用于燃气涡轮机系统的喷嘴安装和密封组件以及安装和密封方法
【专利摘要】本发明提供一种喷嘴组件，该喷嘴组件包括喷嘴，喷嘴具有外部带的后缘和抗旋转销槽。还包括保持环，保持环围绕外部带的外表面沿周向延伸，其中保持环包括抗旋转销和抗旋转销孔，其中抗旋转销被构造成沿轴向取向配合地定位在抗旋转销槽和抗旋转销孔内。还包括密封板，密封板定位在外部带的外表面上并且被构造成保持抗旋转销。还包括垫圈，垫圈布置在密封板的开孔部分内，其中开孔部分与保持环内的孔洞对准，其中机械紧固件穿过开孔部分延伸到保持环中，以将密封板可操作地联接到保持环。
【专利说明】用于燃气涡轮机系统的喷嘴安装和密封组件以及安装和密封方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮机系统，并且更具体地，涉及喷嘴安装和密封组件，以及用于安装和密封这种喷嘴组件的方法。
【背景技术】
[0002]喷嘴组件通常包括在燃气涡轮机系统的径向内部与径向外部之间延伸的多个沿周向间隔开的叶片。在燃气涡轮机系统的燃烧器部段中点燃的燃料-空气混合物通过多个沿周向间隔开的叶片被引向涡轮部段。为了保持有效和高效的总体系统性能，需要在径向内部和径向外部处对喷嘴组件进行充分的安装和密封。虽然已企图采用各种安装和密封结构来满足这种要求，但是在燃气涡轮机系统操作期间施加在喷嘴组件上的应力通常造成引起多种结构问题(例如部件开裂和低效密封)的状况。
【发明内容】
[0003]根据本发明的一个方面，一种用于燃气涡轮机系统的喷嘴安装和密封组件包括喷嘴，喷嘴具有外部带的后缘和抗旋转销槽。还包括保持环，保持环围绕外部带的外表面沿周向延伸，其中保持环包括抗旋转销和抗旋转销孔，其中抗旋转销被构造成沿轴向取向配合地定位在抗旋转销槽和抗旋转销孔内。还包括密封板，密封板定位在外部带的凹口内并且被构造成将抗旋转销保持在抗旋转销槽内。还包括垫圈，垫圈布置在密封板的开孔部分内，其中开孔部分与保持环内的孔洞对准，其中机械紧固件穿过开孔部分延伸到保持环中，以将密封板可操作地联接到保持环。
[0004]根据本发明的另一个方面，一种用于燃气涡轮机系统的喷嘴安装和密封组件包括喷嘴，喷嘴具有外部带，外部带与至少一个叶片的径向外部整体形成，其中外部带包括前缘和后缘。还包括保持环，保持环与外部带相接合并且围绕外部带的外表面沿周向延伸，其中保持环包括抗旋转销和抗旋转销孔，其中抗旋转销被构造成配合地定位在抗旋转销槽和抗旋转销孔内。还包括密封板，密封板具有前侧、后侧、径向内边缘和径向外边缘，其中径向内边缘沿外部带的外表面布置，由此将抗旋转销保持在抗旋转销槽内。还包括阶梯形孔洞，阶梯形孔洞接近径向外边缘布置在密封板内，其中阶梯形孔洞包括接近后侧的第一孔和接近前侧的第二孔，其中第一孔所包括的直径比第二孔大，其中杯形垫圈布置在阶梯形孔洞内以用于接收机械紧固件，其中机械紧固件延伸到保持环中以用于将密封板紧固至保持环。
[0005]根据本发明的又一个方面，提供一种安装和密封燃气涡轮机系统内的喷嘴组件的方法。该方法包括:通过将保持环的抗旋转销沿轴向定向在至少一个喷嘴的抗旋转销槽内来将保持环布置成接近至少一个喷嘴。还包括将沿至少一个喷嘴的外表面的密封板定位成接近至少一个喷嘴的后缘。还包括通过机械紧固件来将密封板安装至保持环，该机械紧固件延伸到布置在密封板的开孔部分内的杯形垫圈中并且延伸进入布置在保持环内的孔洞中。[0006]通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中:
[0008]图1是喷嘴的顶透视图；
[0009]图2是图1的喷嘴的后缘的放大透视图；
[0010]图3是喷嘴安装和密封组件的横截面图；
[0011]图4是喷嘴安装和密封组件的保持环和抗旋转销的透视图；
[0012]图5是可操作地联接至保持环的密封板的透视图；以及
[0013]图6是示出了安装和密封燃气涡轮机系统内的喷嘴的方法的流程图。
[0014]参照附图通过示例的详细描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。
【具体实施方式】
[0015]参照图1和图2，喷嘴组件总体示为附图标记10。喷嘴组件10包括至少一个叶片12，通常为多个叶片围绕燃气涡轮机系统的中心轴线(未示出)沿周向布置。至少一个叶片12是在均成弓形的外部带14与内部带16之间延伸的完全或部分中空的翼型件。至少一个叶片12可以与外部带14和内部带16整体形成，以形成单个结构，即喷嘴组件10。至少一个叶片12包括压力侧壁18和吸力侧壁20，压力侧壁18和吸力侧壁20限定了冷却腔22。
