УЗЕЛ ОПОРНОЙ СТОЙКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE SUPPORT POST ASSEMBLY

Область техники
Данное изобретение относится к узлу опорной стойки для опоры корпуса функционального блока газовой турбины, к газовой турбине и к способу опоры корпуса функционального блока газовой турбины.
Уровень техники
В обычной двухвальной газовой турбине блок газового генератора и блок силовой турбины установлены совместно на их осевых концах в осевом направлении газовой турбины.
На фиг. 8 показана обычная двухвальная газовая турбина 200. Газовая турбина 200 разделена на газогенераторный блок 201 и блок силовой турбины 202.
В компрессорной части газогенераторного блока 201 механическая энергия роторных лопаток преобразуется в энергию рабочей текучей среды, проходящей через газовую турбину 200. Затем температура рабочей текучей среды повышается далее в камере сгорания газогенераторного блока 201. Внутри турбинной части газогенераторного блока 201 рабочая текучая среда расширяется и приводит во вращение вал газогенераторного блока 201, соединяющего турбину и компрессор указанного блока. В турбинной части газогенераторного блока 201, энергия рабочей текучей среды преобразуется в механическую энергию посредством приведения во вращение роторных лопаток. Приблизительно 50% энергии рабочей текучей среды, преобразованной в механическую энергию, используется для привода лопаток компрессорной части газогенераторного блока 201.
Рабочая текучая среда проходит далее из газогенераторного блока 201 в блок 202 силовой турбины. В турбинной части блока 202 силовой турбины энергия рабочей текучей среды преобразуется в механическую энергию для генерирования, например, мощности для внешнего использования. Для этого рабочая текучая среда приводит во вращение другой вал блока 202 силовой турбины, при этом другой вал в основном развязан с валом газогенераторного блока 201.
Газогенераторный блок 201 и блок 202 силовой турбины содержат функциональные блоки, такие как блок входа воздуха, компрессорный блок, турбинный блок, которые расположены рядом друг с другом в осевом направлении газовой турбины. Каждый функциональный блок установлен в отдельном корпусе. Поэтому газогенераторный блок 202 содержит входной корпус 203, компрессорный корпус 204, центральный корпус 205, включающий секцию камеры сгорания и корпус 206 компрессорной турбины. Блок 202 содержит, например, корпус 207 силовой турбины и выходной корпус 208.
Обычно, газовая турбина 200 опирается во время работы на переднюю балку 212 и две задние стойки 211. Передняя балка 212 и задние стойки 211 поддерживают газовую турбину 200 относительно основания 220. Передняя балка 212 обеспечивает опору входного корпуса 203 газогенераторного блока 201. Входной корпус 203 установлен с возможностью поворота на передней балке 212, при этом поворотная ось входного корпуса 203 проходит в основном параллельно осевому направлению газовой турбины 200. Другой функциональный блок, такой как корпус 207 силовой турбины, опирается с возможностью поворота на две задние стойки 211, при этом корпус 207 силовой турбины установлен с возможностью поворота относительно задних стоек 211 вокруг поворотной оси относительно задних стоек 211 вокруг поворотной оси, которая перпендикулярна поворотной оси передней балки 212.
Для удаления газогенераторного блока 201, например для технического обслуживания, функциональный блок, который является ближайшим к блоку 202 силовой турбины (т.е. корпус 206 компрессорной турбины), необходимо отделить от соседнего функционального блока 202 силовой турбины, т.е. корпуса 207 силовой турбины. Для удаления газогенераторного блока 201 газогенераторный блок 201 соединен с системой рельс скольжения на основании, что обеспечивает возможность осевого и поперечного перемещения газогенераторного блока 201 относительно блока 202 силовой турбины. Для опоры газогенераторного блока 201 отдельно после отделения газогенераторного блока 201 от блока 202 силовой турбины, например, две временные передние стойки необходимо закрепить на входном корпусе 203, и временную центральную стойку необходимо закрепить, например, на корпусе 206 компрессорной турбины, так что газогенераторный блок 201 снабжен тремя точками опоры (временной центральной стойкой и двумя временными узлами передних стоек). Эти временные стойки соединены с рельсами скольжения системы рельс скольжения, так что газогенераторный блок 201 может скользить вперед от блока 202 силовой турбины.
Временные узлы передних опорных стоек установлены на корпусе не гибко. Поэтому узлы передних опорных стоек остаются на входном корпусе во время технического обслуживания газогенераторного блока, но должны быть отсоединены во время вращения газовой турбины 200 для обеспечения возможности не желаемого кручения (кручения основания) без напряжения корпуса.
Во время работы газовой турбины 200 задняя опора обеспечивается с помощью горизонтальных пальцев задних стоек 211 и с помощью переднего пальца передней балки 212, так что кручение основания изолировано от корпуса двигателя. Если временные узлы опорных стоек остаются прикрепленными во время работы, то кручение основания 212 передается с помощью стоек на корпус газовой турбины (например, входной корпус 203), что может, например, повреждать входной корпус 203. В частности, имеется опасность отказа, когда временные узлы опорных стоек остаются на месте во время вращения, что может приводить к повреждению корпуса или более серьезно к повреждению ротора или подшипников. Более серьезный режим неисправности возможен, если временные передние опорные стойки не устанавливаются перед отделением газогенератора от силовой турбины, поскольку в этом случае имеется лишь нестабильная двухточечная опора для газогенератора. Этот режим неисправности не распространяется на временную центральную стойку 209, поскольку она должна оставаться на месте для обеспечения возможности отделения газогенератора 201 от силовой турбины 202.
