用于对准密封区段的工具

背景技术

包括燃气涡轮机在内的涡轮机可能包括难以适当对准的内部密封组件。为了解决这个问题，通常采用劣质的密封设计。这些设计使得组装更容易，因为它们没有任何径向干涉并且因此可以轴向地移动。在这种情况下，不能使用全迷宫式密封。

发明内容

在一种构造中，描述了一种用于将具有第一数量的密封区段的中心密封件组装的对准工具。中心密封件布置成在内部壳体与转子之间形成密封。对准工具包括安装凸缘、支承腿部和第二数量的顶起螺栓对，支承腿部固定地联接至安装凸缘并且与安装凸缘配合以限定以190度与350度之间的弧延伸的部分环形环，第二数量的顶起螺栓对以可移动的方式联接至支承腿部，每个顶起螺栓对布置成接合第一数量的密封区段中的一个密封区段。第三数量的安装紧固件定位成将安装凸缘固定地附接至内部壳体。

在另一种构造中，一种将具有第一数量的密封区段的中心密封件附接至内部壳体以在内部壳体与转子之间形成密封的方法，该方法包括将部分环形环附接至内部壳体，部分环形圈限定有位于内部壳体的上部部分处的开口部分。该方法还包括将第一数量的密封区段中的第一密封区段在部分环形环的开口部分中联接至内部壳体，使得第一密封区段能够围绕转子滑动，并且将第一密封区段滑动到由部分环形环限定的弧中。该方法还包括将第一顶起螺栓和第二顶起螺栓与第一密封区段接合、调节第一顶起螺栓和第二顶起螺栓的位置以将第一密封区段定位在期望的径向位置中、以及将第一密封区段附接至内部壳体。

在另一种构造中，一种布置成在内部壳体与转子之间形成密封的设备。该设备包括多个密封区段，每个密封区段布置成限定部分弧，该部分弧围绕转子的旋转轴线的一部分延伸并且包括第一钩状部，该第一钩状部具有面向旋转轴线的开口部分并且布置成接合联接至内部壳体的第二钩状部。该设备还包括以可移除的方式连接至内部壳体的对准工具，该对准工具包括以190度与350度之间的弧延伸的部分环形环。多个顶起螺栓对以可移动的方式联接至对准工具。每个顶起螺栓对布置成接合多个密封区段中的一个密封区段，以将密封区段相对于转子定位在期望的径向位置中，并且多个紧固件布置成将多个密封区段中的每个密封区段以可移除的方式连接至内部壳体。

附图说明

为了易于识别对任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的最高位数字是指该元件被首次引入所在的图号。

图1是燃气涡轮发动机100的沿着包含纵向轴线或中央轴线的平面所截取的纵向横截面图。

图2是图1的燃气涡轮机的一部分的放大横截面图，其更好地图示了燃烧器中的一个燃烧器。

图3是图1的燃气涡轮机的一部分的放大横截面图，其更好地图示了中心密封件。

图4是图3的中心密封件包括对准工具的横截面图。

图5是图3的中心密封件的立体图，其中，图4的对准工具附接至内部壳体。

图6是描述了用于图3的中心密封件的对准过程600的流程图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施方式之前，应当理解的是，本发明在其应用中不限于在本说明书中阐述的或在以下附图中图示的部件的构造和布置结构的细节。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实践或实施。此外，应当理解的是，本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。

现在将参照附图对关于系统和方法的各种技术进行描述，其中，相似的附图标记始终代表相似的元件。本专利文件中的以下讨论的附图以及用于描述本公开的原理的各种实施方式仅仅是示例性的，并且绝不应被解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可以在任何适当布置的设备中实现。应当理解的是，被描述为由某些系统元件执行的功能可以由多个元件来实现。类似地，例如，元件可以构造成实现被描述为由多个元件实施的功能。将参照示例性非限制性实施方式来描述本申请的众多创新性教导。

此外，应当理解的是，除非在一些示例中明确限制，否则本文中使用的词语或短语应当被广义地解释。例如，术语“包括”、“具有”和“包含”及其派生词意味着非限制性包括。除非上下文中另外明确地指示，否则单数形式“一”、“一种”以及“该”也旨在包括复数形式。此外，本文中所使用的术语“和/或”指代以及包括一个或更多个相关联列出项目的任何可能的组合和全部可能的组合。除非上下文另外明确地指示，否则术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与……相关联”和“与其相关联”以及其派生词可以表示包括、被包括在……内、与……互连、包含、被包含在……内、连接至或与……连接、联接至或与……联接、能够与……通信、与……合作、交错、并置、接近、结合至或与……结合、具有、具有……的特性等。此外，尽管本文可能描述了多个实施方式或构造，但是关于一个实施方式所描述的任何特征、方法、步骤、部件等在没有相反的特别说明的情况下同样适用于其他实施方式。

