专利名称：组装燃气涡轮机发动机的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及燃气涡轮机发动机，尤其涉及组装燃气涡轮机发动机的方法和设备。
背景技术：
至少在部分的燃气涡轮机发动机中，轴对称的构件例如密封件和/或将副空气流输送到燃气涡轮机发动机的内部的构件靠近分段式的流程部件例如喷嘴或过渡管道被支承。在工作过程中，轴对称构件与分段式流程部件之间的热学差别可能导致在轴对称构件与分段式流程部件之间产生破坏性的热应力。尽管轴对称构件与分段式流程部件之间的相对径向移动有助于降低这种破坏性的热应力，但是这种结构难以保持至少一部分轴对称构件与发动机中心轴线大致同心以便促使空气密封件正常工作并降低空气密封件与分段式流程部件之间的摩擦。
例如，至少一种已知的燃气涡轮机发动机包括与喷嘴内圈一体形成的多个径向突片，以便支承内部构件，促使在该内部构件与分段式流程部件之间保持预定的间隔。而且，多个径向槽与该突片接合并允许相对的径向移动，同时轴向和周向地保持该内部部件的定向。然而，在发动机组装过程中，喷嘴突片接合在径向槽中，在喷嘴突片与径向槽之间限定的相对间隙超过预定容许范围，这导致内部构件与分段式流程部件之间的偏移。
另一种已知的燃气涡轮机发动机包括燃烧室壳体和整流罩凸台，燃烧室壳体包括多个具有第一直径的径向销，整流罩凸台包括具有第二直径的多个孔，第二直径比第一直径至少大一英寸的千分之五十。多个径向销与多个径向孔接合，以便允许相对的径向移动，同时将整流罩凸台定位在燃烧室内。然而，当径向销接合在径向孔中时，限定在径向销与径向孔之间的相对间隙可能超过预定容许范围，这导致燃烧室与整流罩凸台之间的偏移。
发明内容
在一个方面中，提供了一种组装燃气涡轮机发动机的方法。该方法包括在该燃气涡轮机发动机中连接外部结构，其中外部结构包括从外部结构的径向内表面延伸的承窝，并且还包括借助穿过内部结构且插入到承窝中的径向销从而将内部结构连接到外部结构上，以便使得所述内部结构轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过该燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线对准。
在另一方面中，提供了一种在燃气涡轮机发动机中相对于外部结构定位内部结构的对准设备。该内部结构包括承窝，并且该外部结构包括第一开口和至少一个第二开口。该对准设备包括穿过所述内部结构第一开口插入到承窝中的径向销，以便使得所述内部结构轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过该燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线对准；和穿过内部结构第二开口插入的至少一个紧固件，以便使得径向销固定到内部结构上。
在另一方面中，提供了一种燃气涡轮机发动机。该燃气涡轮机发动机包括包括多个延伸穿过其中的开口的内部结构；包括多个承窝的外部结构；和穿过所述内部结构且延伸到承窝中的径向销，以便使得内部结构轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过该燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线对准。
图1是燃气涡轮机发动机的示意图；图2是图1所示的燃气涡轮机发动机的一部分的截面图；和图3是图2所示的燃气涡轮机发动机的该部分的放大侧视图。
具体实施例方式
图1是燃气涡轮机发动机10的示意图，其包括压缩机12和燃烧室16，该压缩机具有多个压缩机叶片14。发动机10还包括高压涡轮18和低压涡轮20。压缩机12借助第一轴24连接到高压涡轮18，低压涡轮20借助第二输出轴26连接到(未示出的)输出端。轴26提供旋转原动力以便驱动一从动设备例如包括但不限于齿轮箱、传动装置、发电机、风扇、或泵。在一个实施例中，燃气涡轮机是可从美国俄亥俄州辛辛那提的通用电气公司获得的LV100发动机。在该实施例中，涡轮18是高压涡轮，涡轮20是包括两级46和48的低压涡轮。
在工作中，空气进入压缩机12并流经压缩机叶片14，压缩机叶片14构造成相对于发动机中心轴线28将轴向空气流的方向改变成周向空气流。高度压缩的空气输送到(未示出的)回热器，其中来自涡轮20的热的废气与该压缩空气传递热量并混合。被加热的压缩空气输送到燃烧室16。来自燃烧室16的空气流进入涡轮18并随后流经分段式的流程30以便流向涡轮20。