Указанный выше способ отделения газогенераторного блока 201 от блока 202 силовой турбины сложен и требует много времени, например, поскольку необходимо монтировать и демонтировать временные стойки для каждого цикла технического обслуживания. Возможен также потенциально смертельный режим неисправности, когда стойки не прикреплены перед разборкой двигателя, что приводит к опрокидыванию газогенератора при отделении от силовой турбины.
В US 2005/0196227 А1 раскрыт амортизатор ударов из эластомерного материала для опоры соединительного стержня. В отдельные проушины установлен с прессовой посадкой винт. Между проушинами на винт установлена головка стержня. Амортизаторная часть установлена между проушинами и головкой стержня.
В US 3 831 888 раскрыта трехточечная шаровая опорная система для крепления пилонов двигателя на опорной структуре самолета. Пилоны двигателя крепятся с помощью пальцев, которые фиксированы без зазора с втулкой.
В US 2003/0068192 А1 раскрыты способ и устройство для соединения шарнирного соединителя со скобой. Крепежное средство установлено в двух проушинах скобы, при этом проушины расположены на расстоянии друг от друга. Между проушинами расположено плечо скобы, при этом крепежное средство проходит через отверстие, просверленное в плече скобы. В проушинах и в отверстии крепежное средство установлено без зазора. Между проушинами и плечом скобы расположены опорные шайбы.
В DE 1 013 466 А раскрыта опора для турбинного двигателя. Корпус турбодвигателя опирается на четыре маятниковые опоры и на промежуточную раму жесткости.
В US 2009/0064685 раскрыты устройство и способ для установки турбинного двигателя. Один конец турбинного двигателя фиксирован с помощью узлов опорных стоек относительно основания. Другой конец двигателя также опирается относительно основания на два узла опорных стоек, при этом между рамой основания и узлами опорных стоек закреплен опорный пластинчатый элемент для демпфирования вибраций.
В US 2011/0000222 А1 раскрыта опорная система газовой турбины, в которой опорные стойки обеспечивают опору соответствующего осевого конца газовой турбины на основание.
В US 2011/0016881 А1 раскрыта газовая турбина с опорной системой для кольцевого корпуса отходящих газов. Корпус отходящих газов опирается на опорный фундамент с помощью опорных устройств, при этом опорные устройства гибко установлены на корпусе отходящих газов.
В US 2002/0197147 А1 раскрыта турбинная рама с опорами для корпуса турбины. Половина корпуса эластично опирается на базовую раму с помощью эластичной опоры. Между эластичной опорой и половиной корпуса расположена эластичная вставка, при этом верхний и нижний поворотный элемент обеспечивает возможность поворота половины корпуса относительно опоры.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является обеспечение более эффективного технического обслуживания газовой турбины.
Эта задача решена с помощью узла опорных стоек для опоры корпуса функционального блока газовой турбины, с помощью газовой турбины и способа опоры корпуса функционального блока газовой турбины в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.
Согласно первому аспекту данного изобретения предлагается узел опорной стойки для опоры корпуса функционального блока газовой турбины. Узел опорной стойки содержит тело стойки для опоры блока на основание, шаровой поворотный элемент, качающийся рычаг и эластомерный пружинный и демпфирующий элемент. Шаровой поворотный элемент установлен с возможностью поворота на теле стойки с образованием шарового шарнира. Качающийся рычаг установлен на шаровом поворотном элементе. Качающийся рычаг предназначен для введения в опорное отверстие опорного тела, являющегося частью корпуса или основания, при этом качающийся рычаг предназначен для введения в опорное отверстие корпуса с подвижной посадкой, в частности точной посадкой, так, что образуется поворотная точка в первой зоне контакта между качающимся рычагом и внутренней поверхностью опорного отверстия, так что качающийся рычаг может поворачиваться вокруг поворотной точки внутри опорного отверстия. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент установлен на качающемся рычаге (т.е. если качающийся рычаг введен в опорное отверстие) так, что эластомерный пружинный и демпфирующий элемент расположен между качающимся рычагом и опорным телом, например опорным отверстием, для обеспечения центрирующей силы и демпфирования поворота качающегося рычага вокруг поворотной точки относительно опорного тела.
Качающийся рычаг имеет ограниченный ход с преодолением относительно небольшого сопротивления эластомерного пружинного и демпфирующего элемента, а затем приходит в положение жесткого упора в опорное тело, которое оказывает очень большое сопротивление дальнейшему движению. Качающийся рычаг жестко останавливается внутри опорного тела, обеспечивая опору высокой прочности и жесткости.
Согласно другому аспекту данного изобретения предлагается газовая турбина. Газовая турбина содержит первый функциональный блок с первым корпусом. Кроме того, газовая турбина содержит указанный выше узел опорной стойки. Качающийся рычаг узла опорной стойки введен в опорное отверстие опорного тела с подвижной посадкой, т.е. точной посадкой, так что качающийся рычаг может поворачиваться внутри опорного отверстия. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент установлен на качающемся рычаге (например, если качающийся рычаг введен в опорное отверстие) так, что эластомерный пружинный и демпфирующий элемент расположен между качающимся рычагом и опорным телом, например опорным отверстием, для обеспечения центрирующей силы и демпфирования поворота качающегося рычага относительно опорного тела вокруг поворотной точки. Качающийся рычаг имеет ограниченный ход с преодолением относительно небольшого сопротивления эластомерного пружинного и демпфирующего элемента, а затем приходит в положение жесткого упора в опорное тело, которое оказывает очень большое сопротивление дальнейшему движению.
