用于燃氣渦輪機系統(tǒng)的噴嘴安裝和密封組件以及安裝和密封方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種噴嘴組件，該噴嘴組件包括噴嘴，噴嘴具有外部帶的后緣和抗旋轉(zhuǎn)銷槽。還包括保持環(huán)，保持環(huán)圍繞外部帶的外表面沿周向延伸，其中保持環(huán)包括抗旋轉(zhuǎn)銷和抗旋轉(zhuǎn)銷孔，其中抗旋轉(zhuǎn)銷被構(gòu)造成沿軸向取向配合地定位在抗旋轉(zhuǎn)銷槽和抗旋轉(zhuǎn)銷孔內(nèi)。還包括密封板，密封板定位在外部帶的外表面上并且被構(gòu)造成保持抗旋轉(zhuǎn)銷。還包括墊圈，墊圈布置在密封板的開孔部分內(nèi)，其中開孔部分與保持環(huán)內(nèi)的孔洞對準(zhǔn)，其中機械緊固件穿過開孔部分延伸到保持環(huán)中，以將密封板可操作地聯(lián)接到保持環(huán)。
【專利說明】用于燃氣渦輪機系統(tǒng)的噴嘴安裝和密封組件以及安裝和密封方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣渦輪機系統(tǒng)，并且更具體地，涉及噴嘴安裝和密封組件，以及用于安裝和密封這種噴嘴組件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]噴嘴組件通常包括在燃氣渦輪機系統(tǒng)的徑向內(nèi)部與徑向外部之間延伸的多個沿周向間隔開的葉片。在燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器部段中點燃的燃料-空氣混合物通過多個沿周向間隔開的葉片被引向渦輪部段。為了保持有效和高效的總體系統(tǒng)性能，需要在徑向內(nèi)部和徑向外部處對噴嘴組件進行充分的安裝和密封。雖然已企圖采用各種安裝和密封結(jié)構(gòu)來滿足這種要求，但是在燃氣渦輪機系統(tǒng)操作期間施加在噴嘴組件上的應(yīng)力通常造成引起多種結(jié)構(gòu)問題(例如部件開裂和低效密封)的狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于燃氣渦輪機系統(tǒng)的噴嘴安裝和密封組件包括噴嘴，噴嘴具有外部帶的后緣和抗旋轉(zhuǎn)銷槽。還包括保持環(huán)，保持環(huán)圍繞外部帶的外表面沿周向延伸，其中保持環(huán)包括抗旋轉(zhuǎn)銷和抗旋轉(zhuǎn)銷孔，其中抗旋轉(zhuǎn)銷被構(gòu)造成沿軸向取向配合地定位在抗旋轉(zhuǎn)銷槽和抗旋轉(zhuǎn)銷孔內(nèi)。還包括密封板，密封板定位在外部帶的凹口內(nèi)并且被構(gòu)造成將抗旋轉(zhuǎn)銷保持在抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)。還包括墊圈，墊圈布置在密封板的開孔部分內(nèi)，其中開孔部分與保持環(huán)內(nèi)的孔洞對準(zhǔn)，其中機械緊固件穿過開孔部分延伸到保持環(huán)中，以將密封板可操作地聯(lián)接到保持環(huán)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于燃氣渦輪機系統(tǒng)的噴嘴安裝和密封組件包括噴嘴，噴嘴具有外部帶，外部帶與至少一個葉片的徑向外部整體形成，其中外部帶包括前緣和后緣。還包括保持環(huán)，保持環(huán)與外部帶相接合并且圍繞外部帶的外表面沿周向延伸，其中保持環(huán)包括抗旋轉(zhuǎn)銷和抗旋轉(zhuǎn)銷孔，其中抗旋轉(zhuǎn)銷被構(gòu)造成配合地定位在抗旋轉(zhuǎn)銷槽和抗旋轉(zhuǎn)銷孔內(nèi)。還包括密封板，密封板具有前側(cè)、后側(cè)、徑向內(nèi)邊緣和徑向外邊緣，其中徑向內(nèi)邊緣沿外部帶的外表面布置，由此將抗旋轉(zhuǎn)銷保持在抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)。還包括階梯形孔洞，階梯形孔洞接近徑向外邊緣布置在密封板內(nèi)，其中階梯形孔洞包括接近后側(cè)的第一孔和接近前側(cè)的第二孔，其中第一孔所包括的直徑比第二孔大，其中杯形墊圈布置在階梯形孔洞內(nèi)以用于接收機械緊固件，其中機械緊固件延伸到保持環(huán)中以用于將密封板緊固至保持環(huán)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種安裝和密封燃氣渦輪機系統(tǒng)內(nèi)的噴嘴組件的方法。