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CN1982675B - 可变定子叶片装置及其衬套 - Google Patents

可变定子叶片装置及其衬套 Download PDF

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Abstract

一种可变定子叶片装置(10)。该装置包括旋转的耳轴(12)和第一金属衬套(14)。耳轴可以位于在燃气轮机(24)压缩机壳体(22)的外，内表面(18和20)之间延伸的通孔中。当耳轴位于通孔中时，第一金属衬套可以位于通孔中，靠近外表面环绕耳轴第一部分(26)。当耳轴和第一金属衬套位于通孔中且耳轴相对于第一金属衬套旋转时，第一金属衬套和第一部分具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层。

Description

可变定子叶片装置及其衬套
技术领域
本发明涉及燃气轮机，尤其涉及一种燃气轮机的可变定子叶片装置和这种装置的衬套。
背景技术
从1950年开始可变定子叶片装置已经用于航空器燃气轮机的压缩机中。这种压缩机包括交替排列的定子叶片和转子叶片。一排可变定子叶片的翼面绕着径向轴转动，根据不同的进气流转到不同的位置，使将与临近的旋转压缩机叶片的下一排相遇的气流变直。利用耳轴旋转叶片翼，其中耳轴通过安装在压缩机壳体的通孔内的聚合物或石墨衬套支撑。由于耳轴相对衬套的旋转造成的衬套的磨损，根据需要衬套是可替换的。
科学家和工程师仍在寻求改进的可变定子叶片装置和改进的可变定子叶片装置的衬套。
发明内容
本发明的实施例的第一种表现形式是可变定子叶片装置，包括旋转的可变定子叶片耳轴和第一金属衬套。耳轴可以位于在燃气轮机压缩机壳体外和内表面之间延伸的通孔中。第一金属衬套可以位于通孔中，靠近外表面，当耳轴位于通孔中时环绕耳轴第一部分。当耳轴和第一金属衬套位于通孔中，且耳轴相对于第一金属衬套旋转时，第一金属衬套和第一部分具有除了中间润滑剂(intervening lubricant)之外相互接触的抗磨损涂层。
本发明的实施例的第二种表现形式是可变定子叶片装置衬套，包括金属衬套主体，其可位于在燃气轮机压缩机壳体外和内表面之间延伸的通孔中，以环绕位于通孔中的旋转的可变定子叶片耳轴一部分的抗磨损涂层。当金属衬套主体位于通孔中且耳轴相对于金属衬套主体旋转时，金属衬套主体具有与耳轴部分的抗磨损涂层除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层。
本发明的实施例的第三种表现形式是可变定子叶片装置，包括旋转的可变定子叶片耳轴、第一金属衬套、第二金属衬套和气封件。耳轴位于在燃气轮机压缩机壳体外和内表面之间延伸的通孔中。第一金属衬套位于通孔中，靠近耳轴外表面并环绕耳轴第一部分。当耳轴相对于第一金属衬套旋转时，第一金属衬套和第一部分具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层。第二金属衬套位于通孔中，靠近耳轴内表面并环绕耳轴的第二部分。当耳轴相对于第二金属衬套旋转时，第二金属衬套和第二部分具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层。气封件位于通孔中并环绕耳轴的第三部分，其中第三部分位于第一部分和第二部分之间。气封件比第一或第二金属衬套更有弹性(相同温度下)。
在本发明实施例的第一、第二和/或第三种表现形式的一个实施例中，抗磨损涂层主要由碳化钨组成，在工作温度为大概400到1000时用来提供极好的抗磨损性，这样的温度范围正是期望的燃气轮机设计的尖端技术的可变定子叶片装置所能承受的范围，这样的温度范围摆脱了传统聚合物或石墨衬套的工作温度限制。
附图说明
附图显示了发明的一个实施例，其中：
图1是燃气轮机可变定子叶片装置的实施例的横截面示意图，其中装置包括两个衬套；
图2是图1中所示装置的两个衬套和气封件的横截面视图，包含放大以可见的涂层；
图3是图1所示的可旋转的可变定子叶片耳轴、叶片按钮和压缩机壳体的横截面视图，包含放大以可见的涂层。
具体实施方式
参考附图，图1-3显示了发明的一个实施例。图1-3所示的该实施例的第一种表现形式是可变定子叶片装置10，包括可旋转的可变定子叶片耳轴12和第一金属衬套14。耳轴12可位于在燃气轮机24的压缩机壳体22的外和内表面18，20之间延伸的通孔16中(只显示燃气轮机压缩机的中心线以上部分)。第一金属衬套14可位于靠近外表面18的通孔16中以当耳轴12位于通孔16中时环绕耳轴12的第一部分26。当耳轴12和第一金属衬套14位于通孔16中，且耳轴12相对于第一金属衬套14旋转时，第一金属衬套14和第一部分26具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层。
众所周知，金属衬套的抗磨损涂层(或覆盖层或涂层材料)是这样一种涂层(或覆盖层或涂层材料)，其更能抵抗来自与涂层(或覆盖层或涂层材料)相接触的相对运动表面造成的磨损，其中第一金属衬套不能更好抵抗来自与第一金属衬套同样接触的相对运动表面造成的磨损。在实施例中，抗磨损涂层(或覆盖层或涂层材料)大概有125微米厚。以往所述的位于压缩机壳体内表面附近的金属衬套包括位于压缩机壳体内表面或内表面附近的金属衬套，其中“内表面附近”是指与靠近外表面相比更接近于内表面。另外，需说明的是，所指出的“除了中间润滑剂之外”不是指需要中间润滑剂。还进一步指出，旋转时相互接触的两部件不能防止没有旋转时部件的相互接触。
