CN105715305B - 一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构 - Google Patents

一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构，该结构包括正车叶片、两个倒车叶片及叶冠，正车叶片通过叶片延伸连接结构与倒车叶片连接，两个倒车叶片顶部设有叶冠，正车叶片底部设有榫根；叶片延伸连接结构的倒车叶片延伸部分与正车叶片延伸部分呈交叉状，且延伸部分设有三角形缺口；叶片延伸连接结构为镂空设计。在原动力涡轮机匣的外层重新设计了更大直径的外函道机匣，其与原动力涡轮机匣之间构成了涡轮的倒车通流流道，本结构使燃气轮机具有正反转能力，从而实现了燃气轮机在运行中的直接倒车。本发明的设计合理，制造成本低廉，能够实现倒车功能。

Description

一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构
技术领域：
本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构。
背景技术：
作为船舶主要动力装置之一的燃气轮机，虽有许多重要的优点，然而它不能直接倒车仍是一大缺陷。多年来，人们为了解决燃气轮机的倒车问题，曾付出了许多劳动，但是都没有得到一个比较理想的结果。目前我国舰船燃气轮机的倒车问题是通过可调螺距螺旋桨来实现的。虽然可调螺距螺旋桨使用的是常规齿轮箱，并能提供平衡的推力控制，但它存在一定的限制和一些严重缺点。首先，它传递功率的上限为33Mw，超过这一功率后要付出较大的代价。其次，与大功率燃气轮机匹配的可调螺距螺旋桨、轴系和轴承等部件的尺寸、重量比常规的定螺距螺旋桨要大得多，而且更加昂贵。与定螺距螺旋桨相比水下部件更大的尺寸导致了在全功率下增加10%的船体阻力，而在巡航工作下增加6%的阻力，并且可调螺距螺旋桨的构造复杂、维修难度大，特别是在大功率燃气轮机上使用将使设计和系统更加复杂。鉴于此，需要针对燃气轮机本身去研究倒车的途径，于是出现了直接倒车的燃气轮机，即燃气轮机同时具有正反转的能力，倒车功率由燃气轮机直接提供。
直接倒车燃气轮机的研究大致是从70年代初开始的，现在已经有两种直接倒车形式：一种称为堵塞式，另一种称为隔流式。70年代初，美国GE公司进行了堵塞式直接倒车燃气轮机的研制和试验。其结构形式为：一个进气阀机构放在燃气发生器和动力涡轮之间，由燃气发生器排出的燃气能被节流并转入送到集气蜗室，然后通过旁通管流入倒车涡轮的进气蜗室，倒车涡轮布置于排气管的后部，并与燃气轮机的输出轴连接。这种布置可将倒车涡轮的排气排到现有的排气管中。动力涡轮和倒车涡轮背靠背的布置使输出轴能够正、反旋转。
乌克兰“机器设计”科学生产联合体的设计师们早已研制成可直接倒车的燃气轮机，并已装在供前苏联海军用的多型船舶燃气轮机上，它的结构形式属于上述的隔流式直接倒车燃气轮机，多数的外流道为倒车流道，而内流道为正车流道，并且，倒车级位于正车部分末级的上方，正车动叶和倒车动叶之间借助于在动叶上设置的凸台隔开。流道的变换有两种形式，一种是通过一个环形转向阀实现。另一种是在正、倒车流道的前端设置一组挡板，当挡板放下时，挡住正车流道，倒车系统开始工作，当挡板抬起时，挡住倒车流道，正车系统开始工作。
在分析消化国内外现有可倒车动力涡轮技术资料的基础上，我们开始开展可倒车动力涡轮结构设计技术和试验验证研究，其中最重要的部分为可倒车涡轮双通道一带二动叶的结构设计研究。
发明内容：
本发明弥补和改善了上述现有技术的不足之处，提供了一种设计合理、制造成本低廉、能够实现倒车的一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构，可以在燃气轮机上大规模地推广和使用。
