CN114526161B - 一种燃气轮机的中介机匣及其补强结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机的机匣结构技术领域，具体涉及一种燃气轮机的中介机匣及其补强结构，补强结构包括圆环盘状的补强壁板；所述中介机匣用于低压压气机与高压外压气机之间的过渡连接；所述中介机匣的内侧具有支撑内壁，该支撑内壁与轴承封严腔毗邻；所述补强壁板连接在支撑内壁毗邻轴承封严腔的一侧，以加强支撑内壁的结构稳定性。中介机匣的用于支撑轴承的支撑内壁上连接补强壁板的方式，在实现对支撑内壁的结构进行加强，使其在轴承封严腔中引起气流不稳时，具有更强的结构稳定性，从而通过增加中介机匣使用过程中的稳定性的方式，提高整个燃气轮机在运行过程中的稳定性。

Description

一种燃气轮机的中介机匣及其补强结构

技术领域

本发明属于燃气轮机的机匣结构技术领域，具体涉及一种燃气轮机的中介机匣及其补强结构。

背景技术

燃气轮机是一种将燃气的能量转变为有用功的内燃式动力机械，被广泛应用于民用发电领域或作为动力装置应用于飞机或大型船舶中。燃气轮机的工作过程是：压气机连续地从大气中吸入空气并对空气进行压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与燃烧室中喷入的燃气混合后燃烧，进而成为高温燃气，随即高温燃气流入到燃气涡轮处膨胀做功，并利用高温燃气推动涡轮带着压气机一起旋转；燃气轮机是一种清洁性好、效率高的装置，具有体积小、重量低等优点。

燃气轮机自问世以来，由于其具有功率大、体积小、启动快、工作稳定以及可使用多种燃料等优点，获得国内外的广泛认可，同时国内外众多科技工作者也对其开展了大量的研究工作，并在较短时间内已经取得了跨越式的发展。在燃气轮机方面的技术水平的优劣也同时反映了一个国家科学技术水平和军事实力的高低。

燃气轮机的机匣结构是其各个零件的连接主体和支撑主体，而燃气轮机的机匣也包括了多个部分，其中，中介机匣是位于风扇（低压压气机）和高压压气机之间的过渡机匣，其作为主承力框架，发动机在工作过程中的所有载荷均由此传出，因此必须保证其结构的可靠性和稳定性。

现有燃气轮机中介机匣一般能够满足稳定工作，但是一些特定燃气轮机（比如前后轴承采用篦齿封严结构）的中介机匣，在发动机工作过程中需要从压气机的气体流道内引气，并利用引入空气的气压对轴承的润滑油进行封严，而由于多种环境因素的影响，且发动机自身在启动、高速旋转、停车过程中，尤其是在临界转速下，若气体流道中的气压不稳，将直接影响轴承封严腔中的气压稳定性，此时极有可能破坏发动机的临界转速状态，增加中介机匣的振动幅度，并影响发动机的安全稳定运行。

目前，国内针对上述问题的改进，多在中介机匣整体空间结构、承力框架等方面上进行改进优化，但是这类优化方式对中介机匣的结构改变较大，并且改变了发动机原有传力路线，中介机匣的改进结构和传力方案都需要大量的理论和实践论证，费时费力，并且牵涉的因素过多，容易引入未知的不安全因素。

因此，有必要设计一种对中介机匣结构改变更小，并能够提高中介机匣在轴承封严腔内引入气流不稳时，能够保证中介机匣结构稳定性的结构。

发明内容

为了解决中介机匣结构稳定性加强的问题，本方案提供了一种燃气轮机的中介机匣及其补强结构。

本发明所采用的技术方案为：

一种燃气轮机的中介机匣的补强结构，包括圆环盘状的补强壁板；所述中介机匣用于低压压气机与高压外压气机之间的过渡连接；所述中介机匣的内侧具有支撑内壁，该支撑内壁与轴承封严腔毗邻；所述补强壁板连接在支撑内壁毗邻轴承封严腔的一侧，以加强支撑内壁的结构稳定性。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：所述支撑内壁的内外侧与补强壁板的内外侧对应连接。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：所述补强壁板与支撑内壁相互间隔的并列设置。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：所述支撑内壁毗邻轴承封严腔一侧的壁面上设置有环槽，所述补强壁板的内外侧分别连接在环槽内外侧的槽沿处。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：所述补强壁板包括前壁板和后壁板；所述支撑内壁包括前支撑壁和后支撑壁；轴承封严腔包括前封严腔和后封严腔；所述前支撑壁毗邻前封严腔的一侧设置所述前壁板；所述后支撑壁毗邻后封严腔的一侧设置所述后壁板；在前支撑壁和后支撑壁之间形成中空的缓冲腔室。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：在压气机机匣与压气机转子之间形成有气体流道；所述轴承封严腔连通气体流道并从气体流道处引气。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：所述补强壁板为板面可变形的结构；所述支撑内壁呈锥盘状，所述补强壁板为与支撑内壁适配的锥盘状结构。