此外，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来指代各种元件、信息、功能或动作，但是这些元件、信息、功能或动作不应当受这些术语限制。相反，这些数字形容词用于将不同的元件、信息、功能或动作彼此区分开。例如，第一元件、第一信息、第一功能或第一动作可以被称为第二元件、第二信息、第二功能或第二动作，并且类似地，第二元件、第二信息、第二功能或第二动作可以被称为第一元件、第一信息、第一功能或第一动作，而并不偏离本公开的范围。

另外，除非上下文另有明确指示，术语“与……邻近”可以意味着元件相对接近另一元件但不与该另一元件接触、或者元件与其他部分接触。此外，除非另有明确指示，否则短语“基于”意在表示“至少部分地基于”。术语“大约”或“基本上”或类似术语旨在涵盖在用于该尺寸的正常工业制造公差范围内的值中的变化。如果没有可用的行业标准，则除非另有说明，否则百分之二十的变化将落在这些术语的含义之内。

图1图示了燃气涡轮发动机100的示例，该燃气涡轮发动机100包括沿着中央轴线126布置的压缩机部段108、燃烧部段104和涡轮部段112。压缩机部段108包括多个压缩机级114，其中，每个压缩机级114包括一组旋转叶片130和一组固定叶片128或可调的导引叶轮。转子132支承旋转叶片130，以便在运行期间围绕中央轴线126旋转。在一些构造中，单个一件式转子132沿着燃气涡轮发动机100的长度延伸，并且由位于两个端部处的轴承支承以便旋转。在其他构造中，转子132由彼此附接的若干个单独的线轴组装而成，或者可以包括经由一个或多个螺栓附接的多个盘部段。

压缩机部段108与入口部段120流体连通，以允许燃气涡轮发动机100将大气空气吸入压缩机部段108。在燃气涡轮发动机100的运行期间，压缩机部段108吸入大气空气并将该大气空气压缩以输送至燃烧部段104。图示的压缩机部段108是一个压缩机部段108的示例，其他布置结构和设计也是可能的。

在图示的构造中，燃烧部段104包括多个单独的燃烧器200，燃烧器各自操作成将燃料流与来自压缩机部段108的压缩空气混合并燃烧该空气-燃料混合物从而产生高温、高压的燃烧气体或废气122的流。当然，燃烧部段104的许多其它布置结构是可能的。

涡轮部段112包括多个涡轮级116，其中，每个涡轮级116包括多个旋转涡轮叶片106和多个固定涡轮叶轮110。涡轮级116布置成在涡轮机入口118处接收来自燃烧部段104的废气122并使该废气膨胀，从而将热能和压力能转换成旋转或机械功。涡轮部段112连接至压缩机部段108以驱动压缩机部段108。对于用于发电或作为原动机的燃气涡轮发动机100，涡轮部段112还连接至要被驱动的发电机、泵或其他装置。像压缩机部段108一样，涡轮部段112的其他设计和布置结构也是可能的。

排气部分102位于涡轮部段112的下游，并且布置成接收来自涡轮部段112中的最终涡轮级116的废气122的膨胀流。排气部分102布置成有效地引导废气122远离涡轮部段112，以确保涡轮部段112的有效运行。在排气部分102中，许多变化和设计差异是可能的。因此，图示的排气部分102仅仅是这些变型中的一个示例。

控制系统124联接至燃气涡轮发动机100并且操作成监测各种操作参数并控制燃气涡轮发动机100的各种操作。在优选的构造中，控制系统124通常是基于微处理器的，并且包括用于收集、分析和存储数据的存储器装置和数据存储装置。另外，控制系统124向包括允许用户与控制系统124交互以提供输入或调节的监测器、打印机、指示器等的各种装置提供输出数据。在发电系统的示例中，用户可以输入功率输出设定点，并且控制系统124可以对各种控制输入进行调节，从而以有效的方式实现该功率输出。

