CN106677831B - 一种多级整体式轴流对转涡轮结构 - Google Patents

一种多级整体式轴流对转涡轮结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多级整体式轴流对转涡轮结构，包括内转子、外转子、太阳齿轮、外齿圈和行星架；外转子设置在内转子外周；内转子和太阳齿轮同轴设置且固定连接；外转子和外齿圈共轴且固定连接；阳齿轮和行星架设置于外齿圈内；外齿圈通过行星架上的若干行星轮与太阳齿轮啮合。本发明通过将装配右旋动叶的外转子套装在装配相反安装角的左旋动叶的内转子上，从而使得当高温工质流进涡轮时，能推动内外转子旋转，并通过行星齿轮将两股动力合成后进行输出。采用这种新型多级整体式轴流对转涡轮结构，增大了涡轮单级做功能力，缩小了涡轮体积；行星齿轮的动力输出结构能够调整以匹配涡轮各级的最佳速比，从而提高涡轮的轮周效率。

Description

一种多级整体式轴流对转涡轮结构
技术领域
本发明涉及轴流式原动透平机械领域，特别涉及一种多级整体式轴流对转涡轮结构。
背景技术
与反复式原动机相比，蒸汽轮机和燃气轮机作为轴流式原动机，由于其工质在其通流部分中连续高速流动，所以能够产生更高的功率且具有更高的热效率，广泛应用于发电、分布式能源、舰船动力和战车动力等军民领域。
对于目前的蒸汽轮机和燃气轮机，高温工质进入涡轮以后，在导叶流道内膨胀并获得很高的速度，然后通过动叶把工质的能量转换为涡轮的功以带动转子旋转。在这个过程中，由于导叶不参与旋转，所以涡轮单级焓降较小，使得涡轮级数较多，体积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级整体式轴流对转涡轮结构，以提高涡轮单级做功能力，缩小涡轮体积。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多级整体式轴流对转涡轮结构，包括内转子、外转子、太阳齿轮、外齿圈和行星架；外转子设置在内转子外周；内转子和太阳齿轮同轴设置且固定连接；外转子和外齿圈共轴且固定连接；阳齿轮和行星架设置于外齿圈内；外齿圈通过行星架上的若干行星轮与太阳齿轮啮合。
进一步的，内转子的外周设有若干排沿轴向延伸的左旋动叶槽，若干排左旋动叶的叶根卡在对应的左旋动叶槽中；外转子的内壁上设有若干排沿轴向延伸的右旋动叶槽，若干排右旋动叶的叶根卡在对应的右旋动叶槽中。
进一步的，每级右旋动叶叶片和对应的左旋动叶叶片的安装角相反且错位布置。
进一步的，内转子和外转子的转速和行星齿轮的齿数相匹配：其中n1为外转子的转速，n2为内转子的转速，z1为外齿圈的齿数，z3为太阳齿轮的齿数。
进一步的，工质作用于各级右旋动叶叶片和左旋动叶叶片，从而推动外转子和内转子沿着相反的方向转动，形成对转。
进一步的，沿轴向，叶片由末级左旋动叶/右旋动叶至第一级右旋动叶/左旋动叶沿工质进入方向依次进行轴向装配。
通过将装配右旋动叶的外转子套装在装配动叶的内转子上，从而使得当高温工质流进涡轮时，能推动内外转子旋转，并通过行星齿轮将两股动力合成后输出。
其中，内转子和外转子均采用整体式，叶片采用轴向装配的方式。
多级右旋动叶和左旋动叶采用相反的安装角，从而实现内转子和外转子的对转。
外转子和外齿圈装配在一根轴上，内转子和太阳齿轮装配在一根轴上，合成动力通过内转子的轴进行输出。
相对于现有技术，本发明具有以下效果：
将原本静止的导叶部件设计成动力部件(右旋动叶)，通过行星齿轮将动叶和外转子形成的两股动力合成后对外输出功，增大了涡轮单级焓降，提高了涡轮做功能力，使得涡轮体积大幅缩小；行星齿轮调节的动力输出结构能够有效地调整以匹配涡轮各级的最佳速比，从而提高涡轮的轮周效率。
附图说明
图1为本发明一种多级整体式轴流对转涡轮结构的爆炸视图；
图2为本发明一种多级整体式轴流对转涡轮结构的简图；
图3为本发明一种多级整体式轴流对转涡轮结构的叶片装配示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1所述，本发明一种多级整体式轴流对转涡轮结构，包括：内转子1、外转子4、太阳齿轮5、外齿圈6和行星架7；内转子1的外周设有若干排沿轴向延伸的左旋动叶槽A，若干排左旋动叶的叶根卡在对应的左旋动叶槽A中；外转子4的内壁上设有若干排沿轴向延伸的右旋动叶槽B，若干排右旋动叶的叶根卡在对应的右旋动叶槽B中。
内转子1、左旋动叶叶片2、右旋动叶叶片3和外转子4构成了涡轮的动力生成系统，太阳齿轮5、外齿圈6和行星架7构成了涡轮的动力合成系统。
多级整体式轴流对转涡轮结构的简图如图2所示，外转子4和外齿圈6装配在一根轴上且固定连接，内转子1和太阳齿轮5以及负载装配在一根轴上且固定连接，合成动力通过内转子1的轴进行输出。多级整体式轴流对转涡轮结构的叶片装配如图3所示，虚线部分为叶片的叶根，右旋动叶叶片3和左旋动叶叶片2的叶根以及对应的叶片槽均采用可轴向装配的类型，叶片由末级左旋动叶f至第一级右旋动叶a沿工质进入方向依次进行轴向装配。
又如图3所示，每级右旋动叶和左旋动叶都有独立的叶高和相反的安装角。当高温工质从工质入口进入涡轮内部后，会分别依次经过第一级右旋动叶、第一级左旋动叶、第二级右旋动叶、第二级左旋动叶……末级右旋动叶以及末级左旋动叶，最终通过工质出口C流出；这一过程中，高温工质会作用于右旋动叶叶片3和左旋动叶叶片2，从而推动外转子4和内转子1沿着相反的方向转动，形成对转。
内转子1带动太阳齿轮5进行旋转，外转子4带动外齿圈6进行旋转，外齿圈6作用于行星架7的行星轮，从而通过行星轮又作用于太阳齿轮5。在合成的过程中，由行星齿轮机构的性质可知，内转子和外转子的转速必须和行星齿轮的齿数相匹配，即其中n1为外转子4的转速，n2为内转子1的转速，z1为外齿圈6的齿数，z3为太阳齿轮5的齿数。从而实现了动力的合成，并通过内转子1的轴进行输出。
采用这种新型多级整体式轴流对转涡轮结构，将原本静止的导叶部件设计成动力部件(右旋动叶)，通过行星齿轮将动叶和外转子形成的两股动力合成后对外输出功，增大了涡轮单级焓降，提高了涡轮做功能力，使得涡轮体积大幅缩小；行星齿轮调节的动力输出结构能够有效地调整以匹配涡轮各级的最佳速比，从而提高涡轮的轮周效率。

