燃气涡轮机圆锥形法兰螺栓接头制造技术

一种燃气涡轮机圆锥形法兰螺栓接头。螺栓法兰接头组件包括两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向间隔件的法兰表面。每个法兰表面或者间隔件的表面是圆锥形，即不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近间隔件；和螺栓，螺栓延伸穿过每个旋转轮的轮辐和间隔件。

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮机圆锥形法兰螺栓接头
本专利技术公开的主题涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及用于固定旋转部件的圆锥形法兰螺栓接头(conicalflangeboltedjoint)。
技术介绍
燃气涡轮发动机中的常规螺栓接头是贯穿螺栓接头或法兰螺栓接头。在贯穿螺栓设计中，长螺栓穿过转子模块的所有部件。这意味着所有部件都具有打断主转子结构的孔。这些打断处经常是轮上的最高应力位置，并且将具有最低预期的低周疲劳(LCF)寿命。在法兰螺栓设计中，较短的螺栓穿过转子轮上带法兰的附属件，因此避免打断主轮结构。尽管这缓解由于存在孔而引起的LCF问题，但是这种构造会造成对于高周疲劳(HCF)的其他挑战。例如，在发动机操作期间，这种构造的螺栓接头会在法兰的根部处打开。由存在保持盘中心线对准的槽口过盈量和燃气涡轮机转子中的热梯度两者引起这种打开。燃气涡轮机转子非常重，重力使得转子在其自身重量作用下下垂，使得螺栓接头经历高周疲劳(HCF)。如果法兰根部在发动机操作期间打开，则轮辐和螺栓会受到高水平的HCF应力。
技术实现思路
本专利技术公开一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件。螺栓法兰组件包括两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向间隔件的法兰表面。每个法兰表面或者间隔件的表面是圆锥形，即不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中(即，螺栓未紧固)，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近所述间隔件；和螺栓，螺栓延伸穿过每个旋转轮的轮辐和间隔件。螺栓法兰组件不需要螺栓穿过高应力的轮，因此解决LCF间题。此外，法兰圆锥界面防止法兰根部打开，法兰根部打开将导致高循环应力(highcyclicstresses)并最终导致螺栓的HCF疲劳。本专利技术的第一方面提供一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件，所述螺栓法兰组件包括：两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，所述间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向间隔件的法兰表面，每个法兰表面的至少一部分不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近间隔件；和螺栓，所述螺栓延伸穿过每个旋转轮的轮辐和间隔件。本专利技术的第二方面提供一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件，螺栓法兰组件包括：两个旋转轮，每个轮具有朝向圆锥形间隔件延伸的至少一个轮辐，所述圆锥形间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向所述圆锥形间隔件的表面的法兰表面，其中每个法兰表面垂直于燃气涡轮机的中心线，所述圆锥形间隔件的表面不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近所述间隔件；和螺栓，所述螺栓延伸穿过每个轮的轮辐和间隔件。在螺栓未紧固的情况下，在每个法兰表面的所述趾部端和所述间隔件之间存在间隙，在每个法兰表面的所述根部端和所述间隔件之间基本不存在间隙；并且在所述螺栓被紧固的情况下，在每个法兰表面和所述间隔件之间基本不存在间隙。附图说明从下文对本专利技术的各个方面的详细描述以及结合附图，本专利技术的这些和其他特征将更容易理解，附图描绘本专利技术的各种实施例，其中：图1示出包括根据本专利技术实施例的螺栓法兰组件的燃气涡轮机转子的一部分的剖视透视图；图2至图6示出根据本专利技术实施例的螺栓法兰组件的各种实施例的横截面图；和图7示出使用根据本专利技术实施例的螺栓法兰组件的方法。应注意本专利技术的附图不是按比例的。附图旨在仅描绘本专利技术的典型方面，因此不应被认为限制本专利技术的范围。在附图中，相同的附图标记表示附图之间相同的元件。具体实施方式常规燃气涡轮机螺栓接头具有法兰面(即，轮辐和间隔件之间的界面)和槽口，法兰面被机加工成与燃气涡轮机中心线垂直，槽口被机加工成与燃气涡轮机的中心线平行。通常的燃气涡轮机上的槽口表面位于内径(ID)上，并且在转子组装和操作期间使用过盈配合来保持转子的配合零件同心。在常规螺栓接头中，槽口过盈量易于引起法兰根部(在内径处)打开(pryopen)。法兰根部在发动机环境中的热操作期间易于具有附加/额外打开。燃气涡轮机中使用的重的转子易于在其自身重量作用下下垂，并且会产生显著的高周疲劳应力。如果法兰根部打开，则由于重力下垂引起的大多数交替载荷(alternatingload)不再由堆叠受压的法兰(theflangeinstackcompression)吸收，而是作为附加拉伸载荷(additionaltensileload)由螺栓承受。常规螺栓连接组件的ID上的槽口过盈量可以向该重力下垂载荷提供冗余的载荷传递路径。由于对空间的考虑和转子/定子构造，并非所有的燃气涡轮机转子都可以利用在ID上的槽口，当槽口在外径(OD)上时，如果法兰根部打开，则这些燃气涡轮机转子对承受重力下垂载荷没有帮助。转至图1，示出根据本专利技术的实施例的用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件100。图1示出燃气涡轮机转子的一部分的剖视透视图，示出一部分旋转部件。具体地，示出多个旋转轮102和多个间隔件104，每个间隔件104至少部分地位于轮102之间。从图1可以看出，每个旋转轮102具有从轮102的相对两侧延伸的一对轮辐106。轮辐106可以为任意期望形状，例如图1中所示的L形。每个轮辐106朝向间隔件104延伸。如在图2的简化横截面图中所示，每个轮辐106具有面向间隔件104的法兰表面108和与法兰表面108相反的螺母面向表面124。如图2所示，法兰表面108具有第一端部110(也称作根部)和第二端部112(也称作趾部)。根据本专利技术的一个实施例，如图2所示，法兰表面108和间隔件104之间的界面可以包括位于法兰表面108和间隔件104之间的成角度间隙105。例如，每个轮辐106的每个法兰表面108可以机加工成圆锥形(即，不垂直于燃气涡轮机的中心线)(本说明书中称作并且在附图中示出为发动机中心线EC)，例如相对于轮辐106面向的间隔件104成角度α。换言之，法兰表面108不平行于间隔件104。以这种方式使法兰表面108成角度设置，将每个法兰表面108的根部110定位成比每个法兰表面108的趾部112更靠近间隔件104。在一个实施例中，角度α可以为约0.1度至约1.0度。通过将轮辐106机加工成圆锥形、或者将相对于燃气涡轮机中心线产生非垂直角度的任意其他形状，来使法兰表面108成角度倾斜。从图2可以看出，间隔件104可以至少部分地位于轮辐106之间，例如每个间隔件104可以具有位于轮辐106的法兰表面108之间的内部116和大致垂直于内部116的外部118。图2中最佳示出，外部118可以具有槽口120，槽口120与每个轮辐106的表面122产生过盈配合。如上所述，槽口120位于趾部112。在一个实施例中，槽口120位于外径(OD)上，即从螺栓114沿径向向外，在另一实施例中，槽口120位于内径(ID)上，即从螺栓114沿径向向内。如图1和图2所示，每个螺栓组件100包括螺栓114，螺栓114延伸穿过每个旋转轮102的每个轮辐106和位于轮辐106之间的间隔件104。组件100还包括至少一个螺母125，螺母125构造成连接到螺栓114的每个端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件，所述螺栓法兰组件包括：两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，所述间隔件部分地位于所述两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向所述间隔件的法兰表面，每个法兰表面的至少一部分不垂直于所述燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近所述间隔件；和螺栓，所述螺栓延伸穿过每个旋转轮的所述轮辐和所述间隔件。

