專利名稱：用于渦輪噴嘴的完全包容的保持銷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴的保持銷，更具體地說
涉及一種用于噴嘴的外側(cè)壁保持方案的完全包容(fully contained) 的保持銷。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)中，熱燃燒氣體從燃燒室流過第一級噴嘴和動葉 (bucket)，并流過下一渦輪級的噴嘴和動葉。第一級噴嘴通常包括 鑄造噴嘴區(qū)段的環(huán)形陣列或子組件，各鑄造噴嘴區(qū)段包含每個區(qū)段的 一個或多個噴嘴靜子葉片。各第 一級噴嘴區(qū)段還包括相互徑向間開的 內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁部分。當(dāng)裝配噴嘴區(qū)段時，靜子葉片相互沿周向間隔 開，以便形成在環(huán)形內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之間的環(huán)形陣列。與第一級噴嘴 的外側(cè)壁連接的噴嘴保持環(huán)支承渦輪的氣流通路中的第一級噴嘴。環(huán) 形噴嘴支承環(huán)(優(yōu)選是在水平中心線處分開)與內(nèi)側(cè)壁接合，并可以 支承第一級噴嘴以防止軸向運(yùn)動。
側(cè)部密封件可以使得區(qū)段的環(huán)形組沿鄰接周向邊緣而相互密封。 側(cè)部密封件在內(nèi)側(cè)壁的徑向內(nèi)部和外側(cè)壁的徑向外側(cè)的高壓區(qū)域(即 高壓的壓縮機(jī)排出空氣和在熱燃燒氣體流動通路中的熱燃燒氣體，該
熱燃?xì)馓幱诟蛪毫?之間密封。弦向鉸鏈密封件用于在第一級噴嘴 的內(nèi)側(cè)壁和噴嘴支承環(huán)的軸向相對表面之間密封以及在外側(cè)壁和用于 第一級動葉的外罩之間進(jìn)行密封。
圖1表示了用于第一級噴嘴110的現(xiàn)有技術(shù)的側(cè)壁保持系統(tǒng)100。第 一級噴嘴110包括外側(cè)壁115、內(nèi)側(cè)壁120以及位于噴嘴保持環(huán)"0和噴 嘴支承環(huán)135之間的翼型面125。噴嘴保持環(huán)130和支承環(huán)135附接在渦 輪機(jī)外殼(未示出)上。第一級噴嘴還包括用于內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的弦 向鉸鏈導(dǎo)軌(chordal hingle rail)'在內(nèi)側(cè)壁120上的弦向鉸鏈導(dǎo) 軌145使得噴嘴110沿軸向支承在支承環(huán)135上，弦向鉸鏈導(dǎo)軌150使得 噴嘴110沿軸向支承在第一級動葉170的外罩160上。內(nèi)部弦向鉸鏈導(dǎo)軌 145和外部弦向鉸鏈導(dǎo)軌150還提供了弦向鉸鏈密封件147、 152。在噴嘴110的外側(cè)壁115上的弦向鉸鏈導(dǎo)軌150從外側(cè)壁115沿徑向 向外凸出.弦向鉸鏈導(dǎo)軌150包括在它的最外側(cè)徑向凸起處的、朝前的 環(huán)形保持凸臺175。該保持凸臺175與一朝后的環(huán)形槽180匹配，該環(huán)形 槽180由保持環(huán)上的朝后保持鉤185形成。弦向鉸鏈導(dǎo)軌150的保持凸臺 175作用在保持環(huán)130的保持鉤185上，該保持凸臺175為噴嘴110提供了 徑向支承。環(huán)形保持鉤185可以分成多個區(qū)段(未示出)，周向支承由 防旋轉(zhuǎn)銷(未示出)來提供，該防旋轉(zhuǎn)銷穿過保持環(huán)130和保持凸臺175。
發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)通常使用某種鉤保持方案。已經(jīng)通過從連續(xù)鉤結(jié)構(gòu) (典型的是在General Electric Company的FA類機(jī)器中)變化為分區(qū) 段的鉤結(jié)構(gòu)(典型的是在General Electric Co邁pany的FB類機(jī)器中) 對常規(guī)鉤保持方案進(jìn)行改進(jìn)。這種變化導(dǎo)致更確定的噴嘴負(fù)栽和更好 的噴嘴密封，但是也導(dǎo)致保持環(huán)的絕熱較差，從而使噴嘴結(jié)構(gòu)的成本 大大增加。本領(lǐng)域中關(guān)于鉤保持設(shè)計的一些問題包括弦向鉸鏈密封較 差，保持環(huán)不圓和后邊緣應(yīng)力較高。
