專利名稱：燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子支撐系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在本文中所公開的發(fā)明涉及渦輪機(jī)領(lǐng)域，并且具體地，涉
及渦輪機(jī)支撐系統(tǒng)架構(gòu)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)包括需要支撐的許多厚重構(gòu)件。使用支撐件來 支撐燃?xì)鉁u輪機(jī)的重量、容納振動(dòng)、以及使燃?xì)鉁u輪機(jī)保持錨定就位。燃?xì)鉁u輪機(jī)包括在定子中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。由軸承來支撐轉(zhuǎn)子， 該轉(zhuǎn)子將載荷傳遞到軸承殼體上或相似的不旋轉(zhuǎn)的支撐系統(tǒng)上。通常 殼體或支撐結(jié)構(gòu)位于排氣環(huán)流的內(nèi)部。在傳統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)架構(gòu)中，通 常由支柱來支撐軸承殼體或相似的支撐結(jié)構(gòu)，該支柱跨越排氣的環(huán) 流。在排氣環(huán)流的外部，支柱被緊固到外部結(jié)構(gòu)上，該外部結(jié)構(gòu)連接 到定子的剩余部分上。反過來，又將定子緊固到支撐結(jié)構(gòu)上，該支撐 結(jié)構(gòu)在豎直面和水平面中提供支撐。在這種類型的燃?xì)鉁u輪機(jī)的支撐系統(tǒng)架構(gòu)中，會(huì)存在幾個(gè) 缺點(diǎn)。 一個(gè)缺點(diǎn)是傳統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)必須容納在轉(zhuǎn)子和定子之間的振動(dòng) 相互作用。為容納振動(dòng)，會(huì)需要增加在一組渦輪機(jī)葉片和定子之間的 空隙。通常，空隙的增加導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪機(jī)效率的下降。另 一個(gè)缺點(diǎn)是在應(yīng)急負(fù)載(emergency loading)的情況期間， 諸如地震事件或旋轉(zhuǎn)硬件缺失，增加的載荷會(huì)被施力纟到定子殼凸緣 上。該增加的載荷被傳遞到支撐件上。為了支撐增加的載荷，定子殼 凸緣會(huì)需要更多的質(zhì)量。定子殼凸緣質(zhì)量的增加會(huì)引起定子的不均勻 加熱。定子的不均勻加熱會(huì)導(dǎo)致不圓度，并且會(huì)引起渦輪機(jī)葉片的摩 擦。此外，增加的載荷會(huì)引起定子凸緣滑脫，這導(dǎo)致需要再對準(zhǔn)。所以，所需要的是用于支撐燃?xì)鉁u輪機(jī)的技術(shù)，該技術(shù)可 容納振動(dòng)，并且減少定子殼凸緣的應(yīng)急負(fù)載。在本文中公開了這種技 術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的是用來支撐布置在支撐底座上的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子 和定子的 一種系統(tǒng)的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括與轉(zhuǎn)子的軸承和與支撐底座 成可操作連通的至少一條支撐腿；以及與該至少一條支撐腿以及與定 子成可操作連通的至少一個(gè)支柱。還公開了布置在支撐底座上的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的實(shí)施例，該機(jī)器 包括定子；鄰近定子布置的轉(zhuǎn)子；與轉(zhuǎn)子成可操作連通的轉(zhuǎn)子軸承； 與軸承以及與支撐底座成可操作連通的至少一條支撐腿；和與至少一 條支撐腿以及與定子成可操作連通的至少一個(gè)支柱。


