专利名称：用于轴向压缩机壳体的协调环组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于轴向压缩机的协调环组件、包括协调环组件的轴向压缩机以及用 于将协调环组件安装在轴向压缩机壳体上的方法。
背景技术：
燃气涡轮机包括涡轮机和由涡轮机驱动的压缩机。具体而言，当为了蒸汽动力设 施提供燃气涡轮机时，压缩机是轴流式压缩机。通常地，燃气涡轮机承受变化的工况，从而 导致了压缩机内的不同气体动力流动情况。为了使得压缩机性能适于不同运行要求，公知 的是提供具有可变导向叶片的压缩机。可变导向叶片将绕其纵向轴线枢转以便调整它们的 攻角。各可变导向叶片均在其根部设有轴颈，其中该轴颈被枢转地安装在压缩机壳体内 的通孔中。可从压缩机壳体外部通达到该轴颈，并且该轴颈包括被致动以转动可变导向叶 片的杠杆。所有杠杆均借助于协调环被联接，该协调环被设置成同心地围绕所述压缩机壳 体。协调环的旋转使得各可变导向叶片杠杆被同时致动从而实现了各可变导向叶片在压缩 机壳体内的相应旋转设定。此外，协调环设有被支撑在压缩机壳体上的滑动轴承，从而当协调环转动时滑动 轴承沿圆周方向在压缩机壳体的外表面上滑动。从EP 1818509A1中可知，还可以包括滑动轴承以解决热膨胀的问题。US 2006/0193720A1示出了可替换实施方式，其中衬垫被施加于控制环的多个曲柄销中的每一 个，所述控制环和所述曲柄销被用于调整可变节距叶片并且所述衬垫与圆形表面接触。衬 垫的一部分可以被控制环的凸缘滑动地接收。此外，可以包括弹簧以便确保圆形表面和衬 垫之间的不中断接触从而缓冲振动。压缩机壳体在内部接触热气体且因而升温并且热膨胀。具体而言，当压缩机承受 瞬时工况时，压缩机的热膨胀是瞬时的。如果在压缩机壳体和抵靠压缩机壳体的协调环之 间不能适应热诱导膨胀，则协调环将皱缩到膨胀的压缩机壳体内并且夹咬住。在协调环滑动轴承和压缩机壳体的外表面之间提供间隙会导致协调环相对于协 调环所旋转围绕的壳体直径的不同心且不均一的协调环运动。这会导致各可变导向叶片的 定位精度的圆周变动。协调环滑动轴承和它们所处的压缩机壳体表面之间的间隙会导致多 余的协调环运动。在压缩机壳体和协调环之间由温度引起的膨胀差异会导致运转间隙变 化。当前，一种设计必须在协调环滑动轴承和压缩机壳体之间提供足够的允许间隙以便确 保在最大温度变化期间不会发生协调环的夹咬。通过对比，增加的间隙将导致协调环的不 同心运动水平的增加。限制性设计考虑是在发动机暖机期间当压缩机壳体相对于协调环快速升温时以 及在低的环境温度下运行期间。当考虑到组装部件的加工公差和接触部件之间的运行磨损 时，间隙变化同样是恼人的。间隙被设定成确保协调环在恶劣情况下不会夹咬并且不会变紧。这意味着对于名义恒定运转情况而言，协调环间隙不是最佳的。协调环的滑动轴承和它们的接触表面(压 缩机壳体)之间的间隙导致了当施加外力来绕压缩机壳体旋转协调环时存在多余运动。这 是因为协调环需要以竖直运动和水平运动越过间隙的距离，直到滑动轴承接触压缩机壳 体，并且之后力被传递成绕压缩机壳体的旋转。公知的涡轮机使用圆柱形辊，所述辊位于协调环的内部直径的三等分点。辊由橡 胶化合物制成，当协调环和压缩机壳体经历差别增长时其将适应一些压缩。作为可替换的 方案，公知的是根据各压缩机级壳体名义运行温度以及15°C的协调环温度和部件的公差叠 加，来计算这些部件的最佳匹配实践所需的允许间隙。之后，在整个环已经被组装好之后且 附连到压缩机壳体周围之前机加工这种计算直径。被采用来实现计算间隙的另一种方法是 在组装过程中在各轴承下方添加或去除垫片。
发明内容
