一种燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构转让专利
申请号 : CN202111494677.1
文献号 : CN113898414B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 王蕊 , 王鸣 , 陈涛 , 杨万金 , 肖淑颖 , 戚光鑫
申请人 : 成都中科翼能科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:包括转接轴、调整垫(7)和衬套(6);
所述燃气轮机的高压转子(8)上具有篦齿盘(5),篦齿盘(5)通过鼓筒轴(3)连接到高压涡轮(1)处;高压涡轮(1)内连接有涡轮轴(9);
所述衬套(6)套设于转接轴的一端;所述转接轴的一端通过所述衬套(6)抵于篦齿盘(5)的盘心处;转接轴的另一端伸至高压涡轮(1)的中心处并抵于涡轮轴(9)上;所述调整垫(7)设置于衬套(6)与转接轴的连接处并传递轴向的支撑力;
在所述转接轴与衬套(6)连接的一端设置有第一支撑部(41),所述第一支撑部(41)径向凸起于转子侧轴体(4)外周壁并呈圆盘状;所述衬套(6)的边沿处设置有径向凸齿(63);
所述径向凸齿(63)径向向外延伸并与第一支撑部(41)相抵,以轴向传力。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述转接轴包括转子侧轴体(4)和涡轮侧轴体(2)两段,所述转子侧轴体(4)和涡轮侧轴体(2)对接连接。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述转子侧轴体(4)上设置有径向向外延伸的第二支撑部(43);所述鼓筒轴(3)与高压涡轮(1)的连接处呈环形;所述第二支撑部(43)的外沿抵于鼓筒轴(3)与高压涡轮(1)连接处的内侧。
4.根据权利要求2所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述涡轮侧轴体(2)抵于涡轮轴(9)的端面并为高压涡轮(1)提供径向的支撑力。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述衬套(6)一侧的端面边沿处设置有轴向凸齿(62),轴向凸齿(62)沿衬套(6)的轴向伸出;
所述第一支撑部(41)的外沿处设置有对应轴向凸齿(62)的凹槽(44),所述轴向凸齿(62)为转子侧轴体(4)提供径向向内的支撑力。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述衬套(6)的外周面倾斜,使其能够嵌装到篦齿盘(5)盘心处。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述转接轴呈中空的管套状;所述转接轴与鼓筒轴(3)之间设置有空腔,设置于转接轴上的第二支撑部(43)将该空腔分隔为前后两个腔室,在所述第二支撑部(43)上设置有通孔以连通两个腔室。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构,其特征在于:所述衬套(6)和转接轴采用耐高温粉末合金材料制成,调整垫(7)采用钛合金材料制成。
说明书 :
一种燃气轮机高压转子防热振动变形的补强结构
技术领域
背景技术
机的工作过程是:压气机连续地从大气中吸入空气并对空气进行压缩;压缩后的空气进入
燃烧室,与燃烧室中喷入的燃气混合后燃烧,进而成为高温燃气,随即高温燃气流入到燃气
涡轮处膨胀做功,并利用高温燃气推动涡轮带着压气机一起旋转;燃气轮机是一种清洁性
好、效率高的装置,具有体积小、重量低等优点。
的研究工作,并在较短时间内已经取得了跨越式的发展。在燃气轮机方面的技术水平的优
劣也同时反映了一个国家科学技术水平和军事实力的高低。