在图1-3所示的实施例的第一种表现形式中的一个可行性方案中，可变定子叶片装置10还包括一个第二金属衬套32和气封件34。第二金属衬套32设置在通孔16中靠近内表面20以当耳轴12位于通孔16中时环绕耳轴12的第二部分36。当耳轴12和第二金属衬套32位于通孔16中且耳轴12相对于第二金属衬套32旋转时，第二金属衬套32和第二部分36具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层38和40。气封件34位于通孔16中以当耳轴12位于通孔16中时环绕耳轴12的第三部分42，其中第三部分42位于第一和第二部分26和36之间。气封件34比第一或第二金属衬套14和32更有弹性。
在图1-3所示的实施例的第一种表现形式的一种设置中，气封件34松配合(也就是非压配合)安装在通孔16中。在一变形结构中，在燃气轮机24的工作过程中，气封件34热膨胀并抵靠压缩机壳体22装配。在一个改进结构中，气封件减少或者甚至是防止了通孔16的空气泄漏。如本领域技术人员所知，这样的空气泄漏减少燃气轮机24的效率。气封件34材料的选择交由技工。
在图1-3所示的实施例的第一种表现形式的应用中，当耳轴12和第一金属衬套14位于通孔16中时，对第一金属衬套14和第一部分26的至少一个抗磨损涂层28和30进行润滑，以减少耳轴12相对于第一金属衬套14旋转引起的摩擦。在一变形结构中，当耳轴12和第二金属衬套32位于通孔16中时，对第二金属衬套32和第二部分36的至少一个抗磨损涂层38和40进行润滑，以减少耳轴12相对于第二金属衬套32旋转引起的摩擦。在展开图中，由于这种润滑，第一金属衬套14和第二金属衬套32不会相对于压缩机壳体22旋转(因此防止了衬套相对壳体的旋转磨损)。在一个实施例中，这种润滑是由附着和/或非附着在抗磨损涂层上的润滑剂提供的。
在图1-3所示的实施例的第一种表现形式的材料选择上，第一和第二金属衬套14和32的抗磨损涂层28，38，30，40和第一，第二部分26，36主要由陶瓷组成。在一变形结构中，第一和第二金属衬套14和32的抗磨损涂层28，38，30，40和第一，第二部分26，36利用石墨润滑。在一改进结构中，陶瓷主要由炭碳化钨组成，第一，第二金属衬套14，32和耳轴12主要由钢或钛组成，气封件34是聚合物气封件。
在图1-3所示的实施例的第一种表现形式的一种应用中，可变定子叶片装置10还包括叶片按钮44，其连接于耳轴12并用于支撑叶片翼面46，叶片翼面46位于的第二部分36附近并向远离耳轴12的圆周延伸。当耳轴12和第二金属衬套32位于通孔16中，且耳轴12相对于第二金属衬套32旋转时，第二金属衬套32和叶片按钮44具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层48和50。所述的连接包括整体(monolithically)连接和非整体连接。
在图1-3所示的实施例的第一种表现形式的一个应用中，第一和第二金属衬套14和32分别包括外圆周表面52，其涂敷有与压缩机壳体22接触的抗磨损材料54，当第一和第二金属衬套14和32位于通孔16中时，允许维护检查过程中拆除和重新安装这些衬套，同时减少衬套外圆周表面的磨损。在相同或另一不同应用中，第一和第二金属衬套14和32用于压配合到通孔16中，进一步保证衬套不会相对于压缩机壳体转动。在相同或另一不同的应用中，第一，第二金属衬套14，32和压缩机壳体22具有基本相同的热膨胀系数，进一步保证在可变定子叶片装置的工作温度范围内衬套不会相对于压缩机壳体旋转。
图1-3所示的实施例的第二种表现形式是可变定子叶片装置衬套56，包括金属衬套主体58。金属衬套主体58位于在燃气轮机24的压缩机壳体22的外、内表面18和22之间延伸的通孔16中，环绕位于通孔16中的可旋转可变定子叶片耳轴12的一部分60的抗磨损涂层30。当金属衬套主体58位于通孔16中，耳轴12相对于金属衬套主体58旋转时，金属衬套主体58具有与耳轴12的一部分60的抗磨损涂层30除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层28。
在图1-3所示的实施例的第二种表现形式的一种设置中，当金属衬套主体58位于通孔16中时，对金属衬套主体58的抗磨损涂层28进行润滑，以减少耳轴12相对于金属衬套主体58旋转产生的摩擦。在材料的选择中，金属衬套主体58的抗磨损涂层28主要由陶瓷组成。在一个实施例中，金属衬套主体58压配合到通孔16中。
图1-3所示的实施例的第三种表现形式是一种可变定子叶片装置10，包括旋转的可变定子叶片耳轴12，第一金属衬套14，第二金属衬套32和气封件34。耳轴12位于在燃气轮机24压缩机壳体22的外，内表面18和20之间延伸的通孔16中。第一金属衬套14位于通孔16中，靠近外表面18环绕耳轴12的第一部分26。当耳轴12相对于第一金属衬套14旋转时，第一金属衬套14和第一部分26具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层28和30。第二金属衬套32位于通孔16中，靠近内表面20并环绕耳轴12的第二部分36。当耳轴12相对于第二金属衬套32旋转时，第二金属衬套32和第二部分36具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层38和40。气封件34位于通孔16中并环绕耳轴12的第三部分42，该部分42位于第一、第二部分26和36之间。气封件34比第一或第二金属衬套14和32更有弹性。
在图1-3所示的实施例的第一，第二和/或第三种表现形式的实施例中，压缩机壳体22是高压压缩机壳体，燃气轮机24是航空器燃气轮机。在一种结构中可变定子叶片装置10包括杠杆臂62，其可根据控制器(未示出)的要求在驱动器(未示出)的作用下动作使耳轴12转动。在一种变形结构中，螺母64将杠杆臂62紧固到耳轴12上。
需指出的是，图1-3所示的实施例的第一种表现形式中应用、材料的选择、实施等同样适用于图1-3所示实施例的第三种表现形式。
虽然本发明示例了一个实施例的几种表现形式，但申请人的目的不是限制权利要求的本质和范围到具体细节。本领域技术人员可以想到的其他变形，改变和替代都不超出本发明的范围。