該方法包括:通過將保持環(huán)的抗旋轉(zhuǎn)銷沿軸向定向在至少一個噴嘴的抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)來將保持環(huán)布置成接近至少一個噴嘴。還包括將沿至少一個噴嘴的外表面的密封板定位成接近至少一個噴嘴的后緣。還包括通過機械緊固件來將密封板安裝至保持環(huán)，該機械緊固件延伸到布置在密封板的開孔部分內(nèi)的杯形墊圈中并且延伸進入布置在保持環(huán)內(nèi)的孔洞中。[0006]通過下文結(jié)合附圖的描述，這些和其它的優(yōu)點以及特征將變得更加顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]被認為是本發(fā)明的主題在說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中特別指出并且明確要求保護。通過下文結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它的特征以及優(yōu)點是顯而易見的，在附圖中:
[0008]圖1是噴嘴的頂透視圖；
[0009]圖2是圖1的噴嘴的后緣的放大透視圖；
[0010]圖3是噴嘴安裝和密封組件的橫截面圖；
[0011]圖4是噴嘴安裝和密封組件的保持環(huán)和抗旋轉(zhuǎn)銷的透視圖；
[0012]圖5是可操作地聯(lián)接至保持環(huán)的密封板的透視圖；以及
[0013]圖6是示出了安裝和密封燃氣渦輪機系統(tǒng)內(nèi)的噴嘴的方法的流程圖。
[0014]參照附圖通過示例的詳細描述解釋了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
【具體實施方式】
[0015]參照圖1和圖2，噴嘴組件總體示為附圖標(biāo)記10。噴嘴組件10包括至少一個葉片12，通常為多個葉片圍繞燃氣渦輪機系統(tǒng)的中心軸線(未示出)沿周向布置。至少一個葉片12是在均成弓形的外部帶14與內(nèi)部帶16之間延伸的完全或部分中空的翼型件。至少一個葉片12可以與外部帶14和內(nèi)部帶16整體形成，以形成單個結(jié)構(gòu)，即噴嘴組件10。至少一個葉片12包括壓力側(cè)壁18和吸力側(cè)壁20，壓力側(cè)壁18和吸力側(cè)壁20限定了冷卻腔22。
[0016]外部帶14包括外部帶前緣24和外部帶后緣26。類似地，內(nèi)部帶16包括內(nèi)部帶前緣28和內(nèi)部帶后緣30。外部帶14還包括平臺32，平臺32在外部帶前緣24與外部帶后緣26之間延伸，其中平臺32具有外表面34和內(nèi)表面36。后部凸緣38布置成接近外部帶后緣26并且從外部帶后緣26大體沿徑向向外延伸。更具體地，后部凸緣38從外部帶14的外表面34沿徑向向外延伸。抗旋轉(zhuǎn)銷槽40形成在后部凸緣38內(nèi)，下文將對抗旋轉(zhuǎn)銷槽40的功能進行詳細描述。
[0017]除了圖2之外，現(xiàn)在參照圖3，至少一個冷卻孔44接近外部帶后緣26延伸穿過外部帶14。如圖所示，至少一個冷卻孔44通常包括彼此沿周向間隔開并且以相對平行的取向延伸的多個冷卻孔。至少一個冷卻孔44可以以多個角度定向，例如圖示例子中所示的角度。不考慮精確角度，至少一個冷卻孔44接近外部帶14的外表面34但是相對于外部帶14的外表面34徑向向內(nèi)地延伸。至少一個冷卻孔44在燃氣渦輪機系統(tǒng)操作期間提供對外部帶后緣26的冷卻效果。燃氣渦輪機系統(tǒng)的操作需要通過由外部帶14和內(nèi)部帶16所限定的路徑引導(dǎo)熱空氣-燃料混合物。熱空氣-燃料混合物通過至少一個葉片12上并且通向下游。在熱空氣-燃料混合物在至少一個葉片12上并且沿外部帶14的內(nèi)表面36通過期間，熱應(yīng)力被施加在外部帶14上。冷卻源(未示出)向接近外表面34的區(qū)域提供具有用于對抗熱空氣-燃料混合物的效果的冷卻流。部分地由使冷卻流通過至少一個冷卻孔44來對外部帶后緣26進行冷卻。至少一個冷卻孔44還降低進入接近外部帶14的外表面34以及外部帶后緣26的區(qū)域中的熱空氣-燃料混合物的攝入泄漏效果。
