专利名称：机器安装系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于机器例如气体涡轮发动机的安装装置，具体地涉
及具有按V形构型连接的第一和第二梁的三点式框架。
背景技术：
自从工业时代以来，专用的安装系统对于机器和各种机械装置是必不 可少的。已经发现，对于较大的、笨重的机器例如某些发动机，通常必须 开发在适用于特定的机器构造的同时给机器提供牢固的支承和稳定性的安 装系统必须。安装方案通常还必须考虑具体机器的运行环境。
船舶工业具有大量的特殊操作环境的例子，这些特殊操作环境要求特
定的机器安装系统以便恰当地支承又大又重的机器。这至少部分地是由于 船舶通常承受的运动和振动。其它情况下为扁平的、总体上为平面的船甲 板在波浪运动或其它振动和机械应力的影响下会承受扭曲运动，继而又将 这种扭曲运动传递给用于船上携带的机器的安装系统。许多发动机驱动的 组件具有矩形安装形式，因此许多发动机或其它机器系统具有四个或更多 的安装点。
但是，由于这种扭曲运动，用于陆上装置的四点安装系统对于海上系 统通常是不理想的。船甲板的扭曲可以使得四点式系统的安装点实际上移 出最初设想的安装平面。对于允许较低零件偏调容差的设备，不充分的安 装可能是非常严重的。为了解决上述问题，工程技术人员通常采用四点安 装框架并且简单地将其安装在用于船舶应用的三个安装元件上。然而这种 方法具有其自身的缺点。
在航空领域，从Bender等人的美国专利No.5028001中已知一种用于
飞机发动机的特殊安装系统的一个例子。Bender等人描述了一种将发动机 连接到安装在飞机机身上的支承框架上的方法。该方法使用三点式振动隔 离安装系统，在该系统中，静态和动态地确定在每个安装点处的负载反作 用力。第一振动隔离安装件将支承梁的第一端可枢转地连接到发动机上， 允许支承梁和发动机之间发生枢转。利用 一对定向成使其可以绕发动机的 周边枢转的振动隔离安装件将支承架的相对端被连接到发动机上。尽管 Bender等人的设计可以用于一些应用场合，但是这种设计似乎是设计成用 于特定类型的发动机，因此其应用缺少灵活性。
发明内容
本发明的目的是克服上述一个或多个问题或缺陷。
在本发明的一方面，提供一种用于机器安装系统的三点式框架。该三 点式框架包括机器支承结构，所述机器支承结构具有连接成V形构型的第 一和第二梁。具有矩形构型的次级支承结构位于所述机器支承结构的附近。
在另一方面，本发明提供一种气体涡轮发动机组件，该组件包括气体 涡轮发动机和用于该气体涡轮发动机的三点式安装框架。该三点式安装框 架包括发动机支承机构和次级支承结构，所述发动机支承结构具有按V形 构型的第一和第二梁，所述次级支承结构位于所述发动机支承机构附近并 具有头巨形底面(footprint)。
在又一方面，本发明提供一种具有船体的船舶。还设有一包括驱动器 和至少一个被驱动部件的气体涡轮发动机。设置具有发动机支承结构的三 点式安装框架，所述发动机支承结构具有按V形构型连接的第一和第二梁。 三个安装元件与所述框架连接。
图1示出根据本发明的气体涡轮发动机组件；
图2示出图1中组件的部分沿线2-2的剖视图3是根据本发明的用于机器安装系统的框架的透视图4示出根据本发明的船舶支架组件； 图5是图4中船舶支架组件的端部^L图6是根据本发明另一个实施例的用于机器安装系统的框架的透视
图7是根据本发明又一个实施例的用于机器安装系统的框架的透视图。
具体实施例方式
参考图1，图中示出发动机组件8，根据本发明，该发动机组件是气体 涡轮发动4几组件。组件8包括气体涡轮发动才几驱动部件12和纟皮驱动部件 14，如具有矩形安装构型的压缩机和变速器。驱动部件12和被驱动部件 14可以与机器安装框架10连接。框架10包括第一梁22a和第二梁22b， 该第一和第二梁连接成V形构型并且限定了预定的三点式负载轨迹，如图 l中用矢量箭头Ai 、 A2和A3所示。
