一种燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构转让专利
申请号 : CN202111533228.3
文献号 : CN113931872B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 王鸣 , 王蕊 , 闪颂武 , 梁豪豪 , 杨万金 , 陈涛 , 富健强
申请人 : 成都中科翼能科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:包括多级工作叶轮(1);相邻级工作叶轮(1)之间设置有内鼓筒(3)和外鼓筒(2);所述工作叶轮(1)轮缘的内侧设置有腹板(102);所述外鼓筒(2)抵紧于相邻级工作叶轮(1)之间,所述内鼓筒(3)与对应工作叶轮(1)之间具有轴向间隙(6);所述内鼓筒(3)能够拉紧工作叶轮(1),并消除或消减所述轴向间隙(6),使腹板(102)沿压气机的轴向方向预变形,以平衡腹板(102)在轴向方向上的应力。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:所述腹板(102)的变形量可调。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:内鼓筒(3)与工作叶轮(1)由螺栓拉紧,所述螺栓采用精密螺栓(4),精密螺栓(4)包括有螺杆(41)和螺母(42);螺杆(41)先后穿过内鼓筒(3)和工作叶轮(1),并与螺母(42)相连。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:所述腹板(102)的外侧设置有外鼓筒连接止口(103),所述外鼓筒(2)与相邻两级工作叶轮(1)的外鼓筒连接止口(103)相抵,并提供支撑力。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:所述腹板(102)的内侧设置有内鼓筒连接止口(101),所述内鼓筒(3)与相邻两级工作叶轮(1)的内外鼓筒连接止口(103)相连,以提供拉紧力。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:每一级工作叶轮(1)的外侧均具有转子叶片(104),不同级工作叶轮(1)的转子叶片(104)长度不同,且对应的腹板(102)的微变形量也不同。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:所述多级工作叶轮(1)包括二级工作叶轮、三级工作叶轮、四级工作叶轮、五级工作叶轮、六级工作叶轮和七级工作叶轮;其中,所述二级工作叶轮位于其他级工作叶轮的前侧,所述七级工作叶轮位于压气机的后侧。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:所述七级工作叶轮的后侧连接有封严篦齿盘(5),在封严篦齿盘(5)与七级工作叶轮之间连接有一个内鼓筒(3),该内鼓筒(3)与封严篦齿盘(5)贴紧配合。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构,其特征在于:所述二级工作叶轮(1)的前侧设置有一级工作叶轮,所述二级工作叶轮与一级工作叶轮之间连接有另一个内鼓筒(3),该内鼓筒(3)与二级工作叶轮(1)和一级工作叶轮(1)贴紧配合。
说明书 :
一种燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构
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。
的部件,是一个高速旋转并对气流做功的组合件。在高转速条件下,组成转子的零件及其连
接处要承受巨大的惯性力、气体力、扭矩和复杂的振动负荷。若传力或定心方案设计不当,
可能造成转子结构运行失稳,严重时甚至存在损毁的风险;同时可能使转子结构的平衡不
好、刚性不足,造成高速旋转过程中产生剧烈抖动的情况。
分组成的结构。鼓筒可以和叶轮做成一体或者单独制成,扭矩由轴、鼓、盘进行逐级传递。这
种混合式转子兼有鼓式转子抗弯、刚性好及盘式转子强度好、承载能力高等优点,其应用前
景广泛。
格控制螺栓预紧力的大小,以使得螺栓内应力和转子刚度在合理范围内变化。但是,在实际
工作中,压气机转子工作环境恶劣复杂且多变,相邻级叶轮之间的连接螺栓自身应力状态
不稳定,在高周循环工作过程中极易产生疲劳损坏,同时影响整个转子结构的刚性,并引发
振动等未知问题。
度、使压气机能够在复杂环境中安全可靠运行的目的。
发明内容
型转子结构。