[0018]保持環(huán)50相對于噴嘴組件10的外部帶14徑向向外布置并且接近后部凸緣38。保持環(huán)50圍繞外部帶14的外表面34的至少一部分沿周向延伸并且包括抗旋轉(zhuǎn)銷52和抗旋轉(zhuǎn)銷孔53，其中抗旋轉(zhuǎn)銷52被構(gòu)造成定位在抗旋轉(zhuǎn)銷槽40內(nèi)，抗旋轉(zhuǎn)銷槽40布置在噴嘴組件10的后部凸緣38內(nèi)?？剐D(zhuǎn)銷52被構(gòu)造成當(dāng)布置在后部凸緣38的抗旋轉(zhuǎn)銷槽40內(nèi)時相對于燃氣渦輪機系統(tǒng)的縱向軸線沿軸向?qū)?zhǔn)?？剐D(zhuǎn)銷52在組裝期間提供噴嘴組件10相對于保持環(huán)50的適當(dāng)?shù)闹芟蚨ㄎ?。?dāng)安裝到抗旋轉(zhuǎn)銷槽40中時，抗旋轉(zhuǎn)銷52接合和可操作聯(lián)接保持環(huán)50與噴嘴組件10，并且更具體地接合和可操縱聯(lián)接保持環(huán)50與外部帶14?？剐D(zhuǎn)銷52配合在抗旋轉(zhuǎn)銷槽40內(nèi)，其中軸向間隙54布置在抗旋轉(zhuǎn)銷52與噴嘴組件10之間。徑向間隙55也設(shè)置和布置在噴嘴組件10的后部凸緣38與保持環(huán)50之間，由此提供噴嘴組件10相對于保持環(huán)50的輕微旋轉(zhuǎn)自由度，從而在燃氣渦輪機系統(tǒng)操作期間減小施加于噴嘴組件10和保持環(huán)50上的熱應(yīng)力。
[0019]為了沿軸向保持抗旋轉(zhuǎn)銷52，密封板60接近外部帶后緣26沿外部帶14的外表面34布置和定位。密封板60包括前側(cè)62、后側(cè)64、徑向內(nèi)邊緣68和徑向外邊緣70。密封板60沿徑向內(nèi)邊緣68定位，其中前側(cè)62沿保持環(huán)50布置，由此在其間形成界面72。前側(cè)62提供限制表面以用于將抗旋轉(zhuǎn)銷52保持在抗旋轉(zhuǎn)銷槽40和抗旋轉(zhuǎn)銷孔53內(nèi)。保持環(huán)50包括至少一個冷卻凹槽74，但是至少一個冷卻凹槽74通常包括相對于彼此沿徑向間隔開并且圍繞保持環(huán)50沿周向延伸的多個冷卻凹槽。至少一個冷卻凹槽74定位在保持環(huán)50內(nèi)以及保持環(huán)50與密封板60的前側(cè)62之間的界面72處。
[0020]現(xiàn)在參照圖4，抗旋轉(zhuǎn)銷52包括軸向向后端96，軸向向后端96布置成接近保持環(huán)50的向后表面97。軸向向后端96具有至少一個凹口部分98，該至少一個凹口部分98與至少一個冷卻凹槽74相對應(yīng)。至少一個凹口部分98包括形成了階梯形的凹入部，使得抗旋轉(zhuǎn)銷52并不阻礙流過至少一個冷卻凹槽74的冷卻空氣。
[0021]除了圖3之外，現(xiàn)在參照圖5，密封板60固定至保持環(huán)50。密封板60包括開孔部分80，開孔部分80包括階梯形孔洞82，其中開孔部分80定位成接近密封板60的徑向外部邊緣70。階梯形孔洞82包括第一部分84和第二部分86，其中第一部分84的周長大于第二部分的周長。階梯形孔洞82與保持環(huán)埋頭孔94對準(zhǔn)，保持環(huán)埋頭孔94具有布置在保持環(huán)50內(nèi)的孔洞88。這種布置有利于安裝墊圈90,墊圈90可以是杯型墊圈，可以通過墊圈90安裝例如螺釘或螺栓的機械緊固件92，由此將密封板60緊固和固定至保持環(huán)50。墊圈90和機械緊固件92布置提供將密封板60固定至保持環(huán)50所需的結(jié)構(gòu)完整性，同時還允許保持環(huán)50與密封板60之間的相對運動，從而降低燃氣渦輪機系統(tǒng)操作期間機械緊固件92的過度剪切載荷的可能性。此外，墊圈90以及上文所描述的抗旋轉(zhuǎn)銷52的軸向向后端96的至少一個凹口部分98的構(gòu)造提供了用于高效安裝至相鄰的護罩組件的相對齊平的總體表面。
[0022]能夠構(gòu)想包括多個密封板的實施例，其中密封板60布置成接近相鄰的密封板61。密封板60包括第一邊緣63，第一邊緣63定位成沿周向鄰近相鄰密封板61的邊緣65。密封板包括沿第一邊緣63的凹口部分67，以改進密封配合部件的密封性能并且減小暴露于熱空氣-燃料混合物的保持環(huán)50的面積。