在本說明書的結(jié)論處，在權(quán)利要求中特別指出并明確要求 了被認(rèn)為是本發(fā)明的主旨。結(jié)合附圖，從下列詳細(xì)的描述中，本發(fā)明 上述及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，在附圖中相似的元件用類 似的方式編號，其中圖1顯示了燃?xì)鉁u輪機(jī)的示范性實(shí)施例；
圖2顯示了燃?xì)鉁u輪機(jī)的示范性實(shí)施例的端視圖；
圖3顯示了燃?xì)鉁u輪機(jī)的示范性實(shí)施例的三維視圖；和
圖4A和圖4B,統(tǒng)稱為圖4，顯示了帶有一條支撐腿和橫 向支撐結(jié)構(gòu)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的示范性實(shí)施例。
部件列表 1燃?xì)鉁u4侖才幾 2壓縮機(jī) 3燃燒室4渦輪 5軸
6發(fā)電機(jī)
7渦輪級
8殼或定子
10轉(zhuǎn)子
11轉(zhuǎn)子軸承
12軸承殼體
15內(nèi)桶
13支撐底座
14支撐腿
13支撐底座
17徑向方向
16縱向軸線方向
20支柱
28凸緣
30聯(lián)接件
40支撐結(jié)構(gòu)
41間隙
具體實(shí)施例方式教導(dǎo)提供了用于支撐燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的支撐系統(tǒng) 的實(shí)施例。該支撐系統(tǒng)容納振動(dòng)，并且減少在定子殼凸緣上的應(yīng)急負(fù) 載。在一個(gè)實(shí)施例中，該支撐系統(tǒng)包括用于從地基上支撐轉(zhuǎn)子的支撐 腿。該支撐系統(tǒng)還使用支柱支撐定子。通過支柱把施加在定子上的靜 態(tài)力和動(dòng)態(tài)力傳遞到支撐腿上。通過從轉(zhuǎn)子支撐件支撐定子，可維持 轉(zhuǎn)子相對于定子的同心度。為了方便，提供了某些釋義。用語"旋轉(zhuǎn)機(jī)器"指包括葉
片的機(jī)械設(shè)備，該葉片圍繞軸周向地布置。軸和葉片一起旋轉(zhuǎn)，以實(shí) 現(xiàn)壓縮氣體、抽吸流體、將流體流動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)、以及將氣體流 動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中的至少一個(gè)。用語"燃?xì)鉁u輪機(jī)"涉及連續(xù)燃燒 發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器。燃?xì)鉁u輪機(jī)通常包括壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪。壓 縮機(jī)壓縮空氣，用于在燃燒室中燃燒。燃燒室排出熱氣體，該熱氣體 被引向渦輪。渦輪把熱氣體的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。用語"轉(zhuǎn)子"涉 及諸如渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子包括軸和圍繞該軸周向地布置的一組
葉片。用語"殼"涉及圍繞轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。也可將殼稱為"定子"。用 語"定子殼凸緣"涉及在殼上的凸緣，使用該凸緣將殼的部分緊固在 一起。用語"渦輪級，，涉及圍繞渦輪軸的一部分周向地布置的多個(gè)渦 輪機(jī)葉片。圍繞軸以圓形的模式布置渦輪級的渦輪機(jī)葉片。用語"空 隙"涉及在一個(gè)渦輪機(jī)葉片的外側(cè)末梢和殼之間的距離量。用語"轉(zhuǎn) 子軸承"涉及用于支撐轉(zhuǎn)子的軸承。用語"軸承殼體"涉及用于支撐 軸承的殼體。用語"內(nèi)桶"涉及在殼內(nèi)部的通常為圓柱形的結(jié)構(gòu)?？?使用內(nèi)桶來支撐軸承殼體。用語"支撐腿"涉及用于支撐轉(zhuǎn)子的支撐 件?？蓪⒅瓮鹊囊欢诉B接到殼外部的支撐底座上?？蓪⒅瓮鹊牧?一端連接到用于支撐軸承諸如軸承殼體的內(nèi)桶或結(jié)構(gòu)上。用語"支柱" 涉及殼內(nèi)部的支撐件?？蓪⒅е囊欢司o固到殼上?？蓪⒅е牧硪?端緊固到內(nèi)桶或軸承殼體上。