CN110273719B - 一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃气轮机排气缸技术领域，具体涉及一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构。该中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，包括外缸体(1)，轴承座(4)和内流道(8)，其特征在于，还包括支撑筒(5)，对称件支撑杆(6)，和椭圆状的空心倒圆台护板(7)；所述支撑杆(6)穿过内流道(8)且一端与轴承座(4)连接、另一端与外缸体(1)连接；支撑筒(5)套在支撑杆(6)外侧；护板(7)壁厚一端固定在外缸体(1)上、另一端套在支撑筒(5)外侧，支撑筒(5)能够沿其轴线在护板(7)内滑动。本发明提供的支撑结构降低了排气缸内流道工作热应力，防止内流道变形撕裂；增加了内流道支撑的稳定性；降低支撑杆热应力。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机排气缸技术领域，具体涉及一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构。
背景技术
燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件构成。空气由进气系统进入压气机部件，流经压气机后的高压空气流入燃烧室进行充分燃烧，后经过涡轮部件完成能量转换，高温燃气通过排气缸部分流向后续部件(中小型燃气轮机升负荷过程中燃气温度在200℃-600℃范围内)。在目前燃气轮机的设计上，排气缸结构受空间的影响主要分为两类：一是重型燃气轮机机组功率大，机组空间大，采用挠性支撑加冷却的方式，尽量保证排气缸内轴承座工作在较低的温度；另一种是中小型燃气轮机机组，由于机组较小，排气缸受空间影响采用结构简便的布置方式，即直接将排气缸内部流道的支撑与缸体固定或搭接，保证结构设计的安装可靠性。
在高温的作用下，由于内流道为薄壁结构受热膨胀量较大，采用焊接结构时会出现局部应力过大变形甚至撕裂流道；倘若采用搭接结构时，因大尺寸间隙的存在，内流道不能较好的固定，对高温燃气的流动存在扰动，影响整机的振动及运行效率。在燃气轮机启停过程中，由于温度梯度和流量频繁变化，局部热应力和载荷循环变化，焊接和搭接结构设计安全裕度不足，容易导致该局部产生裂纹等疲劳损伤。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本申请的发明目的在于提供一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构。
为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，包括外缸体，轴承座和内流道，还包括空心椭圆管状支撑筒，由宽度不同、长度相同的两段矩形杆一体成型的对称件支撑杆，和椭圆状的空心倒圆台护板；
所述支撑杆穿过所述内流道且宽度较窄的一端与所述轴承座连接、另一端与所述外缸体连接；
所述支撑筒套在所述支撑杆外侧；
所述护板壁厚较厚的一端固定在所述外缸体上、另一端套在所述支撑筒外侧，所述支撑筒能够沿其轴线在所述护板内滑动。
优选地，所述支撑筒靠近外缸体一侧外壁设有两个导块，所述护板上设有多个与所述导块相配合的卡槽，所述导块能够在对应的卡槽沿所述支撑筒轴向滑动。
优选地，所述导块为长方体结构。
优选地，所述支撑筒内壁与所述支撑杆外壁之间形成冷却风流入通道，所述支撑筒外壁与护板内壁之间形成冷却风流出通道。
优选地，所述冷却风流出通道的间距为20-60mm；该间距进一步优选为40-50mm，作为一种优选实施方式，该间距为45mm。
优选地，所述内流道由外侧板、内侧板和支撑筒围成，所述支撑筒由外至内依次交叉穿过所述外侧板和内侧板。
优选地，所述外侧板与护板端面的距离为80-100mm；进一步优选为80mm。
优选地，所述护板和支撑筒之间的重叠的长度为60-70mm；优选为65mm。
优选地，所述支撑筒内壁与所述支撑杆外壁之间的间距均匀分布。
优选地，所述支撑筒外壁与所述护板内壁之间的间距均匀分布。
与现有技术相比，本发明提供的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构具有如下有益效果：
