到殼體116上。在示范性實施例中，每一個定子 葉片環扇形體154都通過連結方法連結到殼體116，該連結方法包括 但不限于摩擦配合、使用保持夾具(圖未示)、或任何其它的機械連結 方式、焊接工藝以及扇形體154和殼體116整體的成形法。多個環 扇形體154被插入到每一個槽道139中，使得扇形體154在壓縮機 殼體116中基本上沿圓周延伸，并且使得扇形體154彼此之間沿圓 周接近。如此，環扇形體154形成外流動通道邊界122的至少一部 分。
圖4是限定在壓縮機102的一部分中的排出通道或排出狹槽200 的透視圖。圖5是排出狹槽200沿著線5-5(圖4中所示)選取的截面 圖。僅作為參考之用，圖4和圖5圖解了位于中線152(圖2中所示) 之下的壓縮機102的一部分。在圖5中，沿軸向從狹槽200伸離的 扇形體154的那些部分用陰影顯示以便透視。通道156的大小和形 狀設置成用以在其中容納至少一個定子葉片楔形才隼接部分158,使得 定子葉片組件128被固定在預定的位置里。作為參考，圖4中圖解 了定子葉片根部203的一部分。更明確地，當每一個楔形榫接部分158 -故插入到通道156中時，楔形#^妻部分158的徑向外表面201與定 子葉片組件的根部203相交，使得部分201基本上與外流動通道邊 界122齊平，或基本上是共面/共弧。
在示范性實施例中，排出狹槽200基本上徑向地被限定在環扇 形體154中。狹槽200包括與邊界122基本上齊平或共面/共弧的開 口 202。在示范性實施例中，狹槽200被第一圓周寬度204、第二圓 周寬度206和軸向長度208部分地限定。更明確地，在示范性實施 例中，寬度206比寬度204寬。備選地，寬度204和寬度206可是 正如在此描述的便于狹槽200工作的任意尺寸。此外，在示范性實 施例中，狹槽200的尺寸限定為基本上矩形的構造。備選地，狹槽200 的尺寸可限定為任何非矩形，比如，但不限于，半圓形和/或半橢圓
形。而且，在示范性實施例中，狹槽200至少部分地被形成在扇形 體154中的狹槽第一壁210和狹槽第二壁212限定。
在示范性實施例中，壁210以第一壁角214形成，第一壁角214 相對于壓縮機102的徑向軸線216測量是銳角，而且，在示范性實 施例中，壁212以第二壁角218形成在扇形體154中，第二壁角218 相對于徑向軸線216測量是銳角。此外，在示范性實施例中，角214 和角218基本上相似。備選地，角214和角218可是正如在此描述 的便于狹槽200工作的任意角，包括相對于徑向軸線216測量是鈍 角和零角。更進一步地，狹槽200從扇形體154的至少一個軸向邊 緣222處以軸向距離220被安置。寬度204和寬度206、長度208、 角214和角218以及距離220至少部分地基于扇形體154的材并十性 能、壓縮機102中的軸向位置、用于壓縮機102和發動機100剩余 部分的運行的排出流體流需求以及在鄰近狹槽200中的流體流特性 來可變地選擇。
形成在扇形體154中的狹槽200提供了多個好處。例如，形成 的狹槽200正如在此描述地便于對現有的處于服務期內的壓縮機進 行改型翻新和減少零件改造。所以，狹槽200也可便于減少與改造 相關聯的資金和人工成本。而且，狹槽200的最佳尺寸和位置可是 便于減少流體流動通道的扭曲、現有扇形體154的固有頻率的改變、 扇形體154的結構弱化和/或用于扇形體154的頻率調諧。
提供了運行燃氣渦輪發動機100的方法。該方法包括在殼體116 的徑向內表面的至少一部分中形成至少一個定子環通道或定子環槽 道139。該方法也包括提供至少一個大小可被插入到定子環通道139 中的定子環扇形體154。該方法進一步包括在定子環扇形體154的至 少一部分中形成至少一個定子葉片通道156。該方法也包括在定子環 扇形體139的至少一部分中形成至少一個徑向通道或狹槽200,使得 至少狹槽200的一部分接近定子葉片通道156。
在運行期間，流經流動通道118的3皮壓縮的流體的至少一部分
被引導到狹槽200內，并且其中流體通過扇形體154被進一步引導 到流體管道(圖未示)內，該流體管道可包括^f旦不限于管子、導管和流 體多支管。
圖6是可^f皮限定在壓縮機102(圖2中所示)的一部分中的備選的 排出狹槽300的截面圖。在備選的實施例中，狹槽300包括由第一 圓周寬度304、第二圓周寬度和軸向長度(二者均圖未示)部分限定的 開口 302,其中寬度可是正如在此描述的便于狹槽300工作的任意尺 寸。而且，在備選的實施例中，狹槽300至少部分地由形成在扇形 體154中的狹槽第一壁310和狹槽第二壁312限定。
在備選的實施例中，壁310以第一壁角314形成，該第一壁角314 相對于壓縮機102的徑向軸線216測量是銳角。而且，在備選的實 施例中，壁312也以相對于徑向軸線216測量而得的第二壁角(圖未 示)形成。此外，在備選的實施例中，角314比角214(圖4中所示)小， 并且與壁312相關聯的角小于角218(圖4中所示)。備選地，角314 和與壁312相關聯的角可是正如在此描述的便于狹槽300工作的任 意角，包括相對于徑向軸線216的鈍角和零角。
在備選的實施例中，狹槽300包括被移去以便于限定狹槽300 的備選的定子葉片楔形榫接部分358的部分341。更進一步地，狹槽 300從扇形體154的軸向邊緣222(圖4中所示)處以一軸向距離(圖未 示)安置。這些尺寸至少部分地基于扇形體154的材料性能、壓縮機 102中的軸向位置、用于壓縮機102和發動機100剩余部分的運行的 排出流體流需求以及在鄰近狹槽300中的流體流特性來可變地選擇。