Согласно другому аспекту данного изобретения предлагается способ опоры корпуса функционального блока газовой турбины. Согласно способу корпус опирается на основание с помощью тела стойки узла опорной стойки. Шаровой поворотный элемент узла опорной стойки установлен с возможностью поворота на теле стойки с образованием шарового шарнира. Качающийся рычаг установлен на шаровом поворотном элементе. Качающийся рычаг узла опорной стойки введен в опорное отверстие опорного тела, являющегося частью корпуса или основания, при этом качающийся рычаг предназначен для введения в опорное отверстие корпуса с подвижной посадкой, так что образуется поворотная точка в первой зоне контакта между качающимся рычагом и внутренней поверхностью опорного отверстия, так что качающийся рычаг может поворачиваться вокруг поворотной точки внутри опорного отверстия. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент установлен на качающемся рычаге (т.е. если качающийся рычаг введен в опорное отверстие) так, что эластомерный пружинный и демпфирующий элемент расположен между качающимся рычагом и опорным телом, например опорным отверстием, для обеспечения центрирующей силы и демпфирования поворота качающегося рычага относительно опорного тела вокруг поворотной точки. Качающийся рычаг имеет ограниченный ход с преодолением относительно небольшого сопротивления эластомерного пружинного и демпфирующего элемента, а затем приходит в положение жесткого упора в опорное тело, которое оказывает очень большое сопротивление дальнейшему движению.
За счет данного изобретения корпус функционального блока газовой турбины эластично опирается на основание с помощью узла опорной стойки, так что во время работы газовой турбины узел опорной стойки может оставаться прикрепленным к газовой турбине. Поэтому во время технического обслуживания, когда газогенераторный блок необходимо отделять от блока силовой турбины, не требуется дополнительного времени для монтажа других опорных стоек. Поэтому обеспечивается более эффективное техническое обслуживание. Жесткий упор обеспечивает прочную опору газового компрессора во время технического обслуживания.
Газовая турбина согласно данному изобретению может быть одновальной или многовальной, например двухвальной газовой турбиной, содержащий блок газового компрессора и блок силовой турбины. Функциональный блок газовой турбины может быть функциональным блоком блока газовой турбины или блоком силовой турбины. Функциональный блок может быть снабжен входным корпусом, корпусом компрессора, центральным корпусом, корпусом компрессора турбины, корпусом силовой турбины и выходным корпусом, при этом функциональные блоки могут быть соединены последовательно в осевом направлении газовой турбины.
Опорное тело может быть частью основания или корпуса функционального блока. Опорное тело может образовывать фланец или кольцо основания или корпуса функционального блока. Опорное тело может быть выполнено в виде единого целого с основанием или корпусом функционального блока или может быть разъемно установлено на основании или корпусе функционального блока.
Тело стойки может быть твердой и жесткой частью узла опорной стойки, которая передает силы тяжести газовой турбины на основание. Тело стойки может быть выполнено из стали или других жестких и стабильных материалов, таких как армированные пластмассы.
Шаровой поворотный элемент имеет шаровую форму или цилиндрическую форму, при этом шаровой поворотный элемент предназначен для установки с возможностью поворота на теле стойки. Тело стойки содержит в зоне установки шарового поворотного элемента корпус шарового шарнира, в котором установлен с возможностью поворота шаровой поворотный элемент.
Качающийся рычаг установлен на шаровом поворотном элементе так, что исключается относительное поворотное движение между качающимся рычагом и шаровым поворотным элементом. Например, шаровой поворотный элемент может содержать отверстие, в котором может быть закреплен качающийся рычаг, например, с помощью винтового крепления или с помощью прессовой посадки. В частности, шаровой поворотный элемент не прижимается и не фиксируется на опорном теле и может находиться не в контакте с опорным телом. Шаровой поворотный элемент может быть соединен с опорным телом с помощью качающегося рычага. Кроме того, шаровой поворотный элемент находится на расстоянии от опорного тела. Поэтому обеспечивается поворот шарового поворотного элемента и качающегося рычага относительно опорного тела. Шаровой поворотный элемент может быть рассоединен и/или расположен на расстоянии от опорного тела посредством фиксации шарового поворотного элемента (в частности, относительно осевого движения) на качающемся рычаге, например, посредством прижимания шарового поворотного элемента к плечу качающегося рычага или к шайбе (т.е. ко второй шайбе 117, как показано на фиг. 1), которая прикреплена к качающемуся рычагу.
Кроме того, качающийся рычаг предназначен для введения в опорное отверстие опорного тела с подвижной посадкой. Подвижная посадка означает посадку с зазором, в частности точную посадку и/или свободную посадку соответственно между качающимся рычагом и опорным отверстием. Другими словами, имеется небольшой зазор между наружной поверхностью качающегося рычага и внутренней поверхностью опорного отверстия, когда качающийся рычаг введен в опорное отверстие. За счет нагрузки, действующей на качающийся рычаг, или за счет силы тяжести качающийся рычаг имеет вдоль своего окружного направления первую зону контакта с внутренней поверхностью опорного отверстия. Эта первая контактная зона образует поворотную точку, так что качающийся рычаг может поворачиваться вокруг поворотной точки относительно опорного отверстия и тем самым относительно опорного тела.