Claims (4)

1.一种多级整体式轴流对转涡轮结构，其特征在于，包括内转子(1)、外转子(4)、太阳齿轮(5)、外齿圈(6)和行星架(7)；
外转子(4)设置在内转子(1)外周；
内转子(1)和太阳齿轮(5)同轴设置且固定连接；外转子(4)和外齿圈(6)共轴且固定连接；太阳齿轮(5)和行星架(7)设置于外齿圈(6)内；外齿圈(6)通过行星架(7)上的若干行星轮与太阳齿轮(5)啮合；
内转子的外周设有若干排沿轴向延伸的左旋动叶槽(A)，若干排左旋动叶的叶根卡在对应的左旋动叶槽中；外转子的内壁上设有若干排沿轴向延伸的右旋动叶槽(B)，若干排右旋动叶的叶根卡在对应的右旋动叶槽中；
每级右旋动叶叶片和对应的左旋动叶叶片的安装角相反且错位布置；
沿轴向，叶片由末级左旋动叶/右旋动叶至第一级右旋动叶/左旋动叶沿工质进入方向依次进行轴向装配。
2.根据权利要求1所述的一种多级整体式轴流对转涡轮结构，其特征在于，内转子和外转子的转速和行星齿轮的齿数相匹配：其中n1为外转子的转速，n2为内转子的转速，z1为外齿圈的齿数，z3为太阳齿轮的齿数。
3.根据权利要求1所述的一种多级整体式轴流对转涡轮结构，其特征在于，工质作用于各级右旋动叶叶片和左旋动叶叶片，从而推动外转子和内转子沿着相反的方向转动，形成对转。
4.根据权利要求1所述的一种多级整体式轴流对转涡轮结构，其特征在于，沿轴向，叶片由末级左旋动叶/右旋动叶至第一级右旋动叶/左旋动叶沿工质进入方向依次进行轴向装配。
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