CN114233398A - 一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置 - Google Patents

一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置 Download PDF

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郁顺旺
何建元
梁晨
孙彦博
季晨
孙景国
刘洪达
张馨
周克家
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    • F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration

Abstract

本发明提供了一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置，采用悬臂的结构形式，固定夹持薄板，通过调整一系列薄板的材料、厚度和数量，保证支撑环减振抗冲组件装置的阻尼和刚度特性，具有较大弹性力，为涡轮转子系统轴承支撑变形提供弹性－阻尼缓冲。本发明即抑制燃气轮机涡轮转子振动传递，又降低燃气轮机动力涡轮支撑环的冲击响应；采用悬臂的结构形式固定夹持薄板，通过调整薄板的刚度特性提供弹性阻尼缓冲；控制转子支撑的冲击径向变形，减少动静间隙，避免涡轮转子叶片碰磨，承担燃气轮机装置涡轮转子系统的缓冲和振动传递，影响垂向/横向/纵向的冲击加速度响应和振动加速度级。

Description

一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置
技术领域
本发明总体涉及燃气轮机动力涡轮装置行业，具体涉及一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置，用来实现燃气轮机动力涡轮转子系统振动传递隔离和抗冲击防护。
背景技术
近年来随着导弹、激光炸弹和水中兵器的发展，爆炸当量和冲击持续时间明显增加，精确的计算机制导致命中率大大提高，对舰艇机电设备的威胁越来越严重。与此同时，随着电子对抗、通信导航等先进舰载仪器的大量装备，对环境要求更为苛刻，稍有冲击波输入，其敏感的响应将导致长时间的操纵失控。各种兵器的接触爆炸和非接触爆炸时产生的冲击载荷，轻者能使舰载机电设备失效，重者能使舰艇断裂沉没。因此，提高舰艇及舰船机电设备抗冲击保护能力已经现役及新型舰艇的总要战术性能。
在舰用燃气轮机领域，美国的LM2500燃气轮机垂向加速度抗冲击能力为15g，其弹性支撑元件频率为6Hz，具有很好的冲击隔离作用。苏联在舰艇机电设备抗冲击技术路线上同西方有明显的差别，它更强调设备本身抗冲击水平。乌克兰的燃气轮机本体垂向加速度抗冲击能力可达到几十g。
燃气轮机涡轮部件在舰上使用时有很高的抗冲击要求，涡轮支承环减振抗冲组件装置结构直接关系到机组在舰上使用安全性。舰船冲击输入经过燃气轮机隔离系统的有效隔离之后，传递到涡轮本体仍要承受几十g的冲击载荷。涡轮支撑环结构组件中的减振组件在实现减振功能的同时还要求良好的抗冲击性能，以有效地保护涡轮转子并隔离转子振动激励传递。控制转子支撑的径向变形，较少动静间隙，避免涡轮转子叶片碰磨。针对此特点进行复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置发明设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用多种复合弹性与连接元件的悬臂式结构的燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置，用来实现燃气轮机装置传递到涡轮转子系统的的抗水下爆炸冲击及抑制涡轮转子激励载荷传递作用。