Качающийся рычаг может поворачиваться вокруг поворотной точки, пока не будет создана вторая контактная зона, которая находится на осевом расстоянии от первой контактной зоны, между внутренней поверхностью опорного отверстия и качающимся рычагом. Обычно, вторая контактная зона создается на краях опорного отверстия. Поэтому при втором контакте происходит так называемый жесткий упор, при этом качающийся рычаг резко прекращает поворот вокруг поворотной точки. В этом случае качающийся рычаг обеспечивает при жестком упоре точку фиксации для стойки, которая имеет более высокую прочность и более высокую жесткость, чем обычный эластичный монтаж. Качающийся рычаг приходит в положение жесткого упора внутри опорного тела, обеспечивая опору высокой прочности и жесткости. Жесткий упор происходит между качающимся рычагом и опорным телом после определенного углового хода качающегося рычага для обеспечения опоры высокой прочности и жесткости для поддерживаемого корпуса.
При обычном подходе подвижная посадка создается между шаровым поворотным элементом и фиксированным пальцем внутри шарового поворотного элемента. Поэтому также жесткий упор создается между шаровым поворотным элементом и фиксированным пальцем. За счет зазора фиксированный палец тоньше качающегося рычага и поэтому слабее.
За счет обеспечения жесткого упора между опорным телом и качающимся рычагом согласно изобретению обеспечивается более стабильный и устойчивый узел опорной стойки. Тело стойки может быть выполнено большим и более устойчивым по сравнению с шаровым поворотным элементом, поскольку качающийся рычаг толще обычного фиксированного пальца.
Поскольку между опорным телом и качающимся рычагом образована подвижная посадка, то между шаровым поворотным элементом и качающимся рычагом может создаваться посадка с геометрическим замыканием или с фрикционным замыканием.
Для обеспечения центрирующей силы и демпфирования и замедления поворота качающегося рычага вокруг поворотной точки, между качающимся рычагом и опорным телом, между внутренней поверхностью опорного отверстия или наружной поверхностью опорного тела расположен эластомерный пружинный и демпфирующий элемент. Поэтому, когда качающийся рычаг поворачивается вокруг поворотной точки, то эластомерный пружинный и демпфирующий элемент сжимается и обеспечивает за счет этого центрирующую силу и демпфирует движение качающегося рычага. Если качающийся рычаг поворачивается обратно, то эластомерный пружинный и демпфирующий элемент снова расширяется за счет своих эластичных характеристик.
Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент может быть выполнен в виде эластомерной втулки, которая закреплена вокруг качающегося рычага. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент может быть выполнен из природной или синтетической резины или другого эластичного материала.
Поэтому с помощью данного изобретения обеспечивается эластичная установка с помощью узлов опорной стойки, согласно изобретению позволяющая узлам опорной стойки постоянно оставаться прикрепленными к газовой турбине, также во время работы. За счет взаимодействия установленного внутри опорного отверстия с подвижной посадкой качающегося рычага и прикрепленного эластомерного пружинного и демпфирующего элемента качающийся рычаг имеет демпфированный ход вплоть до жесткого упора. Поэтому с помощью указанного выше узла опорной стойки обеспечивается опора газовой турбины на основание, и одновременно может происходить кручение фундамента (основания) без напряжения корпуса во время работы.
Установка стойки должна быть очень жесткой и прочной, т.е. выдерживать боковые нагрузки, например, за счет бортовой качки судна, в которой установлена газовая турбина. В этом случае предъявляется противоречивое требование относительно большой эластичности для исключения напряжения корпуса за счет кручения основания. Для удовлетворения этих требований необходимо создание узла опорной стойки, согласно изобретению, в частности, для обеспечения небольшой величины эластичного хода (например, за счет подвижной посадки), однако при условии, что после этого хода происходит жесткая остановка на опорном теле, так что опора является очень жесткой и с большой прочностью.
Согласно другому примеру выполнения качающийся рычаг содержит закругленный или сферический буртик, который образован так, что когда качающийся рычаг вставлен в опорное отверстие, то образуется первая контактная зона между сферическим буртиком и внутренней поверхностью опорного отверстия. Поэтому поворотная точка образуется внутри сферического буртика в заданном осевом положении, т.е. на сферическом буртике. Качающийся рычаг имеет уменьшенные диаметры на обеих сторонах сферического буртика, что обеспечивает заданный ограниченный угловой ход, пока качающийся рычаг не придет в соприкосновение с опорным телом во второй контактной зоне. Сферический буртик может содержать закругленную поверхность, при этом первая контактная зона образована между частью закругленной поверхности и внутренней поверхностью опорного отверстия. Поэтому за счет предусмотрения закругленной поверхности достигается правильный и плавный наклон качающегося рычага вокруг поворотной точки.
Согласно другому примеру выполнения эластомерный пружинный и демпфирующий элемент предназначен для расположения между качающимся рычагом и внутренней поверхностью опорного отверстия. Дополнительно или в качестве альтернативного решения, эластомерный пружинный и демпфирующий элемент является другим эластомерным пружинным и демпфирующим элементом, который предназначен для установки между качающимся рычагом и наружной поверхностью опорного тела, так что осевое движение качающегося рычага вдоль опорного отверстия подрессорено или подрессорено и демпфировано. Осевое движение может происходить вдоль оси вращения/симметрии качающегося рычага и/или вдоль центральной оси опорного отверстия.
Согласно другому примеру выполнения эластомерный пружинный и демпфирующий элемент и другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент выполнены в виде единого целого. Другими словами, эластомерный пружинный и демпфирующий элемент и другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент могут образовывать общую эластомерную втулку. В частности, эластомерная втулка содержит проходящую в окружном направлении кромку, при этом другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент образован зоной кромки эластомерной втулки. Поэтому осевое подрессоривание и демпфирование поворота может быть обеспечено с помощью общей эластомерной втулки.
