CN101169051B - 定子组件和燃气涡轮发动机 - Google Patents

定子组件和燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于装配燃气涡轮发动机的方法和装置。该涡轮发动机包括定子组件(114)。定子组件(114)包括具有径向内表面(119)的基本上圆柱形的壳体(116)、形成在径向内表面的至少一部分中的至少一个定子环通道(139)、***到至少一个定子环通道的至少一部分中的至少一个定子环扇形体(154)、形成在至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个定子叶片通道(156)和形成在至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个径向通道(200)，该至少一个径向通道至少部分地接近该至少一个定子叶片通道。

Description

定子组件和燃气涡轮发动机
技术领域
本发明一般地涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地涉及用于在与燃气涡轮发动机相关联的压缩机中提供排出气流的方法和装置。 
背景技术
公知的燃气涡轮的至少一些部件可能承受着高温环境，而冷却这些部件才可能延长它们的使用寿命。至少一个公知的冷却方法包括将至少一部分空气从压缩机引导到需要被冷却的部件。一般地，用于引导这些空气的方法和装置被称作压缩机排气。一些公知的压缩机排气也便于减少在压缩机运行中的压缩机失速和/或压缩机喘振。 
公知的压缩机排气从限定在压缩机壳体中的预定位置处引导压缩机额定空气流量的预定百分比。然而，一些公知的压缩机排气被限定在了便于流动通道扭曲和/或压缩机壳体结构弱化的范围中。而且，许多公知的压缩机排气的现有构造并不易于更改成用以适应燃气涡轮的构造和/或运行的变化。 
发明内容
在一个方面中，提供了运行燃气涡轮发动机的方法。该方法包括在壳体的径向内表面的至少一部分中形成至少一个定子环通道(stator ring passage)。该方法也包括提供至少一个大小可被***到至少一个定子环通道中的定子环扇形体。该方法进一步包括在至少一个定子环扇形体的至少一部分中形成至少一个径向通道，使得至少一个径向通道的至少一部分接近至少一个基本上轴向的定子叶片通道。 
在另一个方面中，提供了定子组件。该定子组件包括基本上圆柱形的壳体，该壳体包括径向内表面。该组件也包括形成在径向内表面的至少一部分中的至少一个定子环通道。该组件进一步包括***到至少一个定子环通道的至少一部分中的至少一个定子环扇形体。该组件也包括形成在至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个定子叶片通道。该组件进一步包括形成在至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个径向通道，至少一个径向通道至少部分地接近至少一个定子叶片通道。 
在另外的方面中，提供了燃气涡轮发动机。该发动机包括与涡轮旋转连结的压缩机。该压缩机包括具有径向内表面的基本上圆柱形的壳体。该压缩机也包括形成在径向内表面的至少一部分中的至少一个定子环通道。该压缩机进一步包括***到至少一个定子环通道的至少一部分中的至少一个定子环扇形体。该压缩机也包括形成在至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个定子叶片通道。该压缩机进一步包括形成在至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个径向通道，至少一个径向通道至少部分地接近至少一个定子叶片通道。 
附图说明
图1是示范性燃气涡轮发动机的示意图； 
图2是可与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的压缩机的一部分的放大截面图，并且是沿着区域2选取的； 
图3是可与图2中所示的压缩机一起使用的示范性定子叶片环扇形体的透视图； 
图4是限定在图2中所示的压缩机的一部分中的示范性排出狭槽的透视图； 
图5是图4中所示的排出狭槽沿着线5-5选取的截面图； 
图6是可被限定在图2中所示的压缩机的一部分中的备选的排 出狭槽的截面图；和 
图7是限定在图2中所示的压缩机的一部分中的多个排出狭槽的透视图。 
元件符号对照表： 
100    燃气涡轮发动机 
102    压缩机 
104    燃烧室 
106    燃料喷嘴组件 
108    涡轮 
110    转子 
112    转子组件 
114    定子组件 
116    壳体 
118    流动通道 
119    内表面 
120    内流动通道边界 
122    外流动通道边界 
124    第一级 
126    转子叶片组件 