[0016]外部带14包括外部带前缘24和外部带后缘26。类似地，内部带16包括内部带前缘28和内部带后缘30。外部带14还包括平台32，平台32在外部带前缘24与外部带后缘26之间延伸，其中平台32具有外表面34和内表面36。后部凸缘38布置成接近外部带后缘26并且从外部带后缘26大体沿径向向外延伸。更具体地，后部凸缘38从外部带14的外表面34沿径向向外延伸。抗旋转销槽40形成在后部凸缘38内，下文将对抗旋转销槽40的功能进行详细描述。
[0017]除了图2之外，现在参照图3，至少一个冷却孔44接近外部带后缘26延伸穿过外部带14。如图所示，至少一个冷却孔44通常包括彼此沿周向间隔开并且以相对平行的取向延伸的多个冷却孔。至少一个冷却孔44可以以多个角度定向，例如图示例子中所示的角度。不考虑精确角度，至少一个冷却孔44接近外部带14的外表面34但是相对于外部带14的外表面34径向向内地延伸。至少一个冷却孔44在燃气涡轮机系统操作期间提供对外部带后缘26的冷却效果。燃气涡轮机系统的操作需要通过由外部带14和内部带16所限定的路径引导热空气-燃料混合物。热空气-燃料混合物通过至少一个叶片12上并且通向下游。在热空气-燃料混合物在至少一个叶片12上并且沿外部带14的内表面36通过期间，热应力被施加在外部带14上。冷却源(未示出)向接近外表面34的区域提供具有用于对抗热空气-燃料混合物的效果的冷却流。部分地由使冷却流通过至少一个冷却孔44来对外部带后缘26进行冷却。至少一个冷却孔44还降低进入接近外部带14的外表面34以及外部带后缘26的区域中的热空气-燃料混合物的摄入泄漏效果。
[0018]保持环50相对于喷嘴组件10的外部带14径向向外布置并且接近后部凸缘38。保持环50围绕外部带14的外表面34的至少一部分沿周向延伸并且包括抗旋转销52和抗旋转销孔53，其中抗旋转销52被构造成定位在抗旋转销槽40内，抗旋转销槽40布置在喷嘴组件10的后部凸缘38内。抗旋转销52被构造成当布置在后部凸缘38的抗旋转销槽40内时相对于燃气涡轮机系统的纵向轴线沿轴向对准。抗旋转销52在组装期间提供喷嘴组件10相对于保持环50的适当的周向定位。当安装到抗旋转销槽40中时，抗旋转销52接合和可操作联接保持环50与喷嘴组件10，并且更具体地接合和可操纵联接保持环50与外部带14。抗旋转销52配合在抗旋转销槽40内，其中轴向间隙54布置在抗旋转销52与喷嘴组件10之间。径向间隙55也设置和布置在喷嘴组件10的后部凸缘38与保持环50之间，由此提供喷嘴组件10相对于保持环50的轻微旋转自由度，从而在燃气涡轮机系统操作期间减小施加于喷嘴组件10和保持环50上的热应力。
[0019]为了沿轴向保持抗旋转销52，密封板60接近外部带后缘26沿外部带14的外表面34布置和定位。密封板60包括前侧62、后侧64、径向内边缘68和径向外边缘70。密封板60沿径向内边缘68定位，其中前侧62沿保持环50布置，由此在其间形成界面72。前侧62提供限制表面以用于将抗旋转销52保持在抗旋转销槽40和抗旋转销孔53内。保持环50包括至少一个冷却凹槽74，但是至少一个冷却凹槽74通常包括相对于彼此沿径向间隔开并且围绕保持环50沿周向延伸的多个冷却凹槽。至少一个冷却凹槽74定位在保持环50内以及保持环50与密封板60的前侧62之间的界面72处。
[0020]现在参照图4，抗旋转销52包括轴向向后端96，轴向向后端96布置成接近保持环50的向后表面97。轴向向后端96具有至少一个凹口部分98，该至少一个凹口部分98与至少一个冷却凹槽74相对应。至少一个凹口部分98包括形成了阶梯形的凹入部，使得抗旋转销52并不阻碍流过至少一个冷却凹槽74的冷却空气。
