CN114215611A - 一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，包括动叶，包括叶型、叶根平台和叶根，叶根平台设置于叶型的径向内侧，叶根设置于叶根平台的径向内侧，叶根平台设置位于径向内侧的限位槽，叶根的出气侧端面设置限位凸台；轮盘设置叶根槽；齿形气封设置于透平进气侧；压紧气封设置于透平出气侧，压紧气封具有延伸至叶根槽的压紧段，压紧段的径向外侧具有缺口；密封板的径向外端位于限位槽内，径向内端位于缺口内，密封板设置容纳限位凸台的第一凹槽。采用本发明的一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，密封板的尺寸小减小转动过程中的离心力，增加透平动叶使用寿命，同时能够降低制造和维护成本、减少动叶的安装和拆解工作量。

Description

一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

透平动叶通过其叶根轴向安装在轮盘的叶根槽中，透平动叶的叶根形式包括T型、枞树型和燕尾型，轮盘中的叶根槽沿轴向贯通，为了防止透平动叶在叶根槽中滑动，需要相应的透平动叶轴向定位结构。

中国专利申请201680052860.7公开了一种燃气轮机的装置，燃气轮机的装置通过锁定板将动叶相对于轮盘轴向地固定于一侧，同时，该装置通过另一个锁定板进一步将动叶相对于轮盘轴向地固定于另一侧。

目前，现有技术中密封板沿径向延伸的尺寸大，转动过程中密封板离心力大，因此透平动叶在运转过程中受到很大的离心载荷进而影响透平动叶使用寿命；相邻密封板的周向端部彼此重叠的台阶结构，该台阶结构使得密封板周向种类多，不能实现密封板周向安装的互换性；透平动叶的拆解和安装需拆除多个周向相邻的动叶、密封板、锁定板、锁定件、顶紧螺钉，拆解和安装工作量大，制造和维护成本高；动静气封设置于轮盘进出气侧，使得轮盘沿轴向的尺寸大，增加轮盘的制造成本和加工难度。因此，针对以上不足，需要提供一种节省生产制造成本、方便检修和维护、使用寿命长的透平动叶轴向定位气封装配体。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，本发明的密封板尺寸小转动过程中离心力小，结构简单降低制造和维护成本、减少动叶的安装和拆解工作量。

本发明采用的技术方案如下：

一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，包括动叶，其包括叶型、叶根平台和叶根，所述叶根平台设置于叶型的径向内侧，叶根设置于叶根平台的径向内侧，出气侧的叶根平台设置位于径向内侧的限位槽，叶根的出气侧端面设置限位凸台；

轮盘，其设置与叶根匹配卡合的叶根槽；

齿形气封，其与轮盘同心，设置于动叶的进气侧；

压紧气封，其与轮盘同心，设置于动叶的出气侧，压紧气封具有延伸至叶根槽的压紧段；压紧段的径向内侧与叶根贴合，压紧段的径向外侧具有朝向叶根并与限位槽相对的缺口；

密封板，其径向外端位于限位槽内，其径向内端位于缺口内，所述密封板设置容纳限位凸台的第一凹槽。

在本发明中，动叶通过叶根轴向嵌入卡合到叶根槽中，设置于出气侧的压紧气封限制动叶沿轴向出气侧移动，设置于进气侧的齿形气封限制动叶沿轴向进气侧移动；密封板安装于限位槽和缺口之间，限制动叶进气侧的轮盘腔室的空气泄漏到动叶的出气侧的轮盘腔室中，通过限位凸台和第一凹槽限制密封板在径向上移动。在本发明中，压紧气封的压紧段与叶根贴合，能够起到密封的作用，因此密封板的尺寸可以设置的更小，相比常规设置，从而能够减小转动过程中的离心力，增加透平动叶使用寿命。

作为优选，所述密封板设置与第一凹槽相连的第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的径向两侧，第二凹槽在轴向上浅于第一凹槽。