128    定子叶片组件 
130    转子盘 
132    转子叶片翼形部分 
134    内叶片连结装置 
136    顶端部分 
137    定子环 
128    定子叶片 
139    定子环通道 
140    翼形部分 
144    定子叶片顶端部分 
148    低压区域 
150    高压区域 
152    中线 
154    环扇形体 
156    定子叶片通道 
158    楔形榫接部分 
200    狭槽或径向通道 
201    外表面 
202    开口 
203    定子叶片根部 
204    宽度 
206    宽度 
208    长度 
210    狭槽第一壁 
212    狭槽第二壁 
214    第一壁角 
216    径向轴线 
218    角 
220    距离 
222    轴向边缘 
300    排出狭槽 
302    开口 
304    宽度 
310    狭槽第一壁 
312    狭槽第二壁 
314    第一壁角 
341    部分 
358    定子叶片楔形榫接部分 
400    排出狭槽 
402    开口 
具体实施方式
图1是示范性燃气涡轮发动机100的示意图。发动机100包括压缩机102和多个燃烧室104。燃烧室104包括燃料喷嘴组件106。发动机100还包括涡轮108和普通的压缩机/涡轮转子110(有时被称作转子110)。在一个实施例中，发动机100是MS9001E发动机，有时称作9E发动机，商业上，该发动机可从南卡罗莱纳州的格林维尔的General Electric公司获得。 
图2是与燃气涡轮发动机100一起使用的压缩机102的一部分的放大截面图，并且是沿着区域2(图1中所示)选取的。压缩机102包括转子组件112和被安置在壳体116中的定子组件114，壳体116至少部分地限定与壳体径向内表面119的至少一部分相连接的流动通道118。在示范性实施例中，转子组件112形成了转子110的一部分并且与涡轮转子(图未示)旋转连结。转子组件112也部分地限定流动通道118的内部流动通道边界120，而定子组件114以与内表面119协作的方式部分地限定流动通道118的外流动通道边界122。备选地，定子组件114和壳体116形成为整体的和/或完整的部件(图未示)。 
压缩机102包括多个级124，其中每一个级124都包括一列沿圆周间隔的转子叶片组件126和一列定子叶片组件128，有时被称作定子叶片。转子叶片组件126连结到转子盘130上，使得每一个叶片组件126都从转子盘130处径向地向外延伸。此外，每一个组件126都包括从内叶片连结装置134处径向地向外延伸到转子叶片顶端部分136的转子叶片翼形部分132。压缩机的级124与包括但不限于空 气的运动流体或工作流体协作，使得运动流体在随后的级124中受到压缩。 
定子组件114包括多个成列的定子环137，有时被称作固定环、定子支撑环和/或定子楔形榫接环。环137被***到通道或槽道139中，该通道或槽道139沿圆周以轴向连续的方式形成在壳体116的至少一部分中。每一个槽道139都被限定为基本上沿轴向接近壳体116的一部分，该壳体116的一部分与转子叶片顶端部分136相对。每一个定子环137的大小和形状设置成用以容纳多个定子叶片组件128，使得每一列叶片组件128被安置在转子叶片组件126的一对沿轴向接近的列之间。在示范性实施例中，每一个叶片组件128都包括从定子叶片楔形榫接部分(图2中未示)处延伸到定子叶片顶端部分144的翼形部分140。压缩机102包括每级124一列定子叶片128，其中一些是排出级(图2中未示)。而且，在示范性实施例中，压缩机102基本上关于轴向中线152对称。 
在运行中，涡轮108通过转子110使压缩机102旋转，其中转子110包括压缩机转子112。转子叶片翼形部分132将从低压区域148处通过压缩机102的第一级汇集来的流体引导到定子叶片组件128的翼形部分140。当流体被引导通过流动通道118的剩余部分时，流体至少部分地受到压缩并且流体的压力被至少部分地增加。更明确地，流体连续流过基本上与第一级124相似的后来的级，除了流动通道118在连续的级中变窄以便于当流体被引导通过流动通道118时对流体进行压缩和加压。压缩和加压的流体后来被引导到高压区域150，使得它可被用在涡轮发动机100中。 
图3是可与压缩机102(图2中所示)一起使用的示范性定子叶片环扇形体154的透视图。在示范性实施例中，扇形体154包括多个定子叶片通道156，每一个定子叶片通道156一般地沿轴向被限定在扇形体154中。而且，每一个通道156的大小和形状设置成用以容纳定子叶片组件128。每一个组件128包括定子叶片楔形榫接部分 158，该定子叶片楔形榫接部分158可使定子叶片组件128通过定子叶片通道156连结到壳体116上。在示范性实施例中，每一个定子叶片环扇形体154都通过连结方法连结到壳体116，该连结方法包括但不限于摩擦配合、使用保持夹具(图未示)、焊接工艺或任何其它的机械连结方式以及扇形体154和壳体116整体的成形法。多个环扇形体154被***到每一个槽道139中，使得扇形体154在压缩机壳体116中基本上沿圆周延伸，并且使得扇形体154彼此之间沿圆周接近。如此，环扇形体154形成外流动通道边界122的至少一部分。 