支柱可用來從內(nèi)桶、軸承殼體以及支撐 腿中的至少一個(gè)支撐殼。用語"摩擦"涉及至少一個(gè)渦輪機(jī)葉片與殼 接觸。摩擦通常引起對燃?xì)鉁u輪機(jī)的損壞。圖1顯示了燃?xì)鉁u輪機(jī)1的示范性實(shí)施例。燃?xì)鉁u輪機(jī)1 包括壓縮機(jī)2、燃燒室3以及渦輪4。通過軸5把壓縮機(jī)2聯(lián)接到渦 輪4上。在圖l的實(shí)施例中，還把軸5聯(lián)接到發(fā)電機(jī)6上。渦輪4包 括渦輪級7和殼8(也稱為定子8)。可將聯(lián)接到壓縮機(jī)2和渦輪級7上 的軸5稱為轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子10由轉(zhuǎn)子軸承11支撐。在圖1的實(shí)施例中， 轉(zhuǎn)子軸承11由軸承殼體12支撐。通過內(nèi)桶15來支撐軸承殼體12。 反過來，內(nèi)桶15經(jīng)由支撐腿14由支撐底座13支撐。支撐底座13包
括例如可被定位在地面比如地基上的固定底座，以及例如可被布置在
飛機(jī)或船舶中的移動(dòng)底座。圖l還顯示了代表與軸5垂直的所有徑向 方向的徑向方向17和纟從向軸線方向16。圖2顯示了燃?xì)鉁u輪機(jī)i的示范性實(shí)施例的端視圖。視圖
是在縱向軸線方向16上，且為了清晰移去了渦輪級7的葉片。參考 圖2,內(nèi)桶15描繪成支撐著軸承殼體12。在圖2的實(shí)施例中，內(nèi)桶 15由兩條支撐腿14支撐。還在圖2的實(shí)施例中，殼8由四個(gè)支柱20 支撐。從內(nèi)桶15到殼8徑向地布置四個(gè)支柱20。在圖2中描繪的殼 8包括由凸緣28結(jié)合在一起的兩個(gè)180度的段。四個(gè)支柱20維持殼 8相對于轉(zhuǎn)子IO的同心度。通過經(jīng)由支柱20將施加在殼8上的力傳 遞到支撐腿14上獲得同心度?？芍苯拥鼗蛲ㄟ^中間結(jié)構(gòu)比如內(nèi)桶15 或軸承殼體12把力傳遞到支撐腿14上。盡管已被描述的實(shí)施例具有兩條支撐腿14和四個(gè)支柱20, 但是應(yīng)該懂得本教導(dǎo)的范圍并不如此有限。教導(dǎo)提供了具有任何個(gè)數(shù) 的支撐腿14和支柱20的實(shí)施例。教導(dǎo)還適用于將支柱20布置在可 包括居間結(jié)構(gòu)的裝置中。相似地，盡管把內(nèi)桶15描繪為支撐著軸承 殼體12，但是可將支撐腿14連接到轉(zhuǎn)子軸承11、軸承殼體12中的 至少一個(gè)上，或者連接到支撐著軸承殼體12的任何結(jié)構(gòu)上。上述實(shí)施例描繪了將支柱20聯(lián)接到內(nèi)桶15上。教導(dǎo)提供 了可將支柱20聯(lián)接到支撐腿14或居間結(jié)構(gòu)上，該居間結(jié)構(gòu)把力從支 柱20傳遞到支撐腿14上。例如，該居間結(jié)構(gòu)可以是內(nèi)桶15和軸承 殼體12中的至少一個(gè)。盡管在圖l和圖2中所呈現(xiàn)的實(shí)施例顯示了在燃?xì)鉁u輪機(jī)1 的渦輪4部分處的支撐腿14，但是在壓縮機(jī)部分2處可使用相似的裝 置來支撐轉(zhuǎn)子10。在壓縮機(jī)2部分處還可使用支柱20來支撐殼8。 當(dāng)在渦輪部分4和壓縮機(jī)部分2處4吏用支撐系統(tǒng)時(shí)，比起^U又在一個(gè) 部分處使用支撐系統(tǒng)，可改進(jìn)轉(zhuǎn)子IO相對于定子8的同心度。圖3呈現(xiàn)了燃?xì)鉁u輪機(jī)1的另一個(gè)示范性實(shí)施例的三維禍L
圖，其中殼8由五個(gè)支柱20支撐。參考圖3，內(nèi)桶15由兩條支撐腿 14支撐。在圖3的實(shí)施例中，各支撐腿14均包括用于將各支撐腿14 聯(lián)接到支撐底座13上的聯(lián)接件30。聯(lián)接件30可以是剛性連接、樞軸 連接、滑動(dòng)連接、以及球面連接中的至少一種。剛性連接對支撐腿14 相對于支撐底座13沒有提供移動(dòng)。樞軸連接對支撐腿14在一個(gè)平面 中相對于支撐底座13提供旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。