CN102235267B - 一种利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
一种利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机的低压压气机(1)的转子中，I、II、III、IV级的低压压气机工作叶片(101)具体为切顶设计，以便减少发动机外涵道(3)排气量；切顶后的I、II、III、IV级的低压压气机工作叶片(101)与进口导流叶片(2)的进口直径都为730～780mm，同时低压压气机机匣(102)外径由机组前部向后部具体为收敛型锥度设计，其与旋转轴线的夹角为2～6°。本发明创造性地利用退役的涡扇发动机作为结构基础进行改制燃气轮机，其技术效果明显好于以往。改制方案可操作性强、成本低、技术效果好。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机结构设计技术，特别提供了一种利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机。
背景技术
现有技术中，退役涡扇发动机的处理方式为常规的报废拆分处理，未利用其剩余价值，存在着大额资产的明显贬值。
燃气轮机设计要求高，制造难度大，其制作成本也一直居高不下。
人们期望获得一种成本较低、技术效果较好的新的燃气轮机设计和使用的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种创造性地利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机设计方案。
本发明提供了一种利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机的低压压气机1的转子中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101具体为切顶设计，以便减少发动机外涵道3排气量；
切顶后的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101与进口导流叶片2的进口直径都为730～780mm，同时低压压气机机匣102外径由机前部向后部具体为收敛型锥度设计，其与旋转轴线的夹角为2～6°。
本发明所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，还要求保护下数优选内容：
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在低压压气机转子的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101为切顶设计的基础上，在连通外涵道3腔室的中介机匣导流环401处设置外涵道隔板402，以便将外涵道3分隔成两部分，两部分的横截面积之比为：15：85～25：75；气体通过其中横截面面积较小的那一部分进入外涵道3，亦即外涵道3进口有效截面积变为原来的15～25%；
将外涵道3的空气通过导管引入到涡轮后部内涵腔5中进行掺混以便降低涡轮后部排出到动力涡轮中的燃气温度，同时增加了参与对动力涡轮做功的气体流量，增大动力涡轮机进口燃气的压力，使得动力涡轮的功率发挥更大；
上述的导管具体为金属波纹管。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向器9改为放大出口面积设计，以便降低气流速度，使得低压涡轮转速降低；
带同低压涡轮、低压压气机1组成的轴系整体转速符合机组的匹配要求。
也就使得与低压涡轮同轴的低压压气机转速相应减低。因为低压压气机转子叶片改为径向尺寸相对较小的切顶设计，所以这种改动可能使得低压压气机转子叶片在超音速气流条件下转速升高，为安全起见；采用此辅助设计以便控制转速防止超速造成不良后果。
所述燃气轮机将原有的煤油喷嘴改为燃料气喷嘴15；燃气总管设置在机组外部，机组中具体设置有28个支管进入燃烧室16，每个支管在燃烧室的出口端都设置有一个燃料气喷嘴15。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在涡轮支撑隔板之间还设置有固定在外涵机匣11且穿过涡轮支承外环上的涡轮后温度传感器17，其具体为测温热电偶，用于检测低压涡轮后部内涵腔5的温度场是否均匀，以便在温度场不均匀时及时进行故障处理。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，机组的主支承具体为设置在中介机匣4上的中介机匣安装节403，其为沿圆周布置处于同一水平面上的对应两处，具体采用销孔连接定位；
机组的辅助支承设置在涡轮后部的外涵机匣11后安装边的下部，具体为辅助支承安装板10，其具体结构为能够允许轴向变形或径向变形出现在机组的后部的板型件。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在涡轮后部的内涵机匣12和外涵机匣11之间还设置有沿圆周均匀布置的8个球头铰连接结构的内外涵机匣支杆13，以便在内涵机匣12受热膨胀，内涵机匣12和外涵机匣11之间距离变小时也能保证二者的同心关系，以保证工作效果。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，头部的进口导流叶片2为出口角度固定不变的固定结构设计；
