CN106121733B - 一种用于重型燃气轮机的混合转子结构及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于重型燃气轮机的混合转子结构及组装方法，属于重型燃气轮机转子技术领域，所涉混合转子包括同轴设置且顺次衔接的前轴头、压气机轮盘段、中间燃烧室段、透平轮盘段及后轴头，所述前轴头、压气机轮盘段、中间燃烧室段之间的配合端面分别通过焊接形式连接，焊接后使所述前轴头、压气机轮盘段以及中间燃烧室段三者同轴。通过改变前轴头、压气机轮盘段及中间燃烧室段之间的连接结构，在保证转子具有好的对中性的前提下，使转子的加工及装配难度有所降低，且能保证运行的稳定性。

Description

一种用于重型燃气轮机的混合转子结构及组装方法

技术领域

本发明涉及重型燃气轮机转子技术领域，具体涉及的是一种用于重型燃气轮机的混合转子结构及组装方法。

背景技术

目前的重型燃气轮机转子结构多为单一结构形式，主要分为盘式拉杆转子。盘式拉杆转子的拉杆组合形式包括周向拉杆组合式和中心拉杆组合式。

燃气轮机转子一般包括压气机段、中间燃烧室段和透平段三部分，并且在压气机段的自由端设置压气机轴头，在透平段的自由端设置透平轴头。压气机段中的多级轮盘、中间燃烧室段以及透平段中的多级轮盘，通过预紧拉杆的形式组合在一起，从而构成完整的燃气轮机转子。对于盘式拉杆转子而言，轮盘数量越多，通过预紧拉杆组合在一起，其加工及装配难度越大，对中性要求越高。特别是在周向拉杆组合式的形式下，对不同部件上用于装配连接的相对孔的加工精度以及装配的精度要求都很高。

如中国专利ZL201110041901.1公开了一种用于重型燃气轮机的盘式拉杆转子结构，其压气机轮盘段与中间燃烧室段通过中心拉杆连接成整体，中心拉杆起到对中各个压气机轮盘与中间燃烧室的作用，中心拉杆的一端轴向穿过压气机轮盘段的自由端并向外延伸形成左轴头，当然也可以在压气机轮盘段的自由端面单独连接一个左轴头。在右侧，中间燃烧室段与透平段之间通过预紧的周向拉杆连接成整体。其透平段的最右侧一级透平轮盘的外端面向外轴向延伸形成右轴头。再如中国专利ZL201410693919.3公开了一种燃气轮机转子的轮盘止口定位结构及燃气轮机转子，其压气机轮盘段与中间燃烧室段以及中间燃烧室段与透平端均通过过预紧的周向拉杆连接成整体，两端的轴头单独与外侧的压气机轮盘或透平轮盘一体加工成型。前述公开的两专利，依靠周向的拉杆和或中心拉杆对中性(即同轴性)，不仅使得加工工艺复杂、精度要求高，而且对装配的工艺要求及精度也较高，而且轮盘数量越多，通过预紧拉杆组合在一起，其加工及装配难度越大，对中性要求越高。特别是在周向拉杆组合式的形式下，对不同部件上用于装配连接的相对孔的加工精度以及装配的精度要求都很高。

发明内容

鉴于目前转子加工及装配难度较高的缺陷，本发明提供了一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其在保证转子具有好的对中性的前提下，使转子的加工及装配难度有所降低，且能保证运行的稳定性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其包括同轴设置且顺次衔接的前轴头、压气机轮盘段、中间燃烧室段、透平轮盘段及后轴头。所述前轴头、压气机轮盘段及中间燃烧室段之间的配合端面均采用焊接方式连接。

优选地，在构成所述压气机轮盘段的各级压气机轮盘中，相邻两级压气机轮盘的配合端面之间均采用焊接方式连接，焊接定型后各级压气机轮盘相互同轴。

优选地，所述中间燃烧室段与透平轮盘段之间的配合端面为端面齿啮合，所述透平轮盘段与后轴头之间的配合端面亦为端面齿啮合；所述中间燃烧室段、透平轮盘段及后轴头之间通过沿转子中心布置的拉杆连接成整体。

优选地，还包括中心拉杆；所述透平轮盘段与所述中间燃烧室段及所述后轴头之间的配合面均为端面齿啮合；所述中心拉杆的一端依次穿过所述后轴头和所述透平轮盘段的轴心，被固定连接在所述中间燃烧室段上；所述中心拉杆的另一端轴向延伸至所述后轴头的外部并安装有中心拉杆螺母，装配完毕后使中心拉杆螺母压紧在所述后轴头的外端面上。

