專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴的安裝方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及到燃?xì)廨啓C(jī)的噴嘴，尤其涉及到安裝燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)包含燃燒器，它使燃料-空氣混合物燃燒，然后這些燃燒產(chǎn)物通過一個(gè)渦輪噴嘴裝置進(jìn)入渦輪。至少有一些已知的渦輪噴嘴裝置包含若干噴嘴，它們呈圓周狀排列并且成對配置。至少有一些已知的渦輪噴嘴包含兩個(gè)以上的在圓周上按一定距離間隔布置的中空翼型葉片，它們被整體成型的內(nèi)、外環(huán)(圓盤)連接在一起。具體地說，內(nèi)環(huán)形成了一個(gè)徑向的內(nèi)側(cè)流道界面，而外環(huán)形成了一個(gè)徑向的外側(cè)流道界面。另外，至少有一些已知的外環(huán)它們包含一個(gè)前卡和一個(gè)后卡裝置，這是用來在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部連接渦輪噴嘴用的。
用若干整體成型的翼型葉片組成的渦輪噴嘴與僅包括若干翼型葉片的渦輪噴嘴相比可以改善其耐久性并且減少漏泄。但是，當(dāng)冷卻空氣通到渦輪噴嘴時(shí)，在圓周上相鄰的渦輪噴嘴之間的間隙仍然可能會存在漏泄，這些間隙是為了便于安裝燃?xì)廨啓C(jī)裝置以及為了允許渦輪噴嘴之間存在熱膨脹。相應(yīng)地，至少有一些已知的渦輪噴嘴包括一個(gè)密封裝置，它從后卡裝置徑向向外布置以減小通過界面的漏泄。超過一定時(shí)間以后，熱循環(huán)會造成密封裝置質(zhì)量下降。但是由于噴嘴所在的位置，要接近這些界面的密封裝置可能是有困難的。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的一方面，提供了安裝燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪噴嘴的方法。該方法包括提供一種渦輪噴嘴，它包含一組在一個(gè)內(nèi)環(huán)和一個(gè)外環(huán)之間延伸的翼型葉片，其中外環(huán)包含至少一個(gè)安裝系統(tǒng)，它徑向地向外延伸，并且還包含一個(gè)軌道和一個(gè)卡子，并利用該安裝系統(tǒng)把渦輪噴嘴連接到燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部，使得渦輪噴嘴被至少一個(gè)卡子而至少被部分地支撐。該方法還包含把一個(gè)密封裝置放置在至少一個(gè)卡子和外環(huán)之間以減少通過渦輪噴嘴的漏泄。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了燃?xì)廨啓C(jī)的一種渦輪噴嘴。該噴嘴包括一個(gè)外環(huán)、一個(gè)內(nèi)環(huán)，至少一個(gè)在內(nèi)、外環(huán)之間延伸的翼型葉片，以及一個(gè)密封裝置。外環(huán)包括一個(gè)內(nèi)表面、一個(gè)外表面，以及一個(gè)從外表面向外延伸的后卡裝置。該后卡裝置包括一個(gè)軌道以及至少一個(gè)從軌道向外延伸的卡子。密封裝置的位置鄰近外環(huán)卡子裝置并從至少一個(gè)卡子徑向向內(nèi)放置。
按照本發(fā)明的又一方面，提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)。該燃?xì)廨啓C(jī)包含至少一個(gè)渦輪噴嘴裝置，它包括一個(gè)密封裝置、一個(gè)外環(huán)、一個(gè)內(nèi)環(huán)以及一組由內(nèi)，外環(huán)連接在一起的翼型葉片。外環(huán)包括一個(gè)卡子裝置，它從外環(huán)徑向向外延伸，并且還包括一個(gè)軌道和至少一個(gè)卡子，該卡子從軌道向外延伸。該密封裝置從至少一個(gè)卡子徑向向內(nèi)放置。
附圖簡述