【技术特征摘要】
2012.06.22 US 13/5303551.一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件，所述螺栓法兰组件包括：两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，所述间隔件部分地位于所述两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向所述间隔件的法兰表面，每个法兰表面的至少一部分不垂直于所述燃气涡轮机的中心线；其中，所述间隔件具有位于两个轮的所述轮辐之间的第一部分和基本垂直于所述第一部分的第二部分，所述第一部分朝径向向外方向比每个轮辐的所述法兰表面延伸得更多，所述第二部分设置于每个轮辐的所述法兰表面的径向向外位置以使得所述第二部分与每个法兰表面的趾部端处具有槽口过盈配合，并且在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近所述间隔件；和螺栓，所述螺栓延伸穿过每个旋转轮的所述轮辐和所述间隔件。2.根据权利要求1所述的螺栓法兰组件，其特征在于，每个轮辐的所述法兰表面的至少一部分以0.1度至1.0度的角度相对于所述间隔件成角度倾斜。3.根据权利要求1所述的螺栓法兰组件，其特征在于，每个轮辐还包括与所述法兰表面相对的螺母面向表面，所述螺母面向表面的至少一部分不垂直于所述燃气涡轮机的中心线。4.根据权利要求3所述的螺栓法兰组件，其特征在于，每个轮辐的所述螺母面向表面以0.1度至1.0度的角度相对于所述间隔件成角度。5.根据权利要求1所述的螺栓法兰组件，其特征在于，每个轮辐为大致L形。6.根据权利要求1所述的螺栓法兰组件，其特征在于，在所述螺栓未紧固的情况下，在每个法兰表面的所述趾部端和所述间隔件之间存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ勒库耶，AKH穆里格帕，JH迪米克，G刘，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：