优选地，在构成所述透平轮盘段的各级透平轮盘中，相邻两级透平轮盘的配合端面之间均为端面齿啮合。

优选地，在所述前轴头与所述压气机轮盘段的配合面处、所述中间燃烧室段与所述压气机轮盘段的配合面处，焊接连接形成的焊缝延伸布置于压气机轮盘的整个径向端面。

优选地，在相邻两级压气机轮盘的配合面处，焊接连接形成的焊缝延伸布置于压气机轮盘的整个径向端面。

本发明还涉及一种用于重型燃气轮机的混合转子的组装方法，其中所述混合转子包括前轴头、多级压气机轮盘、中间燃烧室段、多级透平轮盘及后轴头，其步骤为：

1)将所述压气机轮盘逐级叠加并焊接连接，保证焊接定型后各级压气机轮盘相互同轴，而得到压气机轮盘段；

2)将所述压气机轮盘段与所述前轴头对应的一端与所述前轴头焊接连接，保证焊接定型后压气机轮盘段与所述前轴头同轴；

3)将所述压气机轮盘段与所述中间燃烧室段对应的一端与所述中间燃烧室段焊接连接，保证焊接定型后压气机轮盘段与所述中间燃烧室段同轴；

4)将焊接成整体的前轴头、压气机轮盘段和中间燃烧室段与所述的多级透平轮盘及后轴头同轴连接。

优选地，所述混合转子还包括中心拉杆以及中心拉杆螺母；在所述步骤4)中有如下

操作步骤：

A、将所述中心拉杆的一端固定在所述中间燃烧室段上，保证所述中心拉杆与所述中间燃烧室段同轴；

B、将一级透平轮盘自所述中心拉杆的另一端套装在所述中心拉杆外，使该级透平轮盘的端面与所述中间燃烧室段的端面之间通过端面齿啮合；

C、将其它的透平轮盘逐级自所述中心拉杆的另一端套装在所述中心拉杆外，相邻两级透平轮盘的端面之间通过端面齿啮合；

D、将所述后轴头自所述中心拉杆的另一端套装在所述中心拉杆外，所述后轴头朝向透平轮盘的一端端面与对应的透平轮盘的端面之间通过端面齿啮合；

E、将所述中心拉杆螺母旋拧在所述中心拉杆的另一端，最终使所述中心拉杆螺母压紧在所述后轴头的外端面上。

本发明所涉及的一种用于重型燃气轮机的混合转子结构具有的有益效果是，其结合压气机轮盘段附近运行环境温度相对较低的特点，使压气机轮盘段、前轴头以及中间燃烧室段之间的配合端面均采用焊接形式连接，保证三者连接定型后的同轴性。因为是焊接形成的整体，所以无机械连接、无贯穿螺栓，三者的连接端面都不会发生相对错动，对中性好，结构稳定可靠，由于前轴头与压气机轮盘段连接形成整体，即直接将传动端(即前轴头)与压气机轮盘段刚性连接，不仅利于保证运行的稳定性，而且省去了单独设计传动端与压气机轮盘段配合结构及装配操作的过程，使得混合转子整体的加工及装配难度明显降低。

为进一步降低转子加工及装配的难度，且保证运行的稳定、可靠性，将构成压气机轮盘段的各级压气机轮盘之间的配合端面也通过焊接的形式连接。

为了保证焊接连接的效果及稳定性，且在焊接时容易实现焊接件之间的同轴性，使上述焊接连接位置形成的焊缝，径向平面延伸至压气机轮盘的整个径向端面。

此外，本发明还同时结合透平轮盘段附近运行环境温度相对较高的特点，采用中心拉杆将透平轮盘段、后轴头及中间燃烧室段拉紧连接形成整体，透平轮盘段、后轴头及中间燃烧室段的配合端面之间采用端面齿配合的结构形式，不仅保证了传扭的可靠性，而且热对中性好、结构轻、易于拆装与检修。相对于目前该部分采取周向拉杆连接的形式，大大降低了加工及装配难度。同样，在透平轮盘段一端，该混合转子也直接纳入了传动部分(即后轴头)的连接结构，将传动部分即后轴头的连接结构与透平端轮盘段的连接混在一起，不用再为后轴头与透平端轮盘段之间的连接单独设计相适应的结构，采取独立的装配操作，从而降低了混合转子加工及装配的难度。

