CN109751088A - 一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构 - Google Patents

Abstract

一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，它涉及船用燃气轮机设备领域。本发明解决了现有的船用燃气轮机涡轮外环与机匣热变形不协调，且连接结构复杂，不易更换损坏的涡轮外环，可靠性低的问题。本发明的机匣连接环为整体式环形结构，N个涡轮外环单元均布在机匣连接环的外圆周上，每个涡轮外环单元通过止动销与机匣连接环固接，每个涡轮外环单元包括扇形涡轮外环块、扇形外环连接块、径向销和冲击板，扇形涡轮外环块通过相互配合的挂钩和环槽与对应的扇形外环连接块连接，扇形涡轮外环块和扇形外环连接块之间设有冲击板并通过径向销固接，扇形外环连接块通过相互配合的挂钩和环槽与机匣连接环连接。

Description

一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构

技术领域

本发明涉及船用燃气轮机设备领域,具体涉及一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构。

背景技术

船用燃气轮机是复杂且精密的高科技产品，工作在高温、高压、高转速及高盐雾腐蚀的恶劣环境下。目前船用燃气轮机涡轮前温度已高达1500-1800K，这使得直接与高温高压燃气接触的涡轮导向叶片、涡轮外环、涡轮动叶等零部件成为了发动机中工作条件最恶劣的零部件之一。涡轮作为船用燃气轮机的主要部件，其性能的高低直接影响发动机的工作效率。而涡轮外环作为涡轮部件的重要组成部分，其主要功能是在整个发动机工作状态过程中与涡轮动叶叶尖配合好，减少燃气和冷气的泄漏量，降低端壁损失，提高涡轮效率。由于涡轮外环直接与通流部分高温燃气接触，工作温度一般在1350K以上，而与涡轮外环连接的环或机匣远离高温燃气直接与冷气接触，环境温度较低，二者的温差、材料和尺寸的差异，都将导致二者的热膨胀量不同。一方面，涡轮外环和机匣热膨胀量的差异会使涡轮外环与机匣连接的部分产生较大的应力，严重的会使涡轮外环产生变形。另一方面，由于涡轮外环与机匣径向热膨胀的不协调，会导致涡轮动叶叶顶间隙过小，造成涡轮外环与叶片的摩擦损伤，影响发动机的正常工作。

目前为解决涡轮外环与机匣热膨胀不协调的问题，通常将涡轮外环设计成分块式结构，但通常其结构较为复杂，且工艺性较差，不易更换损坏的涡轮外环。

综上所述，现有的船用燃气轮机涡轮外环与机匣热变形不协调，且连接结构复杂，不易更换损坏的涡轮外环，可靠性低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的船用燃气轮机涡轮外环与机匣热变形不协调，且连接结构复杂，不易更换损坏的涡轮外环，可靠性低的问题，进而提供一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构。

本发明的技术方案是：

一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，所述分块式涡轮外环连接结构包括机匣连接环、N个涡轮外环单元和2N个止动销，机匣连接环为整体式环形结构，N个涡轮外环单元均布在机匣连接环的外圆周上，每个涡轮外环单元通过两个止动销与机匣连接环固接，

每个涡轮外环单元包括扇形涡轮外环块、扇形外环连接块、径向销和冲击板，N个扇形涡轮外环块与N个扇形外环连接块一一对应设置，所有所述扇形涡轮外环块形成涡轮外环，所有所述扇形外环连接块形成涡轮外环连接件，

