CN112523867A - 一种新型桥式双鼓筒燃气轮机 - Google Patents

一种新型桥式双鼓筒燃气轮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，具体涉及燃气轮机领域。该燃气轮机设于台架上，包括内鼓筒和外鼓筒，且内鼓筒设于外鼓筒内部。内鼓筒一端外侧固定设有风扇导叶，外鼓筒靠近风扇导叶一端外侧固定设有风扇动叶；内鼓筒靠近风扇导叶一端外侧固定设有压气机各级导叶，外鼓筒靠近压气机各级导叶一端内侧固定设有压气机各级动叶；内鼓筒远离压气机各级导叶一端外侧固定设有涡轮各级导叶，外鼓筒靠近涡轮各级导叶一端内侧固定设有涡轮各级动叶；外鼓筒两端通过固接于内鼓筒对应位置的两个定心定位轴承同内鼓筒实现转动连接。本发明采用鼓筒实现涡轮级与压气机级的传动，能够有效缓解现有燃气轮机冷却压力大、设计难度大和检修保养困难的问题。

Description

一种新型桥式双鼓筒燃气轮机
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，尤其涉及一种新型桥式双鼓筒燃气轮机。
背景技术
燃气轮机是非常重要的能量转换装置，在国民经济领域和军事国防领域都发挥着十分关键的作用。燃气轮机涡轮部件受到高温热应力、高转速离心力以及高频激振力的作用，是燃气轮机设计和制造的难点，在现有的技术方案中，燃气轮机的涡轮部件（涡轮动叶）主要采用盘轴式结构，即在涡轮轴上安装涡轮盘，再将涡轮叶片安装在涡轮盘上，工作时高温工质对涡轮叶片做功，再由涡轮带动涡轮盘及涡轮轴转动，而对于涡轮静叶（涡轮导叶）部件，主要包括外机匣、涡轮静叶及内支承机匣等。
现有技术中的盘轴式燃气轮机结构在使用时存在的主要技术问题是：
1.涡轮部件设计采用盘轴式结构，其包裹在高温燃气中的零部件较多，冷却压力大，（完全被燃气包裹的涡轮部件包括：涡轮轴、涡轮盘、内支承机匣、冷却和润滑机构以及所有的涡轮叶片（包括涡轮静叶和涡轮动叶）；
2.涡轮部件设计采用盘轴式结构，传力传扭部件包括涡轮动叶、涡轮盘和涡轮轴，涉及的零件较多，且所有这些受力部件都需要进行加强，并且需要考虑各部件间复杂的装配，设计难度很大且增加了燃气轮机的重量。
3. 现有发动机盘轴结构存在检修困难的问题，探伤检验设备难以进入发动机内部进行探测。
发明内容
本发明提供一种桥式双鼓筒燃气轮机，旨在解决上述存在的冷却压力大，检修维护复杂和设计难度大的问题。
本发明是这样实现的，本发明提供如下技术方案：一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，包括燃气轮机和台架，所述燃气轮机设于台架上；
所述燃气轮机包括内鼓筒和外鼓筒，所述内鼓筒设于外鼓筒内部，所述内鼓筒一端外侧固定设有风扇导叶，所述外鼓筒靠近风扇导叶一端外侧固定设有风扇动叶，所述内鼓筒靠近风扇导叶一端外侧固定设有压气机各级导叶，所述外鼓筒临近压气机各级导叶内侧对应设有压气机各级动叶，所述内鼓筒远离压气机各级导叶一端外侧固定设有涡轮各级导叶，所述外鼓筒临近涡轮各级导叶内侧对应设有涡轮各级动叶，所述内鼓筒远离压气机各级导叶一端固定设有尾喷管固定件；
所述台架包括基座，所述基座固定设有内鼓筒前定位座和内鼓筒后定位座，所述前、后定位座分别通过风扇导叶和涡轮最后一级涡轮导叶同内鼓筒固定连接。
在一个优选的实施方式中，所述燃气轮机包括风扇段、轴流压气机段、燃烧室段、涡轮段和尾喷管段，所述各段的转子部件固定连接在所述外鼓筒上，所述外鼓筒通过第一级压气机动叶与所述内鼓筒前、后端对应位置通过轴承连接实现所述转子部件的定心定位。
