CN113107676B - 三层套筒式中心拉杆装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种三层套筒式中心拉杆装置，包括：内轴，一端设置有抵靠部，另一端具有外螺纹；外轴，所述外轴套设于所述内轴，所述外轴的一端抵靠于所述抵靠部，所述外轴的另一端能够与压气机的前轴颈连接；以及压紧螺母，具有内螺纹，通过所述内螺纹与所述外螺纹配合将所述压紧螺母连接于所述内轴，所述压紧螺母用于对所述压气机的后轴颈压紧连接，进而完成所述前轴颈与所述后轴颈的连接。可实现压气机各级轮盘的可靠连接，同时也可以实现转子轴向力传递等。结构零件数目少，易于转子轮盘的装配和拆卸，也提高了压气机运行的安全可靠性。

Description

三层套筒式中心拉杆装置

技术领域

本公开涉及透平机械技术领域，尤其涉及一种三层套筒式中心拉杆装置。

背景技术

压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。传统的涡轮发动机压气机连接各级转子的方式主要有：长螺杆连接、短螺栓连接和焊接等。在采用长螺杆连接或短螺栓连接时，由于各级转子的叶盘之间需要通过独立的定距环和一圈螺栓来连接固定，因此整个转子的零部件数量非常多，同时由于采用螺栓连接的方式，相应的螺栓孔处会产生应力集中，而且一圈螺栓受力做不到受力完全均匀，加剧了某些螺栓孔处应力集中。而叶盘之间采用焊接的方式连接时，会存在潜在的焊接缺陷，在转子高速运转过程中焊接部分容易出现疲劳，产生安全隐患，同时增加生产成本，且采用这种方式连接的转子基本不可拆卸。因此，为避免以上连接方式的缺陷，为压气机转子提供一种安全可靠、零件数目少、易于拆装的连接方式是有必要的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种三层套筒式中心拉杆装置，以缓解现有技术中不可拆卸等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种三层套筒式中心拉杆装置，包括：

内轴，一端设置有抵靠部，另一端具有外螺纹；

外轴，所述外轴套设于所述内轴，所述外轴的一端抵靠于所述抵靠部，所述外轴的另一端能够与压气机的前轴颈连接；以及

压紧螺母，具有内螺纹，通过所述内螺纹与所述外螺纹配合将所述压紧螺母连接于所述内轴，所述压紧螺母用于对所述压气机的后轴颈压紧连接，进而完成所述前轴颈与所述后轴颈的连接。

在本公开实施例中，所述外轴外部具有均匀分布的矩形齿，所述矩形齿能够抵靠于所述前轴颈的内侧；各所述矩形齿与所述前轴颈以所述外周的周向之间设置有前制动销，各所述前制动销用于固定各所述矩形齿与所述前轴颈的位置。

