[发明专利]燃气涡轮机圆锥形法兰螺栓接头

说明书

技术领域

本发明公开的主题涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及用于固定旋转部件的圆锥形法兰螺栓接头(conical flange bolted joint)。

背景技术

燃气涡轮发动机中的常规螺栓接头是贯穿螺栓接头或法兰螺栓接头。在贯穿螺栓设计中，长螺栓穿过转子模块的所有部件。这意味着所有部件都具有打断主转子结构的孔。这些打断处经常是轮上的最高应力位置，并且将具有最低预期的低周疲劳(LCF)寿命。在法兰螺栓设计中，较短的螺栓穿过转子轮上带法兰的附属件，因此避免打断主轮结构。尽管这缓解由于存在孔而引起的LCF问题，但是这种构造会造成对于高周疲劳(HCF)的其他挑战。例如，在发动机操作期间，这种构造的螺栓接头会在法兰的根部处打开。由存在保持盘中心线对准的槽口过盈量和燃气涡轮机转子中的热梯度两者引起这种打开。燃气涡轮机转子非常重，重力使得转子在其自身重量作用下下垂，使得螺栓接头经历高周疲劳(HCF)。如果法兰根部在发动机操作期间打开，则轮辐和螺栓会受到高水平的HCF应力。

发明内容

本发明公开一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件。螺栓法兰组件包括两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向间隔件的法兰表面。每个法兰表面或者间隔件的表面是圆锥形，即不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中(即，螺栓未紧固)，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近所述间隔件；和螺栓，螺栓延伸穿过每个旋转轮的轮辐和间隔件。螺栓法兰组件不需要螺栓穿过高应力的轮，因此解决LCF间题。此外，法兰圆锥界面防止法兰根部打开，法兰根部打开将导致高循环应力(high cyclic stresses)并最终导致螺栓的HCF疲劳。

本发明的第一方面提供一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件，所述螺栓法兰组件包括：两个旋转轮，每个轮具有朝向间隔件延伸的至少一个轮辐，所述间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向间隔件的法兰表面，每个法兰表面的至少一部分不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近间隔件；和螺栓，所述螺栓延伸穿过每个旋转轮的轮辐和间隔件。

本发明的第二方面提供一种用于固定燃气涡轮机中的旋转部件的螺栓法兰组件，螺栓法兰组件包括：两个旋转轮，每个轮具有朝向圆锥形间隔件延伸的至少一个轮辐，所述圆锥形间隔件部分地位于两个旋转轮之间，其中每个轮辐具有面向所述圆锥形间隔件的表面的法兰表面，其中每个法兰表面垂直于燃气涡轮机的中心线，所述圆锥形间隔件的表面不垂直于燃气涡轮机的中心线，以使得在无约束状态中，每个法兰表面的跟部端比每个法兰表面的趾部端更靠近所述间隔件；和螺栓，所述螺栓延伸穿过每个轮的轮辐和间隔件。

在螺栓未紧固的情况下，在每个法兰表面的所述趾部端和所述间隔件之间存在间隙，在每个法兰表面的所述根部端和所述间隔件之间基本不存在间隙；并且在所述螺栓被紧固的情况下，在每个法兰表面和所述间隔件之间基本不存在间隙。

附图说明

从下文对本发明的各个方面的详细描述以及结合附图，本发明的这些和其他特征将更容易理解，附图描绘本发明的各种实施例，其中：

图1示出包括根据本发明实施例的螺栓法兰组件的燃气涡轮机转子的一部分的剖视透视图；

图2至图6示出根据本发明实施例的螺栓法兰组件的各种实施例的横截面图；和

图7示出使用根据本发明实施例的螺栓法兰组件的方法。

应注意本发明的附图不是按比例的。附图旨在仅描绘本发明的典型方面，因此不应被认为限制本发明的范围。在附图中，相同的附图标记表示附图之间相同的元件。

具体实施方式