在一个优选的实施方式中，所述轴流压气机段设于风扇段一侧，所述燃烧室段设于轴流压气机段远离风扇段的一侧，所述涡轮段设于燃烧室段远离轴流压气机段的一侧，所述尾喷管段设于涡轮段远离燃烧室段的一侧，以便于稳定工作。
在一个优选的实施方式中，所述内鼓筒固定设于内鼓筒前定位座和内鼓筒后定位座上，以实现内鼓筒的固定。
在一个优选的实施方式中，所述外鼓筒前定心定位轴承组件和外鼓筒后定心定位轴承组件均通过轴承与所述内鼓筒滚动配合，以实现外鼓筒的转动时的定心定位。
在一个优选的实施方式中，所述外鼓筒前定心定位轴承组件和外鼓筒后定心定位轴承组件设于内鼓筒前定位座与内鼓筒后定位座之间，以便于定位外鼓筒和内鼓筒。
在一个优选的实施方式中，所述压气机各级导叶与压气机各级动叶交错设置，所述涡轮各级导叶与涡轮各级动叶交错设置，以便于稳定工作。
在一个优选的实施方式中，所述风扇导叶固定设于内鼓筒前定位座上，所述内鼓筒靠近内鼓筒前定位座一端通过风扇段与内鼓筒前定位座固定连接，以实现内鼓筒的固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过取消了复杂的盘轴式结构，使暴露在高温燃气中的零部件仅包括外鼓筒内壁、涡轮叶片和内鼓筒外壁，高温部件数量减少，降低了工作-停机-工作这一循环状态下出现的交替热应力对发动机部件装配的设计要求，且随着高温零部件数量的减少，燃机整体可靠性得到提升，因此能够显著提高零部件的可靠性及整机寿命。
、鼓筒式燃气轮机高温部件数量少，对冷却气体的需求降低，变相提高了压气机效率。
、鼓筒式燃气轮机冷却气体输送不需要破坏部件结构即可建立冷却气体通道，因此能有效避免部件出现应力集中或强度不足的问题。
、鼓筒式燃汽轮机采用鼓筒传力传扭，受力和抗弯扭性能相比盘轴结构更好，转动件工作时变形小，另外转动件仅包含鼓筒和动叶片，转动件质量大为降低，燃气轮机整体转动惯量变小。
、鼓筒式燃气轮机冷气通路受高温燃气影响极小，能够保证冷却效果，滑油系统不经过高温燃气覆盖区域，不需要考虑滑油系统的冷却问题。
、鼓筒式燃气轮机采用中空结构，检修探伤方便，零部件更换相对更加简易，转子外置使得发动机的运行状态容易控制。
、鼓筒式燃气轮机的转子部件在发动机外部，启动机不需要进入流道即可完成启动过程，避免起动机对工质流动通道的影响。
、鼓筒式燃气轮机的高温旋转部件数量较少，仅外鼓筒和涡轮动叶受到转动离心力及热应力的影响，设计难度下降。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的燃气轮机正视结构示意图。
图3为本发明的台架立体结构示意图。
图4为本发明的整体结构半剖示意图。
图中：1燃气轮机、2台架、11风扇段、12轴流压气机段、13燃烧室段、14涡轮段、15尾喷管段、16内鼓筒、17外鼓筒、18前滚动轴承、19后滚动轴承、111风扇导叶、112风扇动叶、121压气机各级导叶、122压气机各级动叶、141涡轮各级导叶、142涡轮各级动叶、151尾喷管固定件、21前定位座、22后定位座。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，而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。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1-附图4，本发明提供一种技术方案：一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，包括燃气轮机1和台架2，所述燃气轮机1设于台架2上；