图4是限定在压缩机102的一部分中的排出通道或排出狭槽200的透视图。图5是排出狭槽200沿着线5-5(图4中所示)选取的截面图。仅作为参考之用，图4和图5图解了位于中线152(图2中所示)之下的压缩机102的一部分。在图5中，沿轴向从狭槽200伸离的扇形体154的那些部分用阴影显示以便透视。通道156的大小和形状设置成用以在其中容纳至少一个定子叶片楔形榫接部分158，使得定子叶片组件128被固定在预定的位置里。作为参考，图4中图解了定子叶片根部203的一部分。更明确地，当每一个楔形榫接部分158被***到通道156中时，楔形榫接部分158的径向外表面201与定子叶片组件的根部203相交，使得部分201基本上与外流动通道边界122齐平，或基本上是共面/共弧。 
在示范性实施例中，排出狭槽200基本上径向地被限定在环扇形体154中。狭槽200包括与边界122基本上齐平或共面/共弧的开口202。在示范性实施例中，狭槽200被第一圆周宽度204、第二圆周宽度206和轴向长度208部分地限定。更明确地，在示范性实施例中，宽度206比宽度204宽。备选地，宽度204和宽度206可是正如在此描述的便于狭槽200工作的任意尺寸。此外，在示范性实施例中，狭槽200的尺寸限定为基本上矩形的构造。备选地，狭槽200的尺寸可限定为任何非矩形，比如，但不限于，半圆形和/或半椭圆 形。而且，在示范性实施例中，狭槽200至少部分地被形成在扇形体154中的狭槽第一壁210和狭槽第二壁212限定。 
在示范性实施例中，壁210以第一壁角214形成，第一壁角214相对于压缩机102的径向轴线216测量是锐角，而且，在示范性实施例中，壁212以第二壁角218形成在扇形体154中，第二壁角218相对于径向轴线216测量是锐角。此外，在示范性实施例中，角214和角218基本上相似。备选地，角214和角218可是正如在此描述的便于狭槽200工作的任意角，包括相对于径向轴线216测量是钝角和零角。更进一步地，狭槽200从扇形体154的至少一个轴向边缘222处以轴向距离220被安置。宽度204和宽度206、长度208、角214和角218以及距离220至少部分地基于扇形体154的材料性能、压缩机102中的轴向位置、用于压缩机102和发动机100剩余部分的运行的排出流体流需求以及在邻近狭槽200中的流体流特性来可变地选择。 
形成在扇形体154中的狭槽200提供了多个好处。例如，形成的狭槽200正如在此描述地便于对现有的处于服务期内的压缩机进行改型翻新和减少零件改造。所以，狭槽200也可便于减少与改造相关联的资金和人工成本。而且，狭槽200的最佳尺寸和位置可是便于减少流体流动通道的扭曲、现有扇形体154的固有频率的改变、扇形体154的结构弱化和/或用于扇形体154的频率调谐。 
提供了运行燃气涡轮发动机100的方法。该方法包括在壳体116的径向内表面的至少一部分中形成至少一个定子环通道或定子环槽道139。该方法也包括提供至少一个大小可被***到定子环通道139中的定子环扇形体154。该方法进一步包括在定子环扇形体154的至少一部分中形成至少一个定子叶片通道156。该方法也包括在定子环扇形体139的至少一部分中形成至少一个径向通道或狭槽200，使得至少狭槽200的一部分接近定子叶片通道156。 
在运行期间，流经流动通道118的被压缩的流体的至少一部分 被引导到狭槽200内，并且其中流体通过扇形体154被进一步引导到流体管道(图未示)内，该流体管道可包括但不限于管子、导管和流体多支管。 
图6是可被限定在压缩机102(图2中所示)的一部分中的备选的排出狭槽300的截面图。在备选的实施例中，狭槽300包括由第一圆周宽度304、第二圆周宽度和轴向长度(二者均图未示)部分限定的开口302，其中宽度可是正如在此描述的便于狭槽300工作的任意尺寸。而且，在备选的实施例中，狭槽300至少部分地由形成在扇形体154中的狭槽第一壁310和狭槽第二壁312限定。 
在备选的实施例中，壁310以第一壁角314形成，该第一壁角314相对于压缩机102的径向轴线216测量是锐角。而且，在备选的实施例中，壁312也以相对于径向轴线216测量而得的第二壁角(图未示)形成。此外，在备选的实施例中，角314比角214(图4中所示)小，并且与壁312相关联的角小于角218(图4中所示)。备选地，角314和与壁312相关联的角可是正如在此描述的便于狭槽300工作的任意角，包括相对于径向轴线216的钝角和零角。 