本发明的目标在于提供用于轴向压缩机的协调环组件、包括协调环组件的轴向压 缩机、包括轴向压缩机的燃气涡轮机以及用于将协调环组件安装在轴向压缩机壳体上的方 法，其中所述协调环组件是温度和磨损可调的并且因而可被合适地定位在压缩机壳体周 围。根据本发明的用于轴向压缩机壳体的协调环组件包括协调环和至少三个协调环 支撑件，所述协调环支撑件沿所述协调环的周边径向向内且等间距地设置，其中各协调环 支撑件均包括附连于所述协调环的协调环托架、沿所述压缩机壳体的外表面的滑动面滑动 的滑动轴承以及被设置在滑动轴承和协调环托架之间且连接于滑动轴承和协调环托架的 回弹构件，这样所述协调环可通过使得所述滑动轴承沿所述滑动面滑动而绕所述压缩机壳 体旋转且无间隙地围绕所述压缩机壳体被居中，其中所述回弹构件适于适应所述压缩机壳 体的径向位移。根据本发明的轴向压缩机包括壳体和协调环组件。根据本发明的燃气涡轮机包括轴向压缩机。根据本发明的用于将协调环组件安装在轴向压缩机壳体上的方法包括如下步骤: 提供脱离于轴向压缩机壳体的协调环组件，该轴向压缩机壳体包括所述压缩机壳体的外表 面的滑动面；同时压缩各协调环支撑件的回弹构件以便每个协调环支撑件的滑动轴承限定 了至少等于或大于所述滑动面的外直径的内直径；沿所述压缩机壳体的轴向方向在所述滑 动面上移动所述协调环组件；释放各协调环支撑件的所述回弹构件以便所述滑动轴承邻接 在所述滑动面上。将回弹构件压缩在协调环组件内所需的指数力会导致容易地适应压缩机 壳体和协调环直径之间相对小的直径差且同时仍抵抗来自(旋转协调环所需的)外部驱动 形式的较大压缩幅度。当协调环位于压缩机壳体周围时，回弹构件膨胀从而实现滑动轴承中的每一个接 触抵靠压缩机壳体。之后，协调环组件被安放以便适应由在滑动部件的接触滑动面处的加 工公差以及磨损所造成的直径变化。随着协调环和压缩机壳体之间的直径差变化，滑动轴 承被膨胀的壳体向外驱使并且径向滑出。回弹构件压缩从而吸收这种运动，并且在稳定状 态运转期间当协调环和压缩机壳体之间存在膨胀平衡时回弹构件可以再次膨胀。通过将三个滑动轴承定位成围绕协调环等距分开，其结果是，压缩力相对于每个其他的单个滑动轴承均等。这有效地确保了协调环总是被定位成同心于内直径并且因而绕 其同心旋转。此外，滑动轴承最小化了摩擦力从而使得接触表面能够自由滑动。围绕协调环等距定位三个协调环支撑件使得压缩形式相对于每个其他单个协调 环支撑件均等。这将有效地确保协调环始终定位成同心于其旋转所绕的壳体直径。不管组 件部件热增长或工作表面磨损如何，协调环绕压缩机壳体直径的始终同心旋转确保了各可 变导向叶片杠杆绕整个协调环周边被均等地致动。保持协调环滑垫和压缩机壳体之间的接 触会消除协调环的任意多余运动。优选地，滑动轴承的轮廓被制成匹配压缩机壳体的外直径。因此，确保了压缩机壳 体上的均勻载荷分布。这有助于接触表面的最小摩擦和均勻磨损。此外，优选的是，回弹构件包括至少一个滑动销，该滑动销具有被支撑于协调托架 的第一端和与弹性元件一同朝向协调环的中心径向延伸的第二端，该弹性元件被设置在滑 动销的第二端和滑动轴承之间。当被压缩时弹性材料膨胀来保持滑动轴承与壳体的恒定接触。弹性材料的膨胀将 适应接触表面的机械磨损以及协调环组件与压缩壳体之间的初始机加工公差变化。弹性材 料部件也可以压缩以便适应膨胀压缩机壳体相对于协调环的差动直径。弹性材料阻止了压 缩所需的陡变指数力，从而提供了如下优点，即容易地适应差异热膨胀和制造公差所导致 的小的压缩比且同时阻止较大的协调环外部驱动力。滑动销的第一端优选地具有比滑动销的第二端更小的直径，从而形成挡块，其中 第一端配合到在协调环托架内形成的孔中，这样挡块邻接协调环托架。因此，各滑动轴承在滑动销上自由径向滑动。滑动托架包括滑动销配合于其中的 孔。在孔和滑动销之间实现的滑动配合使得滑动轴承能够沿径向方向行进。优选地，回弹构件包括两个滑动销，每个滑动销均与相应的弹性构件设置在一起， 其中所述滑动销沿协调环的轴向方向并排设置。具有两个滑动销确保了滑动轴承不能绕其中心轴线旋转。优选地，滑动轴承包括第一轴环和第二轴环，其中第一滑动销的第二端和第一弹 性元件被嵌入第一轴环，并且第二滑动销的第二端和第二弹性元件被嵌入第二轴环。协调环组件优选地包括抬升器件，其适于朝向协调环托架抬升滑动轴承，从而压 缩回弹器件。优选地，抬升器件包括被设置在第一滑动销和第二滑动销之间的滑动轴承的腹板 以及在协调环托架和滑动轴承之间形成螺栓连接的压紧螺钉，其适于将滑动轴承固定于协 调环托架以及使得滑动轴承脱离协调环托架。滑动轴承所包括的压紧螺钉通过最初压缩回弹构件以及将回弹构件夹持在一起 来提供扩大的直径间隙从而有助于协调环组件。一旦完整的协调环已经围绕压缩机壳体被 定位，则拧松各压紧螺钉。优选地，腹板包括螺纹中心孔以便接合压紧螺钉从而有助于组件的回弹构件的压缩。