在本公开实施例中，所述前轴颈设置有前卡圈，所述前卡圈用于固定所述前制动销。

在本公开实施例中，所述的三层套筒式中心拉杆装置，还包括：

过渡结构，设置于所述压紧螺母与所述后轴颈之间，所述过渡结构能够保证所述压紧螺母与所述后轴颈有之间有足够的传力路径和受力面积；

所述压紧螺母对所述后轴颈施加压力，进而所述矩形齿对所述前轴颈的内侧产生压力。

在本公开实施例中，所述过渡结构包括：

凹关节垫圈，一端抵靠于所述后轴颈的内侧；以及

凸关节垫圈，一端抵靠于所述凹关节垫圈的另一端，另一端抵靠于所述压紧螺母；

所述凹关节垫圈与所述凸关节垫圈抵靠的接触面均为能够相互贴合的球面。

在本公开实施例中，所述凹关节垫圈的外径小于所述凸关节垫圈的外径，所述凹关节垫圈的内径大于所述凸关节垫圈的内径。

在本公开实施例中，所述外轴通过中轴抵靠于所述抵靠部，所述中轴套设于所述内轴。

在本公开实施例中，所述内轴和所述中轴之间放置有调整垫圈，所述调整垫圈用于调整所述内轴轴向位置，进而保证所述中心拉杆的轴向长度。

在本公开实施例中，所述内轴的内表面设置有拉动螺纹，所述拉动螺纹用于装配分解时拉长所述内轴，消除所述外螺纹与所述内螺纹之间的压力，从而使得压紧螺母可以轻松转动。

在本公开实施例中，所述内轴与所述压紧螺母通过后制动销相互锁死，通过后卡圈固定所述后制动销。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开三层套筒式中心拉杆装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)可实现压气机各级轮盘的可靠连接，同时也可以实现转子轴向力传递等。

(2)结构零件数目少，易于转子轮盘的装配和拆卸，也提高了压气机运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本公开实施例三层套筒式中心拉杆装置的中心拉杆主体结构剖面示意图。

图2为本公开实施例三层套筒式中心拉杆装置的外轴右视图。

图3为本公开实施例三层套筒式中心拉杆装置与压气机的前轴颈和后轴颈装配的整体结构示意图。

图4为本公开实施例三层套筒式中心拉杆装置与前轴颈装配放大示意图。

图5为本公开实施例三层套筒式中心拉杆装置与后轴颈装配放大示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1 外轴

2 中轴

3 内轴

4 调整垫圈

5 压紧螺母

6 前轴颈

7 前制动销

8 前卡圈

9 后轴颈

10 凹关节垫圈

11 凸关节垫圈

12 后制动销

13 后卡圈

具体实施方式

本公开提供了一种三层套筒式中心拉杆装置，用于多级轴流压气机的中心拉杆结构，可实现压气机各级轮盘的可靠连接，同时也可以实现转子轴向力传递等。这种结构的优点是零件数目少，易于转子轮盘的装配和拆卸，也提高了压气机运行的安全可靠性。在毂盘式多级压气机等旋转机械领域中将会有十分广泛的应用。可克服现有的安装方式的主要缺点和不足之处。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种三层套筒式中心拉杆装置，如图1至5所示，所述三层套筒式中心拉杆装置，包括：

内轴3，一端设置有抵靠部，另一端具有外螺纹；

外轴1，所述外轴1套设于所述内轴3，所述外轴1的一端抵靠于所述抵靠部，所述外轴1的另一端能够与压气机的前轴颈6连接；以及

压紧螺母5，具有内螺纹，通过所述内螺纹与所述外螺纹配合将所述压紧螺母5连接于所述内轴3，所述压紧螺母5用于对所述压气机的后轴颈9压紧连接，进而完成所述前轴颈6与所述后轴颈9的连接。

在本公开实施例中，所述外轴1外部具有均匀分布的矩形齿，所述矩形齿能够抵靠于所述前轴颈6的内侧；各所述矩形齿与所述前轴颈6以所述外周的周向之间设置有前制动销7，各所述前制动销7用于固定各所述矩形齿与所述前轴颈6的位置。