作为上述补强结构的备选结构或补充设计：所述支撑内壁的径向内侧通过轴承与压气机转子相连并提供径向的支撑力，且所述轴承采用篦齿封严结构进行润滑油的封严。

一种燃气轮机的中介机匣：包括中介内机匣、中介外机匣、支撑内壁、轴承座和承力支板；所述中介内机匣和中介外机匣均呈圆筒状，两者同轴设置且两者之间通过多个承力支板连接，中介内机匣和中介外机匣之间形成有中间通道，中间通道用于将低压压气机增压的空气引入高压压气机；在中介外机匣内侧的前部和后部分别设置有两个支撑内壁，两个支撑内壁分别毗邻于低压压气机和高压压气机的轴承封严腔；在每个支撑内壁上均连接有所述的补强壁板；在每个支撑内壁的径向内侧均设置有轴承座，轴承座用于安装轴承并通过轴承连接高压压气机转子或低压压气机转子。

作为上述中介机匣的备选结构或补充设计：所述补强壁板的厚度为1mm，且该补强壁板的内外两侧均采用螺栓固定。

本发明的有益效果为：

1.本方案中通过在中介机匣的用于支撑轴承的支撑内壁上连接补强壁板的方式，在实现对支撑内壁的结构进行加强，使其在轴承封严腔中引起气流不稳时，具有更强的结构稳定性，从而通过增加中介机匣使用过程中的稳定性的方式，提高整个燃气轮机在运行过程中的稳定性；

2.本方案中的结构简单，该补强方式不会造成中介机匣预先设计结构的大量变化，从而无需对中介机匣的传力路线进行重新设计，也不会引入位置的不安全因素，而造成中介机匣使用稳定性的重新设计和验证；具有极高的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本方案中的中介机匣与高压压气机和低压压气机连接结构图；

图2是中介机匣与低压压气机的连接结构图；

图3是中介机匣与高压压气机的连接结构图；

图4是部分前壁板的结构图；

图5是部分后壁板的结构图。

图中：1-低压压气机机匣；11-低压导向叶片；2-低压压气机转子；21-前封严腔；22-低压通路环；221-引气孔；23-低压叶轮；231-低压叶片；24-低压定距环；241-通气孔；25-低压转子后轴；3-前轴承；31-前润滑油腔；32-前封严篦齿；33-前封严环；4-中介机匣；401-前壁板；402-前支撑壁；403-后支撑壁；404-后壁板；405-中介外机匣；406-承力支板；407-中介内机匣；408-前轴承座；409-后轴承座；5-高压压气机机匣；51-高压导向叶片；6-高压压气机转子；61-后封严腔；62-高压通路环；63-高压叶轮；631-高压叶片；64-高压定距环；65-高压转子前轴；66-引气缺口；7-后轴承；71-后润滑油腔；72-后封严篦齿；73-后封严环；8-气体流道；81-低压压气通道；82-中间通道；83-高压压气通道。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例设计了一种燃气轮机的中介机匣的补强结构，旨在减少在中介机匣4的结构改变，且不需要重新设计中介机匣4的传力路线、空间结构的基础上，对中介机匣4的结构进行补强，使其在轴承封严腔中的引气气流变化时，减少振动，提高稳定性。

现有燃气轮机中，若中介机匣4上连接的前后轴承7采用的是篦齿封严结构，在中介机匣4的前侧与低压压气机之间将会需要一个前封严腔21来进行封严，并且在中介机匣4的后侧与高压压气机之间会需要一个后封严腔61来进行封严，前封严腔21和后封严腔61等轴承封严腔能够轴承的润滑油进行封严，从而保证轴承在运转过程中的润滑性。

轴承封严腔在工作过程中需要是从压气机的气体流道8进行引气的，发动机在启动、高速旋转、停车等过程中，往往容易受到由于多种环境因素的影响，而造成气体流道8中的气流和气压不稳定。若气体流道8中的气压不稳，将直接影响轴承封严腔中的气压稳定性，进而造成中介机匣4的振动，进而极有可能破坏发动机的临界转速状态，从而进一步中介机匣4的振动幅度，并影响发动机的安全稳定运行。