在上述方案中，通过设置第二凹槽使得在安装或者拆卸动叶时，实现限位凸台限制密封板径向移动和不限制密封板径向移动之间的转换。

作为优选，所述第一凹槽和第二凹槽形成长方形的阶梯凹槽，阶梯凹槽的径向高度大于周向宽度，通过改变阶梯凹槽的径向高度和周向宽度，调整动叶的固有振动频率。

作为优选，所述第二凹槽的径向宽度大于限位槽的径向深度。

作为优选，所述第一凹槽的轴向深度小于密封板的外径端部与限位槽的轴向间隙。

在上述方案中，在安装动叶时，能够将密封板径向移动进入限位槽后，再将限位凸台插入第一凹槽中。

作为优选，所述密封板的径向长度小于限位槽与缺口之间的距离，尺寸差大于限位槽的径向深度。

在上述方案中，在安装前密封板并不位于限位槽内，只需要在安装动叶时将密封板插入限位槽即可。

作为优选，所述密封板设置不贯通的工具孔，工具孔位于密封板的出气侧。

在上述方案中，设置工具孔的目的在于需要径向移动密封板时，工具通过工具孔，方便径向移动密封板。

作为优选，所述轮盘设置朝向压紧气封的第二突出部，第二突出部与压紧气封在第二突出部的径向内侧贴合；所述轮盘设置朝向齿形气封的第一突出部，第一突出部与齿形气封在第一突出部的径向内侧贴合。

在上述方案中，第一突出部、第二突出部能够限制齿形气封、压紧气封的径向移动，同时第一突出部与齿形气封径向贴合，可以对齿形气封安装起到定位作用，同时可以方便齿形气封的转动。

作为优选，多个所述密封板在周向上均匀分布，密封板的数量与动叶的数量相同。

作为优选，所述密封板沿周向的两端设置相互匹配卡合的镶嵌部和镶嵌槽。

作为优选，所述密封板为扇形结构，所述镶嵌部和镶嵌槽相对于轮盘旋转中心的夹角为360°/Z，Z为动叶的数量。

在上述方案中，密封板的结构简单，类型唯一，周向可互换使用，降低密封板的制造和检修成本。

作为优选，所述限位凸台的径向高度大于周向宽度。

作为优选，所述齿形气封、轮盘和压紧气封分别设置相互匹对的第一通孔、螺柱孔和第二通孔，螺柱穿过第一通孔、螺柱孔和第二通孔，通过螺母固定轮盘、齿形气封和压紧气封；齿形气封设置朝向轮盘且具有弧度的腰型槽，第一通孔位于腰型槽内，齿形气封的外端部设置与叶根槽匹对的外周齿，工作状态下外周齿与叶根槽相对，以限制动叶沿轴向进气侧移动。

在上述方案中，在需要安装或者拆卸动叶时，只需要拆除进气侧的螺母，然后将螺柱沿出气侧移动出第一通孔到腰型槽内，即可旋转齿形气封使齿形气封的外周齿与叶根槽周向错位，方便安装或者拆卸动叶。