图2是燃气涡轮机发动机10的一部分的截面图，其中包括喷嘴部段40和与喷嘴部段40连接的内中心结构42。图3是燃气涡轮机喷嘴部段40的放大侧视图。尽管只示出了两个喷嘴部段40，但是应当理解燃气涡轮机发动机10包括沿周向连接在一起的多个喷嘴部段40，以便使得喷嘴部段40围绕燃气涡轮机发动机10的内周。在工作中，来自涡轮18的空气流流经分段式的流程30。更具体地说，来自涡轮18的空气流流经多个喷嘴部段40，该喷嘴部段40引导空气流经过可变的叶片组件44流向涡轮20。
每一喷嘴部段40包括多个周向间隔开的翼型叶片52，其在径向外圈或平台54和径向内圈或平台56之间延伸。尽管在图3中示出了只包括两个翼型叶片52的喷嘴部段40，但是应当理解喷嘴部段40可包括任何数量的翼型叶片并且不限于只包括两个。每一喷嘴部段40包括至少一个承窝或承座58，承窝或承座58具有在其中限定一腔62的内表面60。在一个实施例中，承窝58例如通过焊接或软焊从而与平台56一体地形成。在另一实施例中，每一承窝58具有大致圆形的截面型面。在替代实施例中，每一承窝58具有大致非圆形的截面型面。
发动机10还包括与喷嘴部段40连接的内中心结构42。内中心结构42包括多个开口68。在该所示的实施例中，内中心结构42包括具有第一开口宽度72的第一开口70和均具有第二开口宽度76的至少两个第二开口74。发动机10还包括有助于使得内中心结构42和每一喷嘴部段40相对于发动机中心轴线28对准的对准装置78。更具体地说，对准装置78包括穿过第一开口70延伸到喷嘴部段腔62中的径向销80。径向销80包括第一部分82和第二部分86，第一部分包括至少两个开口84，第二部分与第一部分82连接。在所示的实施例中，第一部分82和第二部分86一体地形成，以便径向销80是整体的径向销80。发动机10还包括多个紧固件90，每一紧固件包括紧固件第一部分92和紧固件第二部分94。在所示的实施例中，紧固件第一部分92是螺栓，紧固件第二部分94是锁定螺母，其与螺栓螺纹连接。
在使用中，用于安装并周向地支承轴对称构件的方法包括相对于喷嘴部段40的内部通过使用多个径向销80来支承内中心结构42，其中轴对称构件例如为密封件和/或使用限定的空气腔并且将副空气流输送到例如喷嘴部段40或过渡管道的分段式流程部件的内部的构件。更具体地说，多个径向销80围绕内中心结构42成360度定位，其中每一径向销80的位置可调节，以便有助于使得与外结构40紧密的凹凸配合，并且提供360度的内中心结构42轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线进行精确地定位。因此，内中心结构42通过使用多个径向销80从喷嘴部段40进行定位，径向销通过使用紧固件90从而固定到内中心结构42上。在安装过程中，内中心结构42相对于喷嘴部段40定位，并且径向销80随后穿过第一开口70并插入到喷嘴部段腔62中。由于腔62具有比径向销80的径向销宽度98稍大的腔宽度96，因此有助于内中心结构42相对于喷嘴部段40定位在相对恒定的轴向位置处。更具体地说，径向销宽度98小于腔宽度96的量低于大约千分之五英寸。
因此，径向销80与承座58之间的相对紧密的容许范围有助于相对于喷嘴部段40保持在相对恒定的轴向位置处。内中心结构42随后轴向地、周向地、以及相对于发动机中心轴线28进行定位。一旦内中心结构42相对于喷嘴部段40对准，紧固件90用于使得内中心结构42相对于发动机中心轴线28保持在大致固定的径向位置。更具体地说，由于第一开口70的第一宽度72大于径向销80的第二部分86的径向销宽度98，因此内中心结构42可相对于喷嘴部段40沿周向可旋转，以便有助于对准内中心结构42。一旦组装，由于紧固件90提供的夹紧作用，径向销80有助于借助摩擦来保持内中心结构42的适当对准。
在所示的实施例中，以上所述的方法和设备在燃气涡轮机发动机中有助于内部结构相对于外部结构对准。更具体地说，借助多个径向销将中心结构固定到多个分段式喷嘴上，这有助于朝内安装到分段式流程结构上的轴对称构件的精确的同心定位。
上述的用于定位在分段式流程的内部上的构件的支承结构提供了成本较低的可靠装置，以便使得燃气涡轮机内部支承构件相对于分段式流程部件对准。更具体地说，径向销插入到分段式喷嘴的腔中，以便使得内部支承结构对准。内部支承结构随后轴向地、周向地、以及相对于发动机中心轴线28进行定位。接着紧固紧固件，以便有助于将该内部支承结构轴向地且周向地保持在燃气涡轮机发动机内。