本发明所涉及到的用于重型燃气轮机的混合转子的组装方法，向后把压气机轮盘段与前轴头及中间燃烧室段用焊接形式连接，且保证三者连接定型后的同轴性。相对目前拉杆连接形式，使得转子的装配难度降低，而且直接完成对混合转子压气机轮盘段一端的前轴头的连接装配，体现出装配难度的降低，提高了装配效率。在组装方法中，对于透平轮盘段相关结构的装配，先将一根中心拉杆固定连接在中间燃烧室上，然后再依次将透平轮盘、后轴头套装在中心拉杆外，最终通过中心拉杆螺母实现压紧，相对目前采用的周向拉杆连接的形式，不仅使部件的加工难度、装配难度降低，而且使整体的装配效率得到了提高。

附图说明

图1为本发明所涉及的混合转子结构的示意图；

图2为相邻级压气机轮盘焊接连接形式的局部放大示意图。

图中：1 前轴头，2 压气机轮盘，3 焊缝，4 中间燃烧室段，5 透平轮盘，6 后轴头，7 中心拉杆，8 中心拉杆螺母，9 端面齿

具体实施方式

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供了一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其包括同轴设置且顺次衔接的前轴头1、压气机轮盘段、中间燃烧室段4、透平轮盘段及后轴头6。具体地，所述前轴头1、压气机轮盘段及中间燃烧室段4之间的配合端面均采用焊接方式连接，焊接连接时将所述压气机轮盘段置于所述前轴头1与所述中间燃烧室段4之间，使所述压气机轮盘段分别与所述前轴头1及所述中间燃烧室段4同轴。

压气机轮盘段、前轴头1以及中间燃烧室段4用焊接形式连接成整体结构，能保证三者连接定型后的同轴性。因为是焊接形成的整体，所以无机械连接、无贯穿螺栓，三者的连接端面都不会发生相对错动，对中性好，结构稳定可靠，直接将前轴头与压气机轮盘段刚性连接，不仅利于保证运行的稳定性，而且省去了单独设计前轴头与压气机轮盘段配合结构及装配操作的过程，使得混合转子整体的加工及装配难度明显降低。

如图1、图2所示，在构成所述压气机轮盘段的各级压气机轮盘2中，相邻两级压气机轮盘2的配合端面之间均采用焊接方式连接，焊接定型后保证各级压气机轮盘2相互同轴。

通过进一步采用焊接连接形式将压气机轮盘段内的各级压气机轮盘连接成整体，而使得混合转子位于中间燃烧室段4左侧的整个部分形成焊接连接的整体结构，在能适应运行环境的温度要求，保证焊接连接的结构在运行中的稳定性情况下。同样具有焊接形成的整体，无机械连接、无贯穿螺栓，连接端面都不会发生相对错动，对中性好，结构稳定可靠等优点。使部件的加工及装配难度都得以降低。

需要说明的是，上述采用焊接连接形式，所得到整体结构的同轴度要求，依靠现有的焊接工艺，借助设计的焊接磨具，能够很容易实现，其不作为本发明的技术保护内容，所以不再赘述。

如图2所示，在相邻两级压气机轮盘2的配合面处，焊接连接形成的焊缝3径向平行延伸布置于压气机轮盘2的整个径向端面。同样地，在所述前轴头1与所述压气机轮盘段的配合面处、所述中间燃烧室段4与所述压气机轮盘段的配合面处，焊接连接形成的焊缝亦延伸布置于压气机轮盘2的整个径向端面。

所述中间燃烧室段4与透平轮盘段之间的配合端面为端面齿9啮合，所述透平轮盘段与后轴头6之间的配合端面亦为端面齿9啮合；所述中间燃烧室段4、透平轮盘段及后轴头6之间可通过周向布置的拉杆连接成整体。透平轮盘段中相邻两级透平轮盘5的配合端面之间均为端面齿9啮合。