[0021]除了图3之外，现在参照图5，密封板60固定至保持环50。密封板60包括开孔部分80，开孔部分80包括阶梯形孔洞82，其中开孔部分80定位成接近密封板60的径向外部边缘70。阶梯形孔洞82包括第一部分84和第二部分86，其中第一部分84的周长大于第二部分的周长。阶梯形孔洞82与保持环埋头孔94对准，保持环埋头孔94具有布置在保持环50内的孔洞88。这种布置有利于安装垫圈90,垫圈90可以是杯型垫圈，可以通过垫圈90安装例如螺钉或螺栓的机械紧固件92，由此将密封板60紧固和固定至保持环50。垫圈90和机械紧固件92布置提供将密封板60固定至保持环50所需的结构完整性，同时还允许保持环50与密封板60之间的相对运动，从而降低燃气涡轮机系统操作期间机械紧固件92的过度剪切载荷的可能性。此外，垫圈90以及上文所描述的抗旋转销52的轴向向后端96的至少一个凹口部分98的构造提供了用于高效安装至相邻的护罩组件的相对齐平的总体表面。
[0022]能够构想包括多个密封板的实施例，其中密封板60布置成接近相邻的密封板61。密封板60包括第一边缘63，第一边缘63定位成沿周向邻近相邻密封板61的边缘65。密封板包括沿第一边缘63的凹口部分67，以改进密封配合部件的密封性能并且减小暴露于热空气-燃料混合物的保持环50的面积。
[0023]如图6的流程图中所示，并且参照图1-5，还提供了安装和密封喷嘴组件100的方法。上文已对喷嘴组件10、密封板60和保持环50进行了描述并且不必对特定结构部件进行更详细的描述。安装和密封喷嘴组件的方法100包括将保持环布置成接近至少一个喷嘴组件102。喷嘴组件10相对于保持环50的适当定位包括将抗旋转销对准在抗旋转销槽内104。为了将抗旋转销52保持在抗旋转销槽40内，密封板沿外部带的外表面定位106。沿外表面定位106密封板通过密封板60的前侧62提供对抗旋转销的密封和限制108。将密封板安装至保持环110包括将机械紧固件92安装到垫圈90(例如上文所提到的杯型垫圈，其中垫圈90布置在密封板60中)中，并且将机械紧固件安装进入保持环50的孔洞88中。
[0024]尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此夕卜，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不视为受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。
【权利要求】
1.一种用于燃气涡轮机系统的喷嘴安装和密封组件，所述喷嘴安装和密封组件包括: 喷嘴，所述喷嘴具有外部带的后缘和抗旋转销槽； 保持环，所述保持环围绕所述外部带的外表面沿周向延伸，其中所述保持环包括抗旋转销和抗旋转销孔，其中所述抗旋转销被构造成沿轴向取向配合地定位在所述抗旋转销槽和所述抗旋转销孔内； 密封板，所述密封板定位在所述外部带的所述外表面上并且被构造成将所述抗旋转销保持在所述抗旋转销槽和所述抗旋转销孔内；以及 垫圈，所述垫圈布置在所述密封板的开孔部分内，其中所述开孔部分与所述保持环内的孔洞对准，其中机械紧固件穿过所述开孔部分延伸到所述保持环中，以将所述密封板可操作地联接到所述保持环。
2.根据权利要求1所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述垫圈是布置在所述密封板的所述开孔部分内的杯形垫圈。
3.根据权利要求1所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述密封板包括至少一个凹口，所述至少一个凹口布置成接近所述密封板的第一边缘并且接近相邻密封板的边缘。
4.根据权利要求1所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述喷嘴安装和密封组件还包括至少一个冷却凹槽，所述至少一个冷却凹槽接近所述保持环与所述密封板之间的界面布置在所述保持环内。
5.根据权利要求4所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述抗旋转销的轴向向后端包括至少一个凹口部分，所述至少一个凹口部分与所述至少一个冷却凹槽相对应。
6.根据权利要求4所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述至少一个冷却凹槽包括相对于彼此沿径向间隔开的多个冷却凹槽。
7.根据权利要求1所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述喷嘴安装和密封组件还包括至少一个冷却孔，所述至少一个冷却孔接近所述喷嘴的所述后缘布置在所述外部带内。