本实施例中的补强结构，包括圆环盘状的补强壁板，将该补强壁板连接到中介机匣4上，从而加强支撑内壁的结构稳定性。

低压压气机包括低压压气机机匣1和低压压气机转子2，低压压气机机匣1与低压压气机转子2同轴设置，低压压气机机匣1呈管筒状，并且低压压气机转子2可转动的设置在低压压气机机匣1中部，在低压压气机机匣1与低压压气机转子2之间形成的气体流道8为低压压气通道81。在低压压气机与中介机匣4之间形成的轴承封严腔为前封严腔21。

在中介机匣4的前部设置的支撑内壁为前支撑壁402，该前支撑壁402呈带中心孔的锥盘状，该前支撑壁402的内侧连接有前轴承座408，在前轴承座408的径向内侧设置有前轴承3，该轴承可以为滚珠轴承(图中未示出)或者滚针轴承(如图1所示)，在该前轴承3的前侧设置了篦齿封严结构，该篦齿封严结构的外侧即为前封严腔21，该前封严腔21能够通过气压对篦齿封严结构内侧的前润滑油腔31进行封严。

由于前封严腔21毗邻于前支撑壁402的前侧，而当前封严腔21中的引起气流发生波动时，将会造成前支撑壁402发生振动，为了提高前支撑壁402的结构稳定性，在前支撑壁402的前侧(即毗邻前支撑壁402的一侧)设置前壁板401，该前壁板401呈圆环形的锥盘状，如图4所示，该前壁板401的形状应当与前支撑壁402的壁面适配，并且在前壁板401的内外侧分别设置若干螺栓连接孔，将前壁板401连接到前支撑壁402上后，利用螺栓将前壁板401的外侧与前支撑壁402的外侧进行固定连接，同时，也利用螺栓将前壁板401的内侧与前支撑壁402的内侧进行固定连接。此时，能够利用前支撑壁402和前壁板401形成相互支撑的力，以抵消两者之间的相互错动，从而实现该前支撑壁402结构的补强。并且此时，前壁板401内外两侧的承力支点和前支撑壁402板内外两侧的承力支点，能够形成较为稳定的四边形。

此外，前壁板401可以采用厚度为1mm等较薄的尺寸，使得前壁板401的半板面为可在法向上变形的结构，从而能够在前封严腔21引起气流不稳定并造成气压拨动时，通过前壁板401进行振动的吸收，从而降低整个中介机匣4受到振动的影响。并且，由于前壁板401的内外两侧均是采用螺栓固定的方式与前支撑壁402进行连接的，并且在支撑内壁毗邻轴承封严腔一侧的壁面上设置有环槽，所述前支撑壁402的内外侧分别连接在环槽内外侧的槽沿处，从而使得前支撑壁402与支撑内壁具有间隔关系和并列关系，从而为前壁板401吸收前封严腔21的振动提供硬件条件。

高压压气机包括高压压气机机匣5和高压压气机转子6，高压压气机机匣5与高压压气机转子6同轴设置，高压压气机机匣5呈管筒状，并且高压压气机转子6可转动的设置在高压压气机机匣5中部，在高压压气机机匣5与高压压气机转子6之间形成的气体流道8为高压压气通道83，在高压压气机与中介机匣4之间形成的轴承封严腔为后封严腔61。

在中介机匣4的后部设置的支撑内壁为后支撑壁403，该后支撑壁403呈带中心孔的锥盘状，该后支撑壁403的内侧连接有后轴承座409，在后轴承座409的径向内侧设置有后轴承7，该轴承可以为滚珠轴承(如图1所示)或者滚针轴承(图中未示出)，在该后轴承7的后侧设置了篦齿封严结构，该篦齿封严结构的外侧即为后封严腔61，该后封严腔61能够通过气压对篦齿封严结构内侧的后润滑油腔71进行封严。

由于后封严腔61毗邻于后支撑壁403的后侧，而当后封严腔61中的引起气流发生波动时，将会造成后支撑壁403发生振动，为了提高后支撑壁403的结构稳定性，在后支撑壁403的后侧(即毗邻后支撑壁403的一侧)设置后壁板404，该后壁板404呈圆环形的锥盘状，该后壁板404的形状应当与后支撑壁403的壁面适配，并且在后壁板404的内外侧分别设置若干螺栓连接孔，将后壁板404连接到后支撑壁403上后，利用螺栓将后壁板404的外侧与后支撑壁403的外侧进行固定连接，同时，也利用螺栓将后壁板404的内侧与后支撑壁403的内侧进行固定连接。此时，能够利用后支撑壁403和后壁板404形成相互支撑的力，以抵消两者之间的相互错动，从而实现该后支撑壁403结构的补强。并且此时，后壁板404内外两侧的承力支点和后支撑壁403板内外两侧的承力支点，能够形成较为稳定的四边形。