作为优选，所述外周齿沿齿形气封的外端部均匀分布，外周齿的数量与动叶的数量相同。

在上述方案中，使外周齿能够限制每一个动叶的轴向移动，同时外周齿的尺寸小于相邻两叶根槽之间的尺寸，旋转后外周齿处于相邻两叶根槽之间，与每一个动叶都错开。

作为优选，所述外周齿呈梯形。

在上述方案中，梯形结构稳定方便动叶的叶根轴向移出叶根槽，避免遮挡叶根。

作为优选，所述齿形气封、压紧气封的外端部分别与轮盘的端面贴合。

作为优选，所述齿形气封设置沿轴向进气侧延伸的动静气封，所述动静气封与齿形气封一体设置。

作为优选，所述压紧气封设置沿轴向出气侧延伸的动静气封，所述动静气封与压紧气封一体设置。

在上述方案中，通过将动静气封与齿形气封、压紧气封一体设计，能够减少轮盘的轴向尺寸，从而降低制造成本。

作为优选，所述动静气封为曲径式气封、蜂窝气封或刷子气封，用于控制动叶进气侧的轮盘腔室的冷却空气流量。

作为优选，所述腰型槽沿周向均匀分布，且相对于轮盘的旋转中心对称分布。

作为优选，所述第一通孔位于腰型槽的中点，第一通孔的直径与腰型槽的宽度相同。

作为优选，所述腰型槽的弧度为360°/Z，Z为动叶的数量。

在上述方案中，通过设定腰型槽的弧度和第一通孔的位置，在旋转齿形气封时，腰型槽的最边缘与螺柱接触时即表示外周齿和叶根槽错开，旋转完成定位。

作为优选，所述螺母与齿形气封之间，及螺母与压紧气封之间均设置垫片，所述垫片为止动垫片或防松垫片。

在上述方案中，垫片使透平动叶的轴向定位结构在燃机运转过程中牢固不易松动，可以抑制在非检修时间出现齿形气封限制状态切换。

作为优选，燃气轮机透平动叶安装过程如下：首先旋转齿形气封使外周齿与叶根槽错位；然后将叶根从轴向进气侧推入叶根槽进行卡合，直到限位凸台进入第二凹槽；接着使用工具使密封板向径向外侧移动，使密封板的外端部完全进入限位槽；接着继续推动叶根，使叶根的端面与压紧气封贴合，同时限位凸台进入第一凹槽；接着沿周向旋转齿形气封直到第一通孔与螺柱孔相通，此时外周齿与叶根相对；移动螺柱并安装好螺母和垫片即完成透平动叶的安装。

作为优选，燃气轮机透平动叶拆卸过程如下：首先拆除螺母和垫片，将螺柱向出气侧移出到腰型槽的底面；然后沿周向旋转齿形气封，使外周齿与叶根周向错位；接着动叶沿轴向进气侧移动一定距离，使限位凸台脱离第一凹槽进入第二凹槽；接着使用工具使密封板向径向内侧移动，使密封板脱离限位槽；最后将叶根从叶根槽中沿轴向进气侧移出，完成透平动叶的拆卸。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、密封板尺寸小，运转离心力小，增加所述透平动叶使用寿命；

2、密封板结构简单类型单一，周向可互换使用，降低密封板的制造和检修成本；

3、减少动叶进气侧的轴向定位结构零件数量、降低制造和维护成本、减少动叶的安装和拆解工作量；

4、动静气封与齿形气封一体设置和动静气封与压紧气封一体设置可以有效控制动叶进出气侧轮盘腔室冷却空气流量，使轮盘沿轴向宽度减小，降低轮盘制造成本；

5、第一突出部和第二突出部可以限制压紧气封和齿形气封的径向移动，同时起到齿形气封安装定位作用，方便齿形气封旋转。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一级透平动叶轴向定位用气封装配体结构示意图；

图2是透平动叶轴向定位用气封装配体结构示意图；

图3是透平动叶结构示意图；

图4是透平轮盘叶根槽结构示意图；

图5是齿形气封出气侧结构示意图；

图6是齿形气封的腰型槽附近的局部放大图；

图7是图6的C-C剖视图；

图8是压紧气封的示意图；

图9-图10是密封板的进气侧和出气侧的结构示意图；

图11-图12是图9-图10中的A-A、-BB剖视图；

图13是密封板和叶根槽位置示意图；

图14是轮盘中密封板周向布置示意图；

图15-图20是透平动叶的安装过程示意图。

图中标记：1-动叶、2-轮盘、3-齿形气封、4-压紧气封、5-密封板、6-螺柱、7-动静气封、11-叶型、12-叶根平台、13-叶根、14-限位槽、15-限位凸台、21-叶根槽、22-螺柱孔、23-第一突出部、24-第二突出部、31-外周齿、32-腰型槽、33-第一通孔、34-径向定位面、41-压紧段、42-缺口、43-第二通孔、44-容纳槽、51-第一凹槽、52-第二凹槽、53-工具孔、54-镶嵌部、55-镶嵌槽、61-螺母、62-垫片、81-静叶、82-气封环。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图2所示，本实施例的一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，包括动叶，轮盘，齿形气封，压紧气封和密封板。