因此，需要提供確定的噴嘴負(fù)載和改進(jìn)的密封，同時還改進(jìn)保持 環(huán)的絕熱，降低成本和改進(jìn)噴嘴結(jié)構(gòu)的裝配靈活性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于保持銷，用于保持燃?xì)廨啓C(jī)中的第一級噴嘴 的外側(cè)壁。
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種保持銷，用于固 定渦輪噴嘴的外側(cè)壁的保持凸耳，其中，該外側(cè)壁包括弦向鉸鏈。保 持凸耳固定在保持環(huán)的前部凸臺和后部凸臺之間的槽中，其中，保持 銷裝配成穿過凸耳和凸臺中的同軸孔。保持銷包括基本圓柱形的銷，
該銷的外徑適于裝配穿過凸耳和凸臺中的同軸孔。銷的長度也適于裝 配在前部凸臺的同軸孔的封閉端和弦向鉸鏈導(dǎo)軌的內(nèi)壁之間。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于固定渦輪噴嘴的外側(cè)壁 的凸耳的方法，其中，外側(cè)壁包括弦向鉸鏈。保持凸耳通過凸耳和凸 臺中的同軸孔而固定在保持環(huán)的前部凸臺和后部凸臺之間的槽內(nèi)。該 方法包括在保持銷的頂端上設(shè)置引導(dǎo)裝置和在保持銷的后端上設(shè)置接 合裝置。該方法還包括將保持銷插入穿過保持環(huán)的后部凸臺、側(cè)壁的 凸耳和保持環(huán)的前部凸臺的同軸孔。當(dāng)保持環(huán)已經(jīng)插入時，銷坐落于保持環(huán)的前部凸臺中的同軸孔的封閉端中。
通過參考附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，將更好地理解本發(fā)明的這些 和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中，相同附圖標(biāo)記表示相同部
件，附圖中
圖l表示了典型的第一級噴嘴側(cè)壁保持方案，它使用在現(xiàn)有技術(shù)的
燃?xì)廨啓C(jī)中用于外側(cè)壁的鉤保持方案；
圖2A和圖2B表示了用于外側(cè)壁保持方案的保持環(huán)的本發(fā)明實施
例；
圖3A、 3B和3C表示了用于外側(cè)壁保持方案的單個第一級噴嘴的本 發(fā)明實施例；
圖4表示了外側(cè)壁保持方案的示意側(cè)視圖5提供了將保持環(huán)連接至第一級噴嘴的外側(cè)壁的保持凸耳上的
銷的本發(fā)明實施例的分解圖6A表示了具有球定心形狀的保持銷的本發(fā)明實施例的前端等距
視圖6B表示了具有球定心形狀和端面上的孔的保持銷的本發(fā)明實施 例的后端等距視圖7A表示了本發(fā)明實施例的保持銷的后端，它包括徑向通孔，用 于與拆卸工具接合；以及
圖7B表示了本發(fā)明實施例的保持銷的后端，它包括軸向分段切口 ， 用于與拆卸工具接合。
部件列表
110側(cè)壁保持系統(tǒng) 110第一級噴嘴 115外側(cè)壁 120內(nèi)側(cè)壁 125翼型面 130噴嘴保持環(huán) 135噴嘴支承環(huán)145內(nèi)側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌 147內(nèi)側(cè)壁弦向鉸鏈密封件 160外罩
150外側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌
152外側(cè)壁弦向鉸鏈密封件
170第一級動葉
175環(huán)形保持凸臺
180環(huán)形槽
185保持鉤
300噴嘴保持環(huán)
310主體
315 —對周向凸臺
320環(huán)形槽
325后部保持凸臺
326后部保持凸臺的后部周向面
328后部保持凸臺的前部周向面
330前部保持凸臺
331前部保持凸臺的前部周向面
333前部保持凸臺的后部周向面
334周向區(qū)段
340冷卻孔
345通孔
