CN110360157B - 一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带，包括带圈、等段、动环和驱动装置；带圈呈口台状，用于整体的结构支撑与外部的连接；等段为多个并且均匀的设置在带圈上，用于改变及调节进气的喉部面积；动环用于对多个等段的传动连接的集中联动；驱动装置用于通过计算机输出的运行参数对动环进行调节来控制等段改变进气量。本发明通过采用口台状的带圈将等段及动环安装连接在一起，结构紧凑立体性强，保证了多个导叶末端在同一圆周上，圆度好，组合较为方便，适合批量生产；另外，可以精确的对导叶的角度变化进行控制，使导叶可以始终保持在较为合理的位置，保证了压气机性能的提高，使燃气轮机功率的增强。

Description

一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，涉及压气机结构，具体涉及一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带。

背景技术

燃气涡轮发动机又称燃机，燃机具有体积小、重量轻、启动快等一系列优点，已在各个领域得到长足发展，广泛应用于发电、舰船动力、车辆动力、天然气、石油管道输送等领域，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。燃气轮机由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，其中压气机是燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。为减小气流冲击损失，气体在叶轮中获得的动能尽可能多地转化为压力。

传统的叶栅围带为内外圈的围带之间焊接导叶，制作过程的精度极低，变形较大，且导叶只是简单的弧形，导致压气机的气流的通流不均匀，阻力较大，严重的影响了压气机的性能；目前，空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带先经过整圈车削的方式加工，然后由五轴龙门铣出空间结构的槽，反复粗精加工后完成，不仅加工过程价格较为昂贵，而且结构形状单一易出现应力变形，在槽中插入导叶片后导叶片不会均匀的排列在同一个圆周上，严重的影响了压气机的喉部进气的稳定性，而且空间结构的设计强度较差导致燃气轮机叶栅围带排产困难，投入的生产成本又高，不利于批量的生产加工；另外，压气机在启动初期及运作加速期和快速运转阶段时，叶栅围带的可调节性差，导叶角度位置固定，导叶的角度不可改变，导致燃气轮机的功率升高略慢，转子的提速过程缓慢，转子在超高转数下喘振现象明显，影响转子速度的进一步的提升，同时增压比的提升效果较差，叶栅围带的空间结构差会严重的影响燃气轮机的整体的性能。

发明内容

本发明提供一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带，目的是提高压气机的性能、提升叶栅围带结构强度、及增加叶栅围带的调节性。

为实现本发明的目的，本发明提供一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带，包括带圈、等段、动环和驱动装置；带圈呈口台状，用于整体的结构支撑与外部的连接；等段为多个并且均匀的设置在带圈上，用于改变及调节进气的喉部面积，等段包括导叶、级台、转轴、圆光孔、密封环、X型槽、弹簧和外杆，导叶与级台一体制成，转轴与圆光孔间设置密封环，圆光孔设置在带圈上，级台插入X型槽内通过弹簧将两侧压紧并且级台与转轴的一端通过螺纹顶丝的方式连接，转轴的另一端与外杆通过直齿插入顶丝顶紧的方式连接，外杆的外端与动环连接；动环用于对多个等段的传动连接的集中联动，动环包括环体、转动杆、拨动套，环体套在带圈的口台上，转动杆的数量与等段的数量一致，转动杆的两端为圆球状并且分别与环体和等段进行转动连接，拨动套与环体的一侧转动连接，拨动套与驱动装置的输出端通过螺纹传动连接；驱动装置用于通过计算机输出的运行参数对动环进行调节来控制等段改变进气量。

进一步的，所述带圈的外端设有挡环，带圈上设有滚动槽，滚动槽内设有滚珠，动环套在滚珠上并通过外侧的挡环挡住。

本发明的有益效果是：本发明通过采用口台状的带圈将等段及动环安装连接在一起，结构紧凑立体性强，极大的增加了整体的结构性能，保证了整体的强度，均匀的应力释放使整体不易变形，保证了多个导叶末端所在同一圆周上，圆度好，且由组合安装而成，各部分加工简单，组合方便，适合批量生产加工；另外，驱动装置通过拨动套带动环体进行小距离的转动，环体通过转动杆联动外杆动作，外杆与导叶间通过转轴传动同步发生等角度的转动，可以精确的对导叶的角度变化进行控制，使导叶可以始终保持在较为合理的位置，有助于压气机整体的压气性能的提升，转子的提升速度明显，增压比增大，保证了压气机性能的提高，从而保证燃气轮机功率的辅助增强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的局部放大的主视结构示意图；