在本公开实施例中，所述前轴颈6设置有前卡圈8，所述前卡圈8用于固定所述前制动销7。

在本公开实施例中，所述的三层套筒式中心拉杆装置，还包括：

过渡结构，设置于所述压紧螺母5与所述后轴颈9之间，所述过渡结构能够保证所述压紧螺母5与所述后轴颈9有之间有足够的传力路径和受力面积；

所述压紧螺母5对所述后轴颈9施加压力，进而所述矩形齿对所述前轴颈6的内侧产生压力。

在本公开实施例中，所述过渡结构包括：

凹关节垫圈10，一端抵靠于所述后轴颈9的内侧；以及

凸关节垫圈11，一端抵靠于所述凹关节垫圈10的另一端，另一端抵靠于所述压紧螺母5；

所述凹关节垫圈10与所述凸关节垫圈11抵靠的接触面均为能够相互贴合的球面。

在本公开实施例中，所述凹关节垫圈10的外径小于所述凸关节垫圈11的外径，所述凹关节垫圈10的内径大于所述凸关节垫圈11的内径。

在本公开实施例中，所述外轴1通过中轴2抵靠于所述抵靠部，所述中轴2套设于所述内轴3。

在本公开实施例中，所述内轴3和所述中轴2之间放置有调整垫圈4，所述调整垫圈4用于调整所述内轴3轴向位置，进而保证所述中心拉杆的轴向长度。

在本公开实施例中，所述内轴3的内表面设置有拉动螺纹，所述拉动螺纹用于装配分解时拉长所述内轴3，消除所述外螺纹与所述内螺纹之间的压力，从而使得压紧螺母5可以轻松转动。

在本公开实施例中，所述内轴3与所述压紧螺母5通过后制动销12相互锁死，通过后卡圈13固定所述后制动销12。

具体地，在本公开实施例中，提供一种三层套筒式中心拉杆装置，可实现压气机各级轮盘的可靠连接，同时也可以实现转子轴向力传递等。这种结构的优点是零件数目少，易于转子轮盘的装配和拆卸，也提高了压气机运行的安全可靠性。在毂盘式多级压气机等旋转机械领域中将会有十分广泛的应用。

在本公开实施例中，如图1至5所示，所述三层套筒式中心拉杆装置，包括：外轴1、中轴2、内轴3、调整垫圈4、凹关节垫圈10、凸关节垫圈11和压紧螺母5组成。内轴3、中轴2、外轴1套装在一起，外轴1前端与转子首级轮盘相连，内轴3末端与转子末级轮盘相连，通过在末端安装压紧螺母5实现压紧转子的作用，同时将压气机转子轴向力从前端传递给后轴颈9。被连接的各级转子轮盘采用端面齿相互配合，通过端面齿定位定心，并传递扭矩。

在本公开实施例中，如图1所示的结构形式将外轴1、中轴2、内轴3和调整垫圈4进行组装。首先将调整垫圈4和中轴2先后从内轴3的末端套入到内轴3上，再将外轴1以同样的方式套入到内轴3上，并压紧，形成中心拉杆组件。

在本公开实施例中，如图4所示的结构形式将中心拉杆组件与压气机的前轴颈6进行装配，首先将外轴1前端外表面的矩形齿穿过前轴颈6对应的内矩形齿，再旋转一定角度形成锁扣连接；再插入前制动销7进行周向限位；最后将前卡圈8卡入前轴颈6的卡槽内，轴向固定前制动销7。

在本公开实施例中，将压气机各级盘按顺序沿中心拉杆套装后，如图5所示的结构形式将中心拉杆组件与压气机的后轴颈9进行装配；套入后轴颈9后，依次套入凹关节垫圈10和凸关节垫圈11，再拧入压紧螺母5固定。

在本公开实施例中，用拉紧工装按规定的拉力值将中心螺杆拉长，随后将压紧螺母5拧紧，松开拉紧工装，螺杆的收缩力通过螺纹带动螺母，螺母与凸关节垫圈11和凹关节垫圈10一同从后往前压紧后轴颈9，同时外轴1的矩形齿从前往后压紧前轴颈6，最终将压气机各级轮盘压紧；

在本公开实施例中，压气机各级轮盘被压紧后，装入后制动销12将压紧螺母5与内轴3锁死，再卡入后卡圈13轴向限制后制动销12。

在本公开实施例中，三层套筒式中心拉杆装置，由外轴1、中轴2、内轴3、调整垫圈4、一组关节垫圈和压紧螺母5组成。其特征在于：内轴3置于中心拉杆组件的中间，中轴2和调整垫圈4套装在内轴3上，外轴1套装在中轴2、调整垫圈4和内轴3上，调整垫圈4置于内轴3和中轴2之间，螺母拧在内轴3末端，外轴1和内轴3(通过压紧螺母5)分别压紧压气机转子轮盘前后端，保证转子轮盘连接成一体，其中外轴1和内轴3被拉伸，中轴2和调整垫圈4被压缩。