Согласно другому примеру выполнения шаровой поворотный элемент содержит отверстие для шпильки, в котором установлен качающийся рычаг. Качающийся рычаг может быть установлен в отверстии для шпильки, например, с помощью винтового соединения или прессовой посадки.
Согласно другому примеру выполнения шаровой поворотный элемент содержит сквозное отверстие, через которое качающийся рычаг вводится так, что качающийся рычаг устанавливается на шаровом поворотном элементе. В частности, качающийся рычаг имеет концевую часть, которая снабжена резьбой. Качающийся рычаг вводится через сквозное отверстие так, что качающийся рычаг устанавливается на шаровом поворотном элементе с помощью соединения в виде гайки и болта. Гайка устанавливается на резьбе так, что шаровой поворотный элемент может зажиматься, например, между выступом на шаровом поворотном элементе и гайкой.
Согласно другому примеру выполнения качающийся рычаг содержит качающийся элемент и шпильку. Качающийся элемент и шпилька имеют общую ось вращения. Качающийся элемент и шпилька установлены вместе вдоль общей оси вращения. Качающийся элемент имеет больший наружный диаметр, чем шпилька, при этом эластомерный пружинный и демпфирующий элемент предназначен для установки между шпилькой и опорным отверстием. Поэтому качающийся рычаг может состоять из двух отдельных в осевом направлении частей. Это упрощает сборку узла опорной стойки на опорном теле.
Кроме того, качающийся элемент и шпилька могут быть соединены в осевом направлении регулируемым образом так, что обеспечивается возможность регулирования осевой длины качающегося рычага. Например, согласно другому примеру выполнения, качающийся элемент содержит резьбовое отверстие, при этом шпилька содержит наружную резьбу, которая входит в резьбовое отверстие так, что шпилька ввинчивается в качающийся элемент. Поэтому посредством регулирования глубины ввинчивания обеспечивается возможность регулирования общей осевой длины качающегося рычага. Кроме того, посредством ввинчивания шпильки в качающийся элемент обеспечивается возможность управляемого осевого сжимания эластомерного пружинного и демпфирующего элемента.
Согласно другому примеру выполнения газовая турбина дополнительно содержит другой узел опорной стойки для опоры первого корпуса на основание. Первый корпус содержит другое опорное отверстие и другой узел опорной стойки, который установлен в другом опорном отверстии. Поэтому к одному общему корпусу могут быть прикреплены регулярный узел опорной стойки и указанные выше узлы опорной стойки.
В другом примере выполнения другой узел опорной стойки является узлом опорной стойки, описание которого приведено выше. Поэтому один или несколько эластичных узлов опорной стойки могут быть прикреплены к корпусу и к основанию соответственно для обеспечения эластичной установки относительно основания.
Согласно другому примеру выполнения газовая турбина дополнительно содержит второй корпус второго функционального блока газовой турбины, при этом первый корпус и второй корпус установлены совместно в продольном направлении газовой турбины. Кроме того, газовая турбина дополнительно содержит центральную стойку для опоры второго корпуса на основание. Поэтому с помощью узла опорной стойки, другого узла опорной стойки и центральной стойки обеспечивается трехточечная опора первого корпуса и второго корпуса.
Таким образом, эластомерный пружинный и демпфирующий элемент заполняет радиальное пространство между качающимся рычагом и опорным отверстием опорного тела, являющегося частью корпуса или основания, так что создается радиальная нагрузка эластомерного пружинного и демпфирующего элемента за счет поворота и углового перемещения качающегося рычага вокруг поворотной точки внутри опорного отверстия. Может иметься также некоторое осевое скольжение качающегося рычага вдоль центральной оси за счет, например, наклона качающегося рычага вокруг поворотной точки.
Следует отметить, что описание вариантов выполнения изобретения было дано относительно различных предметов изобретения. В частности, описание некоторых вариантов выполнения было дано применительно к относящимся к устройству пунктам формулы изобретения, в то время как описание других вариантов выполнения было дано применительно к относящимся к способу пунктам формулы изобретения. Однако для специалистов в данной области техники из приведенного выше и последующего описания понятно, что, если не указано иначе, дополнительно к любой комбинации признаков, относящихся к одному предмету, также любую комбинацию признаков, относящихся к различным предметам изобретения, в частности, между признаками относящихся к устройству пунктов формулы изобретения и признаками относящихся к способу пунктов формулы изобретения, следует рассматривать как раскрытые в данной заявке.
Краткое описание чертежей
Указанные выше и другие аспекты данного изобретения следуют из приведенного ниже описания и пояснения примеров выполнения, не имеющих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - узел опорной стойки для корпуса, согласно одному примеру выполнения данного изобретения;
фиг. 2 - общий вид газовой турбины, согласно примеру выполнения данного изобретения;
фиг. 3 - общий вид газовой турбины, согласно примеру выполнения данного изобретения, при этом газогенераторный блок отделен от блока силовой турбины;
фиг. 4 и 5 - тело стойки узла опорной стойки, согласно примеру выполнения данного изобретения;
фиг. 6 - эластомерный пружинный и демпфирующий элемент, согласно данному изобретению, имеющий кольцевую форму;
фиг. 7 - применение нескольких эластомерных пружинных и демпфирующих элементов, согласно данному изобретению; и
фиг. 8 - обычная опорная система для газовой турбины.