图3是本发明的局部放大的仰视示意图；

图4是本发明的局部放大的仰视结构示意图；

图5是本发明的局部放大的俯视结构示意图；

图中：

1-带圈，11-挡环，12-滚动槽，13-滚珠；

2-等段，21-导叶，22-级台，23-转轴，24-圆光孔，25-密封环，26-X型槽，27-弹簧，28-外杆；

3-动环，31-环体，32-转动杆，33-拨动套；

4-驱动装置。

具体实施方式

以下，将结合附图对本发明作进一步说明:

结合图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明所公开的一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带，包括带圈1、等段2、动环3和驱动装置4，带圈1上均匀的设置并安装有多个等段2，动环3套在带圈1的口台上，动环3带动全部的等段2同步转动，驱动装置4为动环提供具体的转动的精确值。带圈1呈口台状，用于做整体的结构支撑与外部的连接，带圈1的外端可以设有挡环11，带圈1上可以设有滚动槽12，滚动槽12内可以设有滚珠13，动环3可以套在滚珠13上并通过外侧的挡环11螺纹连接挡住，可以在螺纹连接处安装顶丝，防止螺纹的松动，等段2为多个并且均匀的设置在带圈1上，用于改变及调节进气的喉部面积，等段2包括导叶21、级台22、转轴23、圆光孔24、密封环25、X型槽26、弹簧27和外杆28，其中，圆光孔24均匀的设置在带圈1上，圆光孔24采用高于6级的光洁度，带圈1内侧与圆光孔24同心分布有相等数量的X型槽26，X型槽26为双层结构，X型槽26的表面层为X形，X型槽26的上层为方型或者长方形的形状且方型的尺寸大于X型槽26的表面层的尺寸，X型槽26的上层可以对称设有四个螺纹柱，螺纹柱与X型槽26的上层侧壁钻孔后螺纹连紧，弹簧27的一端套在螺纹柱露出的部分套紧连接；级台22为大小两层台，导叶21与级台22下端的小层台的端面连接采用一体加工制成，也可分体式榫接或焊接的方式连接制成，级台22的大层台的端面中间钻有螺纹孔，转轴23的一端可以通过该螺纹孔与级台22连接，连接后螺纹连接的侧面可以加装顶丝，保证螺纹连接的稳定可靠，转轴23与圆光孔24采用h7公差间隙配合，圆光孔24内设置密封环25，密封环25将转轴23与圆光孔24间密封并将转轴23定心，由于圆光孔24设置在带圈1上，先将带有导叶21的级台22的大层台从X型槽26的侧面插入，弹簧27将级台22的大层台的4个角处顶紧，此时再将转轴23穿过圆光孔24后与级台22的大层台的端面螺纹连接安装；转轴23的露出一端有圆形分布的竖齿，外杆28的一端采用同配合形状的竖齿与转轴23插入连接，从直齿插入连接的侧面采用顶丝顶紧的方式，外杆28的另一端与动环3连接，动环3用于对多个等段2的导叶21进行集中联动的传动，动环3包括环体31、转动杆32、拨动套33，环体31套在带圈1的口台上，环体31内圈可以套在滚珠13上并通过外侧的挡环11螺纹连接带圈1的边沿进行挡住，转动杆32的数量与等段2的数量可以相等，转动杆32的两端为圆球状，该圆球状的末端分别与环体31和等段2的外杆28进行转动连接，转动杆32上可以套有连接半弧螺纹盖，环体31和外杆28上均设有相同弧度的半弧坑，半弧坑的外端有螺纹孔，转动杆32的全球放入半弧坑内后半弧的螺纹盖与螺纹孔旋紧，实现转动杆32两端的弧形的连接稳定，环体31向一侧略微转动通过转动杆32推动外杆28带动转轴23转动，从而转轴23带动级台22和导叶21同步转动，级台22四周的弹簧27的压缩力使级台22的转动更加平稳，当级台22转动到最大角度时级台22的小层台的侧面与X型槽26的X型面贴紧；环体31的一侧与拨动套33转动连接，拨动套33与驱动装置4的输出端通过螺纹传动连接，驱动装置4可以采用伺服电机驱动，伺服电机的底座连接在压气机的外壳体上并转动连接，伺服电机的输出轴旋转将带动拨动套33进行微调移动，拨动套33同步带动环体31转动，使导叶21转动一定的角度，将导叶21的方向进行改变，保证压气机性能的提高，本发明的叶栅围带结构强度高，导叶21的调节性能好。