本发明的技术方案是：
一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置，包括环形弹性薄板、调整环、球面轴套、承压环、补偿器壳体、螺母、紧缩件、螺帽、管接件、导流支柱、涡轮机匣、转子系统和轴承壳体，环形弹性薄板采用夹持式悬臂形式，内圈和外圈分别夹持固定，内圈与导流支柱协同运动，外圈与涡轮机匣结构相连，调整环在环形弹性薄板内圈里侧，通过调整其装配位置压紧弹性环形薄板；球面轴套作用在环形弹性薄板内圈上下两侧，夹持环形弹性薄板内圈；承压环作用在环形弹性薄板外圈，在紧缩件和环形弹性薄板外圈之间，夹持环形弹性薄板外圈；
所述补偿器壳体采用阶梯式圆柱型回转结构，从导流支柱的小口径过度到涡轮机匣侧的大口径，给弹性环形薄板提供足够的圆柱腔外壁，将联接件通过螺纹固定到补偿器壳体上，约束夹持弹性环形薄板外环；
所述管接环采用圆柱型阶梯筒壁结构，支撑圆柱腔内壁，约束夹持弹性环形薄板内环的上下两侧，螺母和导流支柱联接到管接环上，管接环的相对运动通过推动调整环和球面轴套对弹性环形薄板施加作用力，传递导流支柱与涡轮机匣之间的载荷；
所述螺母、紧缩件、螺帽从涡轮机匣外侧紧固弹性环形薄板内外圈，其中螺母与内部管接件螺纹联接，通过旋紧挤压球面轴套约束夹持弹性环形薄板内圈下端面，紧缩件采用弯曲碗型结构，内圈与螺母相连，外圈压紧承压环，螺帽结构在涡轮机匣侧螺纹联接在补偿器壳体内表面，通过旋紧挤压紧缩件外圈约束夹持弹性环形薄板外圈，起到侧调整圆柱腔深度和旋紧固定的作用；
冲击载荷沿着涡轮机匣-弹性环形薄板外圈-弹性环形薄板内圈-导流支柱-轴承壳体-转子系统路径进行传递，转子振动载荷责沿以上路径的反方向进行激励传递，通过调整环形薄板的材料、数量、厚度，调整涡轮支撑环减振抗冲组件动力学特性，环形薄板通过弯曲变形产生足够的复合缓冲反力，使支撑环在振动冲击拉伸和压缩双向变形下，满足加速度响应要求；
还包括导流支柱接口，所述导流支柱接口用来连接导流支柱和管接件。
所述导流支板接口为支撑动力涡轮转子轴承壳体与外机匣之间的整流支柱圆形凸台端口，由导流支柱的流线型过度到圆柱型凸台联接管接环，传递导流支柱的载荷。
本发明具有以下优点及突出效果：
1、本发明即抑制燃气轮机涡轮转子振动传递，又降低燃气轮机动力涡轮支撑环的冲击响应；
2、本发明采用悬臂的结构形式固定夹持薄板，通过调整薄板的刚度特性提供弹性阻尼缓冲；
3、本发明控制转子支撑的冲击径向变形，减少动静间隙，避免涡轮转子叶片碰磨。
附图说明
图1涡轮支撑减振组件结构示意图；
图2动力涡轮支撑环减振抗冲系统示意图；
其中，1为调整环、2为球面轴套、3为螺母、4为紧缩件、5为补偿器壳体、6为螺帽、7为承压板、8为弹性环形薄板、9为管接环、10为导流支柱接口、11为涡轮机匣、12为导流支柱、13为轴承壳体、14为转子系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置作进一步的说明：
图1是涡轮支撑减振组件结构示意图。结合图1，本发明调整环1、球面轴套2、承压环7结构用来支撑弹性环形薄板8内外圈，使弹性环形薄板8成为悬臂结构。调整环1在弹性环形薄板8内圈里侧，通过调整其装配位置压紧弹性环形薄板8；球面轴套2作用在弹性环形薄板8内圈上下两侧，夹持弹性环形薄板8内圈；承压环7作用在支撑弹性环形薄板8外圈，在紧缩件4和弹性环形薄板8外圈之间，夹持环形弹性薄板8外圈。
结合图1，本发明还包括其他不同于通用组件联接设计的结构，所述补偿器壳体5位于整个涡轮支撑环减振抗冲组件装置外部结构支撑，采用阶梯式圆柱型回转结构，从导流支柱,1的小口径过度到涡轮机匣22侧的大口径，作为圆柱型内腔外壁将联接件通过螺纹固定到补偿器壳体5上夹持弹性环形薄板8外环；管接环9采用圆柱型阶梯筒壁结构，支撑整个涡轮支撑环减振抗冲组件装置圆柱腔内壁，夹持弹性环形薄板8内环。螺母3和导流支柱12联接到管接环9上，传递动力涡轮支撑环导流支柱12与轴承壳体13之间的载荷。
