高温凸缘接头、排气扩散器和联接燃气涡轮发动机的两个部件的方法技术

一种燃气涡轮发动机(1)中的高温凸缘接头(30)包括形成在第一部件(32a)上的第一凸缘(34a)，其邻接形成在第二部件(32b)上的第二凸缘(34b)。凸缘接头(30)包括多个相邻隔开的螺栓连接件(40)。每个螺栓连接件(40)包括支承抵靠第一凸缘(34a)的第一隔板(42a)和支承抵靠第二凸缘(34b)的第二隔板(42b)。提供第一和第二锁紧垫圈(44a、44b)，其分别支承抵靠第一和第二隔板(42a、42b)。螺栓(46)插入穿过第一和第二凸缘(34a、34b)、第一和第二隔板(42a、42b)以及第一和第二锁紧垫圈(44a、44b)。螺栓(46)被预加载以将第一凸缘(34a)夹紧到第二凸缘(34b)。每个隔板(42a、42b)具有相应的厚度，并且被定尺寸成增强与相应的凸缘(34a、34b)接触的支承表面。由此，在燃气涡轮发动机(1)的操作期间保持螺栓预加载。期间保持螺栓预加载。期间保持螺栓预加载。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高温凸缘接头、排气扩散器和联接燃气涡轮发动机的两个部件的方法


[0001]本公开大体上涉及燃气涡轮发动机的领域，并且具体地涉及燃气涡轮发动机壳体的邻接部分之间的高温凸缘接头连接。

技术介绍

[0002]燃气涡轮发动机中的螺栓凸缘接头通常经受非常高的稳态温度以及高的热梯度。为了保持接头完整性，可能需要在整个瞬态和稳态操作期间保持螺栓夹紧载荷。在瞬态操作期间，凸缘倾向于比螺栓更快地加热和冷却，这分别导致螺栓预加载的增加或减小。当螺栓预加载增加时，例如在发动机起动期间，凸缘可能塑性变形。而且，由于高稳态温度，在凸缘处可能发生蠕变。发动机起动和稳态的塑性变形可以将螺栓的总预加载减小到在发动机关闭之后没有剩余螺栓预加载的程度。