[0023]如圖6的流程圖中所示，并且參照圖1-5，還提供了安裝和密封噴嘴組件100的方法。上文已對噴嘴組件10、密封板60和保持環(huán)50進行了描述并且不必對特定結(jié)構(gòu)部件進行更詳細的描述。安裝和密封噴嘴組件的方法100包括將保持環(huán)布置成接近至少一個噴嘴組件102。噴嘴組件10相對于保持環(huán)50的適當(dāng)定位包括將抗旋轉(zhuǎn)銷對準(zhǔn)在抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)104。為了將抗旋轉(zhuǎn)銷52保持在抗旋轉(zhuǎn)銷槽40內(nèi)，密封板沿外部帶的外表面定位106。沿外表面定位106密封板通過密封板60的前側(cè)62提供對抗旋轉(zhuǎn)銷的密封和限制108。將密封板安裝至保持環(huán)110包括將機械緊固件92安裝到墊圈90(例如上文所提到的杯型墊圈，其中墊圈90布置在密封板60中)中，并且將機械緊固件安裝進入保持環(huán)50的孔洞88中。
[0024]盡管已經(jīng)僅結(jié)合數(shù)量有限的實施例對本發(fā)明進行了詳細描述，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開的實施例。相反，能夠?qū)⒈景l(fā)明修改成結(jié)合到目前為止并未進行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此夕卜，盡管已經(jīng)對本發(fā)明的各個實施例進行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個方面可以僅包括所描述的實施例中的一些。因此，本發(fā)明并不視為受到上文的描述的限制，而是僅僅通過所附權(quán)利要求的范圍進行限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃氣渦輪機系統(tǒng)的噴嘴安裝和密封組件，所述噴嘴安裝和密封組件包括: 噴嘴，所述噴嘴具有外部帶的后緣和抗旋轉(zhuǎn)銷槽； 保持環(huán)，所述保持環(huán)圍繞所述外部帶的外表面沿周向延伸，其中所述保持環(huán)包括抗旋轉(zhuǎn)銷和抗旋轉(zhuǎn)銷孔，其中所述抗旋轉(zhuǎn)銷被構(gòu)造成沿軸向取向配合地定位在所述抗旋轉(zhuǎn)銷槽和所述抗旋轉(zhuǎn)銷孔內(nèi)； 密封板，所述密封板定位在所述外部帶的所述外表面上并且被構(gòu)造成將所述抗旋轉(zhuǎn)銷保持在所述抗旋轉(zhuǎn)銷槽和所述抗旋轉(zhuǎn)銷孔內(nèi)；以及 墊圈，所述墊圈布置在所述密封板的開孔部分內(nèi)，其中所述開孔部分與所述保持環(huán)內(nèi)的孔洞對準(zhǔn)，其中機械緊固件穿過所述開孔部分延伸到所述保持環(huán)中，以將所述密封板可操作地聯(lián)接到所述保持環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述墊圈是布置在所述密封板的所述開孔部分內(nèi)的杯形墊圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述密封板包括至少一個凹口，所述至少一個凹口布置成接近所述密封板的第一邊緣并且接近相鄰密封板的邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述噴嘴安裝和密封組件還包括至少一個冷卻凹槽，所述至少一個冷卻凹槽接近所述保持環(huán)與所述密封板之間的界面布置在所述保持環(huán)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述抗旋轉(zhuǎn)銷的軸向向后端包括至少一個凹口部分，所述至少一個凹口部分與所述至少一個冷卻凹槽相對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述至少一個冷卻凹槽包括相對于彼此沿徑向間隔開的多個冷卻凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述噴嘴安裝和密封組件還包括至少一個冷卻孔，所述至少一個冷卻孔接近所述噴嘴的所述后緣布置在所述外部帶內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述至少一個冷卻孔在相對于所述密封板徑向向內(nèi)的部位處成角度地延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述噴嘴安裝和密封組件還包括接近所述噴嘴的后部凸緣位于所述噴嘴與所述保持環(huán)之間的軸向間隙。