结合图1所述螺母3、紧缩件4、螺帽6从动力涡轮机匣11外侧紧固弹性环形薄板8内外圈。其中螺母3与内部管接件9螺纹联接，通过旋紧挤压球面轴套2约束夹持弹性环形薄板8内圈下端面。紧缩件4采用弯曲碗型结构，内圈与螺母3相连，外圈压紧承压环7。螺帽6结构在涡轮机匣11侧螺纹联接在补偿器壳体5内表面，通过旋紧挤压紧缩件4外圈约束夹持弹性环形薄板8外圈，起到侧调整圆柱腔深度和旋紧固定的作用。
结合图1和图2所述弹性悬臂环形薄板8采用夹持式悬臂形式，环形结构内圈和外圈分别夹持固定，内圈与支撑环导流支柱12协同运动，外圈与燃气轮机动力涡轮机匣11结构相连。冲击载荷沿着涡轮机匣11-弹性环形薄板外圈8-弹性环形薄板内圈8-支撑环导流支板12-轴承壳体13-转子系统14路径进行传递，转子振动载荷责沿以上路径的反方向进行激励传递。通过调整薄板的材料、数量、厚度，调整涡轮支撑环减振抗冲组件动力学特性。通过夹持的悬臂结构设计，起到在径向缓冲，轴向和周向约束限位的作用。薄板的环形悬臂结构，通过弯曲变形产生足够的复合缓冲反力，使支撑环在振动冲击拉伸和压缩双向变形下，满足加速度响应要求。
其工作原理是：在燃气轮机装置冲击载荷向涡轮转子传递过程中，涡轮支撑环减振组件通过一系列厚度的减振薄板进行减振并吸收初始的冲击载荷能量，承担燃气轮机装置涡轮转子系统的缓冲和振动传递，影响垂向/横向/纵向的冲击加速度响应和振动加速度级；采用悬臂的结构形式，固定夹持薄板，通过调整一系列薄板的材料、厚度和数量，保证支撑环减振抗冲组件装置的阻尼和刚度特性，具有较大弹性力，为涡轮转子系统轴承支撑变形提供弹性－阻尼缓冲。控制转子支撑的径向变形，减少动静间隙，避免涡轮转子叶片碰磨。燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置包括：联接支撑环导流支柱和燃气轮机动力涡轮机匣的弹性悬臂环形薄板；支撑环形薄板内外圈的调整环、球面轴套、承压环；给整个涡轮支撑环减振抗冲组件装置提够结构支撑和圆柱型内腔，约束夹持环形薄板外环的补偿器壳体；支撑圆柱腔内壁，传递动力涡轮支撑环导流支撑载荷，约束夹持环形薄板内环的管接环；在动力涡轮机匣外侧调整圆柱腔深度和旋紧固定的螺母、紧缩件、螺帽；支撑动力涡轮转子轴承壳体与外机匣之间的整流支柱。
通过夹持的悬臂结构设计，而不是传统的橡胶等通过材料的拉伸压缩弹性结构保证双向的缓冲隔离载荷，避免了在高温条件下橡胶等弹性部件的使用局限。同时在轴向和周向提供足够的刚度，起到在径向缓冲，轴向和周向约束限位的作用。以此保证高温工作条件下涡轮支撑环减振抗冲组件的结构强度和可靠性。薄板的环形悬臂结构，通过逐步的弯曲变形产生足够的复合缓冲反力，使支撑环在振动冲击双向变形下，满足加速度响应要求。涡轮支撑环导流支板采用周向分布，薄板的环形悬臂结构在径向方向起到缓冲隔离作用同时，在周向和轴向提供刚性约束。调整环在环形薄板内圈，用来调整装配位置，补充装配间隙，保证弹性薄板预压缩的紧密配合；球面轴套作用在支撑环形薄板内圈，布置在弹性薄板上下两侧，起到紧固件端面与薄板内圈之间的转接配合，夹持弹性薄板内圈；承压环作用在支撑环形薄板外圈，在紧缩件和薄板外圈之间，夹持弹性薄板外圈。
弹性环形薄板采用夹持式固定结构，使有限体积空间内(圆周有效承载面积和高度都受限)，约束弹性薄板的周向和轴向的自由度；紧固弹性薄板进行悬臂支撑，调整径向圆柱腔空间，进而控制弹性薄板的厚度和数量，结合结构强度及转子的质量，优化支撑环减振抗冲组件装置刚度和阻尼，以达到提高燃气轮机装置减振抗冲性能效果。