圖1是一臺燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖；圖2是一種渦輪噴嘴的透視圖，該渦輪噴嘴可以用于圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)上；圖3是圖2中所示的渦輪噴嘴的側(cè)面透視圖；圖4是圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)的部分?jǐn)嗝鎴D，包括圖2和圖3所示的渦輪噴嘴的部分視圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖1是燃?xì)廨啓C(jī)10的簡要說明圖，以串流方式布置，它包括一個(gè)風(fēng)扇裝置12、一個(gè)高壓壓氣機(jī)14，以及一個(gè)燃燒器16。燃?xì)廨啓C(jī)10還包括一個(gè)高壓渦輪18以及一個(gè)低壓渦輪20。燃?xì)廨啓C(jī)10有一個(gè)進(jìn)氣端28和一個(gè)排氣端30。在一個(gè)具體例子上，燃?xì)廨啓C(jī)10是一臺可以在俄亥俄州辛辛那提市的GE公司航空發(fā)動機(jī)部購買到的CF-34型燃?xì)廨啓C(jī)。
在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，空氣流經(jīng)風(fēng)扇裝置12，壓縮空氣被供應(yīng)給高壓壓氣機(jī)14。然后經(jīng)高度壓縮的壓縮空氣通過渦輪噴嘴裝置32被提供給燃燒器16。從燃燒器16出來的氣流驅(qū)動渦輪18和20，而渦輪20驅(qū)動風(fēng)扇裝置12。渦輪18則驅(qū)動高壓壓氣機(jī)14。
圖2是渦輪噴嘴部分50的一個(gè)透視圖，這個(gè)噴嘴可以用在燃?xì)廨啓C(jī)10上(見圖1)。圖3是渦輪噴嘴部分50的一個(gè)側(cè)面透視圖。圖4是燃?xì)廨啓C(jī)10的一個(gè)部分?jǐn)嗝鎴D，包括渦輪噴嘴部分50的部分視圖。噴嘴50包括若干在圓周上按一定間距間隔排列的翼型葉片，它們被徑向呈弧形的外環(huán)或圓圈54以及徑向呈弧形的內(nèi)環(huán)或圓圈56連接在一起。更明確地說，在典型的具體設(shè)備上，每個(gè)外內(nèi)環(huán)56和54是與翼型葉片52整體成型的，并且噴嘴部分50還包括四個(gè)翼型葉片52。在一個(gè)具體例子中，每個(gè)弧形噴嘴部分50被稱為四葉片段。
內(nèi)環(huán)56包括一個(gè)后凸緣60，它從那里徑向向內(nèi)延伸。更明確說。凸緣60從內(nèi)環(huán)56相對于內(nèi)環(huán)56的徑向內(nèi)表面62徑向向內(nèi)延伸。內(nèi)環(huán)56還包括一個(gè)前凸緣64，它從那里徑向向內(nèi)延伸。前凸緣64位于內(nèi)環(huán)56的一個(gè)前緣66以及后凸緣60之間，并且從內(nèi)環(huán)56徑向向內(nèi)延伸。
外環(huán)54包括一個(gè)懸臂安裝系統(tǒng)70，它包括一個(gè)前保持器72，一個(gè)中卡裝置74，以及一個(gè)后卡裝置76。懸臂安裝系統(tǒng)70是為了在燃?xì)廨啓C(jī)10的內(nèi)部從周圍環(huán)形的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)殼(圖中未顯示)上支撐渦輪噴嘴50。前保持器72從外環(huán)54的一個(gè)外表面80徑向向外延伸并形成一個(gè)通道82，這個(gè)通道沿著圓周方向延伸穿過外環(huán)54的前緣84。外環(huán)54還包括一個(gè)后緣86，它被一對相對布置的端部87連接到前緣84。
中卡裝置74位于前保持器72的尾部而在一個(gè)示例性實(shí)施例中，它包括若干沿圓周間隔布置和對齊排列的卡子90，每一個(gè)這樣的卡子從前軌道92向氣流的上游方向延伸。前軌道92從外環(huán)外表面80徑向向外延伸。卡子裝置74以圓周方向延伸在兩個(gè)圓周端部87之間穿過外環(huán)外表面80。
后卡裝置76位于中卡裝置74的后部，并且位于噴嘴后緣86與中卡裝置74之間?？ㄗ友b置76包括一個(gè)后軌道94和一組卡子96。軌道94從外環(huán)外表面80并在圓周的端部87之間按圓周方向穿過外環(huán)外表面80徑向向外延伸。
卡子96不在圓周端部87之間連續(xù)延伸，而是成扇形，使得相鄰的卡子96之間互相間隔一個(gè)距離102。相應(yīng)地，在每組相鄰的卡子96之間形成了一個(gè)成扇形的凹形區(qū)域104。具體說，每個(gè)凹形區(qū)域104是徑向排列的并且從相關(guān)的翼型葉片52徑向地向外的。這樣，每個(gè)卡子96是在相鄰的葉片52之間徑向排列的。相應(yīng)地，在典型的具體例子中，噴嘴50包括四個(gè)成扇形的凹形區(qū)域104。