8.根据权利要求7所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述至少一个冷却孔在相对于所述密封板径向向内的部位处成角度地延伸。
9.根据权利要求1所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述喷嘴安装和密封组件还包括接近所述喷嘴的后部凸缘位于所述喷嘴与所述保持环之间的轴向间隙。
10.一种用于燃气涡轮机系统的喷嘴安装和密封组件，所述喷嘴安装和密封组件包括: 喷嘴，所述喷嘴具有外部带，所述外部带与至少一个叶片的径向外部整体形成，其中所述外部带包括前缘和后缘； 保持环，所述保持环与所述外部带相接合并且围绕所述外部带的外表面沿周向延伸，其中所述保持环包括抗旋转销和抗旋转销孔，其中所述抗旋转销被构造成配合地定位在抗旋转销槽和所述抗旋转销孔内； 密封板，所述密封板具有前侦彳、后侦彳、径向内边缘和径向外边缘，其中所述径向内边缘沿所述外部带的所述外表面布置，由此将所述抗旋转销保持在所述抗旋转销槽内；以及 阶梯形孔洞，所述阶梯形孔洞接近所述径向外边缘布置在所述密封板内，其中所述阶梯形孔洞包括接近所述后侧的第一孔和接近所述前侧的第二孔，其中所述第一孔所包括的直径比所述第二孔的直径大，其中杯形垫圈布置在所述阶梯形孔洞内以用于接收机械紧固件，其中所述机械紧固件延伸到所述保持环中以用于将所述密封板紧固至所述保持环。
11.根据权利要求10所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述密封板包括至少一个凹口，所述至少一个凹口布置成接近所述密封板的第一边缘并且接近相邻密封板的边缘。
12.根据权利要求10所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述喷嘴安装和密封组件还包括至少一个冷却凹槽，所述至少一个冷却凹槽接近所述保持环与所述密封板之间的界面布置在所述保持环内。
13.根据权利要求12所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述至少一个冷却凹槽围绕所述喷嘴的所述外部带沿周向延伸。
14.根据权利要求13所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述抗旋转销的轴向向后端包括至少一个凹口部分，所述至少一个凹口部分与所述至少一个冷却凹槽相对应。
15.根据权利要求10所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述喷嘴安装和密封组件还包括至少一个冷却孔，所述至少一个冷却孔接近所述喷嘴的所述后缘布置在所述外部带内。
16.根据权利要求15所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述至少一个冷却孔在相对于定位在所述外部带的凹口内的所述密封板径向向内的部位处成角度地延伸。
17.根据权利要求10所述的喷嘴安装和密封组件，其特征在于，所述喷嘴安装和密封组件还包括接近所述喷嘴的后部凸缘位于所述喷嘴与所述保持环之间的轴向间隙。
18.一种安装和密封燃气涡轮机系统内的喷嘴组件的方法，所述方法包括:` 通过将保持环的抗旋转销沿轴向定向在至少一个喷嘴的抗旋转销槽内来将所述保持环布置成接近所述至少一个喷嘴； 将沿所述至少一个喷嘴的外表面的密封板定位成接近所述至少一个喷嘴的后缘；以及 通过机械紧固件来将所述密封板安装到所述保持环，所述紧固件延伸到布置在所述密封板的开孔部分内的杯形垫圈中并且延伸进入布置在所述保持环内的孔洞中。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在定位所述密封板期间通过所述密封板的前侧来将所述抗旋转销密封和限制在所述抗旋转销槽内。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少一个喷嘴包括至少一个冷却孔，所述至少一个冷却孔布置成接近所述喷嘴的所述后缘。
【文档编号】F02M61/18GK103485951SQ201310225075
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】C.L.戴维斯三世, I.塞泽尔 申请人:通用电气公司