下面，参考附图基于优选实施例来解释本发明。附图中
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图1是压缩机壳体的实施例的横截面图，其中根据本发明的协调环组件被安装在 所述壳体上；以及图2示出了沿图1的A-A截取的具体横截面。
具体实施例方式图1和图2示出了轴向压缩机壳体1，其包括协调环组件3，该组件围绕压缩机壳 体1的外表面的滑动面被同心地设置。协调环组件3包括协调环4和三个协调环支撑件5、 6、7，所述三个协调环支撑件5、6、7沿协调环4的周边径向向内且等间距地设置。每个协调 环支撑件5、6、7均包括协调环托架8，其中通过协调环托架固定腿9和协调环托架滑动腿 10 一同形成协调环托架8的L型来形成该协调环托架8。此外，每个协调环支撑件5、6、7均包括沿压缩机壳体的外表面的滑动面2滑动的 滑动轴承14以及被设置在滑动轴承14和协调环托架滑动腿10之间且联接于所述滑动轴 承和协调环托架滑动腿的回弹构件，以便通过使得滑动轴承14沿滑动面2滑动而使得协调 环4可绕压缩机壳体1旋转。协调环托架固定腿9被附连于协调环4以便将协调环4承载 在压缩机壳体1上。回弹构件包括两个滑动销11、12和在各滑动销11、12之间的弹性构件18、19。滑 动销11、12沿协调环4的轴向方向并排设置。各滑动销11、12具有被支撑于协调环托架滑 动托架腿10的外端和朝向协调环4的中心径向延伸的内端。弹性元件18、19驱使滑动销 11、12的内端和滑动轴承14。滑动销11、12的外端具有比滑动销11、12的内端更小的直径。从而形成了挡块， 其中外端配合到在协调环托架滑动腿10内提供的孔中。挡块13邻接协调环托架8。此外，滑动轴承14包括第一轴环和第二轴环17，其中第一滑动销11的内端和第一 弹性元件18被嵌入第一轴环，并且第二滑动销12的内端和第二弹性元件19被嵌入第二轴 环17。滑动轴承14包括被设置在第一滑动销11和第二滑动销12之间的腹板20。在腹 板20内设置螺纹孔，并且与该螺纹孔共线的通孔被设置在协调环托架滑动腿10内。压紧 螺钉21被插入两个孔内，从而在协调环托架滑动腿10和滑动轴承14之间形成螺栓连接。 当压紧螺钉21被拧紧时，腹板20被螺纹连接到协调环托架滑动腿10。此外，当压紧螺钉 21被拧松时，腹板20离开协调环托架滑动腿10，从而弹性元件18、19膨胀。
权利要求
一种用于轴向压缩机壳体的协调环组件，包括协调环(4)和至少三个协调环支撑件(5，6，7)，所述协调环支撑件沿所述协调环(4)的周边径向向内且等间距地设置，其中各协调环支撑件(5，6，7)包括固定于所述协调环(4)的协调环托架(8)、沿所述压缩机壳体(1)的外表面的滑动面(2)滑动的滑动轴承(14)、以及回弹构件(11，12，18，19)，所述回弹构件被设置在所述滑动轴承(14)和所述协调环托架(8)之间且联接于所述滑动轴承和所述协调环托架，这样通过使所述滑动轴承(14)沿所述滑动面(2)滑动从而使所述协调环(4)能够绕所述压缩机壳体(1)旋转，且使得所述协调环围绕所述压缩机壳体(1)无间隙地居中，其中所述回弹构件(11，12，18，19)适于驱使所述压缩机壳体(1)并且适应所述压缩机壳体(1)的径向位移。
2.根据权利要求1所述的协调环组件，其中所述滑动轴承(14)的轮廓被制成匹配所述 压缩机壳体(1)的外直径。