滑動(dòng)連接提供了考慮到支撐腿 14、支撐底座13以及內(nèi)桶15的熱生長的最佳方向上的平面運(yùn)動(dòng)。球 面連接對支撐腿14在多于一個(gè)的平面中提供相對于支撐底座13的旋 轉(zhuǎn)移動(dòng)。圖4呈現(xiàn)了帶有一條支撐腿14的燃?xì)鉁u輪機(jī)1的示范性實(shí) 施例。參考圖4A,把支撐腿14聯(lián)接到支撐底座13和內(nèi)桶15上。在 支撐腿14沒有提供所需的橫向支撐的實(shí)施例中，可使用橫向支撐結(jié) 構(gòu)來提供所需的橫向支撐。圖4A描繪了橫向支撐結(jié)構(gòu)40。該橫向支 撐結(jié)構(gòu)40限制燃?xì)鉁u輪機(jī)1的橫向移動(dòng)。在圖4的實(shí)施例中，橫向 支撐結(jié)構(gòu)40包括兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分通常布置在殼8的相對側(cè)上。 圖4B描繪了橫向支撐結(jié)構(gòu)40的一個(gè)部分的更詳細(xì)的視圖。參考圖4B， 顯示了間隙41 。間隙41 一般較小，并且允許燃?xì)鉁u輪機(jī)1在縱向軸 線方向16上的生長。在鄰近間隙41的表面上可布置抗摩擦材料，以 防止約束燃?xì)鉁u輪機(jī)1的生長的摩擦。此外，橫向支撐結(jié)構(gòu)40可包 括主動(dòng)阻尼系統(tǒng)和被動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少一個(gè)，以減少橫向支撐結(jié)構(gòu) 40的構(gòu)件中的振動(dòng)和相關(guān)的疲勞。支撐系統(tǒng)提供了若干益處。如上面所討論的，支撐系統(tǒng)提 供轉(zhuǎn)子10相對于定子8的同心度。同心度提供了轉(zhuǎn)子10在定子8中 的維持對準(zhǔn)。維持對準(zhǔn)降低了對燃?xì)鉁u輪機(jī)l的摩擦和隨后損壞的風(fēng) 險(xiǎn)。此外，維持對準(zhǔn)可提供在運(yùn)行期間的較小的空隙要求，以及相關(guān) 的效率增加。在帶有支撐系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)l的運(yùn)行期間， 一般可不 需要調(diào)節(jié)來維持對準(zhǔn)。此外，不需要主動(dòng)控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)支撐件以維 持對準(zhǔn)。使用支撐系統(tǒng)的另一個(gè)益處在于，可使用相對于如果從定子8支撐轉(zhuǎn)子10所需要的支柱20更細(xì)的支柱20。較細(xì)的支柱20對于 穿過燃?xì)鉁u輪機(jī)l的氣流有較少的限制。對氣流較少的限制導(dǎo)致在燃 氣渦輪機(jī)l的效率上的改善。使用支撐系統(tǒng)的另一個(gè)益處是改進(jìn)的轉(zhuǎn) 子動(dòng)力學(xué)性能。上面所呈現(xiàn)的支撐系統(tǒng)的實(shí)施例是關(guān)于支撐燃?xì)鉁u輪機(jī)的。上面所呈現(xiàn)的實(shí)施例和相關(guān)的附圖提供了 "直接"支撐轉(zhuǎn) 子10的實(shí)例。對轉(zhuǎn)子10的直接支撐一般不包括由定子8所提供的任 何支撐。將會(huì)公認(rèn)的是各種構(gòu)件或技術(shù)均可提供某些必要的或有益 的功能或特征。因此，可將這些功能和特征認(rèn)可為固有地包括為在本 文中的教導(dǎo)的一部分和所公開的發(fā)明的一部分，在對所附權(quán)利要求和 它的變型的支持中會(huì)需要這些功能和特征。盡管已參考了示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但將理解不脫 離本發(fā)明的范圍便可做出各種變化并且可以用等同物來代替其中的 元件。另外，為使得具體的情形或材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)，可理解不 脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的多種修改。