还可以通过定位在点^ 、 P2和P3处的安装元件(图1中未示出)将 框架10安装到安装平台50例如船体上，点Pn 、 P2和P3限定平行于梁 22a和22b的安装平面R。当平台50承受扭曲应力时，点Pi 、 P2和P3 基本上保持在一个共同的平面内，尽管由于扭曲应力导致平台50产生例如 扭转的运动，该平面实际上不同于平面R。框架IO的几何形状和结构使得 可以将安装元件定位在框架10和安装平台50之间的最佳负载承受点处。 通过使图1中三个安装点中的一个&总是沿着平分由梁22a和梁22b形成 的V形构型的框架10的中心线C，可预先确定到达安装平台50的负载路 径。同样地，图1中的其它安装点P2和P3总体上靠近与梁22a和22b连 接的端部相对的梁22a和22b的端部。为每个点P！ 、 P2和P3选择的实际 位置可以调节到对于负载类型、框架10的几何结构和设计最佳的位置。
应当理解，尽管组件8特别适用于气体涡轮组件，本发明并不因此受 到限制。其它机器或发动机类型例如往复式发动机可以代替图1中的气体 涡轮发动机，而不偏离本发明的范围。同样地，尽管驱动部件14可以包括
变速器和压缩机，大量的其它的被驱动部件例如泵、发电机或驱动轴可以
代替被驱动部件14，而在不脱离本发明的范围。
梁22a和22b通常与第三梁20连接以形成包括V形构型的Y形构型 的机器支承结构18。设想机器支承结构18用作框架10的主要负载承受部 件，支承框架10上的气体涡轮发动机驱动部件12的大部分或全部重量。 具有矩形的构型并且限定矩形底面的次级支承结构24定位在及其支承结 构18的附近并且可以通过多个横向隔板36与支承结构18连接，所述横向 隔板36定位在框架10选定的长度位置处。设想次级支承结构24可以支承 气体涡轮发动机被驱动部件14的全部或大部分重量，例如，通过隔板36 将负载传递给机器支承结构18。次级支承结构24的矩形构型使得具有矩 形安装构型的被驱动部件易于与框架IO连接。
机器支承结构18和次级支承结构24都可以由标准金属I型梁形成。 对于机器支承结构18,其可以包括第一和第二I型梁22a和22b，这两个 梁连接在一起并在第一结构节点34处与第三I型梁20连接。第三梁20实 际可以包括一个、两个或多个在另 一个结构节点32处连接的I型梁子組件。 组成框架10的所有I型梁、隔板和结构节点可以被焊接或栓接在一起，并 且可以由市场上可购得的I型梁和/或隔板组成，或者可以通过将平板焊接 在一起以形成具有期望构型的部件来形成。结构节点32和34的材料可以 与框架10的各种梁的材料不同，并且可以作为独立的模块件形成。或者， 节点32和34可以仅是各自的部件连接的点。
参照图2，这里示出框架10沿图1中的线2-2的端部剖视图。如图2 所示，利用隔板36将梁20与次级支承结构24连接可以得到另外的益处， 即可以提供容易构造的流体箱21a和21b,梁20的每侧一个。为了形成流 体箱21a和21b，可以在框架10的底侧上焊接附加的板料以便在每一侧形 成沿梁20的长度方向延伸的箱，由此框架10的结构元件用作流体箱的緩 沖器。在这种实施例中，箱21a和21b用于附加的目的，即提供用于增加 框架10的强度的扭曲盒。可以在箱21a和21b的一个或两个中安装流体泵 23。
参照图3，图中示出根据本发明的框架110的另一个实施例的透视图。 框架110与图1中的框架10相似，不同之处在于其不是设计成单一件，而 是使用三个独立的框架模块。具体地，设置第一模块110a，它包括机器支 承结构118的一部分、结构节点132和矩形支承结构124的一部分。设置 第二模块llOb，它包括机器支承件118的另一部分和矩形支承结构124的 另一部分以及另一个结构节点134。还设置第三模块110c，它包括矩形支 承结构124的一部分。图3所示的实施例特别适用于这样的设计，其中希 望框架10的长度与具有不同长度的驱动件和/或被驱动部件相适应。例如， 对于不同尺寸的气体涡轮发动机，可以将框架110设计成具有选择具有与 该气体涡轮发动机的尺寸相适应的尺寸的端部模块110a。换句话说，可以 制造多个模块，选择具有希望尺寸的模块作为模块110a，从而使得框架设 计适应于不同尺寸的部件。结构节点132和134的使用用于进一步提高框 架110内部的连接部的疲劳寿命。考虑采用这样的实施例，其中由一种类 型材料制造的结构节点与由另一种材料制造的I型梁部件连接。图2所示 的框架110的各种模块/组件以及本文所述的其它框架可以使用已知的分支 接头(tabjoint)系统通过干配合方法或其它任何合适的方法组装。