翼型葉片52實(shí)際上是類似的并且每個(gè)葉片包括一個(gè)主側(cè)壁110和一個(gè)副側(cè)壁112。主側(cè)壁110是凸面的，并且形成了每個(gè)翼型葉片52的進(jìn)氣側(cè)，而副側(cè)壁112是凹面的，形成了每個(gè)翼型葉片52的壓力側(cè)。側(cè)壁110和112在每個(gè)翼型葉片52的一個(gè)前緣114處以及在一個(gè)軸向間隔的后緣116處相連接，這樣，在它們之間形成一個(gè)空腔118。成扇形的凹面104使得可以接近葉片52內(nèi)形成的空腔。在一個(gè)實(shí)施例中，襯墊物(圖中未顯示)被插入到每個(gè)空腔118內(nèi)，而凹面區(qū)域104則便于它們的安裝和拆卸。更具體地說，每個(gè)機(jī)翼后緣116在翼弦的方向上按一定間距間隔排列并且在每個(gè)相關(guān)的機(jī)翼前緣114的下游。主側(cè)壁110和副側(cè)壁112也分別從徑向內(nèi)環(huán)56到徑向外環(huán)54縱向，或徑向地向外延伸。
在該示例性實(shí)施例中，每個(gè)弧形的噴嘴部分50包含一對沿圓周方向的內(nèi)機(jī)翼葉片120和122，以及一對沿圓周方向的外機(jī)翼葉片124和126。葉片120，122，124和126的方向?qū)嶋H上是互相平行的。葉片52的分開距離102和一個(gè)方向都是可以變化選擇的，以便于在噴嘴50內(nèi)形成高度擴(kuò)散性的流道，并且還使得通過噴嘴50的空氣動力加速流動狀況能夠得以優(yōu)化。
燃?xì)廨啓C(jī)10包括一個(gè)轉(zhuǎn)子裝置140，例如低壓渦輪20，它包括至少一排轉(zhuǎn)子葉片142，它在渦輪噴嘴50的下游。轉(zhuǎn)子裝置140被一個(gè)轉(zhuǎn)子護(hù)罩144所包圍，它圍繞轉(zhuǎn)子140和渦輪噴嘴50沿圓周方向延伸。懸臂安裝系統(tǒng)70通過一個(gè)支架148把每個(gè)渦輪噴嘴50連接到轉(zhuǎn)子護(hù)罩144上，而這個(gè)支架148連接到護(hù)罩144上并被144所支撐。更明確說，每個(gè)卡子96在支架148內(nèi)部所形成的徑向外流道150內(nèi)是可以滑動地連接的。
支架148還包括一個(gè)在那里形成的徑向內(nèi)通道152。徑向內(nèi)通道152從徑向外通道150徑向向內(nèi)并且每個(gè)通道150和152是從支架148的下游端154向內(nèi)而形成的。相應(yīng)地，每個(gè)通道150和152鄰近后卡裝置76。另外，當(dāng)后卡裝置76連接到支架148時(shí)，在支架148、后卡裝置76和外環(huán)54之間就形成了一個(gè)空腔160。
一個(gè)密封裝置170從卡子96徑向向內(nèi)放置并在支架徑向內(nèi)通道152內(nèi)部延伸。更具體說，密封裝置170包括一個(gè)密封件172，它以密封接觸方式在支架148和后卡裝置軌道94之間延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，密封件172實(shí)際上通過燃?xì)廨啓C(jī)10在圓周方向上延伸以便減小通過后卡裝置76的徑向漏泄，下面還要詳細(xì)介紹。在另外一個(gè)實(shí)施例中，密封件170是花鍵式密封裝置。在該示例性實(shí)施例中密封元件172是一種W形(迷宮式)密封裝置。
在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，當(dāng)熱的燃?xì)饬鹘?jīng)噴嘴50時(shí)，冷卻空氣從高壓源，例如燃燒器16流出并且以高壓進(jìn)入空腔160。更具體說，高壓冷卻空氣通過空腔160循環(huán)，冷卻外環(huán)54和渦輪噴嘴葉片52。流經(jīng)渦輪噴嘴50的燃?xì)庑纬梢粋€(gè)低壓誘導(dǎo)區(qū)域，誘導(dǎo)高壓冷卻空氣從支架148和后卡裝置76之間漏泄。但是冷卻空氣的相對高壓引起密封元件172膨脹以防止支架148和后卡裝置76之間的漏泄。另外，因?yàn)槊芊庠?72從卡子96徑向向內(nèi)的并接近流道，密封件170使得密封性能與其他已知的渦輪噴嘴相比得到了加強(qiáng)。密封性能得到加強(qiáng)加上密封件170相對于流道的位置使得后卡裝置軌道94在組裝后能夠具有徑向高度190，這個(gè)高度比其他已知的后卡軌道要短。此外，因?yàn)楹罂ㄑb置76也是成扇形的，噴嘴50的總重量與其他已知的不帶凹面區(qū)域104的渦輪噴嘴相比就減輕了。結(jié)果，在噴嘴50內(nèi)部產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力能得以減小。