控制系统124可以控制各种操作参数，这些操作参数包括但不限于可变的入口导引叶轮位置、燃料流速和压力、发动机速度、阀位置、发电机负载以及发电机励磁。当然，其他应用程序可能具有更少或更多的可控制的装置。控制系统124还监测各种参数，以确保燃气涡轮发动机100正常运行。所监测的一些参数可以包括入口空气温度、压缩机出口温度和压力、燃烧器出口温度、燃料流速、发电机功率输出、轴承温度等。这些测量值中的许多测量值显示给用户，并被记录以便以后需要时进行查看。

如所讨论的，燃烧部段104可以包括多个燃烧器200，以提供燃气涡轮发动机100所需的燃烧。图2更详细地图示了燃烧部段104的包括燃烧器200中的一个燃烧器的区域。如所图示的，外部壳体204围绕并封围燃烧器200，而内部壳体206至少部分地围绕转子132，以使转子132不与在压缩机出口212处离开压缩机部段108的压缩空气、或在涡轮机入口118处进入涡轮级116的废气122直接接触。

设置有中央壳体208以增强对转子132的保护，使其免受废气122的影响。中央壳体208包括多个密封区段214，所述多个密封区段214各自以固定的方式附接至内部壳体206并且与作为转子132的一部分的适配器210配合以在密封区段与适配器之间形成密封202。

图3是密封202周围的区域的横截面图，其更好地图示了各种部件。如图所示，每个密封区段214包括平面腿部310和轴向腿部312，平面腿部310限定密封区段214的大致平面部分，轴向腿部312从平面腿部310沿轴向方向或大致轴向方向延伸。因此，每个密封区段214在横截面方面类似于角形构件或L形构件。平面腿部310包括密封区段钩状部306，该密封区段钩状部306布置成接合形成为内部壳体206的一部分的内部壳体钩状部308。密封区段钩状部306接合内部壳体钩状部308，以竖向地支承密封区段214。平面腿部310还限定了多个孔，所述多个孔各自布置成接纳紧固件304。紧固件304布置成以螺纹方式接合内部壳体206，以将每个密封区段214固定地附接至内部壳体206。

轴向腿部312沿着适配器210的轴向长度延伸，并且支承以期望模式布置的一系列密封齿部302。轴向腿部312的密封齿部302与形成在适配器210上或安装在适配器210中的密封齿部302相配合。在所图示的构造中，密封齿部302布置成限定全迷宫(密封齿部302在径向方向上干涉)，其中，密封齿部302形成互锁模式。当然，如果需要的话，也可以采用其他的模式或布置结构，比如开放式迷宫。

图4图示了与内部壳体206接合的密封区段214，该密封区段214与适配器210形成密封202。另外，对准工具402附接至内部壳体206，以用于适当地定位和对准密封区段214，如将更详细地讨论的。对准工具402包括由支承腿部406和安装凸缘408限定的部分环形环404，支承腿部406和安装凸缘408布置成横截面呈L形形状，其他形状和布置结构也是可能的。在所图示的构造中，支承腿部406和安装凸缘408形成为一件并且在不破坏部分环形环404的情况下是不可分的。然而，其他构造可以包括通过将支承腿部406以可移除的方式附接至安装凸缘408而形成的部分环形环404。

如将关于图5详细讨论的，安装凸缘408布置成抵接内部壳体206并且包括多个孔，以用于将对准工具402固定地附接至内部壳体206。另外，支承腿部406包括各自布置成接纳顶起螺栓410的多个孔。在优选的构造中，孔是带螺纹的，并且在更优选的构造中，采用细螺纹以允许对顶起螺栓410进行微小调节，如将在下面更详细地讨论的。

每个顶起螺栓410包括配合端部414，该配合端部414布置成接合密封区段214的外表面。可选的锁定套环412可以以螺纹的方式接合至每个顶起螺栓410，并且如果需要可以用于将相关联的顶起螺栓410的位置锁定。

继续参照图4，在转子132或适配器210与密封区段214中的每个密封区段之间形成的密封202的一种布置结构被图示为非透视迷宫式密封。如所图示的，适配器210包括多个径向延伸的转子密封梢部420，每个转子密封梢部420与相邻的转子密封梢部420轴向间隔开。转子密封梢部420中的每个转子密封梢部限定了转子梢部直径416。区段密封梢部422的类似的布置结构定位在密封区段214中的每个密封区段上或形成为每个密封区段的一部分。区段密封梢部422径向延伸以限定区段梢部直径418并且彼此轴向间隔开。转子密封梢部420中的至少一个转子密封梢部的转子梢部直径416比区段密封梢部422的中的至少一个区段密封梢部的区段梢部直径418大，以限定非透视迷宫式密封。转子密封梢部420和区段密封梢部422也以交替的方式布置，以限定交替的泄漏路径，这产生更有效的密封202。