圖7是限定在壓縮機102(圖2中所示)的一部分中的多個排出狹 槽400的透^f見圖。狹槽400包括開口 402，并且可與狹槽200(圖4和 圖5中所示)和/或狹槽400(圖6中所示)基本上相似。備選地，具有 任意尺寸和任意構造的任意數量的狹槽400可形成在環扇形體154 中以便于正如在此描述的壓縮機102的運4亍。
正如在此描述的用于裝配壓縮機的方法和裝置便于渦輪發動機
的運行。明確地，正如上面所述的至少一個形成在定子環中的排出 狹槽便于有效的壓縮機排出構造。更明確地，這種構造便于最佳地 設計狹槽的尺寸和位置以便于減少流體流動通道的扭曲、減少現有 定子環的固有頻率的改變、減少定子環的結構弱化和便于用于定子 環的頻率調諧。而且，正如在此描述的形成這種狹槽的方法便于對
翻新，以及減少與影響這種改造相關聯的資金和人工成本。
在上面詳細地描述了與渦輪發動機相關聯的壓縮機排出狹槽的
示范性實施例。該方法、裝置和系統既不被限定于在此所描述的明
確的實施例，也不被限定于明確圖解的壓縮機排出狹槽。
盡管本發明用各種具體實施例進行了描述，但是本領域的那些
技術人員將認識到的是，本發明能夠在權利要求的精神和范圍內的
修改進行實施。
權利要求
1.一種定子組件(114)，包括包括徑向內表面(119)的基本上圓柱形的殼體(116)；形成在所述徑向內表面的至少一部分中的至少一個定子環通道(139)；插入到所述至少一個定子環通道的至少一部分中的至少一個定子環扇形體(154)；形成在所述至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一個定子葉片通道(156)；和形成在所述至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一個徑向通道(200)，所述至少一個徑向通道至少部分地接近所述至少一個定子葉片通道。
2. 根據權利要求1所述的定子組件(114),其特征在于，所述至 少一個徑向通道(200)在所述至少一個定子環扇形體(154)中限定在預 定的軸向和圓周的位置上。
3. 根據權利要求1所述的定子組件(114),其特征在于，所述至 少一個通道是由形成在所述至少一個定子環扇形體(154)的至少一部 分中的至少一個壁(210, 212, 310， 312)、形成在所述至少一個定子 環扇形體的徑向最內部的部分中的開口(202)以及所述至少一個定子 環扇形體的徑向最外部的部分(201)至少部分地限定的。
4. 根據權利要求3所述的定子組件(114),其特征在于，所述至 少 一個通道包括下列中的至少一個基本上半圓形的開口； 基本上半橢圓形的開口；和 基本上矩形的開口。
5. 根據權利要求3所述的定子組件(114),其特征在于，所述開 口(202)延伸通過所述定子環扇形體(154)，其中，所述至少一個壁 (210, 212， 310, 312)與所述定子環扇形體的徑向最內部的部分形成 第一預定角(214),而與所述定子環扇形體的徑向最外部的部分(201) 形成第二預定角(218)。
6. 根據權利要求3所述的定子組件(114)，其特征在于，所述至 少 一個通道(200)是進一步由形成在定子葉片(128)的至少一部分中的 至少一個壁(210， 212， 310, 312)來限定的。
7. 根據權利要求1所述的定子組件(114)，其特征在于，所述至 少一個定子葉片通道(156)的大小設置成用以在其內容納至少一個定 子葉片(128)。
8. 根據權利要求7所述的定子組件(114)，其特征在于，所述定 子葉片(128)和所述至少一個基本上軸向的定子葉片通道(156)包括楔 形榫接的構造。
9. 根據權利要求1所述的定子組件(114),其特征在于，所述定 子組件(l 14)促進壓縮機(102)內的流體傳輸。
10. —種燃氣渦輪發動機(IO)，包括 渦輪(108);與所述渦輪旋轉連結的壓縮機(102)，所述壓縮機包括具有徑向 內表面(119)的基本上圓柱形的殼體(116)、形成在所述徑向內表面的 至少一部分中的至少 一個定子環通道(139)、插入到所述至少 一個定 子環通道的至少一部分中的至少一個定子環扇形體(154)、形成在所 述至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一個定子葉片通道 (156)和形成在所述至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一 個徑向通道(200)，所述至少一個徑向通道至少部分地接近所蜂至少 一個定子葉片通道。
全文摘要
本發明提供了一種用于裝配燃氣渦輪發動機的方法和裝置。該渦輪發動機包括定子組件(114)。定子組件(114)包括具有徑向內表面(119)的基本上圓柱形的殼體(116)、形成在徑向內表面的至少一部分中的至少一個定子環通道(139)、插入到至少一個定子環通道的至少一部分中的至少一個定子環扇形體(154)、形成在至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一個定子葉片通道(156)和形成在至少一個定子環扇形體的至少一部分中的至少一個徑向通道(200)，該至少一個徑向通道至少部分地接近該至少一個定子葉片通道。
文檔編號F01D9/04GK101169051SQ200710167090
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月24日 優先權日2006年10月24日
發明者N·F·馬丁, S·P·沃塞恩格 申請人:通用電氣公司