350封閉端孔
351封閉端
355同軸孔
360成對的孔
400第一級噴嘴
410內(nèi)側(cè)壁
415內(nèi)側(cè)壁內(nèi)部面
420外側(cè)壁
422外側(cè)壁外部面
424外側(cè)壁內(nèi)部面430翼型面 435凸耳
440第一 (保持)凸耳 442開口端狹槽 445第二 (保持)凸耳 447銷孔 448銷孔直徑 450外側(cè)壁后邊緣 452外側(cè)壁前邊緣 454吸力側(cè) 456壓力側(cè)
460外側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌
465外側(cè)壁弦向鉸鏈密封件
467外側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌的內(nèi)表面
468外側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌后表面
470內(nèi)側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌
472內(nèi)側(cè)壁弦向鉸鏈導(dǎo)軌后表面
475內(nèi)側(cè)壁弦向鉸鏈密封件
480防傾倒凸耳
485側(cè)壁斜交角
490第一保持銷
492第一保持銷中心線
495第二保持銷
496第二保持銷中心線
500外側(cè)壁保持方案
510過渡件
520第一級噴嘴
530保持凸耳
540第一級動葉
550外罩
580支承環(huán)
590保持銷600保持銷
610圓柱形本體
615前端
617后端
620球形凸起部分
630球形凹入部分
640銷直徑
645銷長度
650前部部分
655狹槽
660后部部分
665徑向通孑L
670后部部分
680斜切面
690空腔
695內(nèi)螺紋
具體實施例方式
下面的本發(fā)明實施例具有多個優(yōu)點(diǎn)，包括提高了噴嘴穩(wěn)定性，確 定了噴嘴負(fù)載和提供了保持環(huán)的絕熱。銷的獨(dú)特性在于相對尺寸和特
征的保持方案，且對于渦輪組件的功能很關(guān)鍵(每個噴嘴2個)。用于 各噴嘴的銷將固定噴嘴的徑向和周向位置，還允許過渡運(yùn)動。它們還 使得噴嘴和保持環(huán)保持最小接觸，以便明顯減少從噴嘴向保持環(huán)傳導(dǎo) 熱量(使得保持環(huán)不圓的來源)。通過定位噴嘴，它們還將設(shè)置最佳 渦輪性能所希望噴嘴喉部面積.銷的軸向長度進(jìn)行優(yōu)化成使得噴嘴不 可能由于銷退出它的正常軸向位置而在組件內(nèi)脫開，且銷設(shè)計成使得 銷不會由于低循環(huán)疲勞、蠕變或屈服而失效，所有這些都使得噴嘴的 脫落最少。
發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)通常使用鉤保持方案。鉤保持方案必然由多個不能 克服的設(shè)計缺陷。本發(fā)明克服了鉤設(shè)計的缺陷。本發(fā)明實施例的設(shè)計 通過兩個軸向定向的銷來保持第一級噴嘴。該保持方案的優(yōu)點(diǎn)包括提 高了噴嘴穩(wěn)定性，確定了噴嘴負(fù)載，翼型面后邊緣應(yīng)力減小，提高了保持環(huán)的絕熱，提高了噴嘴結(jié)構(gòu)的裝配靈活性，提高了弦向鉸鏈密封， 并提高了噴嘴的可鑄造性。
更具體地說，第一級噴嘴通過兩個軸向定向的銷而在外側(cè)壁處附 接到保持環(huán)上。兩個銷都在各端部支承在保持環(huán)的軸向定向銷孔中， 從而簡單地支承。 一個銷穿過噴嘴凸耳中的銷孔。第二銷通過噴嘴凸 耳中的狹槽。該狹槽通向噴嘴的壓力側(cè)。第一銷防止噴嘴沿徑向和切 向方向平移。第二銷防止噴嘴繞軸向方向旋轉(zhuǎn).通過與內(nèi)側(cè)壁和外側(cè) 壁的弦向鉸鏈導(dǎo)軌組合，從而形成完全限定的、無冗余的保持系統(tǒng)。
凸耳定位成使得噴嘴的穩(wěn)定性最大，使得輸入壽命限制特征(即 后邊緣)的應(yīng)力最小，并保證確定的噴嘴負(fù)栽。通過使凸耳盡可能向 前移動和盡可能分開，以便保證更長的力矩臂來反抗氣體負(fù)栽，從而
