CN108757509B - 一种燃气轮机低压压气机结构 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机低压压气机结构，包括沿进气方向依次设置的进气装置、传动机构、进口导向器、防失速装置、零级导向器、第一级导向器与放气阀，传动机构安装在前机匣上，前机匣与机身机匣相连，进口导向器、防失速装置、零级导向器、第一级导向器及放气阀设置在机身机匣的外壁上，机身机匣的内部设置有转子，转子上安装有叶片，导向器分别与不同的可转动叶片连接，机身机匣上设置有转动机构机匣，零级导向器与第一级导向器分别位于转动机构机匣的两侧，放气阀与机身机匣尾部的内腔连通并能够由通流部分向大气放气。本发明确保了给定的低压涡轮压气机的稳定工作裕度，防止叶片发生断裂。

Description

一种燃气轮机低压压气机结构

技术领域

本发明涉及发动机结构设计领域，具体涉及一种燃气轮机低压压气机结构。

背景技术

压气机叶片是燃气轮机的核心部件，叶片断裂会导致燃气轮机的通流被打伤，造成燃气轮机系统失效，目前尚无可靠的燃气轮机低压压气机结构来避免叶片断裂。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种燃气轮机低压压气机结构，确保给定的低压涡轮压气机的稳定工作裕度，防止叶片发生断裂。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

包括沿进气方向依次设置的进气装置、传动机构、进口导向器、防失速装置、零级导向器、第一级导向器与放气阀，所述的传动机构安装在前机匣上，前机匣与机身机匣相连，所述的进口导向器、防失速装置、零级导向器、第一级导向器及放气阀设置在机身机匣的外壁上，机身机匣的内部设置有转子，转子上安装有叶片，导向器分别与不同的可转动叶片连接，机身机匣上设置有转动机构机匣，零级导向器与第一级导向器分别位于转动机构机匣的两侧，所述的放气阀与机身机匣尾部的内腔连通并能够由通流部分向大气放气。

机身机匣内有n1级轴流式结构，8≤n1≤15，每一级轴流式结构由一列布置在转子上的动叶片以及位于其后的一列静叶片组成，所述的静叶片安装在机身机匣上；按照进气方向排序，所述的放气阀设置有两个，分别位于第n3级后，5≤n3≤15。

所述的机身机匣内有n2列可转静叶环，2≤n2≤4，可转静叶环的叶片由同一个机构带动，且可转静叶环的叶片随高压压气机通流部分出口空气的静压而同步转动。

零级动叶片通过枞树形榫头安插在轮盘中，并通过止动销在榫槽中定位；第(1，n2-1)级动叶片采用铰接式的联接，叶片能够相对销轴的轴线转动；第(n2，n1-3)级叶片采用燕尾式榫头安装在轮盘的榫槽内；叶片的轴向定位采用锁片，其端头弯折在轮盘和叶片榫头的端部上；在第n1-2级轮盘装有由圆弧段组成的气封环和阻挡空气流入低压压气机的卸荷腔。

传动机构可转静叶环上的零级转动导叶与一级转动导叶有两个圆柱形轴颈，圆柱形轴颈上安装氟塑料衬套，圆柱形轴颈的外端装入机身机匣的径向孔内，内端装入可转静叶环的内环径向孔，内环处的氟塑料衬套通过能吸收叶片振动能量的橡胶阻尼元件固定并通过弹簧压紧，零级转动导叶与一级转动导叶轴颈外端上装有带球头的摇臂，球头装入联动环的圆柱套筒，联动环能在滚柱上沿周向移动，滚柱位于机身机匣上。

机身机匣的尾部通过过渡段机匣将出气平稳地引入高压压气机。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过在机身机匣设置多级导向器，导向器分别与不同的可转动叶片连接，可转动叶片能够依随高压压气机通流部分出口空气的静压而同步转动，进而使压气机能在给定的工况范围内稳定地工作，为了扩大低压压气机在低工况下的稳定裕度，在零级采用了防失速装置，同时在机身机匣的尾部设置了放气阀，放气阀与机身机匣尾部的内腔连通并能够由通流部分向大气放气。本发明通过从设计源头进行结构调整，确保了给定的低压涡轮压气机的稳定工作裕度，防止叶片发生断裂。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图；