技术实现思路

[0003]简言之，本公开的各方面涉及燃气涡轮发动机中的高温凸缘接头，其能够在高稳态温度和瞬态发动机操作下维持螺栓预加载，同时使凸缘的变形最小化。
[0004]根据第一方面，提供了一种高温凸缘接头，用于将燃气涡轮发动机中的第一部件联接到第二部件。凸缘接头包括形成在第一部件上的第一凸缘，该第一凸缘邻接形成在第二部件上的第二凸缘。凸缘接头还包括多个相邻布置的螺栓连接件。每个螺栓连接件被形成为通过一对在第一和第二凸缘中的相互对准的螺栓孔。每个螺栓连接件包括支承抵靠第一凸缘的第一隔板和支承抵靠第二凸缘的第二隔板。每个螺栓连接件还包括分别支承抵靠第一隔板和第二隔板的第一锁紧垫圈和第二锁紧垫圈。每个螺栓连接件还包括插入穿过第一和第二凸缘、第一和第二隔板以及第一和第二锁紧垫圈的螺栓，该螺栓被预加载以将第一凸缘夹紧到第二凸缘。每个隔板具有相应的厚度，并且被定尺寸成增强与相应的凸缘接触的支承表面，由此在燃气涡轮发动机的操作期间保持螺栓预加载。
[0005]根据第二方面，提供了一种用于将燃气涡轮发动机中的第一部件联接到第二部件的方法。该方法包括形成多个相邻布置的螺栓连接件。每个螺栓连接件形成为分别通过在第一部件的第一凸缘和第二部件的第二凸缘中的一对相互对准的螺栓孔。形成每个螺栓连接件包括设置支承抵靠第一凸缘的第一隔板和支承抵靠第二凸缘的第二隔板。形成每个螺栓连接件还包括设置分别支承抵靠第一隔板和第二隔板的第一锁紧垫圈和第二锁紧垫圈。形成每个螺栓连接件还包括将螺栓插入穿过第一和第二凸缘、第一和第二隔板以及第一和第二锁紧垫圈。形成每个螺栓连接件还包括预加载螺栓以将第一凸缘夹紧到第二凸缘。每个隔板具有相应的厚度，并且被定尺寸成增强与相应的凸缘接触的支承表面，由此在燃气涡轮发动机的操作期间保持螺栓预加载。
附图说明
[0006]借助于附图更详细地示出了本专利技术。附图示出了优选的构造，并且不限制本专利技术的范围。
[0007]图l是燃气涡轮发动机的示意图；图2是涡轮排气扩散器的一部分的透视截面图，其中可包含本公开的各方面；图3是高温凸缘接头的截面图；图4是根据一个实施例的具有带防旋转特征的隔板的高温凸缘接头的透视图；图5示出了根据另一实施例的具有隔板的高温凸缘接头的端视图，该隔板具有包含倾斜界面的防旋转特征；图6示出了根据又一实施例的具有隔板的高温凸缘接头的端视图，该隔板具有包含互锁界面的防旋转特征；以及图7是根据另一实施例的具有包含抗旋转突块的隔板的高温凸缘接头的透视图。
具体实施方式
[0008]在以下对各种实施例的详细描述中，参考了形成本专利技术一部分的附图，并且在附图中，通过说明而非限制的方式示出了可以实践本专利技术的特定实施例。应该理解，可以使用其他实施例，并且可以在不背离本专利技术的精神和范围的情况下进行改变。
[0009]参考图1，燃气涡轮发动机1大体包括压缩机区段2、燃烧室区段4和涡轮区段8。在操作中，压缩机区段2吸入环境空气3并将其压缩。来自压缩机区段2的压缩空气进入燃烧室区段4中的一个或多个燃烧室。压缩空气与燃料5混合，并且空气
‑
燃料混合物在燃烧室中燃烧，以形成热工作介质流体6。热工作介质流体6被引导至涡轮区段8，在此，热工作介质流体通过交替的静止涡轮导叶排和旋转涡轮叶片排而膨胀，并用来产生可驱动转子7的动力。膨胀的工作介质流体9经由涡轮区段8的排气扩散器10从发动机1排出，排气扩散器位于最后一排涡轮叶片的下游。
[0010]本公开的各方面可用于在燃气涡轮发动机1中的各种位置处形成高温凸缘接头。所公开的实施例的特别合适的实施方式是在排气扩散器10中。示例排气扩散器10的一部分在图2中示出，在所示实施例中，排气扩散器10具有轴线11，并包括位于最后一级涡轮叶片(未示出)下游的排气气缸12和轴向地联接到排气气缸12并在排气气缸下游的排气歧管14。排气气缸12和排气歧管14中的每一者包括相应的环形内径壁（ID壁，ID wall）12a、14a和相应的环形外径壁（OD壁，OD wall）12b、14b。ID壁12a、14a和OD壁12b、14b分别形成环形涡轮排气流动路径的ID边界和OD边界。多个载荷承载支柱16周向地布置在排气气缸12的排气流动路径中，延伸穿过ID壁12a和OD壁12b。多个载荷承载支柱18也可以周向地布置在排气歧管14的排气流动路径中，延伸穿过ID壁14a和OD壁14b。
[0011]排气气缸12和排气歧管14可以通过一个或多个环形凸缘接头联接。例如，第一环形凸缘接头30a可以形成在排气气缸12的ID壁12a和排气歧管14的ID壁14a之间。第二凸缘接头30b可形成在排气气缸12的OD壁12b和排气歧管14的OD壁14b之间。本公开的各方面可应用于环形凸缘接头30a和30b中的任一者或两者。本公开的各方面还可应用于线性凸缘接头，例如用于切向地联接轴承轴线面板22的相邻部段22a、22b的接头30c。不作为限制，排气扩散器中的接头可暴露于大约700
‑
800摄氏度的局部温度。
[0012]凸缘接头包括多个螺栓连接件，所述螺栓连接件穿过形成在待联接的部件上的邻接凸缘。在环形凸缘接头的情况下，诸如本文的接头30a、30b，螺栓连接件沿着周向方向相邻布置。在线性凸缘接头的情况下，诸如本文的接头30c，凸缘在发动机1的轴向方向上纵向地延伸，其中螺栓连接件沿着轴向方向相邻地布置在直线中。