外涵道后部的内涵机匣12和外涵机匣11之间设置有用于封堵外涵道后部的外涵道堵盖19，其具体为不锈钢材质且壁厚为2～4mm的薄壁件，可以承受一定程度的弹性变形（允许作轴向变形或者径向变形的同时保证内涵机匣和外涵后机匣二者之间的同轴关系）；同时，在外涵道后部外侧设置有专门的外涵控制排气出口79，排气出口79外连接有专门的放气活门（相当于阀体）以控制排气的开度大小；
上述设计的目的是使得发动机的卸荷腔保留一定量的卸荷腔排气的环境压力，不能过低；以便保持内外压差不至于过大，排气速度不致于过大；以便于防止启动低压压气机1和高压压气机14时发生喘振；
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向器9出口具体为放大尺寸设计，出口截面积为850～950mm2。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，所述燃气轮机的涡轮冷却系统由原来单纯的空冷改为增加外部水换热器冷却环节，
在涡轮冷却集气腔6内设置有集气腔隔板601将其分为前后两部分，预冷的高压气体从前腔流出，通过软管连接到涡轮后部的外涵机匣11上的涡轮冷却气进出口7引至机组外部，经过水换热装置进行水冷处理之后，回到涡轮冷却集气腔6。经冷却后的气体用于对涡轮进行气冷。
本发明创造性地利用退役的涡扇发动机作为结构基础进行改制燃气轮机，其技术效果明显好于以往。改制方案可操作性强、成本低、技术效果好。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为改制前的涡扇发动机局部结构示意图；
图2为改制后的燃气轮机局部结构示意图；
图3为改制后的燃气轮机整体外部结构示意图；
图4为改制后的燃气轮机结构示意图。
具体实施方式
各附图标记含义如下：
低压压气机1、低压压气机工作叶片101、低压压气机机匣102、进口导流叶片2、外涵道3、中介机匣4、中介机匣导流环401、外涵道隔板402、中介机匣安装节403、涡轮后部内涵腔5、涡轮冷却集气腔6、集气腔隔板601、涡轮冷却气进出口7、低压涡轮导向器9、辅助支承安装板10、外涵机匣11、内涵机匣12、内外涵机匣支杆13、高压压气机14、高压压气机外涵机匣1401、燃料气喷嘴15、燃料气供气总管1501、燃料气供气支管1503、主燃烧室16、涡轮后温度传感器17、内外涵涵道气体掺混口18、外涵道堵盖19、燃气输出波纹管20、涡轮支撑支板21、外涵控制排气出口79、进气机匣31、整流叶片71。
实施例1
一种利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，所述燃气轮机的低压压气机1的转子中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101具体为切顶设计，以便减少发动机外涵道3的排气量；
切顶后的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101与进口导流叶片2的进口直径都为730～780mm，同时低压压气机机匣102外径由机组前部向后部具体为收敛型锥度设计，其与旋转轴线的夹角为4.2°。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，还包含有下述内容要求：
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在低压压气机转子的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101为切顶设计的基础上，在连通外涵道3腔室的中介机匣导流环401处设置外涵道隔板402，以便将低压出口流道分隔成内外涵道两部分，两部分的横截面积之比为：19：81；气体通过其中横截面面积较小的那一部分进入外涵道3，亦即外涵道3进口有效截面积变为原来的19%；
将外涵道3的空气通过导管引入到涡轮后部内涵腔5中进行掺混以便降低涡轮后部排出到动力涡轮中的燃气温度，同时增加了参与对动力涡轮作功的气体流量，增大动力涡轮机进口燃气的压力，使得动力涡轮的功率发挥更大。
上述的导管具体为金属波纹管。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向器9改为放大出口面积设计，以便降低气流速度，使得低压涡轮旋转做功时，带同低压涡轮和切顶后的低压压气机1组成的轴系整体转速符合机组的匹配要求。
所述燃气轮机将原有的煤油喷嘴改为燃料气喷嘴15；燃气总管设置在机组外部，机组中具体设置有28个支管进入燃烧室，每个支管在燃烧室的出口端都设置有一个燃料气喷嘴15。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在涡轮支撑隔板之间还设置有固定在外涵机匣11且穿过涡轮支承外环上的涡轮后温度传感器17，其具体为测温热电偶，用于检测低压涡轮后部内涵腔5的温度场是否均匀，以便在温度场不均匀时及时进行故障处理。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，机组的主支承具体为设置在中介机匣4上的中介机匣安装节403，其为沿圆周布置处于同一水平面上的对应两处，具体采用销孔连接定位；