图2本发明压气机转子的结构示意图；

图3本发明传动机构的结构示意图；

图4本发明导向器转动机构的结构示意图；

图5本发明防失速装置的结构示意图；

图6本发明过渡段机匣安装位置示意图；

图7本发明过渡段机匣纵剖面的结构示意图；

图8本发明过渡段机匣横剖面的结构示意图；

附图中：1-进气装置；2-前机匣；3-传动机构；4-前轴承座；5-进口导向器；6-防失速装置；7-零级导向器；8-转动机构机匣；9-第一级导向器；10-转子；11-止动销；12-机身机匣；13-放气阀；14-后轴承座；15-榫槽；16-锁片；17-气封环；18-联动环；19-进口导向器叶片摇臂；20-传动机构轴；21-零级叶片摇臂；22-零级联动环；23-轴支撑座；24-一级联动环；25-传动机构摇臂；26-传动机构松紧器；27-刻度盘；28-指针；29-信号器；30-顶杆；31-摇臂；32-导向器轴；33-螺旋牵引杆；34-导向器松紧器；35-双支点座；36-零级转动环；37-球轴承；38-零级转动导叶；39-转动机构壳体；40-一级转动环；41-滚柱；42-一级可转导叶；43-滑油供油管；44-低压叶片；45-承力壳体；46-低压前轴承座；47-外机匣；48-高压进口导叶；49-内机匣；50-高压前轴承座；A-第一联接管；B-第二联接管；C-第三联接管；D-第四联接管；E-第五联接管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1-2，本发明燃气轮机低压压气机结构，包括沿进气方向依次设置的进气装置1、传动机构3、进口导向器5、防失速装置6、零级导向器7、第一级导向器9与放气阀13，传动机构3安装在前机匣2上，前机匣2与机身机匣12相连，进口导向器5、防失速装置6、零级导向器7、第一级导向器9及放气阀13设置在机身机匣12的外壁上，机身机匣12的内部设置有转子10，转子10上安装有叶片，导向器分别与不同的可转动叶片连接。机身机匣12内有n2列可转静叶环，2≤n2≤4，可转静叶环的叶片由同一个机构带动，且可转静叶环的叶片随高压压气机通流部分出口空气的静压而同步转动。机身机匣12内有n1级轴流式结构，8≤n1≤15，每一级轴流式结构由一列布置在转子10上的动叶片以及位于其后的一列静叶片组成，静叶片安装在机身机匣12上；按照进气方向排序，放气阀13设置有两个，分别位于第n3级后，5≤n3≤15。机身机匣12上设置有转动机构机匣8，零级导向器7与第一级导向器9分别位于转动机构机匣8的两侧，放气阀13与机身机匣12尾部的内腔连通并能够由通流部分向大气放气。零级动叶片通过枞树形榫头安插在轮盘中，并通过止动销11在榫槽15中定位；第(1，n2-1)级动叶片采用铰接式的联接，叶片能够相对销轴的轴线转动；第(n2，n1-3)级叶片采用燕尾式榫头安装在轮盘的榫槽15内。叶片的轴向定位采用锁片16，其端头弯折在轮盘和叶片榫头的端部上；在第n1-2级轮盘装有由圆弧段组成的气封环17和阻挡空气流入低压压气机的卸荷腔，为了把油腔和空气腔隔开，采用了接触-迷宫式组合密封。

参见图3，本发明的进口导向器5与零级、一级压气机可转静叶环同步工作，进口导向器5的叶片两端有圆柱形轴颈，在这些轴颈上套着衬套。带衬套的轴颈装在前机匣外壁和内壁的径向孔中。叶片的外轴颈上安装以球型接头与联动环18相联接的进口导向器叶片摇臂19，而联动环18与所有零级联动环22和一级联动环24共同的转动机构相连。