本发明采用的技术方案为：一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构，该结构包括正车叶片、两个倒车叶片及叶冠，正车叶片通过叶片延伸连接结构与两个倒车叶片连接，倒车叶片顶部设有叶冠，正车叶片底部设有榫根。
所述的叶片延伸连接结构的倒车叶片延伸部分与正车叶片延伸部分呈交叉状。
所述的叶片延伸连接结构为镂空设计，并设有三角形缺口。
所述的两个倒车叶片为空心直叶片设计。
所述的正车叶片为实心叶片设计。
本发明的有益效果：设计合理，制造成本低廉，能够实现倒车功能，易于大规模地推广和使用。其主要优点如下：
1）、在动力涡轮末级动叶正车叶片上部设计有反向叶形的两个倒车叶片，即可实现达到动力涡轮正车功率30%的倒车功率输出，为此，在原动力涡轮机匣的外层重新设计了更大直径的外函道机匣，其与原动力涡轮机匣之间构成了涡轮的倒车通流流道，本结构使燃气轮机具有正反转能力，从而实现了燃气轮机在运行中的直接倒车。
2）、该结构下部正车叶片部分与原型机相同，上部倒车叶片为空心直叶片，空心的设计减轻了整个叶片的质量，设计合理，降低成本。
3）、所述的叶片延伸连接结构既是正车叶片的叶冠又是两个倒车叶片的叶根，正车叶片与两个倒车叶片叶身延伸作交叉状可增加结构的强度，而镂空部分则是在保证满足末级叶片整体的强度和振动的要求下，进行的轻量化优化处理。
附图说明：
图1是本发明的三维结构示意图。
图2是本发明中叶片延伸连接结构的三维结构示意图。
图3是本发明中倒车叶片的三维结构示意图。
具体实施方式：
参照各图，一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构，该结构包括正车叶片4、两个倒车叶片2及叶冠1，正车叶片4通过叶片延伸连接结构3与两个倒车叶片2连接，倒车叶片2顶部设有叶冠1，正车叶片4底部设有榫根5；所述的叶片延伸连接结构3的倒车叶片延伸部分与正车叶片延伸部分呈交叉状，且叶片延伸连接结构3为镂空设计，并设有三角形缺口；所述的两个倒车叶片2为空心直叶片设计；所述的正车叶片4为实心叶片设计。
该结构将动力涡轮改型设计成可实现倒车功能的部件，确定倒车涡轮叶环布置在外涵道，而正车涡轮叶环布置在内涵道，在原动力涡轮机匣的外层重新设计了更大直径的外函道机匣，其与原动力涡轮机匣之间构成了涡轮的倒车通流流道。在动力涡轮末级动叶正车叶片4上部设计有反向叶形的两个倒车叶片2，以此提供反转力矩，当燃气轮机正车运行时，倒车通道关闭，末级动叶上端的两个倒车叶片2也一同转动，当燃气轮机倒车运行时，打开倒车通流流道并导入气流，推动涡轮反转，达到动力涡轮正车功30%的倒车功率输出，从而实现了燃气轮机在运行中的直接倒车。所述的两个倒车叶片2为空心直叶片，空心的设计减轻了整个叶片的质量；所述的叶片延伸连接结构3既是正车叶片4的叶冠又是两个倒车叶片2的叶根，正车叶片叶身延伸与倒车叶片叶身延伸作交叉状可增加结构的强度，而镂空部分则是在保证满足末级叶片整体的强度和振动的要求下，进行的轻量化优化处理。本发明的设计合理，制造成本低廉，能够实现倒车功能，易于大规模地推广和使用。

Claims (1)

1.一种用于燃气轮机的可倒车涡轮双通道一带二动叶结构，其特征在于：该结构包括正车叶片（4）、两个倒车叶片（2）及叶冠（1），正车叶片（4）通过叶片延伸连接结构（3）与两个倒车叶片（2）连接，倒车叶片（2）顶部设有叶冠（1），正车叶片（4）底部设有榫根（5）；所述的叶片延伸连接结构（3）的倒车叶片延伸部分与正车叶片延伸部分呈交叉状；所述的叶片延伸连接结构（3）为镂空设计，并设有三角形缺口;所述的两个倒车叶片（2）为空心直叶片设计；所述的正车叶片（4）为实心叶片设计。
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