机组的辅助支承设置在涡轮后部的外涵机匣11后安装边的下部，具体为辅助支承安装板10，其具体结构在安装版10下方连接弹性支承装置，能够随机组后部热膨胀，轴向伸长变形或径向变形进行跟随摆动支承。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在涡轮后部的内涵机匣12和涡轮后部的外涵机匣11之间还设置有沿圆周均匀布置的8个球头铰连接结构的内外涵机匣支杆13，以便在内涵机匣12受热轴向膨胀，内涵机匣12和外涵机匣11之间轴向移位时也能保证二者的同心关系，以保证工作效果。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，头部的进口导流叶片2为出口角度固定不变的固定结构设计；
外涵道后部的内涵机匣12和外涵机匣11之间设置有用于封堵外涵道后部的外涵道堵盖19，其具体为不锈钢材质且壁厚为2mm的薄壁件，可以承受一定程度的弹性变形（允许作轴向变形或者径向变形的同时保证内涵机匣和外涵后机匣二者之间的同轴关系）；同时，在外涵道后部外侧设置有专门的外涵控制排气出口79，排气出口79外连接有专门的放气活门（相当于阀体）以控制排气的开度大小；
上述设计的目的是使得发动机的卸荷腔保留一定量的卸荷腔排气的环境压力，不能过低；以便保持内外压差不致于过大，使卸荷腔排气速度不至于过大；同时便于防止启动低压压气机1和高压压气机14时发生喘振；
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向器9出口具体为放大尺寸设计，出口截面积为910mm2。
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，所述燃气轮机的涡轮冷却系统由原来单纯的空冷改为增加外部水换热器冷却环节，
在涡轮冷却集气腔6内设置有集气腔隔板601将其分为前后两部分，预冷的高压气体从前腔流出，通过软管连接到涡轮后部的外涵机匣8上的通过涡轮冷却气进出口7至机组外部，经过水换热装置进行水冷处理之后，回到涡轮冷却集气腔6。经冷却后的气体用于对涡轮进行气冷。
本实施例创造性地利用退役的涡扇发动机作为结构基础进行改制燃气轮机，其技术效果明显好于以往。改制方案可操作性强、成本低、技术效果好。
实施例2
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1）所述燃气轮机的低压压气机1的转子中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101具体为切顶设计，切顶后的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101与进口导流叶片2的进口直径都为730mm，同时低压压气机机匣102外径由机组前部向后部具体为收敛型锥度设计，其与旋转轴线的夹角为2°。
2）所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在低压压气机转子的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101为切顶设计的基础上，在连通外涵道3腔室的中介机匣导流环401处设置外涵道隔板402，以便将低压出口流道轴向分隔成内外涵道两部分，两部分的横截面积之比为：15：85；气体通过其中横截面面积较小的那一部分进入外涵道3，亦即外涵道3进口有效截面积变为原来的15%；
3）外涵道后部的内涵机匣12和外涵机匣11之间设置有用于封堵外涵道后部的外涵道堵盖19，其具体为不锈钢材质且壁厚为2mm的薄壁件；
4）所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向器9出口具体为放大尺寸设计，出口截面积为850mm2。
本实施例技术效果与实施例1无太大差别，但实施例1的技术效果最佳。
实施例3
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1）所述燃气轮机的低压压气机1的转子中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101具体为切顶设计，切顶后的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101与进口导流叶片2的进口直径都为780mm，同时低压压气机机匣102外径由机组前部向后部具体为收敛型锥度设计，其与旋转轴线的夹角为6°。
2）所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在低压压气机转子的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片101为切顶设计的基础上，在连通外涵道3腔室的中介机匣导流环401处设置外涵道隔板402，以便将低压出口流道轴向分隔成内外涵道两部分，两部分的横截面积之比为：25：75；气体通过其中横截面面积较小的那一部分进入外涵道3，亦即外涵道3进口有效截面积变为原来的25%；
3）外涵道后部的内涵机匣12和外涵机匣11之间设置有用于封堵外涵道后部的外涵道堵盖19，其具体为不锈钢材质且壁厚为4mm的薄壁件；
4）所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向器9出口具体为放大尺寸设计，出口截面积为950mm2。本实施例技术效果与实施例1无太大差别，但实施例1的技术效果最佳。