工作叶轮的中心呈圆盘状,在该圆盘部分外边沿即为轮缘,工作叶轮的叶片连接在轮缘,而
腹板位于轮缘内侧并与邻近轮缘;所述内鼓筒能够拉紧工作叶轮,使腹板沿压气机的轴向
的方向预变形,以平衡腹板在轴向方向上的应力。在安装时各级外鼓筒与工作叶轮轮缘处
相互贴紧,各级的工作叶轮和与之相连的前一级的内鼓筒之间均预留一定的轴向间隙,转
子结构在装配时,通过螺栓拉紧的方式来消除或消减各级工作叶轮之间的轴向间隙,使内
鼓筒的端面与转子叶盘的内鼓筒连接止口之间通过螺丝拉紧,从而使前一级的工作叶轮的
腹板随之发生微变形,并产生相应的预应力。而通过精确的计算并调节各级工作叶轮与内
鼓筒之间的间隙,能够以保证各级工作叶轮微变形量相互协调,从而使得整个转子结构所
形成的连接框架的内部应力合理分布,从而能够有效的平衡转子在自身回转所产生的离心
力、叶片受到的气动力以及转子轴向力等共同作用力下在腹板轴向应力。
间的轴向间隙可以定义为第一间隙;而在螺栓拉紧腹板后,所述工作叶轮与以其前一级的
内鼓筒之间的轴向间隙可以定义为第二间隙;在螺栓拉紧腹板后,工作叶轮与以其前一级
的内鼓筒之间可以为间隙配合、过渡配合和过盈配合中的一种,并且当两者间隙配合时,该
第二间隙的间隙量也可以通过控制螺栓的松紧度进行调节,从而使得转子结构的整体内应
力获得良好的平衡,从而有效提高了压气机工作状态下转子结构的刚性,避免其产生剧烈
振动,同时保证螺栓不会出现应力过大的情况,并防止引起腹板大面积变形和断裂的情况
发生。
使用螺栓拉紧内鼓筒与工作叶轮时,所述轴向间隙被消除或消减并使腹板微变形。本结构
中是利用间隙结构以及间隙量的大小控制转子结构内部的应力变化,该实现方式简单实
用,可操作性强,无需大面积改动转子结构的内部结构;保证转子结构及其内部连接结构的
稳定性和可靠,显著提高转子结构的刚性,防止发生剧烈振动,在确保安全运行的同时,大
大增加了压气机转子部件的寿命。
螺母相连。精密螺栓能够加强转子部件的刚性和稳定性。
相抵,并提供平行于压气机轴向方向的支撑力。
止口相连,并提供平行于压气机轴向方向的拉紧力。
板的微变形量也不同。
作叶轮和七级工作叶轮;其中,所述二级工作叶轮位于其他级工作叶轮的前侧,所述七级工
作叶轮位于压气机的后侧。
内鼓筒,该内鼓筒与封严篦齿盘贴紧配合。
有一个内鼓筒,该内鼓筒与二级工作叶轮和一级工作叶轮贴紧配合。
子零件及其连接的稳定可靠,还能够能显著提高转子结构的刚性,防止发生剧烈振动;在确
保安全运行的同时,大大增加了压气机转子部件的寿命,应用前景广阔;
下,均能够有效保证转子的稳定运转,在转子径向以及轴向上都具有更强的刚度以及更加
合理的应力分布,有效的延长了转子结构的使用寿命;
从而保证燃气轮机压气机的双层鼓筒加强型转子结构的安全可靠性。
附图说明
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。
态时就具有一定的预应力,而在工作状态时,通过该预应力来平衡或消除转子高速旋转时
所新产生的应力。
工作叶轮、五级工作叶轮、六级工作叶轮和七级工作叶轮;七级的工作叶轮沿压气机的轴向
从前至后依次设置,其中一级工作叶轮和二级工作叶轮靠近于压气机的前侧,而六级工作
叶轮和七级工作叶轮靠近于压气机的后侧,并且七级工作叶轮的后侧与封严篦齿盘5相连。
形量也不同。在转子叶片104的外轮缘处设置有外鼓筒连接止口103,所述外鼓筒2与相邻两
级工作叶轮1的外鼓筒连接止口103相抵,并提供平行于压气机轴向方向的支撑力;在转子
叶片104的内侧设置有内鼓筒连接止口101,所述腹板102的内侧设置有内鼓筒连接止口
101,所述内鼓筒3与相邻两级工作叶轮1的内外鼓筒连接止口103相连,并提供平行于压气
机轴向方向的拉紧力;内鼓筒连接止口101与外鼓筒连接止口103之间为工作叶轮1的腹板
102。
筒,且七级工作叶轮通过第七内鼓筒连接到封严篦齿盘5上。六级工作叶轮的外鼓筒连接止
口103的后侧与七级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的前侧之间设置第六外鼓筒,六级工作
叶轮的内鼓筒连接止口101的后侧连接有一个第六内鼓筒,并且六级工作叶轮通过第六内
鼓筒连接到七级工作叶轮的内鼓筒连接止口101的前侧。五级工作叶轮的外鼓筒连接止口
103的后侧与六级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的前侧之间设置第五外鼓筒,五级工作叶
轮的内鼓筒连接止口101的后侧连接有一个第五内鼓筒,并且五级工作叶轮通过第五内鼓
筒连接到六级工作叶轮的内鼓筒连接止口101的前侧。四级工作叶轮的外鼓筒连接止口103