所述燃气轮机1包括内鼓筒16和外鼓筒17，所述内鼓筒16设于外鼓筒17内部，所述内鼓筒16一端外侧固定设有风扇导叶111，所述外鼓筒17靠近风扇导叶111一端外侧固定设有风扇动叶112，所述内鼓筒16靠近风扇导叶111一端外侧固定设有压气机各级导叶121，所述外鼓筒17靠近压气机各级导叶121一端内侧固定设有压气机各级动叶122，所述内鼓筒16远离压气机各级导叶121一端外侧固定设有涡轮各级导叶141，所述外鼓筒17靠近涡轮各级导叶141一端内侧固定设有涡轮各级动叶142，所述内鼓筒16远离压气机各级导叶121一端固定设有尾喷管固定件151；
所述台架2包括内鼓筒前定位座21和内鼓筒后定位座22；
所述燃气轮机1包括风扇段11、轴流压气机段12、燃烧室段13、涡轮段14和尾喷管段15；
所述轴流压气机段12设于风扇段11一侧，所述燃烧室段13设于轴流压气机段12远离风扇段11的一侧，所述涡轮段14设于燃烧室段13远离轴流压气机段12的一侧，所述尾喷管段15设于涡轮段14远离燃烧室段13的一侧；
所述内鼓筒16通过所述风扇导叶111与所述风扇段11固定连接，所述风扇段11与内鼓筒前定位座21固定连接，所述内鼓筒16通过涡轮末级导叶143与所述尾喷管段15固定连接，所述尾喷管段15与内鼓筒后定位座22固定连接；
所述外鼓筒17通过前滚动轴承18和后滚动轴承19与所述内鼓筒16相连接，所述外鼓筒17通过所述前滚动轴承18和后滚动轴承19实现定心定位；
所述压气机各级导叶121与压气机各级动叶122交错设置，所述涡轮各级导叶141与涡轮各级动叶142交错设置。
实施方式具体为：如图1和图2所示，主要由燃气轮机1及台架2构成，图3所示的燃气轮机1部分可以分割为不同功能段，其从左向右依次为风扇段11、轴流压气机段12、燃烧室段13、涡轮段14以及尾喷管段15，图4所示的内鼓筒前定位座21以及内鼓筒后定位座22是台架2的组成部分，燃气轮机的工质运行环境由内鼓筒16和外鼓筒17构成，内鼓筒16是静止件且安装有风扇导叶111、压气机各级导叶121、燃烧室段13中的静止件部分、涡轮各级导叶141以及尾喷管固定件151，而外鼓筒17为转动件且安装有风扇动叶112、燃烧室段13的外机匣、压气机各级动叶122和涡轮各级动叶142等转动件，内鼓筒16前端及后端以固定连接方式分别与内鼓筒前定位座21和内鼓筒后定位座22相连，完成静止件的定位，而外鼓筒17通过前滚动轴承18和后滚动轴承19完成定心定位，其中内鼓筒16与外鼓筒17通过前后滚动轴承连接，具有防止外鼓筒沿流向串动的功能，燃烧室段13内的静止件固定连接于内鼓筒16上，燃烧室段13中静止件可以采用现有的成熟的燃烧室结构和形状。气体从风扇11端进入流道，内鼓筒16和外鼓筒17间存在间隙，方便工质进入，内鼓筒的起点在风扇11最前端，终点在尾喷管段15与涡轮部分的交接处，通过外接起动机的方式带动外鼓筒17转动，在工质压缩达到设计工况时点火燃烧，高温燃气推动涡轮各级动叶142做功，涡轮各级动叶142带动外鼓筒17转动，外鼓筒17将轴功递至风扇段11和轴流压气机段12带动风扇动叶112和压气机各级动叶122转动，而风扇段11和轴流压气机段12分别向燃气轮机提供推力和压缩工质，气体工质在被压缩后进入燃烧室段13与燃油掺混燃烧，推动涡轮各级动叶142做功，实现工作运行，工作时，内鼓筒16及其它静止件由内鼓筒前定位座21和内鼓筒后定位座22提供支承定位，而外鼓筒17和所有转动件依靠前滚动轴承18和后滚动轴承19提供定心定位，仅有外鼓筒17内壁、涡轮各级动叶142及内鼓筒16外壁受到燃烧室段13排出的高温燃气的影响，高温部件和旋转部件数量大大减少，该实施方式具体解决了现有技术中存在的冷却压力大，检修保养困难和设计难度大的问题。
本发明工作原理：