使得噴嘴穩(wěn)定性最大。使支承凸耳遠(yuǎn)離后邊緣將使得輸入后邊緣的應(yīng) 力最小。通過將保持特征設(shè)計成只能支承沿指定方向的負(fù)栽，從而使 得噴嘴負(fù)載更確定。本發(fā)明方案還顯著減少了從噴嘴輸入保持特征的 熱量(與原始鉤設(shè)計相比)。最小化接觸面積和防止在噴嘴和保持特 征之間的死空腔將實現(xiàn)該熱量減少。保持方案設(shè)計成在制造時容易裝 配和檢查。該保持方案導(dǎo)致提高了噴嘴和保持環(huán)的壽命，泄漏減少導(dǎo)
致氮氧化物(Nox)減少，且與相當(dāng)技術(shù)的發(fā)動機(jī)相比大大降低了噴嘴 結(jié)構(gòu)的成本。
用于第一級單噴嘴的外側(cè)壁保持方案包括具有周向環(huán)形槽的周向 保持環(huán)、各自具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的多個第一級噴嘴、安裝在各噴嘴 的外側(cè)壁上的第一凸耳和第二凸耳、第一保持銷和第二保持銷、以及 在各側(cè)壁上用于各噴嘴的弦向鉸鏈導(dǎo)軌。圖^、 2B、 3A-3C和4表示了 外側(cè)壁保持方案，如在申請Ser. 11836865( "Outer Sidewall Retention Scheme For A Singlet Turbine Nozzle"，申請曰為2007年8月10曰， 轉(zhuǎn)讓給General Electric Company)中所述。
圖2A和2B分別表示了保持環(huán)實施例從后側(cè)和前側(cè)看的剖視等距視 圖。保持環(huán)300包括大致圓柱形的主體310，該主體310通過本領(lǐng)域已知 的方法由渦輪外殼支承。盡管未示出，保持環(huán)優(yōu)選是分成兩個半圓環(huán)， 以便于裝配。主體310可以包括從主體310沿徑向向內(nèi)凸出深度d的一對 周向保持凸臺315。該對周向凸臺可以位于保持環(huán)300的后側(cè)，各凸臺 彼此沿軸向分開預(yù)定距離w。從主體310開始的凸出深度d以及在該對周向凸臺315之間的預(yù)定寬度w限定了周向環(huán)形槽320。該對周向保持凸臺 315可以包括后部保持凸臺325和前部保持凸臺330。后部保持凸臺325 包括后部周向面326和前部周向面328。前部保持凸臺330包括前部周向 面331和后部周向面333。任選地，前部保持凸臺330可以沿它的周向長 度被多個沿徑向定向的冷卻孔340中斷，從而在前部保持凸臺330中產(chǎn) 生周向區(qū)段334。冷卻孔340提供了用于來自保持環(huán)主體310的外部的冷 卻空氣的通路，并與噴嘴的翼型面內(nèi)的內(nèi)部槽道接合，以便冷卻該噴 嘴。
多個沿軸向定向的通孔345布置在后部保持凸臺325的后部周向面 326和前部周向面328之間。多個沿軸向定向的封閉端(closed-end) 鉆孔350布置成穿過前部保持凸臺330的后部面333。后部保持凸臺325
向的封閉端鉆二350:沿徑向和周:同^358布置，以便接收沿軸向^過
出)。同軸定向孔358還沿周向等間距環(huán)繞該保持凸臺而成對360布置。 成對孔360的該周向布置是保持銷的確實捕獲方案的關(guān)鍵，后面將更詳 細(xì)介紹。成對孔360的直徑尺寸設(shè)置成接收用于噴嘴的保持銷。
圖3A表示了在外側(cè)壁保持方案中的第一級噴嘴的實施例的側(cè)視 圖。圖3B表示了第一級噴嘴的外側(cè)壁的外表面的等距視圖。圖3C表示 了第一級噴嘴的外側(cè)壁的外表面的俯視圖。
第一級噴嘴400包括內(nèi)側(cè)壁410、外側(cè)壁420和在它們之間的翼型面 430。翼型面430可以包括用于噴嘴冷卻的內(nèi)部空腔，該內(nèi)部空腔有大 致沿軸向和周向與保持環(huán)的空氣冷卻孔對齊的進(jìn)口。外側(cè)壁420包括外 部面422和內(nèi)部面424。相對于噴嘴側(cè)壁的四側(cè)的方位，當(dāng)在保持環(huán)上 就位時，相對于流過渦輪的流體流，后側(cè)是下游側(cè)，前側(cè)是上游側(cè). 而且，當(dāng)從燃燒器端沿流動通路看時，吸力側(cè)是順時針側(cè)，壓力側(cè)是 逆時針側(cè)。