的后侧与五级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的前侧之间设置第四外鼓筒,四级工作叶轮
的内鼓筒连接止口101的后侧连接有一个第四内鼓筒,并且四级工作叶轮通过第四内鼓筒
连接到五级工作叶轮的内鼓筒连接止口101的前侧。三级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的
后侧与四级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的前侧之间设置第三外鼓筒,三级工作叶轮的
内鼓筒连接止口101的后侧连接有一个第三内鼓筒,并且三级工作叶轮通过第三内鼓筒连
接到四级工作叶轮的内鼓筒连接止口101的前侧。二级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的后
侧与三级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的前侧之间设置第二外鼓筒,二级工作叶轮的内
鼓筒连接止口101的后侧连接有一个第二内鼓筒,并且二级工作叶轮通过第二内鼓筒连接
到三级工作叶轮的内鼓筒连接止口101的前侧。一级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的后侧
与二级工作叶轮的外鼓筒连接止口103的前侧之间设置第一外鼓筒,一级工作叶轮的内鼓
筒连接止口101的后侧连接有一个第一内鼓筒,并且一级工作叶轮通过第一内鼓筒连接到
二级工作叶轮的内鼓筒连接止口101的前侧。
而各级的工作叶轮1和与之相连的前一级的内鼓筒3之间均预留一定的轴向间隙6,当转子
结构在装配时,通过螺栓拉紧的方式来消除或消减这些轴向间隙6,在使内鼓筒3的端面与
对应的内鼓筒连接止口101之间通过螺栓拉紧,从而使工作叶轮1的腹板102随之发生微变
形,并产生相应的预应力。而通过精确的计算并调节各级工作叶轮1与内鼓筒3之间的轴向
间隙,能够以保证各级工作叶轮1微变形量相互协调,从而使得整个转子结构的内部应力合
理分布,从而能够有效的平衡转子在自身回转所产生的离心力、叶片受到的气动力以及转
子轴向力等共同作用力下在腹板102处的轴向应力。
动力F3、转子轴向力F4等作用力的共同作用下,将变形为如图3中(b)所示的状态;如图3中
(c)为二级工作叶轮利用螺栓拉紧后并产生预变形的形态,当三级工作叶轮1与第二内鼓筒
连接并通过螺栓连接并拉紧时,该二级工作叶轮将发生预变形,二级工作叶轮将承受预变
形所产生的预应力F5。二级工作叶轮1的腹板102产生的预变形和预应力方向与工作状态下
相反,因此若将图3中(b)和图3中(c)的状态进行组合,即是在增加预变形的情况下使二级
工作叶轮高速旋转,这将会使得腹板102的微变形量部分或完全抵消,从而使得二级工作叶
轮1更多的受到离心力轴向分量F1,从而显著降低各种作用力对转子结构的不利影响。在转
子结构高速旋转过程中,离心力的轴向分量F2、气动力F3、转子轴向力F4等作用力下,二级
工作叶轮1将会承受相应的应力,如果各级工作叶轮1安装不合理都将会造成这些作用力中
的一种或多种较为突出,从而影响转子结构使用的安全性;本方案中通过螺栓拉紧工作叶
轮1的方式来消除或消减前一级的工作叶轮1与内鼓筒3之间的轴向间隙6,从而达到平衡腹
板102承受的应力的效果,显著提升转子运行的稳定性和安全性,降低转子振动强度,延长
压气机使用寿命。
作状态下相反,显著降低了上述作用力对转子结构的不利影响,整体上,各级工作叶轮1的
腹板102是沿压气机的轴向的方向向后预变形的,而且各级工作叶轮1的预变形量各不相
同,装配时需要技术人员根据各级工作叶轮1的实际工况来平衡腹板102在轴向方向上的应
力。
以其前一级的内鼓筒3之间的轴向间隙6可以定义为第二间隙;在螺栓拉紧腹板102后,工作
叶轮1与以其前一级的内鼓筒3之间可以为间隙配合、过渡配合和过盈配合中的一种。当工
作叶轮1与内鼓筒3为过渡配合和过盈配合时,后一级工作叶轮1的腹板102微变形量达到极
限;而当工作叶轮1与内鼓筒3为间隙配合时,该第二间隙的间隙量则可以通过控制螺栓的
松紧度进行调节,此时,后一级工作叶轮1的腹板102的微变形量可调。技术人员可以根据经
验和精确计算,调节各级工作叶轮1与内鼓筒3之间的间隙从而使得转子结构的整体内应力
获得良好的平衡,从而有效提高了压气机工作状态下转子结构的刚性,避免其产生剧烈振
动,同时保证螺栓不会出现应力过大的情况,并防止引起腹板102大面积变形和断裂的情况
发生。
内部连接结构的稳定性和可靠,显著提高转子结构的刚性,防止发生剧烈振动,在确保安全
运行的同时,大大增加了压气机转子部件的寿命。
本技术的保护范围内。