Подробное описание изобретения
Иллюстрации на чертежах показаны схематично. Следует отметить, что на различных фигурах аналогичные или идентичные элементы обозначены одинаковыми позициями.
На фиг. 1 показан пример выполнения узла 100 опорной стойки для функционального блока газовой турбины 200 (см. фиг. 2), согласно данному изобретению. Узел 100 опорной стойки содержит тело 101 стойки для опоры корпуса на основание 220 (см. фиг. 2). Узел 100 опорной стойки дополнительно содержит шаровой поворотный элемент 102, который установлен с возможностью поворота на теле 101 стойки с образованием шарового шарнира. Узел 100 опорной стойки дополнительно содержит качающийся рычаг 103, который установлен на шаровом поворотном элементе 102. Качающийся рычаг 103 введен в опорное отверстие 121 опорного тела 120, которое является частью корпуса или основания 220, при этом качающийся рычаг 103 предназначен для введения в опорное отверстие 121 с подвижной посадкой или точной посадкой, так что создается поворотная точка 105 в первой зоне контакта между качающимся рычагом 103 и внутренней поверхностью 122 опорного отверстия 121, так что качающийся рычаг 103 может поворачиваться внутри опорного отверстия 121 вокруг поворотной точки 105.
Как показано на фиг. 1, эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 (например, эластомерная втулка) установлен между качающимся рычагом 103 и опорным отверстием 121 так, что поворот качающегося рычага 103 относительно опорного тела 120 вокруг поворотной точки 105 создает центрирующую силу и демпфируется. Опорное отверстие 121 образовано с помощью сквозного отверстия в краевой части или фланце опорного тела 120, установленного на корпусе или основании 220. Поэтому опорное отверстие 121 доступно с обеих сторон.
Качающийся рычаг 103 введен в опорное отверстие 121, при этом часть качающегося рычага 103 выступает наружу из опорного отверстия 121.
В показанном на фиг. 1 примере выполнения качающийся рычаг может состоять из двух частей, в частности из качающегося элемента 109 и шпильки 110. Качающийся элемент 109 и шпилька 110 соединены в продольном направлении, которое параллельно оси 111 вращения качающегося рычага 103. Качающийся элемент 109 имеет первый диаметр D1 и шпилька 110 имеет второй диаметр D2, при этом первый диаметр D1 больше второго диаметра D2.
Качающийся элемент 109 и шпилька 110 могут быть скреплены друг с другом, например, с помощью винтового соединения, при этом качающийся элемент 109 содержит резьбовое отверстие 112, которое проходит вдоль оси 111 вращения, а шпилька 110 содержит концевую часть с наружной резьбой 113, которую можно ввинчивать в резьбовое отверстие 112 до положения остановки, заданного, например, большим диаметром шпильки 110, который больше диаметра резьбового отверстия 112. Шпилька 110 содержит вблизи наружной резьбы выемку 115. В качестве альтернативного решения, в зависимости от глубины вхождения наружной резьбы 113 в резьбовое отверстие 112, предусмотрена возможность регулирования длины качающегося рычага 103 за счет блокирования резьбы с использованием блокировочной резьбовой вставки или блокировочной смеси на резьбе.
Качающийся рычаг 103 установлен в опорном отверстии 121 с подвижной посадкой, что означает, что диаметр опорного отверстия 121 слегка больше наружного диаметра D1 качающегося рычага 103. Поэтому может существовать зазор между наружной поверхностью качающегося рычага 103 и внутренней поверхностью опорного отверстия 121. Поэтому качающийся рычаг 109 установлен с возможностью свободного перемещения и поворота внутри опорного отверстия 121, так что достигается эластичная установка качающегося рычага 103 и тем самым узла опорной стойки.
Поворот качающегося рычага 103 внутри опорного отверстия 121 происходит вокруг поворотной точки 105, которая образуется в первой зоне контакта качающегося рычага 103 и внутренней поверхности 122 опорного отверстия 121.
Для четкого определения места расположения поворотной точки 105 вдоль оси 111 вращения, качающийся рычаг 103, в частности качающийся элемент 109, содержит закругленный или кольцевой буртик 106. Сферический буртик 106 задает наибольший наружный диаметр качающегося рычага 103, что означает, что по обе стороны сферического буртика 106 качающийся рычаг 103 имеет меньший диаметр D1 по сравнению с диаметром сферического буртика 106. Поэтому когда качающийся рычаг 103 поворачивается, то поворотная точка 105 обычно создается в зоне сферического буртика 106.
Качающийся рычаг 103 поворачивается вокруг поворотной точки 105, пока наружная поверхность качающегося рычага 103 не создаст вторую контактную зону с внутренней поверхностью 122 опорного отверстия 121. Обычно вторая контактная зона создается на краевых частях опорного отверстия 121. Когда качающийся рычаг 103 с помощью второй контактной зоны приходит в соприкосновение с внутренней поверхностью 122 опорного отверстия 121, то качающийся рычаг 103 резко прекращает свой поворот за счет жесткого упора. Для уменьшения удара при жестком упоре, на краевых частях опорного отверстия 121 образована мелкая выемка 114.
Между наружной поверхностью качающегося рычага 103 и внутренней поверхностью 122 опорного отверстия 121 расположен эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 является, например, эластомерной втулкой, в частности, например, резиновой втулкой. Поэтому при повороте качающегося рычага 103 вокруг поворотной точки 105, часть эластомерного пружинного и демпфирующего элемента 104 сжимается так, что поворот качающегося рычага 103 создает центрирующую силу и демпфируется.
