CN109098773A - 一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构及其连接方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构及其连接方法，属于燃气轮机技术领域。本发明为了解决在离心力作用下螺栓和轮盘孔之间会产生较大的接触应力的问题。本发明中螺栓依次穿过前端轴、涡轮盘和中间盘的内孔，两端安装锁紧螺母和自锁螺母；螺栓为变截面螺栓，在其颈部上设置有两个凸台；锁紧螺母连接在螺栓端部，自锁螺母连接在锥形面端部。通过控制螺栓与涡轮盘、前端轴、中间盘内孔的间隙，保证合理的接触状态；通过控制凸台与涡轮盘孔之间的间隙，使得在旋转离心力作用下凸台与涡轮盘孔之间产生均匀的接触，接触位置在涡轮盘孔端部；在工作转速范围内，凸台与中间盘内孔和前端轴内孔不接触，颈部与涡轮盘孔之间不产生接触，有效降低接触应力。

Description

一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构及其连接方法
技术领域
本发明涉及一种涡轮轮盘连接结构及其连接方法，具体涉及一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构及其连接方法，属于燃气轮机技术领域。
背景技术
螺栓连接是一种广泛应用于燃气轮机转子中的连接结构，螺栓和轮盘孔之间一般采用间隙配合，但是在离心力作用下螺栓和轮盘孔之间会产生较大的接触应力，引起疲劳损伤，造成转子系统故障。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明为了解决在离心力作用下螺栓和轮盘孔之间会产生较大的接触应力的问题，进而设计了一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构及其连接方法，通过合理设计凸台和颈部位置，改变螺栓与轮盘孔的接触位置，有效地降低了螺栓和轮盘孔之间的接触应力，通过螺栓端部的锥形面结构，精确定位螺栓拧入螺母深度。
本发明所采取的方案一：一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构，包括前端轴、涡轮盘、中间盘、锁紧螺母、螺栓和自锁螺母；所述螺栓依次穿过前端轴、涡轮盘和中间盘的内孔，螺栓的两端安装有锁紧螺母和自锁螺母；所述螺栓为变截面螺栓，所述变截面螺栓由左至右依次包括螺栓端部、颈部和锥形面端部，在颈部上设置有两个凸台，螺栓端部加工有内六角孔；锁紧螺母连接在螺栓端部，自锁螺母连接在锥形面端部，凸台的直径为60mm，凸台与涡轮盘内孔之间的间隙在0.15mm～0.3mm之间，颈部与涡轮盘内孔之间的间隙在0.9mm～1.5mm之间，凸台与前端轴内孔以及中间盘内孔之间的间隙在0.9mm～1.5mm之间。
通过控制螺栓与涡轮盘、前端轴、中间盘内孔的间隙，保证合理的接触状态；通过控制凸台与涡轮盘孔之间的间隙，使得在旋转离心力作用下凸台与涡轮盘孔之间产生均匀的接触，接触位置在涡轮盘孔端部；凸台与中间盘内孔和前端轴内孔，在工作转速范围内不接触；工作转速范围内，颈部与涡轮盘孔之间不产生接触，有效降低接触应力。
进一步地：所述凸台与颈部之间圆弧过渡，所述圆弧的半径大于30mm小于50mm。用于降低应力集中。
进一步地：锥形面端部的锥角为15°～20°。通过与自锁螺母的锥形面配合，能够精确定位螺栓拧入自锁螺母的深度，使得各螺栓拧入自锁螺母的深度相同。同时通过锥形面的摩擦还能够起到很好的自锁作用，防止自锁螺母松动。
进一步地：所述自锁螺母左至右依次为螺纹面、端部锥形面和自锁螺母外圆；自锁螺母外圆为圆柱面，端部锥形面的锥角为15°～20°，端部锥形面与螺纹面之间加工有环形的卸力槽，自锁螺母底部具有自锁平面，该平面与中间盘对应圆形面相切。如此设置，起到自锁作用。自锁螺母外圆，不具有普通螺母的多边形结构。采用锥形面结构防止与螺栓之间的相对转动，采用螺母外伸凸台防止自锁螺母相对于中间盘的转动。
本发明所采取的方案二：一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构的连接方法，具体方法为：
步骤一：对螺栓进行称重，质量偏差控制在5‰以内；
步骤二：安装时先将自锁螺母卡入中间盘对应环形沟槽内，利用螺栓端部内六角孔将螺栓拧入自锁螺母，拧至螺栓的锥形面端部与自锁螺母的端部锥形面贴合为止；
步骤三：利用扳手将螺母拧紧。
所有螺栓装配前必须称重，质量偏差控制在5‰以内，以保证转子系统的振动特性。
本发明所达到的效果为：
本发明通过控制螺栓与涡轮盘、前端轴、中间盘内孔的间隙，保证合理的接触状态；通过控制凸台与涡轮盘孔之间的间隙，使得在旋转离心力作用下凸台与涡轮盘孔之间产生均匀的接触，接触位置在涡轮盘孔端部；凸台与中间盘内孔和前端轴内孔，在工作转速范围内不接触；工作转速范围内，颈部与涡轮盘孔之间不产生接触，通过合理设计凸台和颈部位置，改变螺栓与轮盘孔的接触位置，有效地降低了螺栓和轮盘孔之间的接触应力，通过螺栓端部的锥形面结构，精确定位螺栓拧入螺母深度。