[0013]考虑到与燃气涡轮发动机中的高温凸缘接头相关联的挑战，如在本说明书的“
技术介绍
”部分中指出的，用于减小垫圈面下方的接触压力的方法可以是使用具有较大外径的过大垫圈。然而，在这种应用中，过大的垫圈通常需要增大螺栓的节圆直径以相应地封装过大的垫圈。这将需要增加凸缘高度，这可能对凸缘疲劳寿命具有负面影响，因为较高的凸缘导致高温环境中的较大的热梯度，例如排气扩散器中的较大的热梯度。解决所述问题的另一种方法可包括在组装时使用低的螺栓预加载值。然而，这可能潜在地导致螺栓松动的现场问题，特别是在发动机关闭期间。该问题在具有较高斜升率（ramp rate）和排气温度的先进发动机中更加显著。
[0014]图3描绘了根据本公开的实施例的用于将燃气涡轮发动机中的第一部件32a联接到第二部件32b上的高温凸缘接头30。凸缘接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将燃气涡轮发动机(1)中的第一部件(32a)联接到第二部件(32b)的高温凸缘接头(30)，包括：形成在所述第一部件(32a)上的第一凸缘(34a)，所述第一凸缘邻接形成在所述第二部件(32b)上的第二凸缘(34b)，多个相邻布置的螺栓连接件(40)，每个螺栓连接件(40)形成为穿过所述第一凸缘(34a)和所述第二凸缘(34b)中的一对相互对准的螺栓孔(38a、38b)，每个螺栓连接件(40)包括：支承抵靠所述第一凸缘(34a)的第一隔板(42a)和支承抵靠所述第二凸缘(34b)的第二隔板(42b)，分别支承抵靠所述第一隔板(42a)和所述第二隔板(42b)的第一锁紧垫圈(44a)和第二锁紧垫圈(44b)，插入穿过所述第一凸缘(34a)和所述第二凸缘(34b)、所述第一隔板(42a)和所述第二隔板(42b)以及所述第一锁紧垫圈(44a)和所述第二锁紧垫圈(44b)的螺栓(46)，所述螺栓(46)被预加载以将所述第一凸缘(34a)夹紧到所述第二凸缘(34b)，每个所述隔板(42a、42b)具有相应的厚度(t
a
、t
b
)，并且被定尺寸成增强与相应凸缘(34a、34b)接触的支承表面，由此在所述燃气涡轮发动机(1)的操作期间保持螺栓预加载。2.根据权利要求1所述的高温凸缘接头(30)，其中所述凸缘(34a、34b)由具有比所述隔板(42a、42b)的材料低的屈服强度的材料形成。3.根据前述权利要求中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中所述凸缘(34a、34b)具有沿长度方向的扇形轮廓，包括由具有第二高度(h2)的第二部分(54)隔开的具有第一高度(h1)的第一部分(52)，所述第一高度(h1)大于所述第二高度(h2)，其中所述螺栓(46)位于所述扇形轮廓的所述第一部分(52)处。4.根据前述权利要求中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中所述隔板(42a、42b)中的每一个被定尺寸成使得所述隔板(42a、42b)的支承表面(56a、56b)沿着所述隔板(42a、42b)的长度(L)基本上覆盖相应凸缘(34a、34b)的支承面(58a、58b)。5.根据前述权利要求中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中所述锁紧垫圈(44a、44b)被构造成利用所述螺栓预加载将所述螺栓(46)固定就位。6.根据前述权利要求中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中每个隔板(42)被定尺寸成容纳从其穿过的多个相邻螺栓(46)。7.根据权利要求1至5中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中每个隔板(42)沿着所述相应凸缘(34)从第一边缘(62)纵向延伸到第二边缘(64)，所述第一边缘(62)和所述第二边缘(64)是倾斜的并且被构造成与相对侧上的相邻隔板(42)的倾斜边缘(64、62)接口连接。8.根据权利要求7所述的高温凸缘接头(30)，其中所述第一边缘和第二边缘(62、64)在相反方向上倾斜。9.根据权利要求1至5中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中每个隔板(42)沿着所述相应凸缘(34)从第一边缘(62)纵向延伸到第二边缘(64)，所述第一边缘(62)限定凹槽形状并且所述第二边缘(64)限定舌形形状，所述第一边缘和所述第二边缘(62、64)被构造成与在相对侧上的相邻隔板(42)的舌形和凹槽形边缘(64、62)形成相应的互锁界面。10.根据前述权利要求中任一项所述的高温凸缘接头(30)，其中每个隔板(42)设置有
接触所述相应凸缘(34)的顶表面(60)的多个抗旋转突块(72、74)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：西门子能源全球两合公司，
类型：发明
国别省市：