如图1所示，所述混合转子还包括中心拉杆7。所述透平轮盘段与所述中间燃烧室段4及所述后轴头6之间的配合面均为端面齿9啮合。所述中心拉杆7的一端依次穿过所述后轴头6和所述透平轮盘段的轴心，螺纹固定连接在所述中间燃烧室段4上(连接在中间燃烧室段4径向的隔板上)。所述中心拉杆7的另一端轴向延伸至所述后轴头6的外部并安装有中心拉杆螺母8，装配完毕后使中心拉杆螺母8压紧在所述后轴头6的外端面上。

在构成所述透平轮盘段的各级透平轮盘5中，相邻两级透平轮盘5的配合端面之间均为端面齿9啮合。

前述采用中心拉杆7将各级透平轮盘5、后轴头6及中间燃烧室段4拉紧连接形成整体，各级透平轮盘5间、以及透平轮盘5分别与后轴头6及中间燃烧室段4的配合端面之间均采用端面齿9配合的结构形式，不仅保证了传扭的可靠性，而且热对中性好、结构轻、易于拆装与检修。相对于目前该部分采取周向拉杆连接的形式，大大降低了加工及装配难度。同样，在透平轮盘段一端，该混合转子也直接纳入了传动部分(即后轴头6)的连接结构，将后轴头6的连接结构与透平端轮盘段的连接混在一起，不用再为后轴头与透平端轮盘段之间的连接单独设计相适应的结构，采取独立的装配操作，从而降低了混合转子加工及装配的难度。

本发明还涉及一种用于重型燃气轮机的混合转子的组装方法，所述混合转子中前轴头1、多级压气机轮盘2、中间燃烧室段4、多级透平轮盘5及后轴头6相互间装配的步骤为：

1)将所述压气机轮盘2逐级叠加并焊接连接，保证焊接定型后各级压气机轮盘2相互同轴，从而得到压气机轮盘段；

2)将所述压气机轮盘段与所述前轴头1对应的一端与所述前轴头1焊接连接，保证焊接定型后压气机轮盘段与所述前轴头1同轴；

3)将所述压气机轮盘段与所述中间燃烧室段4对应的一端与所述中间燃烧室段4焊接连接，保证焊接定型后压气机轮盘段与所述中间燃烧室段4同轴；

4)将焊接成整体的前轴头、压气机轮盘段和中间燃烧室段与所述的多级透平轮盘及后轴头同轴连接。

所述混合转子中还包括中心拉杆7以及中心拉杆螺母8，其中中间燃烧室段4、多级透平轮盘5、后轴头6、中心拉杆7以及中心拉杆螺母8相互间装配的操作步骤为：在前述步骤4)中存在如下步骤，

A、将所述中心拉杆7的一端固定在所述中间燃烧室段4上，保证所述中心拉杆7与所述中间燃烧室段4同轴；

B、将一级透平轮盘5自所述中心拉杆7的另一端套装在所述中心拉杆7外，使该级透平轮盘5的端面与所述中间燃烧室4段的端面之间通过端面齿9啮合；

C、将其它的透平轮盘5逐级自所述中心拉杆7的另一端套装在所述中心拉杆7外，相邻两级透平轮盘5的端面之间通过端面齿9啮合；

D、将所述后轴头6自所述中心拉杆7的另一端套装在所述中心拉杆7外，所述后轴头7朝向透平轮盘5的一端端面与对应的透平轮盘5的端面之间通过端面齿9啮合；

E、将所述中心拉杆螺母8旋拧在所述中心拉杆7的另一端，最终使所述中心拉杆螺母8压紧在所述后轴头6的外端面上。

所涉及到的用于重型燃气轮机的混合转子的组装方法，向后把压气机轮盘段与前轴头6及中间燃烧室段4用焊接形式连接，且保证三者连接定型后的同轴性。相对目前拉杆连接形式，使得转子的装配难度降低，而且直接完成对混合转子压气机轮盘段一端的前轴头的连接装配，体现出装配难度的降低，提高了装配效率。在组装方法中，对于透平轮盘段相关结构的装配，先将一根中心拉杆7固定连接在中间燃烧室4上，然后再依次将透平轮盘5、后轴头6套装在中心拉杆7外，最终通过中心拉杆螺母8实现压紧，相对目前采用的周向拉杆连接的形式，不仅使部件的加工难度、装配难度降低，而且使整体的装配效率得到了提高。