过程中的不用阶段,燃气轮机上的各个零部件上的温度将会发生非常显著的变化。例如:在
燃气轮机停车之后,燃气轮机内部的热量将会通过外机匣向外散发,而燃气轮机外层结构
温度逐渐降低快,而内层结构温度依然较高,并且内层结构的温度降低速度慢,使得燃气轮
机的整体呈外冷内热的状态,此外,在燃气轮机轴向上的各个区域处的零部件的温度也都
不相同。
曲,从而导致燃气轮机内部的刚度矩阵发生变化,即:在较大的温差情况下,将会造成高压
转子和高压涡轮之间的零部件的连接以及零部件本身会因为产生较大的热振动而发生变
形,当变形情况严重时将有可能影响燃气轮机的安全运行。
行重新设计,例如:改变高压转子的叶盘或叶片的结构,使其内部的刚度合理分布;另一方
面,技术人员也会通过改变零部件的材料来提升零部件本身的抗变形的能力,例如:将温度
较高且温差变化较大部位的材料改为高温粉末合金,从而降低因高温和温差产生的热应力
和热弯曲变形产生的不利影响。以上两种解决方案均存在一定的弊端,其中改变结构形式
的方案,工作难度高,工作量大,大大增加了研发成本;改变材料的方案会带来成本增高以
及未知的不确定因素,势必对燃气轮机的工作性能和可靠性造成一定的负面影响。
发明内容
接轴的连接处并传递轴向的支撑力。
的变化,提高保证高压转子结构的稳定性,并且由于转接轴的支持位置与鼓筒轴的连接位
置不同,从而使得两者之间形成局部杠杆作用,以鼓筒轴的连接处为支点,利用转接轴的支
撑,防止篦齿盘的外侧以及篦齿盘的盘体在因为热振动的现象而发生的变形量超标的问
题。
段,两段之间采用对接方式进行连接,在转子侧轴体用于对接涡轮侧轴体的部位设置第一
对接部,该对接部呈环形的阶梯状,而涡轮侧轴体用于对接该第一对接部的一端设置有相
应第二对接部,从而使得涡轮侧轴体能够以插接方式对接到转子侧轴体的第一对接部上。
此外,由于转接轴采用两段式的结构,能够方便于转接轴的加工以及满足不同位置对刚度、
硬度等性能以及对材质选择的需求,并且能够避免对长度较长的零部件进行加工所产生报
废率和高额成本。
鼓筒轴与高压涡轮连接处的内侧。该第二支撑部的外侧边沿朝向鼓筒轴与高压涡轮的连接
处延伸,并能够抵于该连接处的内侧,从而提供径向的支撑力,当该连接处的温度较高或者
温差变化较大,并因为热振动现象而发生形变的趋势时,通过该第二支撑部的支撑,能够抵
消该连接处形变的力,从而使得该连接处不会因为热振动而发生变形。
的,通过转接轴将涡轮轴上的支撑力传递到篦齿盘上。
部处的转接轴轴身的厚度更厚,转接轴通过该第一支撑部传递轴向的支撑力,从而能够使
得篦齿盘被轴向抵紧;篦齿盘本身以及高压转子处的零部件发生热振动现象而变形时,能
够由该转接轴对其变形的趋势进行抑制。
凹槽,所述轴向凸齿为转子侧轴体提供径向向内的支撑力。本方案中的设置的轴向凸齿对
第一支撑部提供径向向内的支撑力,从而避免第一支撑部在高速旋转的离心力作用下损
坏。
径向凸齿能够传递转子侧轴体的支撑力至篦齿盘的盘心处,同时,该衬套也是主要在篦齿
盘与转接轴之间起连接作用。
轴与篦齿盘的对位。
腔室,在所述第二支撑部上设置有通孔以连通两个腔室。本结构各个空腔以及腔室的设计,
能够降低高压转子和高压涡轮的重量,还能够通过这些空腔进行空气流通和散热。
前后零部件可能发生的热应力变形的有效补强以及实现前后零部件之间的有效衔接。此
外,衬套和转接轴充分利用高温粉末合金在因高温和高温差情况下产生的热应力和热弯曲
变形小的特点,在有效提升自身性能的前提下,对高压转子和高压涡轮等零部件进行补强。
刚度产生的不利影响,最大限度降低了发动机工作的不同阶段中因高温和高温差造成的变
形的问题,从而有力保障了燃气轮机的安全可靠运行;
此外,衬套采用无螺栓的结构,从而无需改变原有的篦齿盘结构,优化成本和安装方式;转
接轴端部的外侧第一支撑部上的凹槽能够配合衬套上的相应凸齿结构,实现径向上和轴向
上的支撑补强;
调整垫采用钛合金材料制成,从而有效加强零部件本身的抗变形性能。