Claims (2)

1.一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置，其特征在于，包括环形弹性薄板(8)、调整环(1)、球面轴套(2)、承压环(7)、补偿器壳体(5)、螺母(3)、紧缩件(4)、螺帽(6)、管接件(9)、导流支柱(12)、涡轮机匣(11)、转子系统(14)和轴承壳体(13)，环形弹性薄板(8)采用夹持式悬臂形式，内圈和外圈分别夹持固定，内圈与导流支柱(12)协同运动，外圈与涡轮机匣(11)结构相连，调整环(1)在环形弹性薄板(8)内圈里侧，通过调整其装配位置压紧弹性环形薄板(8)；球面轴套(2)作用在环形弹性薄板(8)内圈上下两侧，夹持环形弹性薄板(8)内圈；承压环(7)作用在环形弹性薄板(8)外圈，在紧缩件(4)和环形弹性薄板(8)外圈之间，夹持环形弹性薄板(8)外圈；
所述补偿器壳体(5)采用阶梯式圆柱型回转结构，从导流支柱(12)的小口径过度到涡轮机匣(11)侧的大口径，给弹性环形薄板(8)提供足够的圆柱腔外壁，将联接件通过螺纹固定到补偿器壳体(5)上，约束夹持弹性环形薄板(8)外环；
所述管接环(9)采用圆柱型阶梯筒壁结构，支撑圆柱腔内壁，约束夹持弹性环形薄板(8)内环的上下两侧，螺母(3)和导流支柱(12)联接到管接环(9)上，管接环(9)的相对运动通过推动调整环(1)和球面轴套(2)对弹性环形薄板(8)施加作用力，传递导流支柱(12)与涡轮机匣(11)之间的载荷；
所述螺母(3)、紧缩件(4)、螺帽(6)从涡轮机匣(11)外侧紧固弹性环形薄板(8)内外圈，其中螺母(3)与内部管接件(9)螺纹联接，通过旋紧挤压球面轴套(2)约束夹持弹性环形薄板(8)内圈下端面，紧缩件(4)采用弯曲碗型结构，内圈与螺母(3)相连，外圈压紧承压环(7)，螺帽(6)结构在涡轮机匣(11)侧螺纹联接在补偿器壳体(5)内表面，通过旋紧挤压紧缩件(4)外圈约束夹持弹性环形薄板(8)外圈，起到侧调整圆柱腔深度和旋紧固定的作用；
冲击载荷沿着涡轮机匣(11)-弹性环形薄板(8)外圈-弹性环形薄板(8)内圈-导流支柱(12)-轴承壳体(13)-转子系统(14)路径进行传递，转子振动载荷责沿以上路径的反方向进行激励传递，通过调整环形薄板的材料、数量、厚度，调整涡轮支撑环减振抗冲组件动力学特性，环形薄板通过弯曲变形产生足够的复合缓冲反力，使支撑环在振动冲击拉伸和压缩双向变形下，满足加速度响应要求。
2.根据权利要求1所述的一种复合弹性悬臂式燃气轮机涡轮支撑环减振抗冲组件装置，其特征在于，还包括导流支柱接口(10)，所述导流支柱接口(10)用来连接导流支柱(12)和管接件(9)。
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