外側(cè)壁420的外部面422包括兩個保持凸耳。第一凸耳440和第二凸 耳445位于在側(cè)壁的后邊緣450前面的預(yù)定距離s處，凸耳相對于該側(cè)壁 的后端沿軸向?qū)R。第一凸耳440位于側(cè)壁的壓力側(cè)456上。第二凸耳 445位于側(cè)壁的吸力側(cè)454上。第一凸耳440和第二凸耳445沿周向定位 在外側(cè)壁420的它們各自邊緣的邊緣附近。第一凸耳440和第二凸耳445包括寬度Wl。當(dāng)噴嘴安裝在保持環(huán)上時，該寬度Wl適合裝配在一對保
持凸臺的周向保持槽(圖2A， 320 )中。第一凸耳440包括沿軸向定向 的開口端(open-ended)狹槽442。第二凸耳445包括沿軸向定向的封 閉銷孔447。當(dāng)噴嘴安裝在保持環(huán)上時，封閉銷孔447和開口端狹槽442 在一深度處定心，以便與保持凸臺中的沿軸向定向的一組孔的軸線沿 徑向?qū)R。封閉銷孔447和開口狹槽442的尺寸設(shè)置成接收用于噴嘴的 保持銷。通過使凸耳布置成盡可能靠前和盡可能間隔開，以便產(chǎn)生用 于反抗氣體負(fù)載的更長力矩臂，從而使得噴嘴的穩(wěn)定性最大.使該支 承凸耳遠(yuǎn)離該后邊緣將使得輸入到該后邊緣中的應(yīng)力最小。
外側(cè)壁420還包括在后邊緣450上的弦向鉸鏈導(dǎo)軌460。弦向鉸鏈導(dǎo) 軌460從側(cè)壁的內(nèi)部面伸出并從壓力側(cè)延伸至吸力側(cè)，并從側(cè)壁的后邊 緣450沿大致徑向向外的方向伸出。導(dǎo)軌充分地徑向向外凸出，以便至
少部分或完全覆蓋該后部保持凸臺的后部面中的通孔的徑向范圍。弦 向鉸鏈密封件465布置在弦向鉸鏈導(dǎo)軌460的后表面468上，用于為第一
級動葉提供抵靠在外罩上的支座表面。弦向鉸鏈密封件465還為外側(cè)壁 提供了抵靠外罩的軸向支承。由外罩對外側(cè)壁的該軸向支承補(bǔ)充了由 保持凸臺提供的徑向和周向支承。
參考圖3C，外側(cè)壁的俯視圖表示側(cè)壁有平行四邊形形狀，具有與 軸向方向成大約23度的側(cè)壁斜交角485。該斜交導(dǎo)致外側(cè)壁420的后端 450 (因此弦向鉸鏈導(dǎo)軌460)沿周向朝著壓力側(cè)456偏移，并遠(yuǎn)離外側(cè) 壁420的吸力側(cè)454。將第一保持銷490布置在第一保持凸耳"0中時， 笫一保持銷490沿中心線492的插入和取出受到弦向鉸鏈導(dǎo)軌460的阻 擋。不過，在第二保持凸耳445中的第二保持銷495的中心線496沿周向 落在弦向鉸鏈導(dǎo)軌460的外側(cè)。將另一噴嘴在靠近笫二凸耳445處布置 在保持環(huán)(未示出)上將使得它的弦向鉸鏈的一部分用于阻擋銷495退 出。
圖4表示了用于第一級噴嘴的外側(cè)壁保持方案500的示意側(cè)視圖。 熱燃燒氣體通過過渡件510而從燃燒器(未示出)流出。熱燃燒氣體進(jìn) 入第一級噴嘴520撞在翼型面430上。熱燃?xì)庥梢硇兔?30引導(dǎo)通向第一 級動葉540。由噴嘴進(jìn)行的引導(dǎo)處理也使得氣流加速，從而導(dǎo)致在進(jìn)口 和出口平面之間的靜壓降低以及噴嘴的高壓負(fù)栽。保持環(huán)300包括前部 周向凸臺330和后部周向凸臺325。各個第一級噴嘴的外側(cè)壁"0的保持凸耳"0、 445 (表示了一個)裝配至環(huán)形槽320中。保持銷442、 447 (表 示了一個)分別裝配穿過后部保持凸臺325和前部保持凸臺330中的軸 向孔3"和350。保持銷442、 447通過保持該凸耳440、 445而為第一級 噴嘴520提供徑向和周向支承。外側(cè)壁420上的弦向鉸鏈導(dǎo)軌460在弦向 鉸鏈密封件465與用于第一級動葉540的外軍550相接觸的點(diǎn)處為噴嘴 提供了軸向支承。在內(nèi)側(cè)壁410上的弦向鉸鏈導(dǎo)軌470在弦向鉸鏈密封 件475與支承環(huán)580相接觸的點(diǎn)處為噴嘴提供了軸向支承。由弦向鉸鏈 導(dǎo)軌460防止該保持銷442、 447 (示出了一個)從保持凸耳440、 445退 出。
本發(fā)明的保持銷發(fā)展成可適應(yīng)相關(guān)的新的雙銷、外徑噴嘴保持方 案。這些銷允許渦輪噴嘴有一些軸向平移，同時固定它們的徑向位置。 該銷還設(shè)計成使得噴嘴不會與該組件脫離，而與任何銷保持特征的失 效無關(guān)。該銷還允許噴嘴在安裝過程中旋轉(zhuǎn)(繞一個銷)。
