CN111911456A - 一种多级轴流压气机焊接转子 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多级轴流压气机焊接转子,包括中心轴和N级叶轮,中心轴的左端向左侧依次焊接第N级叶轮、第N‑1级叶轮,直至第一级叶轮,其中N为大于等于4的整数;所述第N级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述N级叶轮与第一级叶轮之间由右至左依次形成第二空腔和第三空腔。本发明通过焊接工艺将各级叶轮焊接成为整体,无机械联接、无贯穿螺栓,对中心好,结构稳定,刚度和强度大,焊接质量高,延长转子使用寿命,同时,可以降低压气机高压段叶轮的温度梯度,减小温度梯度带来的转子轮盘的附加应力,同时减小轴向推力值。

Description

一种多级轴流压气机焊接转子
技术领域
本发明燃气轮机的压气机技术领域,尤其是公开了一种多级轴流压气机焊接转子。
背景技术
目前燃气轮机的压气机转子的结构型式主要有周向拉杆和中心拉杆盘式拉杆组合式结构。中心拉杆结构通过中心的一根拉杆将多个叶轮组合而成,叶轮之间一般通过端面齿传递扭矩,虽然端面齿有利于叶轮自对中但是加工端面齿需要专门的加工设备,加工难度大、成本高。周向拉杆结构是通过圆周上均布的多根拉杆将多个叶轮组合而成,依靠轮盘之间的环形接触面传递扭矩,接触面的加工精度要求极高。拉杆式转子不仅制造加工和装配技术难度很高,同时部件应力也很高。如在冷态启动时,压气机叶轮与拉杆会产生较大的温差(拉杆温度低而轮盘温度较高),容易产生应力集中,频繁的冷态启动,造成疲劳累积,最终可能超过金属所能承受的极限而产生裂纹。
发明内容
为了解决以上技术问题,本发明提供了一种多级轴流压气机焊接转子。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种多级轴流压气机焊接转子,包括中心轴和N级叶轮,中心轴的左端向左侧依次焊接第N级叶轮、第N-1级叶轮,直至第一级叶轮,其中N为大于等于4的整数。
所述第N级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述N级叶轮与第一级叶轮之间由右至左依次形成第二空腔和第三空腔。
优选地,所述N级叶轮上设引气孔。
优选地,所述引气孔与转子中心线的夹角为120-150°。
优选地,所述引气孔的一端与第二空腔连接,另一端与引起管连接。
优选地,所述N级叶轮的右侧设焊接接头。
优选地,所述焊接接头的坡口为v型坡口。
优选地,所述焊接采用电子束焊接。
优选地,当N为4时,所述N级叶轮为4级叶轮。
优选地,所述中心轴的左端向左侧依次焊接第四级叶轮,第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮。
优选地,所述第四级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述第四级叶轮、第三级叶轮和第二级叶轮共同形成第二空腔,所述第二级叶轮和第一级叶轮之间形成第三空腔。
优选地,所述第二叶轮上设引气孔,用于排出第二空腔内的空气。
优选地,当N为8时,所述N级叶轮为8级叶轮。
优选地,所述中间轴的左端向左侧依次焊接第八级叶轮、第七级叶轮、第六级叶轮、第五级叶轮、第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮。
优选地,所述第八级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述第八级叶轮、第七级叶轮、第六叶轮、第五叶轮和第四级叶轮共同形成第二空腔,所述第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮之间共同形成第三空腔。
优选地,所述第四叶轮上设引气孔,用于排出第二空腔内的空气。
优选地,当N为14时,所述N级叶轮为14级叶轮。
优选地,所述所述中间轴的左端向左侧依次焊接第十四级叶轮、第十三级叶轮、第十二级叶轮、第十一级叶轮、第十级叶轮、第九级叶轮、第八级叶轮、第七级叶轮、第六级叶轮、第五级叶轮、第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮。
优选地,所述第十四级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述第十四级叶轮、第十三级叶轮、第十二叶轮、第十一级叶轮、第十级叶轮、第九级叶轮和第八级叶轮共同形成第二空腔,第八级叶轮、第七级叶轮、第六级叶轮、第五级叶轮、第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮之间共同形成第三空腔。
优选地,所述第八级叶轮上设引气孔,用于排出第二空腔内的空气。
