CN109505664A - 一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮 - Google Patents

一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮 Download PDF

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Abstract

一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮,涉及一种可倒车动力涡轮，本发明为了解决现有的燃气轮机可倒车动力涡轮气流流路的切换结构相对复杂的问题，本发明包括外层机匣、内层机匣、中介机匣、多个正车涡轮动叶、中间过渡缘板、倒车涡轮动叶、双层可转导叶组件、外侧旋转轴和内侧旋转轴，外层机匣和内层机匣的左侧设有燃气气流进口流道，中介机匣位于于外层机匣和内层机匣之间，外层机匣和中介机匣之间形成外层流路，内层机匣和中介机匣之间形成内层流路；双层可转导叶组件的上端通过外侧旋转轴与外层机匣转动连接，双层可转导叶组件的下端通过内侧旋转轴与内层机匣转动连接。

Description

一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮
技术领域
本发明涉及一种可倒车动力涡轮，具体涉及一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，属于燃气轮机技术领域。
背景技术
燃气轮机从诞生之日起，便因功率密度大、反应迅速等特点，受到各国青睐。作为船舶主要动力装置之一的燃气轮机，不能直接倒车是其一大缺陷。目前我国燃气轮机的倒车问题是通过变距桨实现的。虽然变距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缺点。首先，它传递功能有一定的上限，超过这一功率后要付出较大的代价，其次，与大功率燃气轮机区配的变距桨、轴系和轴系等部件的尺寸、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，在巡航工作下增加6％的阻力，并且变距桨的构造复杂、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。
目前，国内船用燃气轮机可倒车动力涡轮气流流路的切换是通过类似航空发动机尾喷口的通流挡板阀实现的，虽然该种结构方式具有控制精度高等优点，但整套系统相对复杂，人们希望有一种实现船用燃气轮机可倒车动力涡轮气流流路切换的、结构相对简单的切换结构。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的燃气轮机可倒车动力涡轮气流流路的切换结构相对复杂的问题。进而提供一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮。
本发明的技术方案是：
一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮系统，它包括外层机匣、内层机匣、中介机匣、第一正车涡轮动叶、第二正车涡轮动叶、第三正车涡轮动叶、第四正车涡轮动叶、中间过渡缘板和倒车涡轮动叶，所述外层机匣和内层机匣的左侧设有燃气气流进口流道，中介机匣位于于外层机匣和内层机匣之间，外层机匣和中介机匣之间形成外层流路，内层机匣和中介机匣之间形成内层流路；所述一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮系统还包括双层可转导叶组件、外侧旋转轴和内侧旋转轴，双层可转导叶组件的上端通过外侧旋转轴与外层机匣转动连接，双层可转导叶组件的下端通过内侧旋转轴与内层机匣转动连接，所述第一正车涡轮动叶、第二正车涡轮动叶、第三正车涡轮动叶、第四正车涡轮动叶由左至右依次设置在双层可转导叶组件的右侧，倒车涡轮动叶位于第四正车涡轮动叶的上方，且倒车涡轮动叶通过中间过渡缘板与第四正车涡轮动叶连为一体。
进一步地，双层可转导叶组件由上层叶片、下层叶片和中间连接轴组成，所述上层叶片、中间连接轴和下层叶片由上至下依次连接成一体，且上层叶片的上端与外侧旋转轴的下端固定连接，下层叶片的下端与内侧旋转轴的上端固定连接。
进一步地，所述外侧旋转轴、上层叶片、中间连接轴、下层叶片和内侧旋转轴由上至下依次连接成一体。
进一步地，所述上层叶片的叶面与下层叶片的叶面之间的夹角(A)为159度。
进一步地，所述上层叶片和下层叶片同步转动。
进一步地，所述上层叶片的高度为89mm。