现在参考图4，图中示出根据本发明的船舶支架组件208。支架组件 208包括框架210，所述框架210可以包括Y形构型的机器支承结构(具 有第三梁220 )和与之连接的次级支承结构224。支架组件208与上述实施 例的不同之处在于该支架组件包括用于使组装设备(package) 219滑入框 架210上期望的安装位置的轨道安装设计方案。具体地，支架组件208可 以包括第一和第二轨道240a和240b,以使得组装设备例如发动机219可 以沿第一方向A或第二滑动方向A，滑动进入期望的安装位置。支架组件 208还可以包括罩230,所述罩230具有带第 一和第二顶棚面板231a和231b 的滑动顶棚，所述顶棚面板安装在框架210上方并可沿滑动方向B和B， 滑动。罩230除了包围组装i殳备219外，还加固和加强支架组件208。
现在参照图5，图中示出图4所示的支架组件230的端部视图。与参 考图1所述的实施例相似，可以设置与框架210的部分成一体的流体箱
221a和221b,并可在其中安装泵223。框架210可以在一个或多个安装点 处安装在一个或多个万向支架(gimbal) 225上。也可以使用本领域已知 的抗振动安装件或者抗振动安装件与万向支架的组合。本发明的其它三点 式安装系统可以类似地通过万向支架、抗振动安装件或抗振动安装件与万 向支架的组合来安装。
图5还示出位于组装设备219上的另一个组装设备212。虽然下面的 组装设备219可以是安装在框架210上并位于轨道240a和240b内的任何 机器，组装设备219也可以是用于安装气体发动机例如组装设备212的另 一个框架。换句话说，不是气体涡轮发动机而是框架在轨道240a和240b 内滑动，而实际的气体涡轮发动机安装在该框架上。因此，框架210可以 用作次底座，另一个安装框架例如位于框架210顶部的驱动器框架和4皮驱 动部件框架安装在该次底座上。这种实施例有助于改装应用设备，其中期 望利用现有的机器安装系统，例如陆上气体涡轮发动机组件，并将机器安 装系统转移至水上环境。底座和次底座的设计理念也特别适于尤其是大而 重的应用设备，例如用于较重的压缩机装置。
虽然设想支架208可以通过使用罩230而受益，但是所述罩并不是支 架208的关键组件。同样地，虽然对于支架208的情况说明了安装轨道240a 和240b的使用，安装轨道同样可以用于本发明的任何其它实施例。另夕卜， 虽然针对海运支架208的情况讨论了次底座的设计方案，本发明的其它实 施例也可用作次底座或与之结合。
现在参照图6，图中示出本发明的另一个实施例，它包括三点式框架 310。框架310与上述实施例相似，不同之处在于它包括用于机器支承结构 318的"桥式"构造。具体地，在图6所示的实施例中，机器支承结构包 括按V形构型的第一和第二梁，该第一和第二梁与第三梁320连接从而限 定一Y形构型。每一个第一和第二梁都分别包括第一部分322a、 322b和 第二部分322c、 322d。各自的第一部分322a、 322b可以设置成基本上位 于与中心桥部分327相同的平面内，所述中心桥部分327是第三梁320的 一部分，而各自的第二部分322c、 322d可以相对于桥部分327向下弯曲/ 倾斜。
在框架310中，可以独立于机器支承结构而竖直地布置次级支承机构 324。可以改变隔板336的尺寸和形状从而改变各自框架组件的相对竖直位 置。总体上，机器支承结构的桥用于加固框架310的整体结构，这在安装 特别重的设备时是有益的。