参见图4，本发明的导向器转动机构由以下部分组成：装在双支点座35上的导向器轴32、通过进口导向器叶片摇臂19、零级叶片摇臂21、传动机构摇臂25与叶片相连的联动环l8、零级联动环22、一级联动环24、螺旋牵引杆33、导向器松紧器34。

叶片的角度位置由指针28在刻度盘27上指示。机构的起始和最终位置，由与叶片摇臂相联的顶杆30的运动位置信号器29发出遥控光信号，在发动机的控制台上显示。

工作时通过向轴内旋入或退出螺旋牵引杆33，单独调节每级叶片的转角范围。改变导向器松紧器34的长度，可单独调整各级叶片转动区域向所需方向移动。改变摇臂31的长度，可同时移动所有级的转角区域。为提高工作的可靠性，所有的联动环用两个对称安装的由两个动力作动筒驱动的机构在每个环直径上相对的两个点上施加力，使其旋转。垂直安装的气动作动筒没有装设控制组件，而第二个气动作动筒有这种组件。静叶环转动机构使进口导向器5、零级和第一级静叶环的叶片按照取决于高压压气机后的空气静压的给定规律同步转动，以保证发动机在起动时和在给定工况下工作时压气机能稳定工作。叶片转动的同步性是由它们与共同的转动机构的运动学联接来保证。

在压气机组装时，在转动机构的刻度盘上指针的初始位置设定为：

进口导叶刻度至-(n1±1°)，0级导叶刻度至-(n2±1°)，1级导叶刻度至-(n3±1°)，10≤n1或n2≤20。

在转动后指针的最终位置：

进口导叶刻度至-(n4±1)°，0级导叶刻度至-(n5±1)°，1级导叶刻度至+(n6±1)°，3°≤n3或n3或n4或n5或n6≤10°。

当高压压气机后空气压力为n7 kgf/cm²时，叶片开始转角；

当压力为n8 kgf/cm²时，叶片停止转动。

当压力在n7 kgf/cm²到n8 kgf/cm²范围内时，指针在刻度盘上处于上述终端位置之间的中间位置。10kgf/cm²≤n7或n8≤20kgf/cm²，用两气动作动筒作为转动机构的动力驱动器。

参见图5，随同低压压气机的零级与第一级可转静叶机匣的防失速装置的位于转子的零级动叶外部，用来提高低压压气机低工况下的稳定裕度。在转速一定的情况下，流经压气机的空气流量减少时，流经防失速装置的空气量增加。这导致工作轮外缘处攻角的减少，从而提高稳定性裕度。防失速装置6做成嵌入带槽环的环形室。在环形室的外表面上有将发动机支座固定到底架上去的凸台。在可转静叶机匣上有低压压气机的零级和第一级两列可转静叶环。这些静叶环上的叶片的转动，通过共同的运动学的联接，与进口导叶叶片同步进行。

可转静叶环上的零级转动导叶38、一级可转导叶42有两个圆柱形轴颈，其上装着氟塑料衬套。外端的轴颈装入转动机构壳体39的径向孔内，而另一端装入内环的径向孔内。

在内环处的氟塑料衬套通过能吸收叶片振动能量的橡胶阻尼元件，用弹簧压紧。零级转动导叶38、一级可转导叶42的轴颈外端上装有带球头的摇臂，球头配入联动环的圆柱套筒中。联动环能够在滚柱41上沿周向移动。滚柱41位于机匣法兰上专门镗出的槽中。

参见图6-8，本发明的过渡段机匣是用来将低压压气机出来的空气平稳地引入高压压气机。主要由外机匣47、内机匣49、承力壳体45、低压前轴承座46、高压前轴承座50、滑油供油管43、第n级低压叶片44、高压进口导叶48等结构组成。

装备机过渡段机匣采用五支板结构，联接管用于安装滑油供油管、第一联接管A和第二联接管B用于安装高压涡轮压气机转子转速传感器、第五联接管E用于安装低压放气阀、第四联接管D用于安装滑油排油管、第三联接管C用于安装手动盘车。