在本公开实施例中，内轴3为中间空心的套筒状结构，在其前端内表面上有矩形凹槽用于安装堵塞；在其外表面有四个突起：第一个用于压缩中轴2，并同时传递轴向力，其他凸起用于支撑；在其尾端外表面加工有螺纹与压紧螺母5配合以压紧压气机转子轮盘后端，在其尾端加工有端面齿防止螺纹连接松动，内表面末端有一圈螺纹，用于装配分解时拉长内轴3，消除内轴3外螺纹与压紧螺母5内螺纹之间的压力，从而使得压紧螺母5可以轻松转动。

在本公开实施例中，外轴1为中间空心的套筒状结构，在其前端外部有12个矩形齿，该矩形齿用于压紧压气机转子轮盘前端；在其尾端内壁有凸起用于压缩中轴2，并同时传递轴向力，该凸起末端有倒角，防止装配时内轴3与其磕碰；凸起的内表面与内轴3外表面第三凸起相配合，用于内外轴1相互支撑、增加内轴3刚性和限制内轴3中部径向位移；外轴1内表面前端与内轴3外表面第一凸起相配合，用于内外轴1相互支撑和限制内轴3前端径向位移、外轴1内表面与中轴2和垫片外表面之间留有间隙，给中轴2和垫片被压缩产生的变形留下足够的空间。

在本公开实施例中，中轴2为直筒结构，其外表面和尾部端面与外轴1相配合，其前端面与调整垫圈4接触，其内表面前端与内轴3的其中一个凸起相配合，在压气机运行过程中，可起到增加压气机总的轴向挠度的目的，并减少在发动机运行期间作用于该拉杆上的应力。

在本公开实施例中，在内轴3和中轴2的端面之间放置一个调整垫圈4，其作用在于调整内轴3轴向位置，最终达到保证中心拉杆的轴向长度。

在本公开实施例中，在内轴3末端装有压紧螺母5，其内壁有螺纹，与内轴3相配合；在其末端内壁有花键齿结构，通过花键衬套与内轴3锁死；压紧螺母5的前端面与通过凹关节垫圈10、凸关节垫圈11与后轴颈9配合，拧紧螺母后可压紧压气机各级轮盘。

在本公开实施例中，在压紧螺母5和后轴颈9之间装有一对关节垫圈，一个为凹关节垫圈10，一个为凸关节垫圈11；凹关节垫圈10的前端面为平面，与后轴颈9的端面配合，后端面为凹球面，与凸关节垫圈11相配合；凸关节垫圈11的前端面为凸球面，与凹关节垫圈10的凹球面相配合，后端面为带止口的平面，与压紧螺母5前端面相配合；这种结构可保证压紧螺母5与后轴颈9有足够的传力路径和受力面积。

在本公开实施例中，三层套筒式中心拉杆装置可通过改变外轴1、中轴2和内轴3的长度和直径来适应不同轴向长度不同级数的压气机，以及各种需要中心拉杆的透平机械等。

本发明的主要优点为：

(1)与多级轮盘采用焊接或螺栓连接的方式相比，零件数目减少，且避免了焊接的缺陷，从而减少了机组的重量，提高了安全可靠性，同时使转子轮盘的装配和拆卸更加便捷。

(2)该中心拉杆采用三层套筒式结构，在拉紧转子时，其外轴1和内轴3被拉伸，中轴2被压缩，可起到增加压气机总的轴向挠度的目的，并减少在发动机运行期间作用于该拉杆上的力，使机组的运行更加可靠。