Claims (9)

1.可变定子叶片装置(10)，其包括：
a)可旋转的可变定子叶片耳轴(12)，位于在燃气轮机(24)的压缩机壳体(22)的外、内表面(18和20)之间延伸的通孔(16)中；
b)位于通孔中靠近外表面(18)的第一金属衬套(14)，以当耳轴位于通孔中时环绕耳轴的第一部分(26)，其中，当耳轴和第一金属衬套位于通孔中且耳轴相对于第一金属衬套旋转时，第一金属衬套和第一部分具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层(28和30)；
c)位于通孔中靠近内表面(20)的第二金属衬套(32)，当耳轴位于通孔中时环绕耳轴的第二部分(36)，其中，当耳轴和第二金属衬套位于通孔中且耳轴相对于第二金属衬套旋转时，第二金属衬套和第二部分具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层(38和40)，和
d)位于通孔中的气封件(34)，当耳轴位于通孔中时，环绕耳轴的第三部分，其中第三部分(42)位于第一、第二部分中间，且气封件比第一、第二金属衬套更有弹性。
2.如权利要求1所述的可变定子叶片装置，当耳轴和第一金属衬套位于通孔时，所述第一金属衬套和第一部分的至少一个抗磨损涂层被润滑，以减少耳轴相对于第一金属衬套旋转产生的摩擦，其中，当耳轴和第二金属衬套位于通孔时，所述第二金属衬套和第二部分的至少一个抗磨损涂层被润滑，以减少耳轴相对于第二金属衬套旋转产生的摩擦。
3.如权利要求2所述的可变定子叶片装置，所述第一、第二金属衬套和第一、第二部分的抗磨损涂层由陶瓷组成。
4.如权利要求3所述的可变定子叶片装置，所述第一、第二金属衬套和第一、第二部分用石墨润滑。
5.如权利要求3所述的可变定子叶片装置，其中，所述陶瓷由碳化钨构成，所述第一、第二金属衬套和耳轴由钢或钛组成，所述气封件是聚合物气封件。
6.如权利要求1所述的可变定子叶片装置，还包括与耳轴相连的叶片按钮(44)，用来支撑叶片翼面(46)，其位于第二部分附近，沿远离耳轴的大致垂直方向延伸，其中，当耳轴和第二金属衬套位于通孔中且耳轴相对于第二金属衬套旋转时，第二金属衬套和叶片按钮具有除了中间润滑剂之外相互接触的抗磨损涂层(48和50)。
7.如权利要求6所述的可变定子叶片装置，所述第一、第二金属衬套分别包括涂覆有抗磨损材料(54)的外圆周表面(52)，其中，当第一、第二金属衬套位于通孔中时，抗磨损材料与压缩机壳体接触。
8.如权利要求1所述的可变定子叶片装置，所述第一、第二金属衬套适于压配合到通孔中。
9.如权利要求8所述的可变定子叶片装置，所述第一、第二金属衬套和压缩机壳体具有基本上相同的热膨胀系数。
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