如图3所示，动叶包括叶型、叶根平台和叶根，叶根平台设置于叶型的径向内侧，叶根设置于叶根平台的径向内侧，出气侧的叶根平台设置位于径向内侧的限位槽，叶根的出气侧端面设置径向高度大于周向宽度的限位凸台；如图4所示，轮盘的外端部均匀设置多个设置叶根槽，轮盘上设置贯通的螺柱孔，多个动叶通过叶根卡合于叶根槽中，叶根槽与叶根为现有设计在此不再累述；

位于动叶进气侧设置与轮盘同心的齿形气封，齿形气封的外端部分别与轮盘的端面贴合，如图5所示，齿形气封设置朝向轮盘且具有弧度的腰型槽，腰型槽内设置与螺柱孔匹对的第一通孔，腰型槽沿周向均匀分布，且相对于轮盘的旋转中心对称分布，第一通孔位于腰型槽的中点，第一通孔的直径与腰型槽的宽度相同，如图6所示腰型槽的弧度θ为360°/Z，Z为动叶的数量；齿形气封的外端部设置与叶根槽匹对的梯形外周齿，工作状态下外周齿与叶根槽相对，限制动叶沿轴向进气侧移动；外周齿沿齿形气封的外端部均匀分布，外周齿的数量与动叶的数量相同；

位于动叶出气侧设置与轮盘同心的压紧气封，如图8所示，压紧气封具有延伸至叶根槽与叶根贴合的压紧段，以限制动叶沿轴向出气侧移动，压紧段的径向外侧具有朝向叶根并与限位槽相对的缺口；压紧气封设置与螺柱孔匹对的第二通孔；

如图8所示，轮盘设置朝向压紧气封的第二突出部，第二突出部与压紧气封上的容纳槽贴合，以限制压紧气封的径向移动；轮盘设置朝向齿形气封的第一突出部，第一突出部与齿形气封的径向定位面在第一突出部的径向内侧贴合，以限制齿形气封的径向移动，对齿形气封安装起到定位作用，方便齿形气封的转动；

如图2所示，密封板的径向外端位于限位槽内，密封板的径向内端位于缺口内，密封板的轴向厚度与缺口相近；如图9、图11所示，密封板设置容纳限位凸台的第一凹槽以及轴向上浅于第一凹槽的第二凹槽，第二凹槽覆盖第一凹槽的径向两侧；第一凹槽和第二凹槽形成长方形的阶梯凹槽，阶梯凹槽的径向高度D大于周向宽度C，通过改变阶梯凹槽的径向高度和周向宽度，调整动叶的固有振动频率；第二凹槽的径向宽度大于限位槽的径向宽度，第一凹槽的轴向深度小于密封板的外径端部与限位槽的轴向间隙，能够实现密封板的顺利安装；密封板的径向长度小于限位槽与缺口之间的距离，尺寸差大于限位槽的径向深度，即未安装时密封板不位于限位槽内；如图10所示，出气侧的密封板设置不贯通的工具孔，在需要径向移动密封板时，通过工具孔方便径向移动密封板；

如图13、图14所示，多个密封板在周向上均匀分布类型单一，密封板的数量与动叶的数量相同；如图12所示，密封板沿周向的两端设置相互匹配卡合的镶嵌部和镶嵌槽，密封板为扇形结构，镶嵌部和镶嵌槽相对于轮盘旋转中心的夹角为360°/Z，Z为动叶的数量，从而密封板周向可互换使用，降低密封板的制造和检修成本；

如图7所示，齿形气封设置沿轴向进气侧延伸的动静气封，动静气封与齿形气封一体设置；如图8所示，压紧气封设置沿轴向出气侧延伸的动静气封，动静气封与压紧气封一体设置；通过将动静气封与齿形气封、压紧气封一体设计，能够减少轮盘的轴向尺寸，从而降低制造成本。动静气封可以选择曲径式气封、蜂窝气封或刷子气封，用于控制动叶进气侧的轮盘腔室的冷却空气流量。