(1)降低了排气缸内流道工作热应力，防止内流道变形撕裂；
本专利采用滑动支撑的设计降低排气缸内流道工作热应力。在受到热载作用下，内流道薄壁结构的热膨胀量大于外缸体的热膨胀量，在采用焊接固结方式时热变形量没有地方释放，导致焊接位置出现裂纹和撕裂。在该部位采用滑动连接设计时，有效的释放外缸体和内流道薄壁结构的热膨胀量差，减小了应力集中对内流道的影响。经过与现场焊接结构裂纹位置应力计算对比，滑动结构设计应力降低约60％。
(2)增加了内流道支撑的稳定性
本专利采用了滑动支撑的设计使得排气缸内流道与外缸体的连接相比搭接方式具有更好的稳定性。搭接支撑结构对支撑结构的整体面要求较高，加工质量难以保证，同时为保证可安装性，支撑筒和护板搭接间隙数值会比较大。而滑动支撑结构由支撑筒头部导块和护板的卡槽来滑动配合，配合间隙可通过局部加工来保证，考虑安装可行性精度可控制在毫米级之内。这样就能保证在运行时内流道不存在大尺寸间隙，减小对高温燃气流动扰动，保证燃气轮机排气流道的稳定性。
(3)降低支撑杆热应力
本专利采用了滑动支撑设计，可以通过加大护板开孔内径来加大轴承座腔室和外缸体与内流道外壁腔室的流通面积，保证支撑板工作环境温度与轴承座腔室连通，进而降低支撑板的工作温度(降低温度至100℃-200℃)，达到降低支撑杆热应力的效果。
附图说明
图1为中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构的俯视图；
图2为改进前的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构A-A视图；
图3为实施例1提供的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构A-A视图及B-B视图；
图4为附图3中的A-A视图的局部放大图；
图5为附图4的C-C视图；
图6为冷却空气流通示意图；
其中，1为外缸体，2为外侧板，3为内侧板，4为轴承座，5为支撑筒，6为支撑杆，7为护板，8为内流道，51为导块，71为卡槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，包括外缸体1，轴承座4和内流道8，还包括空心椭圆管状支撑筒5，由宽度不同、长度相同的两段矩形杆一体成型的对称件支撑杆6，和椭圆状的空心倒圆台护板7；
所述支撑杆6穿过所述内流道8且宽度较窄的一端与所述轴承座4连接、另一端与所述外缸体1连接；
所述支撑筒5套在所述支撑杆6外侧；
所述护板7壁厚较厚的一端固定在所述外缸体1上、另一端套在所述支撑筒5外侧，所述支撑筒5能够沿其轴线在所述护板7内滑动。
所述支撑筒5靠近外缸体1一侧外壁设有两个导块51，所述护板7上设有多个与所述导块51相配合的卡槽71，所述导块51能够在对应的卡槽71沿所述支撑筒5轴向滑动，所述导块51为长方体结构。
所述支撑筒5内壁与所述支撑杆6外壁之间形成冷却风流入通道，所述支撑筒5外壁与护板7内壁之间形成冷却风流出通道，所述冷却风流出通道的间距为45mm。
所述内流道8由外侧板3、内侧板2和支撑筒5围成，所述支撑筒5由外至内依次交叉穿过所述外侧板2和内侧板3。
所述外侧板2与护板7端面的距离为80mm。
所述护板7和支撑筒5之间的重叠的长度为65mm。
所述支撑筒内壁与所述支撑杆外壁之间的间距基本均匀。
优选地，所述支撑筒外壁与所述护板内壁之间的间距基本均匀。
实施例2
一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，包括外缸体1，轴承座4和内流道8，还包括空心椭圆管状支撑筒5，由宽度不同、长度相同的两段矩形杆一体成型的对称件支撑杆6，和椭圆状的空心倒圆台护板7；
所述支撑杆6穿过所述内流道8且宽度较窄的一端与所述轴承座4连接、另一端与所述外缸体1连接；
所述支撑筒5套在所述支撑杆6外侧；
所述护板7壁厚较厚的一端固定在所述外缸体1上、另一端套在所述支撑筒5外侧，所述支撑筒5能够沿其轴线在所述护板7内滑动。
所述支撑筒5靠近外缸体1一侧外壁设有两个导块51，所述护板7上设有多个与所述导块51相配合的卡槽71，所述导块51能够在对应的卡槽71沿所述支撑筒5轴向滑动，所述导块51为长方体结构。