进一步地，所述下层叶片的高度为189mm。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明在充分利用现有动力涡轮结构的基础上，结合可倒车动力涡轮结构及工作特点，将结构相对简单的可转导叶结构应用在了可倒车动力涡轮中，通过双层反应叶片结构实现了动力涡轮不同转动方向功率输出所需的燃气气流，解决了通过类似航空发动机尾喷口的通流挡板阀结构实现船用燃气轮机可倒车动力涡轮气流流路切换系统复杂的问题，为船用燃气轮机可倒车动力涡轮提供了结构相对简单的切换结构；满足动力涡轮不同转动方向功率输出所需的燃气气流。
同时由于将原有的固定几何涡轮改为了变几何涡轮，从而使其具有了调节涡轮喉道面积的功能，有助于提高燃气轮机低工况的喘振裕度，以及改善部分工况时的效率，从而整体提升燃气轮机的性能。
附图说明
图1是船用可转导叶式可倒车动力涡结构示意图；
图2是双层可转导叶的结构示意图；图3是图2的俯视图；
图4是上层叶片型线；图5是下层叶片型线；
图6是上层叶片关死状态；图7是上层叶片打开状态；
图8是下层叶片关死状态；图9是下层叶片打开状态。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮系统，它包括外层机匣1、内层机匣2、中介机匣3、第一正车涡轮动叶12、第二正车涡轮动叶13、第三正车涡轮动叶14、第四正车涡轮动叶4、中间过渡缘板15和倒车涡轮动叶5，所述外层机匣1和内层机匣2的左侧设有燃气气流进口流道6，中介机匣位于3于外层机匣1和内层机匣2之间，外层机匣1和中介机匣3之间形成外层流路7，内层机匣2和中介机匣3之间形成内层流路8；
所述一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮系统还包括双层可转导叶组件9、外侧旋转轴10和内侧旋转轴11，双层可转导叶组件9的上端通过外侧旋转轴10与外层机匣1转动连接，双层可转导叶组件9的下端通过内侧旋转轴11与内层机匣2转动连接，第一正车涡轮动叶12、第二正车涡轮动叶13、第三正车涡轮动叶14、第四正车涡轮动叶4由左至右依次设置在双层可转导叶组件9的右侧，倒车涡轮动叶5位于第四正车涡轮动叶4的上方，且倒车涡轮动叶5通过中间过渡缘板15与第四正车涡轮动叶4连为一体。
双层可转导叶结构提供满足动力涡轮不同转动方向功率输出所需的燃气气流，确保可倒车燃气轮机动力涡轮按照需要调整转动方向。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的所述双层可转导叶组件9由上层叶片9-1、下层叶片9-2和中间连接轴9-3组成，所述上层叶片9-1、中间连接轴9-3和下层叶片9-2由上至下依次连接成一体，且上层叶片9-1的上端与外侧旋转轴10的下端固定连接，下层叶片9-2的下端与内侧旋转轴11的上端固定连接。上、下两层叶片为一体结构，同步转动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的所述外侧旋转轴10、上层叶片9-1、中间连接轴9-3、下层叶片9-2和内侧旋转轴11由上至下依次连接成一体。如此设置，一体结构可以使其承受气流的压力时不易断裂或变形。
其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的所述上层叶片9-1的叶面与下层叶片9-2的叶面之间的夹角(A)为159度。
所述上层叶片9-1和下层叶片9-2的型线走势相反，当下层叶片处于全关状态(此时上层叶片处于全开状态)时，将双层可转导叶顺时针转动18度后下层叶片即可变为全开状态(此时上层叶片处于全关状态)，以此控制燃气流动的流路，满足动力涡轮不同转动方向功率输出所需的燃气气流。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述上层叶片9-1和下层叶片9-2同步转动。当下层叶片处于全关状态(此时上层叶片处于全开状态)时，将双层可转导叶顺时针转动18度后下层叶片即可变为全开状态(此时上层叶片处于全关状态)。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述上层叶片9-1的高度为89mm。如此设置，尺寸相对较小，有利于铸造；结构继承性好。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述下层叶片9-2的高度为189mm。如此设置，其尺寸设计有利于铸造；结构继承性好。
其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
通过图1-图9说明其工作原理：
上、下两层叶片为一体结构，同步转动，上层叶片9-1用于控制倒车燃气流路外层流路7的开关，下层叶片用于控制正车燃气流路内层流路8的开关，内、外两层流路通过中介机匣3隔开。当双层可转导叶9的下层叶片9-2全开时，双层可转导叶9的上层叶片9-1处于全关状态，通过进口内层机匣2与进口外层机匣1之间的进口流道6流过的燃气气流全部进入内层流路8，经过四个正车涡轮动叶7推动涡轮正转；上层叶片9-1全开时，下层叶片9-2处于全关状态，通过进口内层机匣2与进口外层机匣1之间的进口流道6流过的燃气气流全部进入外层流路7，经过倒车涡轮动叶5推动涡轮反转。以此控制燃气流动的流路外层流路7或者内层流路8，满足动力涡轮不同转动方向功率输出所需的燃气气流。这就是通过双层可转导叶实现燃气轮机可倒车动力涡轮气流切换的过程。