现在参照图7，图中示出根据本发明的框架410的另一个实施例。框 架410包括机器支承结构和矩形支承结构424,所述机器支承结构具有按V 形构型布置的第一和第二梁422a和422b，所述矩形支承结构定位在机器 支承结构418的附近。框架410与本文描述的其它实施例的不同之处在于 所述机器支承结构仅由两个梁组成。多个隔板436将机器支承结构418与 次级支承结构424连接。
工业实用性
参照附图，总体上框架IO、 10、 210、 310和410都具有基本的机器支 承结构，该机器支承结构具有按V形构型的第一和第二梁。使用V形构型 使得可以预先确定通向安装平台例如船体或其它结构的三点式负载路径。 平面R通常与次级支承结构24限定的部件安装平面和机器支承结构18限 定的发动机安装平面平行。在一些实施例中，部件安装平面或部件安装界 面与机器安装平面或界面是共面的。而在其它实施例中，它们可以是不共 面的以便提供多层的框架或多层的船舶支架。
当安装平台50承受扭曲运动时，例如，包括平台50的船曱板扭转时，
安装点P2和P3可以相对于点Pj多动。冲匡架IO、 110、 210、 310、 410通
常通过旋转安装元件例如图5所示的万向支架安装在点Pp使得由框架支
承的整个结构可在一端绕其安装点P"走转或来回摇摆。因此支承平台50
可发生扭转，而基本上不会影响三角形安装界面的基本上为平面的构型。 这种特性与以前的四点式机器安装设计不同，以前的四点式机器安装设计
中，机器安装框架相对的端部的两组安装点会由于支承平台的扭曲运动下 确定无疑地被强制移出安装平面。
因此，本发明提供了一种用于机器安装的通用的、可以适配的结构设 计方案，特别是用于安装支承平台容易遭受扭曲运动的水上环境。如本文 所述，本发明的结构设计方案可包括单层框架、多层框架、模块组合框架
和复合框架底座/次底座结构。通过将矩形部件界面与整体V形构型或Y 形构型的设计方案相结合，许多设计成用于矩形安装的标准被驱动部件可 以容易地与本文所述的三点式安装框架连接并由其支承。通过调整连接各 自的支承结构的隔板的尺寸、数量、厚度和间隔，还可以实现其它变型。 这种灵活性提供了相对于在先设计的重要优点，在所述在先设计中，为了 容纳原本不是设计用于水上使用的部件，必须定制建造或修改框架。另夕卜， 考虑到附加的安装零件例如本文所述的万向支架和/或抗振动安装件的最 佳和一致布置，才艮据本公开的框架的安装力比许多在先设计的更加一致。 当这些设计方案被用于船舶支架的情况，设计用于陆上的机器例如气体涡 轮发动机组件和被驱动部件可以容易地集成水上应用中。
本说明书仅用于说明的目的，不应以任何方式被解释为限制本发明的 范围。因此，本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围 的情况下，可以对本发明的实施例进行各种修改。例如，可以设想，虽然 机器支承结构通常比次级支承结构坚固，但情况不一定总是这样。例如， 可以使用较大和较厚的梁代替图1中所示的次级支承结构24的较细的结构 部件，以容纳较重的被驱动部件或一个以上的被驱动部件。根据应用情况 的不同，矩形支承结构也可以与三个安装元件中的一个或多个连接。此外， 虽然本说明讨论了组装各种选定的模块以形成完整的框架，但是除了本文 提到的特定的模块单元，框架的其它部分也可作为模块单元形成。例如， 每一个所述结构节点可以与机器支承结构的一个或多个梁连接以形成独立 的模块。然后这些模块可以定制地与次级支承结构的部分结合。在研究附 图和所附权利要求的基础上，可以得到(本发明的)其它方面、特征和优 点。
权利要求
1.一种用于机器安装系统的三点式框架(10)，包括机器支承结构(18)，所述机器支承结构包括按V形构型连接的第一和第二梁(22a，22b)；以及次级支承结构(24)，所述次级支承结构具有矩形的构型，并且定位在所述机器支承结构(18)的附近。