Кроме того, к качающемуся рычагу 103 может быть прикреплен другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 107. Другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 107 предназначен для крепления между наружной поверхностью 123 опорного тела 120 и упором на качающемся рычаге 103, в частности шпильке 110. Упор может быть образован либо с помощью буртика вала на качающемся рычаге 103, либо с помощью шайбы, например третьей шайбы 118 на фиг. 1.
Дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения, вместо третьей шайбы 118 качающийся рычаг 103, в частности шпилька 110, может иметь головку болта, диаметр которой больше диаметра опорного отверстия 121, так что поверхность головки болта находится в контакте с наружной поверхностью 123 и/или (другим) эластомерным пружинным и демпфирующим элементом 104 (107).
Наружная поверхность 123 является поверхностью опорного тела 120, которая в основном перпендикулярна оси 111 вращения.
Для того чтобы поворачивать, а не просто перемещать эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 от центра, насколько позволяет зазор между буртиком 106 и внутренней поверхностью 122, другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 107 может быть образован в комбинации с эластомерным пружинным и демпфирующим элементом 104. Для этого эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 и другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 107 могут быть выполнены в виде единого целого (интегрально), например, в виде втулки с краевой частью.
Шаровой поворотный элемент 102 прижат в осевом направлении к качающемуся рычагу 103 между первой шайбой 116 и второй шайбой 117. Шаровой поворотный элемент 102 не прижат непосредственно к опорному телу 120, а находится на расстоянии с возможностью поворота относительно опорного тела 120.
Качание качающегося рычага 103 приводит к боковому скольжению и изменению углового положения качающегося рычага 103, т.е. его буртика 106, относительно сопряженной поверхности опорного тела 120. Это приводит к осевому скольжению качающегося рычага 103, которое поглощается сжатием эластомерного пружинного и демпфирующего элемента 104, 107.
В качестве альтернативного решения, вторая шайба 117 и/или третья шайба 118 могут содержать сферическую или закругленную поверхность, при этом сферическая поверхность находится в контакте с наружной поверхностью 123 опорного тела для обеспечения возможности качания. Сферические поверхности второй шайбы 117 и третьей шайбы 118 могут иметь одинаковый диаметр сферы. Кроме того, вторая шайба 117 и третья шайба 118 могут содержать соответствующее внутреннее отверстие с диаметром больше соответствующего диаметра качающегося рычага 103 в соответствующей зоне контакта друг с другом. Поэтому возможно осевое движение между второй шайбой 117 и/или третьей шайбой 118 и качающимся рычагом 103.
В другом примере выполнения может использоваться лишь другой эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 107 без эластомерного пружинного и демпфирующего элемента 104, или наоборот.
На противоположной относительно демпфирующего элемента 107 стороне качающегося рычага 103, качающийся рычаг 103 закреплен на шаровом поворотном элементе 102. Шаровой поворотный элемент 102 может иметь круглую, шаровидную или другую поверхность, такую как соединительный шар. Шаровой поворотный элемент 102 закреплен с возможностью поворота на соединительном гнезде, которое образовано в теле 101 стойки, т.е. на соединительной части 401 на конце стержня (см. фиг. 4), которая ввинчена в тело 101 стойки. Шаровой поворотный элемент 102 имеет сквозное отверстие, через которое проходит качающийся рычаг 103. Качающийся рычаг 103 может быть закреплен на шаровом поворотном элементе 102 с помощью, например, винтового соединения или с помощью прессовой посадки. Кроме того, качающийся рычаг 103 может проходить через сквозное отверстие шарового поворотного элемента 102, при этом на конце качающегося рычага 103, который противоположен опорному телу 120, может быть образовано соединение в виде гайки и болта, так что шаровой поворотный элемент 102 зажимается между второй шайбой 117, которая сидит на плече вала качающегося рычага 103, и шайбой 114, которая прижата с помощью гайки 108.
Шаровой поворотный элемент 102 выполнен так, что тело 101 стойки, например конец тела стойки, расположен на расстоянии от первой шайбы 116 и второй шайбы 117, так что возможен ограниченный поворот тела 101 стойки между первой шайбой 116 и второй шайбой 117.
Поэтому с помощью узла 100 опорной стойки, как показано на фиг. 1, обеспечивается эластичная, но устойчивая опора корпуса на основание 220.
Как показано дополнительно на фиг. 1, качающийся рычаг 110 проходит на некоторое расстояние за опорное тело 120 (см., например, правую концевую часть качающегося рычага 110 на фиг. 1). Качающийся рычаг 110 выступает из опорного тела 120 так, что свободная концевая часть, которая не расположена внутри опорного отверстия 121, может действовать в качестве визуального индикатора. Для обеспечения центрирования качающегося рычага 110 внутри опорного отверстия 121 опорного тела 120, можно регулировать длину тела 101 стойки (например, посредством регулирования соединительных пальцев 403, 404 тела 101 стойки, как показано на фиг. 4 и 5), пока качающийся рычаг 110 не выглядит горизонтальным. С помощью выступающей концевой части качающегося рычага 110 достигается более простое обнаружение горизонтального положения качающегося рычага 110.
На фиг. 2 и 3 показан общий вид газовой турбины 200. Газовая турбина 200 содержит газогенераторный блок 201 и блок 202 силовой турбины.