以上描述了燃气涡轮机支承结构的示意性实施例。所述的该支承结构部件不限于在此特别描述的实施例，而是可与在此描述的其它部件单独且分开地使用每一支承结构的部件。例如，尽管在此描述了分段式喷嘴，但是还可使用径向销以便使得多种内部结构构件与构件对准，而不是分段式喷嘴。
尽管结合不同的特定实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解可在权利要求的精神和范围内进行变型。
权利要求
1.一种用于在燃气涡轮机发动机(10)中使得内部结构与外部结构连接的设备，其中该内部结构和该外部结构中的至少一个(42)包括多个承窝(58)，并且该内部结构和该外部结构中的其余结构至少包括第一开口(70)和第二开口(74)，该设备包括穿过所述结构第一开口插入到每一所述承窝中的径向销(80)，以便使得所述内部结构轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过该燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线(28)对准；和穿过所述结构第二开口插入的至少一个紧固件(90)，以便使得每一所述径向销固定到所述内部结构上。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该内部结构和该外部结构中的至少一个(42)还包括多个喷嘴部段(40)。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述径向销(80)包括两个开口(84)，并且所述设备还正好包括穿过所述两个径向销开口和所述内部结构第二开口(74)插入的两个紧固件(90)。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述承窝(58)包括第一宽度(96)，并且所述径向销(80)包括第二宽度(98)，该第二宽度小于该第一宽度大约五个千分之一英寸。
5.一种燃气涡轮机发动机(10)，其包括包括多个承窝(58)的外部结构；包括多个延伸穿过其中的开口(68)的内部结构(42)；和穿过所述内部结构且延伸到每一所述承窝中的径向销(80)，以便使得所述内部结构轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过该燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线(28)对准。
6.如权利要求5所述的燃气涡轮机发动机(10)，其特征在于，外部结构包括多个喷嘴部段(40)，其中每一承窝(58)与每一所述喷嘴部段整体地形成。
7.如权利要求5所述的燃气涡轮机发动机(10)，其特征在于，还包括穿过所述径向销(80)和所述内部中心结构(42)插入的多个紧固件(90)，所述紧固件构造成便于使得所述径向销与所述内部中心结构连接。
8.如权利要求7所述的燃气涡轮机发动机(10)，其特征在于，每一所述紧固件(90)包括螺栓(92)和与该螺栓连接的锁定螺母(94)。
9.如权利要求5所述的燃气涡轮机发动机(10)，其特征在于，所述径向销(80)包括大致圆形的截面型面，并且所述承窝(58)包括与所述径向销的截面型面大致相似的截面型面。
10.如权利要求5所述的燃气涡轮机发动机(10)，其特征在于，外部结构包括多个喷嘴部段(40)，每一所述喷嘴部段包括正好一个构造成便于接纳所述径向销(80)的承窝(58)。
全文摘要
一种组装燃气涡轮机发动机(10)的方法，其包括在该燃气涡轮机发动机中连接外部结构，其中外部结构包括从外部结构的径向内表面(60)延伸的承窝(58)，并且借助穿过内部结构且插入到承窝中的径向销(80)从而将内部结构(42)连接到外部结构上，以便使得所述内部结构轴向地、周向地、以及相对于延伸穿过该燃气涡轮机发动机的发动机中心轴线(28)对准。
文档编号F01D9/04GK1654788SQ20051000625
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月1日 优先权日2004年2月10日
发明者R·P·斯扎乔尔 申请人:通用电气公司