扇形涡轮外环块的前端设有第一挂钩，扇形外环连接块的前端设有与第一挂钩相匹配的第一环槽，扇形涡轮外环块前端的第一挂钩插装在扇形外环连接块前端的第一环槽内，

扇形涡轮外环块的后端设有第二挂钩，扇形外环连接块的后端设有与第二挂钩相匹配的第二环槽，扇形涡轮外环块后端的第二挂钩插装在扇形外环连接块后端的第二环槽内，

扇形涡轮外环块和扇形外环连接块之间设有冲击板，冲击板通过径向销与扇形涡轮外环块和扇形外环连接块固接，

扇形外环连接块的前端设有第三挂钩，机匣连接环的前端设有与第三挂钩相匹配的第三环槽，扇形外环连接块前端的第三挂钩插装在机匣连接环前端的第三环槽内，

扇形外环连接块的后端设有第四挂钩，机匣连接环的后端设有与第四挂钩相匹配的第四环槽，扇形外环连接块后端的第四挂钩插装在机匣连接环后端的第四环槽内。

进一步地，所述扇形涡轮外环块的后端、扇形外环连接块后端的第四挂钩、扇形外环连接块的后部和冲击板上均设有容纳径向销的缺口。

进一步地，冲击板上设有若干冲击孔。

进一步地，所述分块式涡轮外环连接结构包括12个扇形涡轮外环块，扇形外环连接块与扇形涡轮外环块的数量相等，相邻两个扇形涡轮外环块之间、相邻两个扇形外环连接块之间均留有间隙。

进一步地，每个涡轮外环单元包括两个用于进行周向和径向定位的径向销。

进一步地，所述分块式涡轮外环连接结构还包括N个挡气片，所述扇形涡轮外环块的左端面和右端面上均开设有凹槽，相邻两个扇形涡轮外环块通过一个安装在所述凹槽内的挡气片相连。

进一步地，所述扇形涡轮外环块采用高温合金金属材料，扇形涡轮外环块与外部高压涡轮动叶叶顶相配合的表面涂有耐磨涂层。

进一步地，所述分块式涡轮外环连接结构还包括承力机匣，承力机匣设置在涡轮外环连接件的前端面。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的涡轮外环和涡轮外环连接件沿周向均被加工成十二块，且块与块之间留有一定间隙，用于抵消由于温度变化而引起径向膨胀量的变化，进而涡轮外环和涡轮外环连接件、涡轮外环连接件和机匣连接环的挂钩连接处，可以协调变化，不会产生较大的应力。而且本发明涡轮外环通过挂钩结构实现与涡轮连接件相连，并通过径向销进行周向定位。涡轮外环连接件通过挂钩结构实现与机匣连接环连接，并通过止动销进行周向定位。本发明结构简单，零件加工方便，配合可靠，当外表面涂层脱落、掉块需更换涡轮外环时，只需拆装涡轮外环连接件上的径向销和止动销，即可实现单块涡轮外环的更换，拆装方便，简化了维修步骤，提高了生产效率。

2、本发明在涡轮外环块之间设置有挡气片连接，可以有效减少通流部分高温燃气的泄露，提高涡轮效率。而且在涡轮外环块与高压涡轮动叶叶顶相配合的表面涂有耐磨涂层，不但可以有效地防止高压涡轮叶片叶顶与涡轮外环的刮磨，增加涡轮外环的使用寿命。还可以阻挡高温燃气与涡轮外环基体的接触，避免温度升高。

3、本发明结构简单、拆装方便、可靠性高解决了现有船用燃气轮机的涡轮外环与机匣热变形不协调，且连接结构复杂，可靠性低的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的剖示图；

图3是冲击板的结构示意图；

图4是图2去掉承力机匣时的剖视图。

具体实施方式

本发明的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，以气流流入方向为前端，以气流流出方向为后端。

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，所述分块式涡轮外环连接结构包括机匣连接环3、N个涡轮外环单元和2N个止动销6，机匣连接环3为整体式环形结构，N个涡轮外环单元均布在机匣连接环3的外圆周上，每个涡轮外环单元通过两个止动销6与机匣连接环3固接，

每个涡轮外环单元包括扇形涡轮外环块1、扇形外环连接块2、径向销4和冲击板5，N个扇形涡轮外环块1与N个扇形外环连接块2一一对应设置，所有所述扇形涡轮外环块1形成涡轮外环，所有所述扇形外环连接块2形成涡轮外环连接件，

扇形涡轮外环块1的前端设有第一挂钩1-1，扇形外环连接块2的前端设有与第一挂钩1-1相匹配的第一环槽2-1，扇形涡轮外环块1前端的第一挂钩1-1插装在扇形外环连接块2前端的第一环槽2-1内，

扇形涡轮外环块1的后端设有第二挂钩1-2，扇形外环连接块2的后端设有与第二挂钩1-2相匹配的第二环槽2-2，扇形涡轮外环块1后端的第二挂钩1-2插装在扇形外环连接块2后端的第二环槽2-2内，