本发明还提供了上述多级轴流压气机焊接转子的组装方法,具体为,利用抱台将第一级叶轮固定在安装平台上,随后安装之后的各级叶轮,通过液压拉伸器将穿过叶轮中心的工艺拉杆施加预紧力,测量平台上安装百分表,通过测量棒精确测量工艺拉杆的拉伸量,并锁紧工艺拉杆上端部的螺母,保持装配的预紧力。
本发明还提供了一种压气机,包括上述的多级轴流压气机焊接转子。
本发明的有益效果为:
(1)本发明通过焊接工艺将各级叶轮焊接成为整体,无机械联接、无贯穿螺栓,对中心好,结构稳定,刚度和强度大。
(2)压气机叶轮中心设计有中心腔体结构,满足焊后检验可达性要求,通过射线检测仪对焊缝进行检查,确定焊缝的质量是否合格;在焊后对焊缝的背面进行机械加工,去除焊接缺陷,提高焊接质量,延长转子使用寿命。
(3)叶轮上设计有引气管对透平叶轮和叶片进行冷却,在转子内腔中引入有一定压力且温度相对低的热空气,冷却透平转子和叶片,同时降低压气机高压段叶轮的温度梯度,减小温度梯度带来的转子轮盘的附加应力,同时减小轴向推力值。
附图说明
图1为本发明的多级轴流压气机焊接转子结构示意图;
图2为相邻两级压气机叶轮局部放大示意图;
图3为本发明所涉及的第二个实例结构示意图;
图4为本发明所涉及的第三个实例结构示意图;
图5为本发明所采用的焊接接头结构示意图。
图6为本发明所采用的组装工装示意图。
图中,1、第一级叶轮,2、第二级叶轮,3、第三级叶轮,4、第四级叶轮,5、第五级叶轮,6、第六级叶轮,7、第七级叶轮,8、第八级叶轮,9、中心轴,10、焊缝,11、引气孔,12、测量平台,13、百分表,14、测量棒,15、液压拉伸器,16、螺母,17、工艺拉杆,18、支撑杆,19、抱台,20、安装平台。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。需要说明的是,在本发明的描述中,术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“左端”、“右端”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“左侧”、“右侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明目的的实现、功能特点及优点做进一步说明。
如图1-6所示,本发明提供了一种多级轴流压气机焊接转子,包括中心轴9和N级叶轮,中心轴9的左端向左侧依次焊接第N级叶轮、第N-1级叶轮,直至第一级叶轮,其中N为大于等于4的整数。
所述第N级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述N级叶轮与第一级叶轮之间由右至左依次形成第二空腔和第三空腔。
优选地,所述N级叶轮上设引气孔。
优选地,所述引气孔与转子中心线的夹角为120-150°。
优选地,所述引气孔的一端与第二空腔连接,另一端与引起管连接。
优选地,所述N级叶轮的右侧设焊接接头。
优选地,所述焊接接头的坡口为v型坡口。
优选地,所述焊接采用电子束焊接。
在一些优选的实施例中,如图4所示,当N为4时,所述N级叶轮为4级叶轮。
所述中心轴的左端向左侧依次焊接第四级叶轮,第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮。
所述第四级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述第四级叶轮、第三级叶轮和第二级叶轮共同形成第二空腔,所述第二级叶轮和第一级叶轮之间形成第三空腔。
所述第二叶轮上设引气孔,用于排出第二空腔内的空气。
在一些优选的实施例中,如图1所示,当N为8时,所述N级叶轮为8级叶轮。
所述中间轴的左端向左侧依次焊接第八级叶轮、第七级叶轮、第六级叶轮、第五级叶轮、第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮。
所述第八级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述第八级叶轮、第七级叶轮、第六叶轮、第五叶轮和第四级叶轮共同形成第二空腔,所述第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮之间共同形成第三空腔。
所述第四叶轮上设引气孔,用于排出第二空腔内的空气。
在一些优选的实施例中,如图3所示,当N为14时,所述N级叶轮为14级叶轮。
所述所述中间轴的左端向左侧依次焊接第十四级叶轮、第十三级叶轮、第十二级叶轮、第十一级叶轮、第十级叶轮、第九级叶轮、第八级叶轮、第七级叶轮、第六级叶轮、第五级叶轮、第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮。
所述第十四级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述第十四级叶轮、第十三级叶轮、第十二叶轮、第十一级叶轮、第十级叶轮、第九级叶轮和第八级叶轮共同形成第二空腔,第八级叶轮、第七级叶轮、第六级叶轮、第五级叶轮、第四级叶轮、第三级叶轮、第二级叶轮和第一级叶轮之间共同形成第三空腔。