該銷使得渦輪噴嘴能夠與保持環(huán)熱隔離，同時還有被替換的鉤特 征的保持能力(徑向、周向)。通過該銷設(shè)計，還形成正確的噴嘴喉 部面積以及固定噴嘴防止在渦輪中脫離。
現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計包括在保持環(huán)和噴嘴中都只使用銷作為防旋轉(zhuǎn)特征。
該銷在該保持方案的尺寸和特征方面具有獨(dú)特性，并且該銷對于 渦輪組件的功能很關(guān)鍵(每個噴嘴2個) 用于各噴嘴的銷固定噴嘴的 徑向和周向位置，并允許過渡運(yùn)動(transitional motion)。它們還 保持與噴嘴和保持環(huán)的最小接觸，以便充分減少從噴嘴向保持環(huán)的熱 傳導(dǎo)(使保持環(huán)不圓的來源)。通過定位噴嘴，它們還設(shè)置用于優(yōu)化 渦輪性能所希望的噴嘴喉部面積。銷的軸向長度進(jìn)行優(yōu)化，使得噴嘴 不能由于銷退出它的正常軸向位置而在組件中脫開，且銷設(shè)計成使得 銷不會由于低循環(huán)疲勞、蠕變或屈服而失效，這些都使得噴嘴的脫落 最少。
該銷基于它的形狀、尺寸和材料而保證噴嘴不會與組件脫落?，F(xiàn) 成的銷將必須被加工成正確的直徑和長度，以l更在遠(yuǎn)處(remotely) 獲得相同功能，這些銷還與保持環(huán)熱隔離，并將導(dǎo)致較少的由于不圓 而維修該保持環(huán)。任意其它的長度或形狀將以負(fù)面的方式阻礙噴嘴運(yùn) 動，或者使噴嘴能夠脫開。已經(jīng)利用ANSYS在最壞情況下對屈服應(yīng)力、低循環(huán)疲勞和蠕變失效方面分析了該保持銷，從而滿足渦輪組件的所 有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。銷自身由于它的形狀和尺寸而防止噴嘴脫開，同時保持 最佳噴嘴位置。銷還有圓柱形或球形定心形狀，這使得噴嘴能夠在安 裝過程中旋轉(zhuǎn)，該特征并不存在于目前的渦輪中。
圖5提供了本發(fā)明實施例的銷的放大圖，該銷使保持環(huán)與第一級噴 嘴的外側(cè)壁的保持凸耳連接。保持環(huán)300包括后部保持凸臺325和前部 保持凸臺330。后部保持凸臺325包括通孔345。前部保持凸臺包括封閉 端的孔350。外側(cè)壁420包括第一凸耳和第二凸耳。第二凸耳445在該圖 中可以看見，并裝配在保持環(huán)300的槽320中。弦向鉸鏈WO包括內(nèi)表面 467和抵靠外罩550進(jìn)行密封的弦向密封件465。
保持銷600表示為已安裝好，并使保持環(huán)300與外側(cè)壁420的第二凸 耳445接合。相同的保持銷490以類似方式與笫一凸耳W0接合。銷600 的本體610的一個實施例可以為圓柱形。保持銷600的圓柱形本體610和 凸耳440、 445之間的有限接觸面積限制了從熱的側(cè)壁420向保持環(huán)300 的傳熱。對于圓柱形銷本體610，在銷直徑640和凸耳445的銷孔447的 直徑448 (圖3B)之間提供了間隙，以便使噴嘴能夠在發(fā)動機(jī)起動和關(guān) 閉過程中前后滾轉(zhuǎn)。銷包括長度645。
圖6A和圖6B中所述的銷的另一實施例包括在銷6OO的前部部分650
和后部部分660處的大致圓柱形、以及在銷的近似中點(diǎn)處環(huán)繞表面周向 延伸的球形凸起部分620、和向球形凸起部分620的兩側(cè)沿周向延伸的 球形凹入部分630。用于本實施例的保持銷的球形凸起部分6W特別限 制了在保持凸耳440、 445 (圖3C)與保持環(huán)之間的有效接觸面積，從 而進(jìn)一步限制了從熱的側(cè)壁420向保持環(huán)300的傳熱。球形凸起部分620
還允許噴嘴在發(fā)動機(jī)起動或關(guān)閉過程中前后滾轉(zhuǎn)。
對于General Electric Co.的7FAHGP燃?xì)鉁u輪，銷645的長度(圖 5)可以包括大約2. 700英寸的設(shè)計長度，且公差為大約+/-0. 200英寸， 不過，對于其它用途，銷的尺寸可以變化。銷的直徑優(yōu)選是大約O. 500" +/-0. 005",但是對于不同發(fā)動機(jī)可以放大或縮小。銷600的尺寸設(shè)置 成裝配在封閉端孔350的封閉端351和弦向鉸鏈導(dǎo)軌460的內(nèi)壁467之