3.根据权利要求1或2所述的协调环组件，其中所述回弹构件(11，12，18，19)包括至 少一个滑动销(11，12)，所述滑动销具有被支撑于所述协调托架(8)的第一端和与弹性元 件(18，19) 一起朝向所述协调环(4)的中心径向延伸的第二端，弹性元件(18，19)被设置 在所述滑动销(11，12)的所述第二端和所述滑动轴承(14)之间。
4.根据权利要求3所述的协调环组件，其中所述滑动销(11，12)的所述第一端具有比 所述滑动销(11，12)的所述第二端更小的直径，从而形成挡块(13)，其中所述第一端配合 到在所述协调环托架(8)内设置的孔中，以便所述挡块(13)邻接所述协调环托架(8)。
5.根据权利要求3或4所述的协调环组件，其中所述回弹构件(11，12，18，19)包括 两个滑动销(11，12)，各滑动销均与相应的弹性构件(18，19)设置在一起，其中所述滑动销 (11，12)沿所述协调环(4)的轴向方向并排设置。
6.根据权利要求5所述的协调环组件，其中所述滑动轴承(14)包括第一轴环和第二 轴环(17)，其中所述第一滑动销(11)的第二端和所述第一弹性元件(18)被嵌入所述第一 轴环，并且所述第二滑动销(12)的第二端和所述第二弹性元件(19)被嵌入所述第二轴环 (17)。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的协调环组件，其中所述协调环组件(5，6， 7)包括抬升器件(20，21)，抬升器件适于朝向所述协调环托架(8)抬升所述滑动轴承(14)， 从而压缩所述回弹器件(11，12，18，19)。
8.根据权利要求7所述的协调环组件，其中所述抬升器件(20，21)包括被设置在所述 第一滑动销(11)和所述第二滑动销(12)之间的所述滑动轴承(14)的腹板(20)以及在所 述协调环托架(8)和所述滑动轴承(14)之间形成螺栓连接的压紧螺钉(21)，其适于将所述 滑动轴承(14)固定于所述协调环托架(8)以及使得所述滑动轴承(14)脱离所述协调环托 架⑶。
9.一种包括壳体⑴和根据权利要求1-8中任一项所述的协调环组件(3)的轴向压缩机。
10.一种包括根据权利要求9所述的轴向压缩机的燃气涡轮机。
11.一种用于将协调环组件安装在轴向压缩机壳体上的方法，包括如下步骤提供脱离于轴向压缩机壳体(1)的根据权利要求1-7中任一权利要求所述的协调环组件(3)，所述轴向压缩机壳体(1)包括所述压缩机壳体(1)的外表面的滑动面(2)；同时压缩各协调环支撑件(5，6，7)的回弹构件(11，12，18，19)以便每个协调环支撑件 (5,6,7)的滑动轴承(14)限定至少等于或大于所述滑动面(2)的外直径的内直径； 沿所述压缩机壳体(1)的轴向方向在所述滑动面(2)上移动所述协调环组件(3)； 释放各协调环支撑件(5，6，7)的回弹构件(11，12，18，19)以便所述滑动轴承(14)邻 接在所述滑动面(2)上。
全文摘要
用于轴向压缩机壳体的协调环组件包括协调环(4)和至少三个协调环支撑件(5，6，7)，所述协调环支撑件沿所述协调环(4)的周边径向向内且等间距设置，其中各协调环支撑件(5，6，7)包括附连于所述协调环的协调环托架(8)、沿所述压缩机壳体的外表面的滑动面滑动的滑动轴承(14)以及回弹构件(11，12，18，19)，所述回弹构件被设置在所述滑动轴承(14)和所述协调环托架(8)之间且联接于所述滑动轴承和所述协调环托架，以便通过使得所述滑动轴承(14)沿所述滑动面(2)滑动从而所述协调环(4)可以绕所述压缩机壳体(1)旋转且使所述协调环围绕所述压缩机壳体(1)无间隙地居中，其中所述回弹构件(11，12，18，19)适于适应所述压缩机壳体(1)的径向位移。
文档编号F01D17/16GK101983279SQ200980111943
公开日2011年3月2日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年3月31日
发明者P·雷德格威尔 申请人:西门子公司