Claims (6)

1.一种燃气轮机低压压气机结构，其特征在于：包括沿进气方向依次设置的进气装置（1）、传动机构（3）、进口导向器（5）、防失速装置（6）、零级导向器（7）、第一级导向器（9）与放气阀（13），所述的传动机构（3）安装在前机匣（2）上，前机匣（2）与机身机匣（12）相连，所述的进口导向器（5）、防失速装置（6）、零级导向器（7）、第一级导向器（9）及放气阀（13）均设置在机身机匣（12）的外壁上，机身机匣（12）的内部设置有转子（10），转子（10）上安装有叶片，进口导向器与进口可转导叶连接，零级导向器与零级可转静叶连接，第一级导向器与一级可转静叶连接，机身机匣（12）上设置有转动机构机匣（8），零级导向器（7）与第一级导向器（9）分别位于转动机构机匣（8）的两侧，所述的放气阀（13）与机身机匣（12）尾部的内腔连通并能够由通流部分向大气放气；零级动叶片通过枞树形榫头安插在轮盘中并通过止动销（11）在榫槽（15）中定位；防失速装置（6）做成嵌入带槽环的环形室，在环形室的外表面上有将发动机支座固定到底架上去的凸台；

导向器转动机构由以下部分组成：装在双支点座（35）上的导向器轴（32）、通过进口导向器叶片摇臂（19）、零级叶片摇臂（21）、传动机构摇臂（25）与叶片相连的联动环（l8）、零级联动环（22）、一级联动环（24）、螺旋牵引杆（33）、导向器松紧器（34）；

工作时通过向轴内旋入或退出螺旋牵引杆（33），能单独调节每级叶片的转角范围；改变导向器松紧器（34）的长度，可单独调整各级叶片转动区域向所需方向移动；改变摇臂（31）的长度，可同时移动所有级的转角区域；联动环（l8）、零级联动环（22）、一级联动环（24）用两个对称安装的，由两个动力作动筒驱动的机构，在每个环直径上相对的两个点上施加力，使其旋转。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机低压压气机结构，其特征在于：机身机匣（12）内有n1级轴流式结构，8≤n1≤15，每一级轴流式结构由一列布置在转子（10）上的动叶片以及位于其后的一列静叶片组成，所述的静叶片安装在机身机匣（12）上；按照进气方向排序，所述的放气阀（13）设置有两个，分别位于第n3级后，5≤n3≤15。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机低压压气机结构，其特征在于：所述的机身机匣（12）内有n2列可转静叶环，2≤n2≤4，可转静叶环的叶片由同一个机构带动，且可转静叶环的叶片随高压压气机通流部分出口空气的静压而同步转动。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机低压压气机结构，其特征在于：第（1，n2-1）级动叶片采用铰接式的联接，叶片能够相对销轴的轴线转动；第（n2，n1-3）级动叶片采用燕尾式榫头安装在轮盘的榫槽（15）内；动叶片的轴向定位采用锁片（16），其端头弯折在轮盘和叶片榫头的端部上；在第n1-2级轮盘装有由圆弧段组成的气封环（17）和阻挡空气流入低压压气机的卸荷腔。

5.根据权利要求3所述的燃气轮机低压压气机结构，其特征在于：传动机构（3）可转静叶环上的零级可转静叶与一级可转静叶有两个圆柱形轴颈，圆柱形轴颈上安装氟塑料衬套，圆柱形轴颈的外端装入机身机匣（12）的径向孔内，内端装入可转静叶环的内环径向孔，内环处的氟塑料衬套通过能吸收叶片振动能量的橡胶阻尼元件固定并通过弹簧压紧，零级可转静叶与一级可转静叶轴颈外端上装有带球头的摇臂，球头装入联动环的圆柱套筒，联动环能在滚柱（41）上沿周向移动，滚柱（41）位于机身机匣（12）上。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机低压压气机结构，其特征在于：机身机匣（12）的尾部通过过渡段机匣将出气平稳地引入高压压气机。

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