間。而且，銷600的尺寸設(shè)置成這樣，如果它要退出而要與弦向鉸鏈的 內(nèi)壁467接觸，該銷600將仍然與前部保持凸臺330的封閉端孔350接合。 銷600的尺寸還設(shè)置成當(dāng)充分向前坐靠在前部保持凸臺的封閉端孔350
14的封閉端351上時，將與后部保持凸臺325的通孔345接合。
在銷的前端有引導(dǎo)裝置，該引導(dǎo)裝置使得容易裝配。引導(dǎo)裝置例 如可以是實際的斜切面、簡單的斷開邊緣(break-edge)、圓角或類 似物(它們的尺寸和形狀可以變化)，但是無論如何都將在裝配過程 中引導(dǎo)銷進(jìn)入孔中。
在銷的后端可以提供接合裝置。接合裝置可以包括該銷的簡單圓 柱形端部，該端部將與夾鉗接合。不過，在銷的端部也可以提供其它 接合裝置，以便能夠通過其它工具裝置而取出。這樣的接合裝置可以 包括但不局限于在銷的后端的圓柱形面中提供通孔或者在銷的后端中 提供平行的分段狹槽。接合裝置的一個實施例是在銷的后端的圓形面 上的螺紋孔。
圖6A- 6B表示了具有球定心形狀的本發(fā)明銷實施例的前端和后端 等距視圖。保持銷600包括圓柱形的前部部分650和后部部分660。銷的 前端615包括引導(dǎo)裝置。斜切面680表示為銷的引導(dǎo)裝置的實例。球形 中心凸起部分620居中在球形凹入部分630之間。后端"7可以包括具有 內(nèi)螺紋695的圓柱形空腔690。
圖7A - 7B表示了本發(fā)明保持銷的后端接合方案的可選實施例。圖 7A表示了保持銷600的圓柱形本體610的后端617。圓柱形本體610包括 用于與工具接合的徑向通孔665，以便于抽取所安裝的銷。圖7B表示了 保持銷600的圓柱形本體的后端617。圓柱形本體610包括用于與取出工 具接合的兩個平行分段狹槽655。
還提供了一種方法，用于通過在凸耳和凸臺中的同軸孔而將外側(cè) 壁的凸耳(包括渦輪噴嘴的弦向鉸鏈)固定在保持環(huán)的前部凸臺和后 部凸臺之間的槽內(nèi).步驟包括在保持銷的頂端上設(shè)置引導(dǎo)裝置；在 保持銷的后端上設(shè)置接合裝置；以及使保持銷插入通過保持環(huán)的后部 凸臺、側(cè)壁的凸耳和保持環(huán)的前部凸臺的同軸孔。
使銷插入穿過保持環(huán)和凸耳的同軸孔的步驟可以包括提供用于與 銷600的后端617上的接合裝置匹配的工具以及^f吏該工具與銷上的接合 裝置接合。
在用于取出本發(fā)明銷實施例的方法中，接合裝置可以布置在銷的 后端。而且，提供用于與銷的后端上的接合裝置匹配的工具。該工具 可以簡單地是一對夾鉗。該工具可以包括孔沖頭狀工具，對于圖7A所示的一個銷實施例，它將裝配至后端617中的通孔665中。工具還可以 包括夾鉗狀裝置，以便與后端接合裝置匹配，對于如圖7B所示的另一 個銷實施例，該后端接合裝置提供了平行的分段狹槽655。對于還一接 合裝置實施例，工具可以包括螺紋頭端部，以便與圖6B的銷600的后端 617的空腔690中的螺紋接合。該工具還可以包括滑塊錘或類似裝置， 安裝在工具的螺紋頭上，以便抽取該銷。
盡管這里只表示和介紹了本發(fā)明的特定特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以進(jìn)行其它變化和改變。因此，應(yīng)當(dāng)知道，附加權(quán)利要求將覆蓋 落在本發(fā)明的真正精神內(nèi)的所有這些變化和改變。
權(quán)利要求
1. 一種保持銷(600)，適于將渦輪噴嘴(400)的外側(cè)壁(620)的保持凸耳(440、445)固定在保持環(huán)(300)的前部凸臺(330)和后部凸臺(325)之間的槽(320)內(nèi)，該外側(cè)壁包括弦向鉸鏈(460)，其中，保持銷(600)裝配穿過凸耳(440、445)和凸臺(330、325)中的同軸孔(350)，該保持銷(600)包括基本圓柱形的銷(600)，該銷的外徑(640)適于裝配穿過凸耳(440、445)和凸臺(330、325)中的同軸孔，該銷的長度(645)適于裝配在前部凸臺(330)的同軸孔(350)的封閉端(351)和弦向鉸鏈導(dǎo)軌(460)的內(nèi)壁(467)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保持銷(600 ),其中，該長度(645 ) 至少足以橫跨同軸孔(350 )的封閉端(351)與后部保持凸臺(325 ) 之間的間另巨。