附图说明
齿;63‑径向凸齿;7‑调整垫;8‑高压转子;9‑涡轮轴。
具体实施方式
做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本方案的保护范围。
衡时将会产生的热应力,从而导致高压转子8或高压涡轮1处的零部件发生一定的热弯曲,
即:在高温或高温差情况下,零部件因为高温或局部高温差产生热振动现象而发生变形,影
响燃气轮机的安全运行。针对这种情况,国内的常规做法是高压转子8以及高压涡轮1的结
构并重新设计和改变,或者将零部件选用在高温或高温差情况下抗变形能力强的材料;传
统的两种方案都有可能带来质量增加、成本增高以及其他未知的不确定的问题,势必对燃
气轮机的工作性能和可靠性将会造成一定的负面影响。
状,并且篦齿盘5远离高压转子8的一端面上是通过鼓筒轴3连接到高压涡轮1处,高压涡轮1
内连接有涡轮轴9。
避免对长度较长的零部件加工难度大、报废率高以及成本高等问题。此外,由于不同位置所
承受的温度以及温差变化均不同,并且对刚性、硬度等性能以及材质选择的需求也不同,两
段式设计更能满足以上要求。
有第一支撑部41、轴身42、第二支撑部43和第一对接部45等部件。
撑部41向其左侧传递轴向的支撑力,从而能够使得篦齿盘5被轴向抵紧,从而使得篦齿盘5
本身以及高压转子8处的零部件发生热振动现象而产生的变形趋势被抑制。此外,位于该第
一支撑部41左侧的轴身42的侧壁厚度被加厚,该加厚的部分能够伸入至篦齿盘5的盘心处
并提供径向的支撑力。
压涡轮1的连接处延伸,从而利用该第二支撑部43的外沿能够抵于鼓筒轴3与高压涡轮1连
接处的内侧,并为该连接位置提供径向的支撑力,当该连接处的温度较高或者温差变化较
大,并因为热振动现象而发生形变的趋势时,通过该第二支撑部43的支撑,能够有效的抵消
该连接处变形的力,保证该连接处不会因为热振动而发生变形。
一端设置有相应第二对接部,第二对接部与第一对接部45上均具有插接配合的结构,从而
使得涡轮侧轴体2能够以插接方式对接到转子侧轴体4上。
还将涡轮轴9的支撑力传递至转子侧轴体4上,从而将涡轮轴9上的轴向支撑力传递到篦齿
盘5上,从而提高高压转子8和高压涡轮1所在部位处在热振动现象发生时的抗变形的能力。
因高温和高温差情况下产生的热应力和热弯曲变形小的特点。该衬套6的外周面倾斜,使其
能够嵌装到篦齿盘5盘心处,衬套6的外壁能够于篦齿盘5盘心处的内壁,从而辅助于转接轴
与篦齿盘5的对位。转接轴的左端通过该衬套6抵于篦齿盘5的盘心处,该衬套6在篦齿盘5与
转接轴主要起到结构适配和支撑力传递的作用。
凸齿62为转子侧轴体4提供径向向内的支撑力。本方案中的设置的轴向凸齿62在使用时能
够伸入到第一支撑部41上的凸齿上,从而对第一支撑部41提供径向向内的支撑力,从而避
免第一支撑部41在高速旋转的离心力作用下损坏。所述径向凸齿63径向向外延伸并与第一
支撑部41相抵,以实现轴向传力。本方案中衬套6上设置的径向凸齿63能够传递转子侧轴体
4的支撑力至篦齿盘5的盘心处,同时,该衬套6也是主要在篦齿盘5与转接轴之间起连接作
用。
应力变形的有效补强以及实现前后零部件之间的有效衔接。该调整垫7呈圆环形,并主要起
到传导轴向支撑力的作用。
的同时,该转接轴的端部对篦齿盘5的盘心处传递轴向的支撑力,从而提高保证高压转子8
结构的稳定性,并且由于转接轴的支持位置与鼓筒轴3的连接位置不同,从而使得两者之间
形成局部杠杆作用,以篦齿盘5与鼓筒轴3的连接处为支点,利用转接轴的支撑,防止篦齿盘
的外侧以及篦齿盘的盘体在因为热振动的现象而发生的变形量超标的问题。
个腔室,在所述第二支撑部43上设置有通孔以连通两个腔室。本方案中不仅转接轴内设置
有中空的结构,而在转接轴与鼓筒轴3之间也形成空腔,从而不仅能够降低高压转子8和高
压涡轮1的重量,还能够通过这些空腔进行空气流通和散热。
本技术的保护范围内。