[发明专利]燃气涡轮发动机的排气系统部件的快速拆分式安装接头

说明书

技术领域

本发明大体涉及在暴露于高温高气流量下的部件之间接合的接头，确切地说，涉及燃气涡轮发动机的管道系统的部件之间的接头。

背景技术

定期检查燃气涡轮发动机需要对环绕燃气涡轮发动机的多个部件的多个绝热管道系统(duct work)进行拆卸并且随后重新组装。例如，在能够移除转子以便进行检查之前，首先需要拆卸并且移除多个排气系统部件，例如包括诸如风罩、前部腔室壁和其他部件等绝热管道系统，以便能够触及燃气涡轮机转子。燃气涡轮发动机的排气系统的绝热管道系统的每个部件设有内衬(internal liner)，内衬具有用于朝向(face)发动机运行期间流经排气系统的热排气的曝露表面。每个此类部件设有与内衬间隔开且反向的外壳，并且该外壳暴露于环境大气下。每个此类部件包括设置在内衬与外壳之间的间距中的耐热绝缘材料。朝向环境大气的外壳表面就是所谓的防护表面。

移除这些绝热管道系统部件需要拆卸使这些排气系统部件彼此连接的安装接头(field joint)。人们用于连接排气系统部件的典型安装接头是所谓的热法兰设计的那些接头，或者是所谓的冷法兰设计的那些接头。

采用所谓的热法兰设计的排气系统设有封盖/包封隔离件，并且需要现场人员在拆卸/重新组装排气系统的部件期间执行外部工作。此类热法兰设计导致法兰直接暴露于热排气下，这些热排气通常达到的温度在约900华氏度到2000华氏度范围内。由于排气系统部件内的高温排气与排气系统部件外部的极低环境温度之间的温差，因此这些部件之间的安装接头处的法兰上的热应力致使法兰发生爆裂和其他热量引发的变形，并且导致连接法兰的螺栓产生疲劳。安装接头中的这种劣化降低了排气系统部件的预期使用寿命，并且因排气通过此类劣化的安装接头泄漏的发生率增加而造成潜在安全危害。

采用所谓的冷法兰设计的排气系统设有内绝缘材料和浮置衬垫(liner)系统，从而避免法兰直接暴露于排气系统的部件内部流动的高温排气下。然而，组装和拆卸采用具有内衬系统的此所谓的冷法兰排气系统设计的排气系统部件的安装接头需要现场人员在排气系统壳体内部和排气系统壳体外部同时执行工作。在排气系统壳体内部执行此类工作需要在排气系统壳体内部竖立脚手架。相对于采用所谓的热法兰设计的排气系统，这些内部和外部工作分配大大增加了所需的拆卸-重新组装时间。

发明内容

以下说明将阐明本发明的各个方面和优点，或者，这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者通过实施本发明的各个实施例能够获悉。

本发明的一个实施例包括一种快速拆分式安装接头，其用于将燃气涡轮发动机的排气系统的第一部件的自由边(free edge)连接到所述排气系统的第二部件的自由边，所述接头使用经由向外连接法兰连接的一对对置式梯形(stepped)衬垫。每个梯形衬垫包封绝缘材料，并且防止向外连接法兰直接暴露于所述排气下。本发明的此实施例的安装接头可以从排气壳体外部完全地拆卸下来，而无需触及所述排气壳体的内部。

在另一个实施例中，梯形衬垫中的至少一个梯形衬垫被分割以包括连接到至少第二节段的至少第一节段，并且该梯形衬垫自由浮置以在不引入热应力的情况下实现热增长。

在另一个实施例中，梯形衬垫中的至少一个梯形衬垫经由固定夹(retainer clip)连接到部件的壳板，以使该壳板能够自由扩展(expand)。

在快速拆分式安装接头的替代实施例中，一个或多个垫片策略上地置于对置式梯形衬垫之间，以便进一步确保法兰不会暴露于辐射热量下。合适的垫片通常是带有或不带有可扩展金属芯的玻璃纤维，并且可以涂布有耐热材料。垫片可以是扁平垫片，也可以是采用蝌蚪形状的垫片，即连接到扁平部分的圆柱体部分，其中垫片的扁平部分用于将垫片固定在对置式向外连接法兰之间以及所述阶梯垫片之间。如果垫片设置在对置式梯形衬垫之间，那么螺栓连接硬件将用作衬垫停止件，以确保该衬垫不被过度压缩。此类螺栓连接硬件可以包括铆钉或自攻螺钉，用以沿接头长度将衬垫固定在适当位置。

本发明的另一个实施例包括一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机配备有经由向外连接法兰连接的对置式梯形衬垫，其作为用于连接所述发动机的排气系统的至少一对部件的快速脱离(disengaging)安装接头。

本发明的另一个实施例包括一种改进燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机配备有经由向外连接法兰连接的对置式梯形衬垫，其作为用于连接所述发动机的排气系统的至少一对部件的快速脱离安装接头。