Газогенераторный блок 201 и блок 202 силовой турбины содержат, каждый, несколько функциональных блоков, при этом каждый функциональный блок имеет соответствующий корпус. В осевом направлении газовой турбины каждый блок прикреплен к соседнему одному из функциональных блоков. Как показано на фиг. 2, в осевом направлении соединены друг с другом входной корпус 203, корпус 204 компрессора, центральный корпус 205 (например, включающий систему камер сгорания), корпус 206 компрессора турбины и вместе образуют газогенераторный блок 201. Кроме того, корпус 207 силовой турбины и выходной корпус 208 образуют блок 202 силовой турбины.
Для технического обслуживания газогенераторный блок 201 необходимо отделять от блока 202 силовой турбины. Обычно, газовая турбина 200 опирается на переднюю балку 212 и на две задние стойки 211. Для обеспечения устойчивой опоры газогенераторного блока 201, необходима трехточечная опора. Поэтому, наряду с передней балкой 212, установлены два узла опорной стойки, в частности узел 101 опорной стойки и узел 201 опорной стойки на входном корпусе 203, и центральная стойка 209 установлена на другом корпусе, таком как центральный корпус, который может содержать, например, систему камер сгорания (не изображена на фиг. 2), с целью образования устойчивой трехточечной опоры на основание 220. Если узел 100 опорной стойки и другой узел 210 опорной стойки закрепить жестко на соответствующих корпусах 202, 205, то газогенераторный блок 201 будет закручиваться в зависимости от основания 220, и большие напряжения могут возникать в корпусах. Если по меньшей мере один из узлов опорной стойки является узлом 100 опорной стойки, показанным на фиг. 1, то газогенераторный блок имеет более высокую эластичность, так что предотвращается кручение в зависимости от основания. Поэтому все опорные элементы, такие как узел 100 опорной стойки и другой узел 210 опорной стойки, можно сохранять в собранном виде на соответствующих корпусах также во время работы газовой турбины. Поэтому уменьшается время технического обслуживания, поскольку нет необходимости в монтаже и демонтаже узлов 100, 210 опорной стойки лишь для целей технического обслуживания.
На фиг. 4 и 5 показано более детально тело 101 стойки узла опорной стойки. Тело 101 стойки содержит на своих осевых концевых частях соединительную часть 401 и другую соединительную часть 402. Соединительные части 401, 402 могут быть образованы с помощью кольцевого отверстия или фланца, предназначенного для установки с возможностью поворота шарового поворотного элемента 102. Соединительные части 401, 402 могут быть ввинчены с помощью соответствующего соединительного пальца 403, 404 в соответствующее резьбовое отверстие тела 101 стойки. Таким образом, можно регулировать длину вдоль продольной оси тела 101 стойки посредством глубины ввинчивания соединительных частей 401, 402 в тело 101 стойки.
На фиг. 6 детально показана концевая часть качающегося рычага 103, где эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 прикреплен к качающемуся рычагу 103, в частности к шпильке 110. В наружной поверхности 123 опорного тела 120 выполнена кольцевая выемка 602. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 введен внутрь кольцевой выемки 602. Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 находится в контакте с поверхностью 123 опорного тела 120 с помощью поверхности, которая параллельна оси 111 вращения, и другой поверхности, которая является радиальной и перпендикулярной оси 111 вращения, т.е. которая обычно параллельна оси 111 вращения, и другой поверхности, которая обычно направлена радиально и перпендикулярно оси 111 вращения.
Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 прижимается к наружной поверхности 123, например, с помощью гайки и болта. Например, на концевую часть качающегося рычага 103 может быть навинчена гайка 601. За счет этого сила прижимания может передаваться на эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104. Между гайкой 601 и эластомерным пружинным и демпфирующим элементом 104 может быть расположена третья шайба 118.
Эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 104 может быть выполнен равномерно в форме кольца без каких-либо модификаций, таких как смещенная зона или фланцы.
Кроме того, другое окружное кольцо может быть выполнено в качающемся рычаге 103 для крепления эластомерных пружинных и демпфирующих элементов 104, 107 и/или второго эластомерного пружинного и демпфирующего элемента 702 (см. фиг. 7).
На фиг. 7 показан пример выполнения, в котором можно использовать несколько, например, сплошных кольцевых эластомерных пружинных и демпфирующих элементов 701, 702, 703. Кольцевая выемка может быть образована в наружной поверхности 123 опорного тела 121, так что кольцевая выемка расположена на расстоянии от опорного отверстия 121. Третья шайба 118 расположена между гайкой 601 и первым (например, кольцеобразным) эластомерным пружинным и демпфирующим элементом 701, который введен в кольцевую выемку 602. Осевые силы могут передаваться между первым эластомерным пружинным и демпфирующим элементом 701, третьей шайбой 118 и гайкой 601 и тем самым качающимся рычагом 103.
Второй (например, кольцеобразный) эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 702 введен между качающимся рычагом 103 и внутренней поверхностью 122 опорного отверстия 121. Второй эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 702 может быть подвижным в осевом направлении вдоль качающегося рычага 103. Второй эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 702 передает в основном радиальные силы между качающимся рычагом 103 и опорным телом 120.
Кроме того, третий (например, кольцевой и L-образный) эластомерный пружинный и демпфирующий элемент 703 расположен между гайкой 601 и третьей шайбой 118 с целью дополнительного регулирования демпфирующих свойств.
Следует отметить, что понятие «содержит» или «включает» не исключает другие элементы или стадии. Кроме того, упоминание в единственном числе не значит, что элементов может быть много. Также элементы, указанные в связи с различными вариантами выполнения, можно комбинировать друг с другом. Следует также отметить, что указанные в формуле изобретения позиции не следует понимать как ограничивающие объем изобретения.