在备选的实施例中，狭槽300包括被移去以便于限定狭槽300的备选的定子叶片楔形榫接部分358的部分341。更进一步地，狭槽300从扇形体154的轴向边缘222(图4中所示)处以一轴向距离(图未示)安置。这些尺寸至少部分地基于扇形体154的材料性能、压缩机102中的轴向位置、用于压缩机102和发动机100剩余部分的运行的排出流体流需求以及在邻近狭槽300中的流体流特性来可变地选择。 
图7是限定在压缩机102(图2中所示)的一部分中的多个排出狭槽400的透视图。狭槽400包括开口402，并且可与狭槽200(图4和图5中所示)和/或狭槽400(图6中所示)基本上相似。备选地，具有任意尺寸和任意构造的任意数量的狭槽400可形成在环扇形体154中以便于正如在此描述的压缩机102的运行。 
正如在此描述的用于装配压缩机的方法和装置便于涡轮发动机 的运行。明确地，正如上面所述的至少一个形成在定子环中的排出狭槽便于有效的压缩机排出构造。更明确地，这种构造便于最佳地设计狭槽的尺寸和位置以便于减少流体流动通道的扭曲、减少现有定子环的固有频率的改变、减少定子环的结构弱化和便于用于定子环的频率调谐。而且，正如在此描述的形成这种狭槽的方法便于对现有的处于服务期内的压缩机通过减少零件改造的方法来进行改型翻新，以及减少与影响这种改造相关联的资金和人工成本。 
在上面详细地描述了与涡轮发动机相关联的压缩机排出狭槽的示范性实施例。该方法、装置和***既不被限定于在此所描述的明确的实施例，也不被限定于明确图解的压缩机排出狭槽。 
尽管本发明用各种具体实施例进行了描述，但是本领域的那些技术人员将认识到的是，本发明能够在权利要求的精神和范围内的修改进行实施。 

Claims (9)

1.一种定子组件(114)，包括：
包括径向内表面(119)的圆柱形的壳体(116)；
形成在所述径向内表面的至少一部分中的至少一个定子环通道(139)；
***到所述至少一个定子环通道的至少一部分中的至少一个定子环扇形体(154)；
形成在所述至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个定子叶片通道(156)；
至少一个定子叶片，所述定子叶片包括楔形榫接部分，所述楔形榫接部分***到所述定子叶片通道的至少一部分中；和
形成在所述至少一个定子环扇形体的至少一部分和所述楔形榫接部分的至少一部分中的至少一个中的至少一个径向通道(200)，所述至少一个径向通道至少部分地接近所述至少一个定子叶片通道。
2.根据权利要求1所述的定子组件(114)，其特征在于，所述至少一个径向通道(200)在所述至少一个定子环扇形体(154)中限定在预定的轴向和圆周的位置上。
3.根据权利要求1所述的定子组件(114)，其特征在于，所述至少一个径向通道是由形成在所述至少一个定子环扇形体(154)的至少一部分中的至少一个壁(210，212，310，312)、形成在所述至少一个定子环扇形体的径向最内部的部分中的开口(202)以及所述至少一个定子环扇形体的径向最外部的部分(201)至少部分地限定的。
4.根据权利要求3所述的定子组件(114)，其特征在于，所述至少一个通道包括下列中的至少一个：
半圆形的开口；
半椭圆形的开口；和
矩形的开口。
5.根据权利要求3所述的定子组件(114)，其特征在于，所述开口(202)延伸通过所述定子环扇形体(154)，其中，所述至少一个壁(210，212，310，312)与所述定子环扇形体的径向最内部的部分形成第一预定角(214)，而与所述定子环扇形体的径向最外部的部分(201)形成第二预定角(218)。
6.根据权利要求3所述的定子组件(114)，其特征在于，所述至少一个通道(200)是进一步由形成在所述定子叶片(128)的至少一部分中的至少一个壁(210，212，310，312)来限定的。
7.根据权利要求1所述的定子组件(114)，其特征在于，所述定子叶片(128)和所述至少一个定子叶片通道(156)包括楔形榫接的构造。
8.根据权利要求1所述的定子组件(114)，其特征在于，所述定子组件(114)促进压缩机(102)内的流体传输。
9.一种燃气涡轮发动机(10)，包括：
涡轮(108)；和
与所述涡轮旋转连结的压缩机(102)，所述压缩机包括具有径向内表面(119)的圆柱形的壳体(116)、形成在所述径向内表面的至少一部分中的至少一个定子环通道(139)、***到所述至少一个定子环通道的至少一部分中的至少一个定子环扇形体(154)、形成在所述至少一个定子环扇形体的至少一部分中的至少一个定子叶片通道(156)、包括楔形榫接部分的至少一个定子叶片，和形成在所述至少一个定子环扇形体的至少一部分和所述楔形榫接部分的至少一部分中的至少一个中的至少一个径向通道(200)，所述至少一个径向通道至少部分地接近所述至少一个定子叶片通道，所述楔形榫接部分***到所述定子叶片通道的至少一部分中。
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