图5是示出附接至内部壳体206的对准工具402的立体图。如可以观察到的，部分环形环404以190度与350度之间的弧延伸，其中，约240度的弧是优选的。弧的尺寸并不重要，只要间隙或开口部分508足够大以允许密封区段214中的一个密封区段通过即可。因此，在包括六个密封区段214以完成360度的密封202的构造中、比如在图5所图示的构造中，间隙或开口部分508应该至少为60度。在所图示的构造中，开口部分508对于两个密封区段214来说足够大，使得弧约为240度(+/-10度)。

多个安装紧固件504将部分环形环404固定地连接至内部壳体206，使得开口部分508面向竖向向上方向506。优选地，开口部分508居中地定位在上止点位置处，如由示出竖向向上方向506的箭头所指示的。

顶起螺栓410与部分环形环404接合并且被分组成多对顶起螺栓502。所述多对顶起螺栓502布置成使得一对顶起螺栓502中的每个顶起螺栓410接合密封区段214的一个端部。以这种方式，该对顶起螺栓502中的每个顶起螺栓410可以被调节成将密封区段214的与该对顶起螺栓502相关联的每个端部径向地定位(即、距中央轴线126一径向距离)。

对准工具402的操作和使用将参照图6进行描述。在对准过程600期间，使用对准工具402的第一步骤是在期望的径向位置将部分环形环404附接至内部壳体206，并且其中，开口部分508面朝上。通过将密封区段钩状部306与内部壳体钩状部308在部分环形环404的开口部分508中接合，第一密封区段214以可滑动的方式附接至内部壳体206(框604)。更具体地，第一密封区段214可以定位在上止点位置处，在上止点位置处，经接合的密封区段钩状部306与内部壳体钩状部308支承密封区段214。部分环形环404的开口部分508允许一个开口部分将密封区段214定位在期望的轴向位置中或非常接近期望的轴向位置(即、沿着中央轴线126的位置)，并且使密封区段214径向移动至密封区段钩状部306与内部壳体钩状部308彼此接合的位置中。密封区段钩状部306和内部壳体钩状部308的布置结构仅在密封区段214定位在弧的上部部分时为密封区段214提供支承，但是允许使密封区段214围绕弧滑动。然后，使用者使密封区段214朝向其期望的操作位置旋转。随着密封区段214朝向弧的下部部分移动并且进入弧的下部部分，经接合的密封区段钩状部306和内部壳体钩状部308停止为密封区段214提供足够的支承。然而，在这一点处，密封区段214在部分环形环404内或至少部分在部分环形环404内，使得顶起螺栓410可以接合密封区段214的外表面并且在其期望的径向位置处或附近支承密封区段214(参见框606和框608)。部分环形环404定位成并且顶起螺栓410布置成使得每对顶起螺栓502在密封区段214处于它们的操作位置时支承一个且仅一个密封区段214。重要的是要注意，在需要的情况下可以使用多于两个的顶起螺栓410来对每个密封区段214进行支承和定位。

如在框610中所概述的，用户接下来对支承密封区段214的该对顶起螺栓502中的每个顶起螺栓410进行调节，以将密封区段214径向地定位。旋转每个顶起螺栓410操作成将密封区段214的相关联的端部定位成径向更靠近或更远离中央轴线126。通过采用细螺纹，可以通过旋转顶起螺栓410来对径向位置进行微小调整。另外，深度千分尺可以被用作顶起螺栓410或与顶起螺栓410分开使用，以允许对密封区段214的位置或密封区段214的位置变化进行精确测量。

一旦密封区段214处于所需的径向位置中，一些紧固件304或全部紧固件304可以被拧紧成将密封区段214固定地附接至内部壳体206。如框614所示，对准过程600通过对另一密封区段214重复框604至框612的步骤而继续。

尽管已经详细描述了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的最宽泛形式的主旨和范围的情况下，可以做出本文所公开的各种改型、替代方案、变型和改进方案。

本申请的描述中的任何描述都不应被解读为暗示任何特定元件、步骤、动作或功能是必须被包括在权利要求范围内的必要元素：专利主题的范围仅由所允许的权利要求限定。此外，除非确切的词“用于……的装置”后面是分词，否则这些权利要求都不意在援引装置加功能的权利要求结构。