此外，后壁板404可以采用厚度为1mm等较薄的尺寸，使得后壁板404的半板面为可在法向上变形的结构，从而能够在后封严腔61引起气流不稳定并造成气压拨动时，通过后壁板404进行振动的吸收，从而降低整个中介机匣4受到振动的影响。并且，由于后壁板404的内外两侧均是采用螺栓固定的方式与后支撑壁403进行连接的，并且在支撑内壁毗邻轴承封严腔一侧的壁面上设置有环槽，所述后支撑壁403的内外侧分别连接在环槽内外侧的槽沿处，从而使得后支撑壁403与支撑内壁具有间隔关系和并列关系，从而为后壁板404吸收后封严腔61的振动提供条件。

实施例2

如图1至图5所示，本实施例设计了一种燃气轮机的中介机匣，包括中介内机匣407、中介外机匣405、支撑内壁、轴承座和承力支板406等结构。

所述中介内机匣407和中介外机匣405均呈圆筒状，两者同轴设置且两者之间通过多个承力支板406连接，中介内机匣407和中介外机匣405之间形成有中间通道82，中间通道82用于将低压压气机增压的空气引入高压压气机。

在中介外机匣405内侧的前部和后部分别设置有两个支撑内壁，两个支撑内壁即为实施例1中的前支撑壁402和后支撑壁403，前支撑壁402和后支撑壁403这两个支撑内壁分别毗邻于低压压气机和高压压气机的轴承封严腔。

该前支撑壁402的内侧向前延伸，使得该前支撑壁402呈锥盘状，该前支撑壁402可以与中介内机匣407可以铸造为一体，也可以作为独立的零部件(如图1所示)进行分别铸造，在前支撑壁402上连接有一个实施例1中所述的前壁板401作为补强壁板；在前壁板401前侧的壁面上设置有环槽，所述前支撑壁402的内外侧分别通过螺栓固定连接在该环槽内外侧的槽沿处，从而利用前壁板401在吸收前封严腔21的振动的同时，也在结构上对前支撑壁402进行加强。

该后支撑壁403的内侧向后延伸，使得该后支撑壁403呈锥盘状，该后支撑壁403可以与中介内机匣407可以铸造为一体如图1所示，也可以作为独立的零部件进行分别铸造，在后支撑壁403上连接有一个实施例1中所述的后壁板404作为补强壁板；在后壁板404后侧的壁面上也设置有环槽，所述后支撑壁403的内外侧分别通过螺栓固定连接在该环槽内外侧的槽沿处，从而利用后壁板404在吸收后封严腔61的振动的同时，也在结构上对后支撑壁403进行加强。

所述补强壁板包括前壁板401和后壁板404；所述支撑内壁包括前支撑壁402和后支撑壁403；轴承封严腔包括前封严腔21和后封严腔61；所述前支撑壁402毗邻前封严腔21的一侧设置所述前壁板401；所述后支撑壁403毗邻后封严腔的一侧设置所述后壁板404；在前支撑壁402和后支撑壁403之间形成中空的缓冲腔室。该缓冲腔室也起到一定的吸收振动的作用，能够将前封严腔21与后封严腔61产生的轴向振动进行一定程度的抵消。

实施例3

如图1和图2所示，本实施例是对实施例2中的低压压气机进行进一步的结构说明。低压压气机包括低压压气机机匣1和低压压气机转子2，低压压气机机匣1呈管筒状，低压压气机转子2同轴设置低压压气机机匣1内。

在低压压气机机匣1与低压压气机转子2之间形成低压压气通道81，在低压压气机机匣1的内侧上设置有若干低压导向叶片11，该低压导向叶片11的截面呈翼形。低压压气机转子2在转动时，能够将低压压气通道81中的空气送入到中间通道82中，并经由中间通道82送入到高压压气机。

所述低压压气机转子2包括有若干低压叶轮23，低压叶轮23呈圆盘状，并且在每个低压叶轮23的外侧连接多个环向分布的低压叶片231，相邻低压叶轮23之间通过不同形状和尺寸的低压定距环24隔开，在相邻低压叶轮23的外缘之间还设置有低压通路环22，在一些低压通路环22上设置有引气孔221，同时，在低压定距环24上可以设置通气孔241，从而使得低压压气通道81与前封严腔21可以通过通气孔241和引气孔221进行引气。