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保持銷(600 )，其中，該長度(645 ) 至少足以橫跨弦向鉸鏈(460 )的內(nèi)壁(467 )與前部保持凸臺(330 ) 之間的間多巨。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保持銷(600 )，其中，該銷(600 )為 圓柱形，沿銷(600)的長度(645 )具有恒定的外直徑(640 )，且在 該銷直徑(640 )和噴嘴凸耳同軸孔直徑(448 )之間提供有間隙，以 便允許噴嘴(400 )在起動和關(guān)閉過程中前后滾轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保持銷(600 )，其中，在銷(600 )的 中心部分處的接觸表面(620 )被限制成減小噴嘴凸耳("0、 445 )與 保持環(huán)(300 )之間通過該銷(600 )進(jìn)行的傳熱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的保持銷(600 )，其中，該外徑接觸表面 包括在它的長度(645 )中心處的球形凸起部分(620 )，該凸起部分(620 )由在該球形凸起部分(620 )兩側(cè)的球形凹入部分(630 )來定 界，以便允許噴嘴(400 )在發(fā)動機(jī)起動和關(guān)閉過程中前后滾轉(zhuǎn)，該球 形凸起部分(620 )在徑向上被限制為銷(640 )的外徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的保持銷(600 )，其中，該球形凸起部分 (620 )的長度包括沿著銷的軸向長度，該軸向長度小于凸耳(440、445 )的寬度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的保持銷(600 ),其中，該球形凸起部分(620 )和球形凹入部分(630 )的組合長度包括沿著銷的軸向長度， 該軸向長度近似等于保持環(huán)(300 )中的槽(320 )的寬度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保持銷(600 )，還包括頂端(615)，該頂端(615)有引導(dǎo)裝置，以便容易插入，該引 導(dǎo)裝置包括在銷的該頂端上的斜切面(680 )、斷開邊緣和圓角中的至 少一種；以及后端(617)，該后端(617)有接合裝置，用于方便保持銷的取 出，其中，當(dāng)銷坐靠于前部凸臺(330 )的同軸孔(450 )的封閉端(450 ) 處時，接合裝置位于該后端(617)的、在后部凸臺(325 )和弦向密 封件(460 )之間延伸的部分中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的保持銷(600 )，該接合裝置包括 在銷(600 )的圓柱形面(610)中的通孔(6")和狹槽(665 )中的至少一種；以及在銷(600 )的后端(617)中的螺紋孔(690、 695 )。
全文摘要
一種用于渦輪噴嘴的完全包容的保持銷，用于將渦輪噴嘴的外側(cè)壁的保持凸耳固定在保持環(huán)的前部凸臺和后部凸臺之間的槽內(nèi)。保持銷穿過凸耳和凸臺中的同軸孔來裝配，從而固定噴嘴的徑向和周向位置，同時允許過渡運(yùn)動。當(dāng)保持與噴嘴和保持環(huán)的限制接觸時，它們充分減少從噴嘴向保持環(huán)的傳導(dǎo)熱量。通過定位噴嘴，它們還設(shè)置用于目標(biāo)渦輪性能的合適噴嘴喉部面積。銷設(shè)計成這樣，噴嘴不可能由于銷退出它的正常軸向位置而在組件內(nèi)脫開，且銷設(shè)計成使得銷不會由于低循環(huán)疲勞、蠕變或屈服而失效，所有這些都使得噴嘴的脫落最少。
文檔編號F16B19/02GK101424290SQ20081017394
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者A·K·哈特, D·D·斯努克, E·D·本杰明 申請人:通用電氣公司