因此，其意圖是本發(fā)明不限于被 公開為設(shè)想用來實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將 包括所有落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種用來支撐布置在支撐底座(13)上的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子(10)和定子(8)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:與所述轉(zhuǎn)子(10)的軸承以及與所述支撐底座(13)成可操作連通的至少一條支撐腿；和與所述至少一條支撐腿以及與所述定子(8)成可操作連通的至少一個(gè)支柱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)器包 括燃?xì)鉁u輪機(jī)(l)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述至少一個(gè) 支柱和所述至少一條支撐腿聯(lián)接到支撐著所述機(jī)器的轉(zhuǎn)子軸承(ll)的 殼體(12)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述至少一個(gè) 支柱和所述至少一條支撐腿聯(lián)接到支撐著殼體(12)的內(nèi)桶(15)上，所述 殼體(12)支撐所述機(jī)器的轉(zhuǎn)子軸承(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一條支 撐腿包括剛性聯(lián)接件(30)、樞軸聯(lián)接件(30)、滑動(dòng)聯(lián)接件(30)和球面聯(lián) 接件(30)中的至少一個(gè)聯(lián)接件(30)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)支 柱包括剛性聯(lián)接件(30)、樞軸聯(lián)接件(30)和球面聯(lián)接件(30)中的至少一 個(gè)聯(lián)接件(30)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 與所述定子(8)以及所述支撐底座(13)成可操作連通的橫向支撐結(jié)構(gòu) (40)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 布置在所述橫向支撐結(jié)構(gòu)(40)和所述定子(8)之間的抗摩擦裝置和抗摩 擦材料中的至少一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括主動(dòng)阻尼系統(tǒng)和:帔動(dòng)阻尼系統(tǒng)中的至少 一個(gè)阻尼系統(tǒng)。
10. —種布置在支撐底座(13)上的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，所述機(jī)器包括 定子(8);鄰近所述定子(8)布置的轉(zhuǎn)子(10); 與所述轉(zhuǎn)子(10)成可操作連通的轉(zhuǎn)子軸承(11); 與所述軸承以及與所述支撐底座(13)成可操作連通的至少一條支 撐腿；以及與所述至少一條支撐腿以及與所述定子(8)成可操作連通的至少 一個(gè)支柱。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子支撐系統(tǒng)，具體而言，涉及一種為了支撐布置在支撐底座(13)上的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子(10)和定子(8)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與轉(zhuǎn)子(10)的軸承和與支撐底座(13)成可操作連通的至少一條支撐腿；以及與至少一條支撐腿以及與定子(8)成可操作連通的至少一個(gè)支柱。
文檔編號F01D25/16GK101377134SQ200810212538
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者B·J·米勒, H·G·小巴拉, I·D·威爾遜, K·D·布萊克 申請人:通用電氣公司