10.一種用于燃氣渦輪機系統(tǒng)的噴嘴安裝和密封組件，所述噴嘴安裝和密封組件包括: 噴嘴，所述噴嘴具有外部帶，所述外部帶與至少一個葉片的徑向外部整體形成，其中所述外部帶包括前緣和后緣； 保持環(huán)，所述保持環(huán)與所述外部帶相接合并且圍繞所述外部帶的外表面沿周向延伸，其中所述保持環(huán)包括抗旋轉(zhuǎn)銷和抗旋轉(zhuǎn)銷孔，其中所述抗旋轉(zhuǎn)銷被構(gòu)造成配合地定位在抗旋轉(zhuǎn)銷槽和所述抗旋轉(zhuǎn)銷孔內(nèi)； 密封板，所述密封板具有前偵彳、后偵彳、徑向內(nèi)邊緣和徑向外邊緣，其中所述徑向內(nèi)邊緣沿所述外部帶的所述外表面布置，由此將所述抗旋轉(zhuǎn)銷保持在所述抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)；以及 階梯形孔洞，所述階梯形孔洞接近所述徑向外邊緣布置在所述密封板內(nèi)，其中所述階梯形孔洞包括接近所述后側(cè)的第一孔和接近所述前側(cè)的第二孔，其中所述第一孔所包括的直徑比所述第二孔的直徑大，其中杯形墊圈布置在所述階梯形孔洞內(nèi)以用于接收機械緊固件，其中所述機械緊固件延伸到所述保持環(huán)中以用于將所述密封板緊固至所述保持環(huán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述密封板包括至少一個凹口，所述至少一個凹口布置成接近所述密封板的第一邊緣并且接近相鄰密封板的邊緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述噴嘴安裝和密封組件還包括至少一個冷卻凹槽，所述至少一個冷卻凹槽接近所述保持環(huán)與所述密封板之間的界面布置在所述保持環(huán)內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述至少一個冷卻凹槽圍繞所述噴嘴的所述外部帶沿周向延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述抗旋轉(zhuǎn)銷的軸向向后端包括至少一個凹口部分，所述至少一個凹口部分與所述至少一個冷卻凹槽相對應(yīng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述噴嘴安裝和密封組件還包括至少一個冷卻孔，所述至少一個冷卻孔接近所述噴嘴的所述后緣布置在所述外部帶內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述至少一個冷卻孔在相對于定位在所述外部帶的凹口內(nèi)的所述密封板徑向向內(nèi)的部位處成角度地延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴嘴安裝和密封組件，其特征在于，所述噴嘴安裝和密封組件還包括接近所述噴嘴的后部凸緣位于所述噴嘴與所述保持環(huán)之間的軸向間隙。
18.一種安裝和密封燃氣渦輪機系統(tǒng)內(nèi)的噴嘴組件的方法，所述方法包括:` 通過將保持環(huán)的抗旋轉(zhuǎn)銷沿軸向定向在至少一個噴嘴的抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)來將所述保持環(huán)布置成接近所述至少一個噴嘴； 將沿所述至少一個噴嘴的外表面的密封板定位成接近所述至少一個噴嘴的后緣；以及 通過機械緊固件來將所述密封板安裝到所述保持環(huán)，所述緊固件延伸到布置在所述密封板的開孔部分內(nèi)的杯形墊圈中并且延伸進入布置在所述保持環(huán)內(nèi)的孔洞中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在定位所述密封板期間通過所述密封板的前側(cè)來將所述抗旋轉(zhuǎn)銷密封和限制在所述抗旋轉(zhuǎn)銷槽內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少一個噴嘴包括至少一個冷卻孔，所述至少一個冷卻孔布置成接近所述噴嘴的所述后緣。
【文檔編號】F02M61/18GK103485951SQ201310225075
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】C.L.戴維斯三世, I.塞澤爾 申請人:通用電氣公司