参照说明书附图1-附图4，通过外接起动机的方式带动外鼓筒17转动，在工质压缩达到设计工况时点火燃烧，高温燃气推动涡轮各级动叶142做功，涡轮各级动叶142带动外鼓筒17转动，外鼓筒17将轴功递至风扇段11和轴流压气机段12带动风扇动叶112和压气机各级动叶122转动，而风扇段11和轴流压气机段12分别向燃气轮机提供推力和压缩工质，气体工质在被压缩后进入燃烧室段13与燃油掺混燃烧，推动涡轮各级动叶142做功，实现工作运行，工作时，内鼓筒16及其它静止件由内鼓筒前定位座21和内鼓筒后定位座22提供支承定位，而外鼓筒17和所有转动件依靠滚轮提供定心定位，仅有外鼓筒17内壁、涡轮各级动叶142及内鼓筒16外壁受到燃烧室段13排出的高温燃气的影响，高温部件和旋转部件数量大大减少。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：包括燃气轮机和台架，所述燃气轮机设于台架上；
所述燃气轮机包括内鼓筒和外鼓筒，所述内鼓筒设于外鼓筒内部，所述内鼓筒一端外侧固定设有风扇导叶，所述外鼓筒靠近风扇导叶一端外侧固定设有风扇动叶，所述内鼓筒靠近风扇导叶一端外侧固定设有压气机各级导叶，所述外鼓筒临近压气机各级导叶内侧对应设有压气机各级动叶，所述内鼓筒远离压气机各级导叶一端外侧固定设有涡轮各级导叶，所述外鼓筒临近涡轮各级导叶内侧对应设有涡轮各级动叶，所述内鼓筒远离压气机各级导叶一端固定设有尾喷管固定件；
所述台架包括基座，所述基座固定设有内鼓筒前定位座和内鼓筒后定位座，所述基座通过内鼓筒前、后定位座与所述内鼓筒及所述风扇导叶固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机包括风扇段、轴流压气机段、燃烧室段、涡轮段和尾喷管段。
3.根据权利要求2所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述轴流压气机段设于风扇段一侧，所述燃烧室段设于轴流压气机段远离风扇段的一侧，所述涡轮段设于燃烧室段远离轴流压气机段的一侧，所述尾喷管段设于涡轮段远离燃烧室段的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述内鼓筒固定设于内鼓筒前定位座和内鼓筒后定位座上。
5.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述外鼓筒通过前轴承、后轴承同所述内鼓筒连接，并实现转子的定心定位。
6.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述外鼓筒靠近所述风扇导叶一端通过强化后的压气机某级动叶栅与所述内鼓筒通过前轴承连接，所述外鼓筒靠近所述尾喷管一端通过强化后的最末级低压涡轮叶栅与所述内鼓筒通过后轴承连接。
7.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述压气机各级导叶与压气机各级动叶交错设置，所述涡轮各级导叶与涡轮各级动叶交错设置。
8.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述内鼓筒前端与所述风扇导叶段固定连接，所述内鼓筒后端与所述尾喷管固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种新型桥式双鼓筒燃气轮机，其特征在于：所述风扇导叶段固定设于所述前定位座上，所述内鼓筒通过风扇段与前定位座固定连接，所述内鼓筒通过所述尾喷管段与后定位座固定连接。
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