本发明中，在混合转子两端连接形式的选择确定中，考虑了各自所处运行环境的温度的不同，即结合压气机轮盘段附近运行环境温度相对较低且采取焊接结构连接(要达到一定的焊接工艺要求、配合适宜的焊接方式)，焊接焊缝能够在运行时保持稳定的特点，使该前轴头1与压气机轮盘2连接的一端、压气机轮盘2相互的连接端面间以及中间燃烧室段4与压气机轮盘2间连接均完全采用焊接结构形式，无机械连接、无贯穿螺栓，即压气机轮盘段自身及其与前轴头1和中间燃烧室段4组成焊接整体，各部分都不会发生相对错动，对中性好，结构稳定可靠，能够保证运行时的稳定。结合透平段运行环境温度相对较高的特点，使后轴头6、透平轮盘5及中间燃烧室段4间，通过中心拉杆和端面齿9配合的结构形式，不仅保证了传扭的可靠性，而且热对中性好、结构轻、易于拆装与检修，使部件的加工难度及部件间的装配难度降低。

综上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：包括同轴设置且顺次衔接的前轴头、压气机轮盘段、中间燃烧室段、透平轮盘段及后轴头；所述前轴头、压气机轮盘段及中间燃烧室段之间的配合端面均采用焊接方式连接；所述中间燃烧室段与透平轮盘段之间的配合端面为端面齿啮合，所述透平轮盘段与后轴头之间的配合端面亦为端面齿啮合。

2.根据权利要求1所述一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：在构成所述压气机轮盘段的各级压气机轮盘中，相邻两级压气机轮盘的配合端面之间均采用焊接方式连接。

3.根据权利要求1所述一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：所述中间燃烧室段、透平轮盘段及后轴头之间通过周向布置的拉杆连接成整体。

4.根据权利要求1所述一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：还包括中心拉杆；所述中心拉杆的一端依次穿过所述后轴头和所述透平轮盘段的轴心，被固定连接在所述中间燃烧室段上；所述中心拉杆的另一端轴向延伸至所述后轴头的外部并安装有中心拉杆螺母。

5.根据权利要求4所述一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：在构成所述透平轮盘段的各级透平轮盘中，相邻两级透平轮盘的配合端面之间均为端面齿啮合。

6.根据权利要求1所述一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：在所述前轴头与所述压气机轮盘段的配合面处、所述中间燃烧室段与所述压气机轮盘段的配合面处，焊接连接形成的焊缝延伸布置于压气机轮盘的整个径向端面。

7.根据权利要求2所述一种用于重型燃气轮机的混合转子结构，其特征在于：在相邻两级压气机轮盘的配合面处，焊接连接形成的焊缝延伸布置于压气机轮盘的整个径向端面。

8.一种用于重型燃气轮机的混合转子的组装方法，其特征在于：所述混合转子包括前轴头、多级压气机轮盘、中间燃烧室段、多级透平轮盘以及后轴头，其步骤为，

1)将所述压气机轮盘逐级叠加并焊接连接，保证焊接定型后各级压气机轮盘相互同轴，而得到压气机轮盘段；

2)将所述压气机轮盘段与所述前轴头对应的一端与所述前轴头焊接连接，保证焊接定型后压气机轮盘段与所述前轴头同轴；

3)将所述压气机轮盘段与所述中间燃烧室段对应的一端与所述中间燃烧室段焊接连接，保证焊接定型后压气机轮盘段与所述中间燃烧室段同轴；

4)将焊接成整体的前轴头、压气机轮盘段和中间燃烧室段与所述的多级透平轮盘及后轴头同轴连接；

所述混合转子还包括中心拉杆以及中心拉杆螺母；

在所述步骤4)中有如下操作步骤，

A、将所述中心拉杆的一端固定在所述中间燃烧室段上，保证所述中心拉杆与所述中间燃烧室段同轴；

B、将一级透平轮盘自所述中心拉杆的另一端套装在所述中心拉杆外，使该级透平轮盘的端面与所述中间燃烧室段的端面之间通过端面齿啮合；

C、将其它的透平轮盘逐级自所述中心拉杆的另一端套装在所述中心拉杆外，相邻两级透平轮盘的端面之间通过端面齿啮合；

D、将所述后轴头自所述中心拉杆的另一端套装在所述中心拉杆外，所述后轴头朝向透平轮盘的一端端面与对应的透平轮盘的端面之间通过端面齿啮合；

E、将所述中心拉杆螺母旋拧在所述中心拉杆的另一端，最终使所述中心拉杆螺母压紧在所述后轴头的外端面上。