Claims (7)
1.一种利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，所述燃气轮机的低压压气机（1）的转子中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片（101）具体为切顶设计，以便减少发动机外涵道（3）排气量；
切顶后的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的低压压气机工作叶片（101）与进口导流叶片（2）的进口直径都为730～780mm，同时低压压气机机匣（102）外径由机组前部向后部具体为收敛型锥度设计，其与旋转轴线的夹角为2～6°；其特征在于：
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，在连通外涵道（3）腔的中介机匣导流环（401）处设置外涵道隔板（402），以便将外涵道（3）分隔成两部分，两部分的横截面积之比为：15：85～25：75；气体通过其中横截面面积较小的那一部分进入外涵道（3），相当于外涵道（3）进口截面积变为原来的15～25%；
将外涵道（3）的空气通过导管引入到涡轮后部内涵腔（5）中进行掺混以便降低涡轮后部排出到动力涡轮中的燃气温度，同时增加了参与对动力涡轮做功的气体流量，增大动力涡轮机进口燃气的压力，使得动力涡轮的功率发挥更大；
上述的导管具体为金属波纹管。
2.按照权利要求1所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机的主支承具体为设置在中介机匣（4）上的中介机匣安装节（403），其为沿圆周布置处于同一水平面上的对应两处，具体采用销孔连接定位；
机组的辅助支承具体为辅助支承安装板（10），其具体结构为能够允许轴向变形或径向变形出现在机组的后部的板型件。
3.按照权利要求2所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：在涡轮后部的内涵机匣（12）和涡轮后部的外涵机匣（11）之间还设置有沿圆周均匀布置的8个球头铰连接结构的内外涵机匣支杆（13），以便在内涵机匣（12）受热膨胀，内涵机匣（12）和外涵机匣（11）之间距离变小时也能保证二者的同心关系，以保证工作效果。
4.按照权利要求3所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：
在涡轮支撑隔板之间还设置有固定在外涵机匣（11）且穿过涡轮支承外环上的涡轮后温度传感器（17），其具体为测温热电偶，用于检测低压涡轮后部内涵腔（5）的温度场是否均匀，以便在温度场不均匀时及时进行故障处理。
5.按照权利要求1～4其中之一所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：
所述燃气轮机将原有的煤油喷嘴改为燃料气喷嘴（15）；燃气总管设置在机组外部，机组中具体设置有28个支管进入燃烧室，每个支管在燃烧室的出口端都设置有一个燃料气喷嘴（15）。
6.按照权利要求5所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，低压涡轮导向 器（9）出口具体为放大尺寸设计，出口截面积为850～950mm2；
所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机中，头部的进口导流叶片（2）为出口角度固定不变的固定结构设计；
涡轮后部的内涵机匣（12）和外涵机匣（11）之间设置有用于封堵外涵道后部的外涵道堵盖（19），其具体为不锈钢材质且壁厚为2～4mm的薄壁件，可以承受一定程度的弹性变形；同时，在外涵道后部外侧设置有专门的外涵控制排气出口（79），排气出口（79）外连接有专门的放气活门以控制排气的开度大小。
7.按照权利要求6所述利用退役涡扇发动机通过低压切顶改制的燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机的涡轮冷却系统由原来单纯的空冷改为增加外部水换热器冷却环节，在涡轮冷却集气腔（6）内设置有集气腔隔板（601）将其分为前后两部分，预冷的高压气体从前腔流出，通过软管连接到涡轮后部的外涵机匣（11）上的涡轮冷却气进出口（7）引至机组外部，经过水换热装置进行水冷处理之后，回到涡轮冷却集气腔（6）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 110043 Dong TA street, Dadong District, Shenyang, Liaoning Province, No. 6 Patentee after: Chinese Hangfa Shenyang Liming Aero engine limited liability company Address before: 110043 Dong TA street, Dadong District, Shenyang, Liaoning Province, No. 6 Patentee before: Liming Aeroplane Engine (Group) Co., Ltd., Shenyang City |
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