扇形涡轮外环块1和扇形外环连接块2之间设有冲击板5，冲击板5通过径向销4与扇形涡轮外环块1和扇形外环连接块2固接，

扇形外环连接块2的前端设有第三挂钩2-3，机匣连接环3的前端设有与第三挂钩2-3 相匹配的第三环槽3-1，扇形外环连接块2前端的第三挂钩2-3插装在机匣连接环3前端的第三环槽3-1内，

扇形外环连接块2的后端设有第四挂钩2-4，机匣连接环3的后端设有与第四挂钩2-4 相匹配的第四环槽3-2，扇形外环连接块2后端的第四挂钩2-4插装在机匣连接环3后端的第四环槽3-2内。

具体实施方式二：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的所述扇形涡轮外环块1的后端、扇形外环连接块2后端的第四挂钩2-4、扇形外环连接块2的后部和冲击板 5上均设有容纳径向销4的缺口。如此设置，涡轮外环通过挂钩结构实现与涡轮连接件相连，并通过径向销4进行周向定位。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3说明本实施方式，本实施方式的冲击板5上设有若干冲击孔。如此设置，所述冲击板5上的若干冲击孔用于冷却扇形涡轮外环块1内壁。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：本实施方式的所述分块式涡轮外环连接结构包括12个扇形涡轮外环块1，扇形外环连接块2与扇形涡轮外环块1的数量相等，相邻两个扇形涡轮外环块1 之间、相邻两个扇形外环连接块2之间均留有间隙。如此设置，涡轮外环沿周向被加工成 12个扇形涡轮外环块1，涡轮外环连接件沿周向被加工成12个扇形外环连接块2，且相邻两个扇形涡轮外环块1之间、相邻两个扇形外环连接块2之间均留有一定间隙，用于抵消由于温度变化而引起径向膨胀量的变化，进而涡轮外环和涡轮外环连接件、涡轮外环连接件和机匣连接环3的挂钩连接处，可以协调变化，不会产生较大的应力。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2和图4说明本实施方式，本实施方式的每个涡轮外环单元包括两个用于进行周向和径向定位的径向销4。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说明本实施方式，本实施方式的所述分块式涡轮外环连接结构还包括N个挡气片，所述扇形涡轮外环块1的左端面和右端面上均开设有凹槽，相邻两个扇形涡轮外环块1通过一个安装在所述凹槽内的挡气片相连。如此设置，扇形涡轮外环块1之间设置有挡气片连接，可以有效减少通流部分高温燃气的泄露，提高涡轮效率。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：本实施方式的所述扇形涡轮外环块1采用高温合金金属材料，且基地粗糙，扇形涡轮外环块1与外部高压涡轮动叶叶顶相配合的表面涂有耐磨涂层。如此设置，在扇形涡轮外环块1与外部高压涡轮动叶叶顶相配合的表面涂有耐磨涂层，不但可以有效地防止外部高压涡轮动叶叶顶与涡轮外环的刮磨，增加涡轮外环的使用寿命。还可以阻挡高温燃气与涡轮外环基体的接触，避免温度升高。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述分块式涡轮外环连接结构还包括承力机匣7，承力机匣7设置在涡轮外环连接件的前端面。如此设置，涡轮外环连接件的轴向由承力机匣7进行限位。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

工作原理

结合图1至图4说明本发明的工作原理：本发明涡轮外环由12个扇形涡轮外环块1组成，涡轮外环连接件由12个扇形外环连接块2组成，将扇形涡轮外环块1前端的第一挂钩1-1插装在扇形外环连接块2前端的第一环槽2-1内，扇形涡轮外环块1后端的第二挂钩1-2插装在扇形外环连接块2后端的第二环槽2-2内，再将冲击板5旋入扇形涡轮外环块1和扇形外环连接块2的径向间隙中。所述扇形涡轮外环块1后端的第二挂钩1-2、扇形外环连接块2后端的第四挂钩2-4、扇形外环连接块2的后部和冲击板5上均铣有容纳径向销4的缺口和凹槽。每涡轮外环单元包括一个扇形涡轮外环块1和一个扇形外环连接块2，扇形涡轮外环块1和扇形外环连接块2上装有2个径向销4，以防止扇形涡轮外环块1、扇形外环连接块2和冲击板5直接发生周向转动。扇形涡轮外环块1、扇形外环连接块2和冲击板5通过径向销4固定连接在一起后，与机匣连接环3连接，将扇形外环连接块2前端的第三挂钩2-3插装在机匣连接环3前端的第三环槽3-1内，扇形外环连接块2后端的第四挂钩2-4插装在机匣连接环3后端的第四环槽3-2内。将扇形外环连接块 2安装在机匣连接环3上后，用止动销6将两者固定在一起。本发明结构简单，零件加工方便，配合可靠，当外表面涂层脱落、掉块需更换涡轮外环时，只需拆装涡轮外环连接件上的径向销和止动销，即可实现单块扇形涡轮外环块1的更换，拆装方便，简化了维修步骤，提高了生产效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，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，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：所述分块式涡轮外环连接结构包括机匣连接环(3)、N个涡轮外环单元和2N个止动销(6)，机匣连接环(3)为整体式环形结构，N个涡轮外环单元均布在机匣连接环(3)的外圆周上，每个涡轮外环单元通过两个止动销(6)与机匣连接环(3)固接，