附图说明
图1为本发明的一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构总图；
图2为普通螺栓在离心力作用下接触状况示意图；
图3为本发明变截面螺栓在离心力作用下接触状况示意图；
图4为本发明变截面螺栓的结构图；
图5为本发明自锁螺母的立体图；
图6为本发明自锁螺母的剖视图。
图中：
1前端轴，2涡轮盘，3中间盘，4锁紧螺母，5螺栓，6自锁螺母，51凸台，52颈部，53锥形面端部，54内六角孔，61端部锥形面，62卸力槽，63自锁平面，64螺纹面，65自锁螺母外圆。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例：参见图1至图6，本实施方式的一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构，包括前端轴1、涡轮盘2、中间盘3、锁紧螺母4、螺栓5和自锁螺母6；所述螺栓5依次穿过前端轴1、涡轮盘2和中间盘3的内孔，螺栓5的两端安装有锁紧螺母4和自锁螺母6；所述螺栓5为变截面螺栓，所述变截面螺栓由左至右依次包括螺栓端部、颈部52和锥形面端部53，在颈部52上设置有两个凸台，螺栓端部加工有内六角孔54；锁紧螺母4连接在螺栓端部，自锁螺母6连接在锥形面端部53，凸台51的直径为60mm，凸台51与涡轮盘2内孔之间的间隙在0.15mm～0.3mm之间，颈部52与涡轮盘2内孔之间的间隙在0.9mm～1.5mm之间，凸台51与前端轴1内孔以及中间盘3内孔之间的间隙在0.9mm～1.5mm之间。所述凸台51与颈部52之间圆弧过渡，所述圆弧的半径大于30mm小于50mm。锥形面端部53的锥角为15°～20°。所述自锁螺母6左至右依次为螺纹面64、端部锥形面61和自锁螺母外圆65；自锁螺母外圆65为圆柱面，端部锥形面61的锥角为15°～20°，端部锥形面61与螺纹面64之间加工有环形的卸力槽62，自锁螺母底部具有自锁平面63，该平面与中间盘3对应圆形面相切。
一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构的连接方法，具体方法为：
步骤一：对螺栓5进行称重，质量偏差控制在5‰以内；
步骤二：安装时先将自锁螺母6卡入中间盘3对应环形沟槽内，利用螺栓5端部内六角孔54将螺栓5拧入自锁螺母6，拧至螺栓5的锥形面端部53与自锁螺母6的端部锥形面61贴合为止；
步骤三：利用扳手将螺母4拧紧。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构，包括前端轴(1)、涡轮盘(2)、中间盘(3)、锁紧螺母(4)、螺栓(5)和自锁螺母(6)；所述螺栓(5)依次穿过前端轴(1)、涡轮盘(2)和中间盘(3)的内孔，螺栓(5)的两端安装有锁紧螺母(4)和自锁螺母(6)；其特征在于：所述螺栓(5)为变截面螺栓，所述变截面螺栓由左至右依次包括螺栓端部、颈部(52)和锥形面端部(53)，在颈部(52)上设置有两个凸台(51)，螺栓端部加工有内六角孔(54)；锁紧螺母(4)连接在螺栓端部，自锁螺母(6)连接在锥形面端部(53)，凸台(51)的直径为60mm，凸台(51)与涡轮盘(2)内孔之间的间隙在0.15mm～0.3mm之间，颈部(52)与涡轮盘(2)内孔之间的间隙在0.9mm～1.5mm之间，凸台(51)与前端轴(1)内孔以及中间盘(3)内孔之间的间隙在0.9mm～1.5mm之间。
2.根据权利要求1所述的一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构，其特征在于：所述凸台(51)与颈部(52)之间圆弧过渡，所述圆弧的半径大于30mm小于50mm。
3.根据权利要求2所述的一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构，其特征在于：锥形面端部(53)的锥角为15°～20°。
4.根据权利要求3所述的一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构，其特征在于：所述自锁螺母(6)左至右依次为螺纹面(64)、端部锥形面(61)和自锁螺母外圆(65)；自锁螺母外圆(65)为圆柱面，端部锥形面(61)的锥角为15°～20°，端部锥形面(61)与螺纹面(64)之间加工有环形的卸力槽(62)，自锁螺母底部具有自锁平面(63)，该平面与中间盘(3)对应圆形面相切。
5.基于权利要求4所述的一种新型的涡轮轮盘变截面螺栓连接结构实现的连接方法，其特征在于：具体方法为：
步骤一：对螺栓(5)进行称重，质量偏差控制在5‰以内；
步骤二：安装时先将自锁螺母(6)卡入中间盘(3)对应环形沟槽内，利用螺栓(5)端部内六角孔(54)将螺栓(5)拧入自锁螺母(6)，拧至螺栓(5)的锥形面端部(53)与自锁螺母(6)的端部锥形面(61)贴合为止；
步骤三：利用扳手将螺母(4)拧紧。
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