2. 根据权利要求l所述的三点框架(10)，其特征在于，所述框架 (10 )包括平分所述V形构型的纵向的中心线，并且所述机器支承结构(18 )还包括与所述中心线对齐的第三梁(20)，所述第三梁与所述第一和第二 梁(22a， 22b)按包括所述V形构型的Y形构型相连接。
3. 根据权利要求3所述的三点框架(10),其特征在于，还包括 多个在所述框架(10 )的宽度上延伸的横向隔板(36 ),所述隔板(36 )使所述及其支承结构(18)和所述次级支承结构(24)相连接；以及至少一个一体式箱(21a, 21b ),所述箱部分地由所述多个横向隔板(36) 中的至少两个限定。
4. 根据权利要求2所述的三点框架(10)，其特征在于 所述机器支承结构(18)限定在一平面内的发动机安装界面； 所述次级支承结构(24)限定在一不同的平面内的部件安装界面；并且所述框架包括三角形安装界面，所述三角形安装界面位于与所述发动 机安装界面和组件安装界面中的每个都平行的平面内。
5. 根据权利要求2所述的三点式框架(10),其特征在于，所述机 器支承结构(18)限定一发动机安装界面，而所述次级支承结构(24)限 定与所述发动机安装界面共面的组件安装界面。
6. 根据权利要求2所述的三点式框架(10)，其特征在于，所述机 器支承结构(18 )包括限定发动机安装界面的弓形桥构型。
7. —种气体涡轮发动机组件(8)，包括 气体涡轮发动机(12);以及用于所述气体涡轮发动机(12)的三点式安装框架(10),所述框架 (10 )包括发动机支承结构(18 )和次级支承结构(24),所述发动机支 承结构(18)具有按V形构型的第一和第二梁(22a, 22b),所述次级支 承结构定位在发动机支承结构(18)的附近并具有矩形的底面。
8. 根据权利要求7所述的气体涡轮发动机组件(8 )，其特征在于， 还包括以对应于所述框架(10)预先确定的三点式负载路径的三角形构型布 置的三个安装元件(225);所述发动机支承结构(18)包括第三梁(20)，所述第三梁与所述第 一和第二梁(22a， 22b)连接并限定包括所述V形构型的Y形构型。
9. 根据权利要求8所述的气体涡轮发动机组件(8 ),其特征在于， 还包括驱动件框架(219 ); 被驱动部件框架； 底部框架(210);以及位于所述底部框架(210 )上并平行于所述长度方向延伸的第一和第二 安装轨道(240a， 240b);所述驱动件框架(219 )和所述被驱动部件框架通过所述第一和第二安 装轨道(240a, 240b)可滑动地安装在所述底部框架(210)上。
10. —种船舶，包括 船体(50 );三点式安装^t架(10)，所述三点式安装^t架(10)在三个限定一安 装平面的安装点处安装在所述船体(50 )上，并且具有发动机支承结构(18 )， 所述发动机支承结构具有按V形构型连接的第一梁(22a )和第二梁(22b )， 所述V形构型与所述安装平面平行定向；气体涡轮发动机组件(8),所述气体涡轮发动机组件安装在所述三点 式安装框架(10)上并且包括驱动件(12)和至少一个#:驱动部件(14); 以及与所述安装点一一对应的三个安装元件(225)
全文摘要
本发明涉及一种气体涡轮发动机组件(8)，其包括安装在三点式安装框架(10)上的气体涡轮发动机(12)。该三点式安装框架(10)包括发动机支承结构(18)和次级支承结构(24)，所述发动机支承结构(18)具有成V字型的第一和第二梁(22a，22b)，所述次级支承结构定位在发动机支承结构(18)的附近并具有矩形的底面。框架(10)可以是包括V字型的Y字型，并且可以应用在机器安装系统中，例如在船舶(50)中。
文档编号F16M5/00GK101356399SQ200680050924
公开日2009年1月28日 申请日期2006年10月13日 优先权日2005年12月13日
发明者I·T·布朗, J·H·登 申请人:索拉透平公司