在低压压气机转子2的后侧具有低压转子后轴25，该低压转子后轴25可以通过前轴承3与前轴承座408相连，在前轴承3处设置的篦齿封严结构为前封严组件，该前封严组件包括有前封严篦齿32和前封严环33，前封严篦齿32连接在低压转子后轴25上，前封严环33连接在前轴承座408上，前封严篦齿32和前封严环33密封配合并在两者之间形成前润滑油腔31，该前润滑油腔31用于为前轴承3提供润滑油。

实施例4

如图1和图3所示，本实施例是对实施例2中的高压压气机进行进一步的结构说明。高压压气机包括高压压气机机匣5和高压压气机转子6，高压压气机机匣5呈管筒状，高压压气机转子6同轴设置高压压气机机匣5内。

在高压压气机机匣5与高压压气机转子6之间形成高压压气通道83，在高压压气机机匣5的内侧上设置有若干高压导向叶片51，该高压导向叶片51的截面呈翼形。

所述高压压气机转子6包括有若干高压叶轮63，高压叶轮63呈圆盘状，并且在每个高压叶轮63的外侧连接多个环向分布的高压叶片631，相邻高压叶轮63之间通过不同形状和尺寸的高压定距环64隔开，在相邻高压叶轮63的外缘之间还设置有高压通路环62，在一些高压转子与中介机匣4之间具有引气缺口66，从而使得高压压气通道83中的空气能够引入该后封严腔61中。

在高压压气机转子6的前侧具有高压转子前轴65，该高压转子前轴65可以通过后轴承7与后轴承座409相连，在该后轴承7处设置有的篦齿封严结构为后封严组件，该后封严组件包括有后封严篦齿72和后封严环73，后封严篦齿72连接在高压转子前轴65上，后封严环73连接在后轴承座409上，后封严篦齿72和后封严环73密封配合并在两者之间形成后润滑油腔71，该后润滑油腔71用于为后轴承7提供润滑油。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：包括圆环盘状的补强壁板；所述中介机匣（4）用于低压压气机与高压外压气机之间的过渡连接；所述中介机匣（4）的内侧具有支撑内壁，该支撑内壁与轴承封严腔毗邻；所述补强壁板连接在支撑内壁毗邻轴承封严腔的一侧，以加强支撑内壁的结构稳定性；

所述补强壁板包括前壁板（401）和后壁板（404）；所述支撑内壁包括前支撑壁（402）和后支撑壁（403）；轴承封严腔包括前封严腔（21）和后封严腔（61）；所述前支撑壁（402）毗邻前封严腔（21）的一侧设置所述前壁板（401）；所述后支撑壁（403）毗邻后封严腔（61）的一侧设置所述后壁板（404）；在前支撑壁（402）和后支撑壁（403）之间形成中空的缓冲腔室。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：所述支撑内壁的内外侧与补强壁板的内外侧对应连接。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：所述补强壁板与支撑内壁相互间隔的并列设置。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：所述支撑内壁毗邻轴承封严腔一侧的壁面上设置有环槽，所述补强壁板的内外侧分别连接在环槽内外侧的槽沿处。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：在压气机机匣与压气机转子之间形成有气体流道（8）；所述轴承封严腔连通气体流道（8）并从气体流道（8）处引气。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：所述补强壁板为板面可变形的结构；所述支撑内壁呈锥盘状，所述补强壁板为与支撑内壁适配的锥盘状结构。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机的中介机匣的补强结构，其特征在于：所述支撑内壁的径向内侧通过轴承与压气机转子相连并提供径向的支撑力，且所述轴承采用篦齿封严结构进行润滑油的封严。

8.一种燃气轮机的中介机匣，其特征在于：包括中介内机匣（407）、中介外机匣（405）、支撑内壁、轴承座和承力支板（406）；所述中介内机匣（407）和中介外机匣（405）均呈圆筒状，两者同轴设置且两者之间通过多个承力支板（406）连接，中介内机匣（407）和中介外机匣（405）之间形成有中间通道（82），中间通道（82）用于将低压压气机增压的空气引入高压压气机；在中介外机匣（405）内侧的前部和后部分别设置有两个支撑内壁，两个支撑内壁分别毗邻于低压压气机和高压压气机的轴承封严腔；在每个支撑内壁上均连接有权利要求1-7任意一项所述的补强结构；在每个支撑内壁的径向内侧均设置有轴承座，轴承座用于安装轴承并通过轴承连接高压压气机转子（6）或低压压气机转子（2）。

9.根据权利要求8所述的燃气轮机的中介机匣，其特征在于：所述补强壁板的厚度为1mm，且该补强壁板的内外两侧均采用螺栓固定。

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