所述第八级叶轮上设引气孔,用于排出第二空腔内的空气。
下面以图1和图2为例,对本发明的多级轴流压气机焊接转子进行详细说明。
本发明提供了一种多级轴流压气机焊接转子,包括中心轴9和N级叶轮,所述N级叶轮为8级叶轮,所述中间轴9的左端向左侧依次焊接第八级叶轮8、第七级叶轮7、第六级叶轮6、第五级叶轮5、第四级叶轮4、第三级叶轮3、第二级叶轮2和第一级叶轮1。
所述第八级叶轮8与中心轴9之间形成第一空腔,所述第八级叶轮8、第七级叶轮7、第六叶轮6、第五叶轮5和第四级叶轮4共同形成第二空腔,所述第四级叶轮4、第三级叶轮3、第二级叶轮2和第一级叶轮1之间共同形成第三空腔。
所述第四叶轮4上设引气孔11,用于排出第二空腔内的空气。
本发明焊接转子的叶轮材料可以根据设计要求,在不同部位采用不同材料进行焊接,充分发挥材料性能,节约成本。同时,该多级轴流压气机焊接转子设计先进、结构紧凑,在每个压气机叶轮锻造加工后用工装组装成一体后进行焊接加工。
具体地,本发明的焊接转子采用立式装配的组装工装,如图6所示,所述组装工作包括安装平台20、支架18、测量平台12,抱台19、工艺拉杆17、百分表13、测量棒14、液压拉伸器15和螺母16;
所述安装平台20上设支架17与抱台19,所述支架17的下端设置于安装平台20的左端,所述支架17的上端与所述测量平台连接;
所述抱台19的下端与所述安装平台20连接,所述抱台19的中心轴线处设置工艺拉杆17,所述工艺拉杆17的上端部依次设置螺母16、液压拉伸器15、测量棒14和百分表13。
本发明还提供了上述焊接转子的组装方法为:利用抱台19将第一级叶轮1固定在安装平台20上,随后安装之后的各级叶轮,通过液压拉伸器15将穿过叶轮中心的工艺拉杆17施加适当的预紧力,测量平台12上安装百分表13通过测量棒14精确测量工艺拉杆14的拉伸量,锁紧工艺拉杆14上端部的螺母16保持装配的预紧力。
本发明的组装工装不仅能保证各级叶轮精确装配,同时由于焊接时转子轴向尺寸的变化,工艺拉杆可以提供足够的预紧力,保证焊接质量。本发明经焊后经过一次热处理即可完成,生产过程非常简单,可使生产周期缩短,降低生产成本。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,包括中心轴和N级叶轮,中心轴的左端向左侧依次焊接第N级叶轮、第N-1级叶轮,直至第一级叶轮,其中N为大于等于4的整数;
所述第N级叶轮与中心轴之间形成第一空腔,所述N级叶轮与第一级叶轮之间由右至左依次形成第二空腔和第三空腔。
2.根据权利要求1所述的多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,所述N级叶轮上设引气孔。
3.根据权利要求2所述的多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,所述引气孔与转子中心线的夹角为120-150°。
4.根据权利要求2所述的多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,所述引气孔的一端与第二空腔连接,另一端与引起管连接。
5.根据权利要求1所述的多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,所述N级叶轮为4级叶轮、8级叶轮或14级叶轮。
6.根据权利要求5所述的多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,所述4级叶轮的第二级叶轮上设引气孔、所述8级叶轮的第四级叶轮上设引气孔、和所述14级叶轮的第八级叶轮上设引气孔。
7.根据权利要求1所述的多级轴流压气机焊接转子,其特征在于,所述N级叶轮的右侧均设焊接接头。
8.根据权利要求1-7任一项所述的多级轴流压气机焊接转子的组装工装,其特征在于,包括安装平台、支架、测量平台,抱台、工艺拉杆、百分表、测量棒、液压拉伸器和螺母;
所述安装平台上设支架与抱台,所述支架的下端设置于安装平台的左端,所述支架的上端与所述测量平台连接;
所述抱台的下端与所述安装平台连接,所述抱台的中心轴线处设置工艺拉杆,所述工艺拉杆的上端部依次设置螺母、液压拉伸器、测量棒和百分表。
9.一种权利要求1-7任一项所述的多级轴流压气机焊接转子的组装方法,其特征在于,利用权利要求8所述的组装工装进行组装,
具体为:利利用抱台将第一级叶轮固定在安装平台上,随后安装之后的各级叶轮,通过液压拉伸器将穿过叶轮中心的工艺拉杆施加预紧力,测量平台上安装百分表,通过测量棒精确测量工艺拉杆的拉伸量,并锁紧工艺拉杆上端部的螺母,保持装配的预紧力。
10.一种压气机,其特征在于,包括权利要求1-7任一项所述的多级轴流压气机焊接转子。
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