在本发明的具体实施例中，驱动装置4可以通过计算机控制，计算机对伺服电机的伸出或缩短数值与导叶21的转动数值进行换算，计算机通过驱动装置4直接控制导叶21的转动角度，计算机将压气机的运行数据进行比对调节出压气机在不同工作状态下的输出的运行参数，从而对导叶21进行调节来改变进气量，通过计算机的大数据比对参数控制调节，使压气机的效率极大的增强，转子提速明显，保证转子在超高速的状态下进行较小范围的提速，使增压比加大，提高了燃气机的整体的运行效果。

在本发明的另一具体实施例中，驱动装置4可以采用伺服电机固定安装在压气机的外壳上，伺服电机的输出端通过齿轮传动的方式拨动环体31略微的转动来改变导叶21的角度。

在本发明的其他实施例中，带圈1的两侧均安装动环3，两个动环3均受驱动装置两个方向的同步驱动，动环3两个方向对称带动外杆28转动，从而将转轴23转动，两个方向对外杆28进行控制对转轴23的稳定性控制更为稳定，当转轴23停止改变角度时可以对动环3的传动的环节加装锁紧，保证导叶21在工作过程中的稳定性，尤其是在多级压气机的工况条件下，在压气机叶片轮级间加装本发明的叶栅围带，再由计算机大数据对比下的推荐数值进行联动控制导叶21的转动角度，以此来依次将各个压气机级间的喉部面积调节到最佳状态位置，压气机的效率提升明显，正压比会显著的得到提高。

本发明通过采用口台状的带圈1将等段2及动环3安装连接在一起，结构紧凑立体性强，极大的增加了整体的结构性能，保证了整体的强度，均匀的应力释放使整体不易变形，保证了多个导叶21末端所在同一圆周上，圆度好，且由组合安装而成，各部分加工简单，组合方便，适合批量生产加工；另外，驱动装置4通过拨动套33带动环体31进行小距离的转动，环体31通过转动杆32联动外杆28动作，外杆28与导叶21间通过转轴23传动同步发生等角度的转动，可以精确的对导叶31的角度变化进行控制，使导叶31可以始终保持在较为合理的位置，有助于压气机整体的压气性能的提升，转子的提升速度明显，增压比增大，保证了压气机性能的提高，从而保证燃气轮机功率的辅助增强。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带，其特征在于：包括带圈、等段、动环和驱动装置；

带圈呈口台状，用于整体的结构支撑与外部的连接；

等段为多个并且均匀的设置在带圈上，用于改变及调节进气的喉部面积，等段包括导叶、级台、转轴、圆光孔、密封环、X型槽、弹簧和外杆，导叶与级台一体制成，转轴与圆光孔间设置密封环，圆光孔设置在带圈上，级台插入X型槽内通过弹簧将两侧压紧并且级台与转轴的一端通过螺纹顶丝的方式连接，转轴的另一端与外杆通过直齿插入顶丝顶紧的方式连接，外杆的外端与动环连接；

动环用于对多个等段的传动连接的集中联动，动环包括环体、转动杆、拨动套，环体套在带圈的口台上，转动杆的数量与等段的数量一致，转动杆的两端为圆球状并且分别与环体和等段进行转动连接，拨动套与环体的一侧转动连接，拨动套与驱动装置的输出端通过螺纹传动连接；

驱动装置用于通过计算机输出的运行参数对动环进行调节来控制等段改变进气量。

2.根据权利要求1所述的一种空间结构的燃气轮机压气机叶栅围带，其特征在于：所述带圈的外端设有挡环，带圈上设有滚动槽，滚动槽内设有滚珠，动环套在滚珠上并通过外侧的挡环挡住。

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