(3)通过调节调整垫圈4的厚度提高中心拉杆轴向精度。

(4)在压气机的后轴颈9和压紧螺母5之间装入一对关节垫圈，放宽了中心拉杆与压气机转子同轴度的要求，减少后轴颈9端面磨损，同时提高压气机转子安全裕度。

(5)该中心拉杆适应性强，可通过改变外轴1、中轴2和内轴3的长度来适应不同轴向长度不同级数的压气机，以及各种需要中心拉杆的透平机械等。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开三层套筒式中心拉杆装置有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种三层套筒式中心拉杆装置，该装置与多级轮盘采用焊接或螺栓连接的方式相比，零件数目减少，且避免了焊接的缺陷，从而减少了机组的重量，提高了安全可靠性，同时使转子轮盘的装配和拆卸更加便捷。该三层套筒式中心拉杆装置，在拉紧转子时，其外轴1和内轴3被拉伸，中轴2被压缩，可起到增加压气机总的轴向挠度的目的，并减少在发动机运行期间作用于该拉杆上的力，使机组的运行更加可靠。通过调节调整垫圈4的厚度提高中心拉杆轴向精度。在压气机的后轴颈9和压紧螺母5之间装入一对关节垫圈，放宽了中心拉杆与压气机转子同轴度的要求，减少后轴颈9端面磨损，同时提高压气机转子安全裕度。该中心拉杆适应性强，可通过改变外轴1、中轴2和内轴3的长度来适应不同轴向长度不同级数的压气机，以及各种需要中心拉杆的透平机械等。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三层套筒式中心拉杆装置，包括：

内轴，一端设置有抵靠部，另一端具有外螺纹；

中轴，套设于所述内轴外；

外轴，所述外轴套设于所述中轴外，所述外轴的一端通过中轴抵靠于所述抵靠部，所述外轴的另一端能够与压气机的前轴颈连接；以及

压紧螺母，具有内螺纹，通过所述内螺纹与所述外螺纹配合将所述压紧螺母连接于所述内轴，所述压紧螺母用于对所述压气机的后轴颈压紧连接，进而完成所述前轴颈与所述后轴颈的连接。

2.根据权利要求1所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述外轴外部具有均匀分布的矩形齿，所述矩形齿能够抵靠于所述前轴颈的内侧；各所述矩形齿与所述前轴颈之间设置有前制动销，各所述前制动销用于固定各所述矩形齿与所述前轴颈的位置。

3.根据权利要求2所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述前轴颈设置有前卡圈，所述前卡圈用于固定所述前制动销。

4.根据权利要求2所述的三层套筒式中心拉杆装置，还包括：

过渡结构，设置于所述压紧螺母与所述后轴颈之间，所述过渡结构能够保证所述压紧螺母与所述后轴颈之间有足够的传力路径和受力面积；

所述压紧螺母对所述后轴颈施加压力，进而所述矩形齿对所述前轴颈的内侧产生压力。

5.根据权利要求4所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述过渡结构包括：

凹关节垫圈，一端抵靠于所述后轴颈的内侧；以及

凸关节垫圈，一端抵靠于所述凹关节垫圈的另一端，另一端抵靠于所述压紧螺母；

所述凹关节垫圈与所述凸关节垫圈抵靠的接触面均为能够相互贴合的球面。

6.根据权利要求5所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述凹关节垫圈的外径小于所述凸关节垫圈的外径，所述凹关节垫圈的内径大于所述凸关节垫圈的内径。

7.根据权利要求1所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述内轴和所述中轴之间放置有调整垫圈，所述调整垫圈用于调整所述内轴轴向位置，进而保证所述中心拉杆的轴向长度。

8.根据权利要求1所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述内轴的内表面设置有拉动螺纹，所述拉动螺纹用于装配分解时拉长所述内轴，消除所述外螺纹与所述内螺纹之间的压力，从而使得压紧螺母可以轻松转动。

9.根据权利要求1所述的三层套筒式中心拉杆装置，其中，所述内轴与所述压紧螺母通过后制动销相互锁死，通过后卡圈固定所述后制动销。

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