所述支撑筒5内壁与所述支撑杆6外壁之间形成冷却风流入通道，所述支撑筒5外壁与护板7内壁之间形成冷却风流出通道，所述冷却风流出通道的间距为45mm。
所述内流道8由外侧板3、内侧板2和支撑筒5围成，所述支撑筒5由外至内依次交叉穿过所述外侧板2和内侧板3。
所述外侧板2与护板7端面的距离为100mm。
所述护板7和支撑筒5之间的重叠的长度为65mm。
实施例3
一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，包括外缸体1，轴承座4和内流道8，还包括空心椭圆管状支撑筒5，由宽度不同、长度相同的两段矩形杆一体成型的对称件支撑杆6，和椭圆状的空心倒圆台护板7；
所述支撑杆6穿过所述内流道8且宽度较窄的一端与所述轴承座4连接、另一端与所述外缸体1连接；
所述支撑筒5套在所述支撑杆6外侧；
所述护板7壁厚较厚的一端固定在所述外缸体1上、另一端套在所述支撑筒5外侧，所述支撑筒5能够沿其轴线在所述护板7内滑动。
所述支撑筒5靠近外缸体1一侧外壁设有两个导块51，所述护板7上设有多个与所述导块51相配合的卡槽71，所述导块51能够在对应的卡槽71沿所述支撑筒5轴向滑动，所述导块51为长方体结构。
所述支撑筒5内壁与所述支撑杆6外壁之间形成冷却风流入通道，所述支撑筒5外壁与护板7内壁之间形成冷却风流出通道，所述冷却风流出通道的间距为25mm。
所述内流道8由外侧板3、内侧板2和支撑筒5围成，所述支撑筒5由外至内依次交叉穿过所述外侧板2和内侧板3。
所述外侧板2与护板7端面的距离为80mm。
所述护板7和支撑筒5之间的重叠的长度为65mm。
试验结果表明，实施例1提供的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构的性能最好，可将支撑板的工作温度降低200℃。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，包括外缸体(1)，轴承座(4)和内流道(8)，其特征在于，还包括空心椭圆管状支撑筒(5)，由宽度不同、长度相同的两段矩形杆一体成型的对称件支撑杆(6)，和椭圆状的空心倒圆台护板(7)；
所述支撑杆(6)穿过所述内流道(8)且宽度较窄的一端与所述轴承座(4)连接、另一端与所述外缸体(1)连接；
所述支撑筒(5)套在所述支撑杆(6)外侧；
所述护板(7)壁厚较厚的一端固定在所述外缸体(1)上、另一端套在所述支撑筒(5)外侧，所述支撑筒(5)能够沿其轴线在所述护板(7)内滑动；所述内流道(8)由外侧板(2)、内侧板(3)和支撑筒(5)围成，所述支撑筒(5)由外至内依次交叉穿过所述外侧板(2)和内侧板(3)；所述支撑筒(5)靠近外缸体(1)一侧外壁设有两个导块(51)，所述护板(7)上设有多个与所述导块(51)相配合的卡槽(71)，所述导块(51)能够在对应的卡槽(71)内沿所述支撑筒(5)轴向滑动；所述支撑筒(5)内壁与所述支撑杆(6)外壁之间形成冷却风流入通道，所述支撑筒(5)外壁与护板(7)内壁之间形成冷却风流出通道。
2.根据权利要求1所述的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，所述导块(51)为长方体结构。
3.根据权利要求1所述的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，所述冷却风流出通道的宽度为20-60mm。
4.根据权利要求1所述的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，所述外侧板(2)与护板(7)端面的距离为80-100mm。
5.根据权利要求1所述的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，所述护板(7)和支撑筒(5)之间的重叠的长度为60-70mm。
6.根据权利要求1所述的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，所述支撑筒(5)内壁与所述支撑杆(6)外壁之间的间距均匀分布。
7.根据权利要求1所述的中小型燃气轮机排气缸内流道支撑结构，所述支撑筒(5)外壁与所述护板(7)内壁之间的间距均匀分布。
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