具体实现步骤如下：
1、将传统正车涡轮第一级导叶的固定几何结构进行更改为变几何涡轮结构，即可转导叶结构，设计导叶最内侧旋转轴11，内侧旋转轴11插装在内层机匣5；
2、在正车涡轮下层叶片9-2的外环增加一层上层叶片9-1，其型线(见图4)，新增的上层叶片9-1与正车涡轮下层叶片9-2的型线(见图5)走势相反，构成上、下两层的双层叶片结构(如图2所示)；
3、将上、下两层叶片用叶片中间连接轴9-3相连，从而构成上、下两层一体化的双层叶片结构(如图2所示)；
4、在上层叶片9-1外设计双层叶片外侧旋转轴10，外侧旋转轴10插装在外层机匣6上，得到船用燃气轮机可倒车动力涡轮用双层可转导叶初始结构；
5、调整步骤1、3、4中内侧旋转轴11、中间连接轴9-3和外侧旋转轴10的轴向及周向位置，使上、下两层叶片同步转动；
6、以步骤5所确定的轴(即内侧旋转轴11、外侧旋转轴10和中间连接轴9-3，他们同轴)为轴心，转动上、下两层叶片，记录下层叶片从全关(见图6)到全开(见图7)时的转动角度；
7、调整上层叶片型线(见图4)，使其按步骤6所确定的旋转角度转动时，当下层叶片全开(见图7)时上层叶片完全关死(见图8)，当上层叶片全开(见图9)时下层叶片完全关死(见图6)。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，它包括外层机匣(1)、内层机匣(2)、中介机匣(3)、第一正车涡轮动叶(12)、第二正车涡轮动叶(13)、第三正车涡轮动叶(14)、第四正车涡轮动叶(4)、中间过渡缘板(15)和倒车涡轮动叶(5)，所述外层机匣(1)和内层机匣(2)的左侧设有燃气气流进口流道(6)，中介机匣位于(3)于外层机匣(1)和内层机匣(2)之间，外层机匣(1)和中介机匣(3)之间形成外层流路(7)，内层机匣(2)和中介机匣(3)之间形成内层流路(8)；
其特征在于：所述一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮还包括双层可转导叶组件(9)、外侧旋转轴(10)和内侧旋转轴(11)，双层可转导叶组件(9)的上端通过外侧旋转轴(10)与外层机匣(1)转动连接，双层可转导叶组件(9)的下端通过内侧旋转轴(11)与内层机匣(2)转动连接，第一正车涡轮动叶(12)、第二正车涡轮动叶(13)、第三正车涡轮动叶(14)、第四正车涡轮动叶(4)由左至右依次设置在双层可转导叶组件(9)的右侧，倒车涡轮动叶(5)位于第四正车涡轮动叶(4)的上方，且倒车涡轮动叶(5)通过中间过渡缘板(15)与第四正车涡轮动叶(4)连为一体。
2.根据权利要求1所述一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，其特征在于：所述双层可转导叶组件(9)由上层叶片(9-1)、下层叶片(9-2)和中间连接轴(9-3)组成，所述上层叶片(9-1)、中间连接轴(9-3)和下层叶片(9-2)由上至下依次连接成一体，且上层叶片(9-1)的上端与外侧旋转轴(10)的下端固定连接，下层叶片(9-2)的下端与内侧旋转轴(11)的上端固定连接。
3.根据权利要求2所述一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，其特征在于：所述外侧旋转轴(10)、上层叶片(9-1)、中间连接轴(9-3)、下层叶片(9-2)和内侧旋转轴(11)由上至下依次连接成一体。
4.根据权利要求3所述一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，其特征在于：所述上层叶片(9-1)的叶面与下层叶片(9-2)的叶面之间的夹角(A)为159度。
5.根据权利要求4所述的一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，其特征在于：所述上层叶片(9-1)和下层叶片(9-2)同步转动。
6.根据权利要求5所述的一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，其特征在于：所述上层叶片(9-1)的高度为89mm。
7.根据权利要求5所述的一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮，其特征在于：所述下层叶片(9-2)的高度为189mm。
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