每个涡轮外环单元包括扇形涡轮外环块(1)、扇形外环连接块(2)、径向销(4)和冲击板(5)，N个扇形涡轮外环块(1)与N个扇形外环连接块(2)一一对应设置，所有所述扇形涡轮外环块(1)形成涡轮外环，所有所述扇形外环连接块(2)形成涡轮外环连接件，

扇形涡轮外环块(1)的前端设有第一挂钩(1-1)，扇形外环连接块(2)的前端设有与第一挂钩(1-1)相匹配的第一环槽(2-1)，扇形涡轮外环块(1)前端的第一挂钩(1-1)插装在扇形外环连接块(2)前端的第一环槽(2-1)内，

扇形涡轮外环块(1)的后端设有第二挂钩(1-2)，扇形外环连接块(2)的后端设有与第二挂钩(1-2)相匹配的第二环槽(2-2)，扇形涡轮外环块(1)后端的第二挂钩(1-2)插装在扇形外环连接块(2)后端的第二环槽(2-2)内，

扇形涡轮外环块(1)和扇形外环连接块(2)之间设有冲击板(5)，冲击板(5)通过径向销(4)与扇形涡轮外环块(1)和扇形外环连接块(2)固接，

扇形外环连接块(2)的前端设有第三挂钩(2-3)，机匣连接环(3)的前端设有与第三挂钩(2-3)相匹配的第三环槽(3-1)，扇形外环连接块(2)前端的第三挂钩(2-3)插装在机匣连接环(3)前端的第三环槽(3-1)内，

扇形外环连接块(2)的后端设有第四挂钩(2-4)，机匣连接环(3)的后端设有与第四挂钩(2-4)相匹配的第四环槽(3-2)，扇形外环连接块(2)后端的第四挂钩(2-4)插装在机匣连接环(3)后端的第四环槽(3-2)内。

2.根据权利要求1所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：所述扇形涡轮外环块(1)的后端、扇形外环连接块(2)后端的第四挂钩(2-4)、扇形外环连接块(2)的后部和冲击板(5)上均设有容纳径向销(4)的缺口。

3.根据权利要求2所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：冲击板(5)上设有若干冲击孔。

4.根据权利要求1所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：所述分块式涡轮外环连接结构包括12个扇形涡轮外环块(1)，扇形外环连接块(2)与扇形涡轮外环块(1)的数量相等，相邻两个扇形涡轮外环块(1)之间、相邻两个扇形外环连接块(2)之间均留有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：每个涡轮外环单元包括两个用于进行周向和径向定位的径向销(4)。

6.根据权利要求1所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：所述分块式涡轮外环连接结构还包括N个挡气片，所述扇形涡轮外环块(1)的左端面和右端面上均开设有凹槽，相邻两个扇形涡轮外环块(1)通过一个安装在所述凹槽内的挡气片相连。

7.根据权利要求2、3、4或6所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：所述扇形涡轮外环块(1)采用高温合金金属材料，扇形涡轮外环块(1)与外部高压涡轮动叶叶顶相配合的表面涂有耐磨涂层。

8.根据权利要求7所述的一种用于船用燃气轮机的分块式涡轮外环连接结构，其特征在于：所述分块式涡轮外环连接结构还包括承力机匣(7)，承力机匣(7)设置在涡轮外环连接件的前端面。