螺柱穿过第一通孔、螺柱孔和第二通孔，通过螺母和垫片固定轮盘、齿形气封和压紧气封。

当然如图1所示，一级透平动叶轴向定位结构，还包括设置于动叶两侧的静叶，以及固定于静叶径向内侧的气封环。

本实施例中气轮机透平动叶安装过程如下：

首先，如图15所示，沿u1方向周向旋转齿形气封使外周齿与叶根槽错位，使外周齿不限制动叶沿轴向进气侧移动；

然后，如图16所示，沿h1方向将叶根从轴向进气侧推入叶根槽进行卡合，直到限位凸台进入第二凹槽；

接着，如图17所示，沿v1方向利用工具使密封板向径向外侧移动，直到密封板的外端部完全进入限位槽，此时限位凸台与第一凹槽相对；

接着，如图18所示，沿h2方向继续推动叶根，使叶根的端面与压紧气封贴合，同时限位凸台进入第一凹槽；

接着，如图19所示，沿u2方向周向周向旋转齿形气封直到第一通孔与螺柱孔相通，此时外周齿与叶根相对，使外周齿限制动叶沿轴向进气侧移动；

最后，如图20所示，沿h3方向移动螺柱并安装好螺母和垫片即完成透平动叶的安装。

本实施例中气轮机透平动叶拆卸过程与安装过程相反，具体过程如下：

首先拆除螺母和垫片，将螺柱向出气侧移出到腰型槽的底面；

然后沿周向旋转齿形气封，使外周齿与叶根周向错位，使外周齿不限制动叶沿轴向进气侧移动；

接着将动叶沿轴向进气侧移动一定距离，使限位凸台脱离第一凹槽进入第二凹槽；

接着使用工具使密封板向径向内侧移动，使密封板脱离限位槽；

最后将叶根从叶根槽中沿轴向进气侧移出，完成透平动叶的拆卸。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：包括动叶，其包括叶型、叶根平台和叶根，所述叶根平台设置于叶型的径向内侧，叶根设置于叶根平台的径向内侧，出气侧的叶根平台设置位于径向内侧的限位槽，叶根的出气侧端面设置限位凸台；

轮盘，其设置与叶根匹配卡合的叶根槽；

齿形气封，其与轮盘同心，设置于动叶的进气侧；

压紧气封，其与轮盘同心，设置于动叶的出气侧，压紧气封具有延伸至叶根槽的压紧段；压紧段的径向内侧与叶根贴合，压紧段的径向外侧具有朝向叶根并与限位槽相对的缺口；

密封板，其径向外端位于限位槽内，其径向内端位于缺口内，所述密封板设置容纳限位凸台的第一凹槽。

2.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述密封板设置与第一凹槽相连的第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的径向两侧，第二凹槽在轴向上浅于第一凹槽。

3.如权利要求2所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述第一凹槽和第二凹槽形成长方形的阶梯凹槽，阶梯凹槽的径向高度大于周向宽度。

4.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述第一凹槽的轴向深度小于密封板的外径端部与限位槽的轴向间隙。

5.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述密封板设置不贯通的工具孔，工具孔位于密封板的出气侧。

6.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述轮盘设置朝向压紧气封的第二突出部，第二突出部与压紧气封在第二突出部的径向内侧贴合；所述轮盘设置朝向齿形气封的第一突出部，第一突出部与齿形气封在第一突出部的径向内侧贴合。

7.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：多个所述密封板在周向上均匀分布，密封板的数量与动叶的数量相同。

8.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述密封板沿周向的两端设置相互匹配卡合的镶嵌部和镶嵌槽。

9.如权利要求10所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述密封板为扇形结构，所述镶嵌部和镶嵌槽相对于轮盘旋转中心的夹角为360°/Z，Z为动叶的数量。

10.如权利要求1所述的燃气轮机透平动叶轴向定位用气封装配体，其特征在于：所述齿形气封、轮盘和压紧气封分别设置相互匹对的第一通孔、螺柱孔和第二通孔，螺柱穿过第一通孔、螺柱孔和第二通孔，通过螺母固定轮盘、齿形气封和压紧气封；齿形气封设置朝向轮盘且具有弧度的腰型槽，第一通孔位于腰型槽内，齿形气封的外端部设置与叶根槽匹对的外周齿，工作状态下外周齿与叶根槽相对，以限制动叶沿轴向进气侧移动。

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