上述渦輪噴嘴包含一個(gè)扇形的后卡裝置，它從后卡軌道延伸。這后卡裝置包括一組凹形區(qū)域，它們穿過外環(huán)在圓周方向上按一定間距間隔排列。凹形區(qū)域不僅減輕了渦輪噴嘴裝置的總重，并且還減少了渦輪噴嘴處產(chǎn)生的熱應(yīng)力。此外，渦輪噴嘴還包括一個(gè)密封裝置，它的位置是從后卡裝置徑向向內(nèi)。相應(yīng)地，密封裝置比其他已知的密封裝置更接近流道，這樣，與其他已知的密封裝置相比就更加強(qiáng)了密封性能，并且還可以采取減小重量和應(yīng)力的措施，例如切成扇形和/或去掉密封表面以上的徑向凸緣部分。結(jié)果渦輪噴嘴的耐久性和有效工作壽命能夠由于結(jié)合采用扇形卡子裝置和密封裝置而得到提高。
渦輪噴嘴的示例性實(shí)施例在上面已詳細(xì)介紹了。該噴嘴并不局限于這里所介紹的具體例子，相反每個(gè)渦輪噴嘴的部件可以與這里所介紹的其他部件單獨(dú)及分開使用。
雖然本發(fā)明已經(jīng)按各個(gè)具體例子進(jìn)行了介紹，那些技術(shù)上熟練的人將會明白本發(fā)明可以在本權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)做一些改動而付諸實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于燃?xì)廨啓C(jī)(10)的渦輪噴嘴(50)，該渦輪噴嘴(50)包括一個(gè)外環(huán)(54)，它包括一個(gè)內(nèi)表面(62)，一個(gè)外表面(80)，以及一個(gè)從該外表面(80)向外延伸的后卡裝置(76)，該后卡裝置包括一個(gè)軌道(94)和至少一個(gè)從該軌道向外延伸的卡子(96)；一個(gè)內(nèi)環(huán)(56)；至少一個(gè)在該外環(huán)54和該內(nèi)環(huán)(56)之間延伸的翼型葉片(120)，(122)，(124)，(126)；以及一個(gè)位于鄰近該外環(huán)卡子裝置(74，76)并從所說的至少一個(gè)卡子而徑向向內(nèi)的密封裝置(170)。
2.按照權(quán)利要求1的渦輪噴嘴(50)，其特征在于所說的密封裝置(170)位于所說的外環(huán)外表面(80)與所說的后卡裝置(76)的至少一個(gè)卡子(96)之間。
3.按照權(quán)利要求1的渦輪噴嘴，其特征在于所說的密封裝置(170)包括一個(gè)W形密封件。
4.按照權(quán)利要求1的渦輪噴嘴(50)，其特征在于所說的外環(huán)(54)是呈弧形的并且還包括一個(gè)上游側(cè)(66)，一個(gè)下游側(cè)(154)以及在該上游側(cè)和下游側(cè)(66)，(154)之間延伸的一對圓周形外側(cè)面(87)，所說的后卡裝置軌道(94)在所說的圓環(huán)形外側(cè)之間穿過所說的外環(huán)外表面(80)而延伸所說至少一個(gè)卡子(90)包括至少一個(gè)扇形凹形區(qū)域(104)。
5.按照權(quán)利要求4的渦輪噴嘴(50)，其特征在于所說的至少一個(gè)扇形凹形區(qū)域(104)基本上在徑向上與該下游側(cè)(154)對齊排列的。
6.按照權(quán)利要求4的渦輪噴嘴(50)，其特征在于至少一個(gè)扇形的凹形區(qū)域(104)有助于減小該渦輪噴嘴處所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
7.按照權(quán)利要求4的渦輪噴嘴(50)，其特征在于所說的至少一個(gè)扇形凹形區(qū)域(104)便于徑向通至該渦輪噴嘴翼型葉片(120)，(122)，(124)，(126)。
8.按照權(quán)利要求4的渦輪噴嘴(50)，其特征在于該密封裝置(170)的結(jié)構(gòu)能減小流體通過該渦輪噴嘴(50)的徑向漏泄。
全文摘要
一種安裝燃?xì)廨啓C(jī)(10)渦輪噴嘴(50)的方法。這種方法包括提供一種渦輪噴嘴，該噴嘴包括若干在內(nèi)環(huán)(56)和外環(huán)(54)之間延伸的翼型葉片(120)，(122)，(124)，(126)，其中外環(huán)包括至少一個(gè)安裝系統(tǒng)(70)，它從該處徑向向外延伸，并且還包括一個(gè)軌道(92)，(94)以及至少一個(gè)卡子(96)，并且利用該安裝系統(tǒng)把該渦輪噴嘴連接到燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部，使得渦輪噴嘴被至少一個(gè)卡子至少部分地支撐。該方法還包括在至少一個(gè)卡子與外環(huán)之間的一個(gè)密封裝置(170)以減少通過渦輪噴嘴的徑向漏泄。
文檔編號F01D11/00GK1512039SQ20031011310
公開日2004年7月14日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者G·S·布雷恩克, D·利納恩, G S 布雷恩克, 啥 申請人:通用電氣公司