CN114687861A - 一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机的低压转子连接结构技术领域，具体涉及一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，包括拉紧螺母和锁紧衬套；所述锁紧衬套套设在拉紧螺母外，锁紧衬套能够相对于拉紧螺母的轴向进行滑动，以将锁紧衬套置于解锁工位或锁紧工位上；锁紧衬套处于解锁工位时，所述拉紧螺母能够相对于锁紧衬套转动，以使其旋紧到低压涡轮轴的前端；锁紧衬套处于锁紧状态时，该锁紧衬套能够同时与拉紧螺母和压气机后轴颈花键配合。本方案中的结构简单、体积小、稳定性强，能在狭窄的装配空间中自动锁紧，配套工装设计简单，容易加工，保证低压涡轮轴的可靠连接，避免了复杂工装的投入及装配工艺流程的实施，降低人力和物力成本。

Description

一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置

技术领域

本发明属于燃气轮机的低压转子连接结构技术领域，具体涉及一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置。

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。燃气轮机以空气为介质，并依靠高温燃气推动涡轮机械连续做功输出大功率、高性能动力。在现代工业中，燃气轮机可以称得上是国之重器，在电力工业、石油工业、化工和冶金行业等民用方向及舰船动力和战车动力等军用方向都对燃气轮机有迫切的需求。在燃气轮机工作过程中，高温燃气推动涡轮叶轮带动压气机叶轮一起转动是其中的一项重要步骤，是保证燃气轮机循环工作的关键步骤。因此燃气轮机转子作为核心转动部件，其结构的稳定性和可靠性是必须保证的。

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。

燃气轮机转子一般分为高压转子和低压转子，低压转子由低压压气机转子和低压涡轮转子组成，这两个转子分别装配完成后，通过连接装置将二者固连到一起。但是，由于转子系的轴向尺寸很长，尤其是低压涡轮转子需要使用一根长空心轴来穿过燃烧室，与低压压气机转子连接；连接装置所处的位置空间有限且狭小，一般都位于轴端内孔中；装配时，燃气轮机其余结构都装配到位后，才能最终拧紧和锁紧连接装置，但此时锁紧装配工具存在空间不可达、装配力矩极大、工装难以设计等问题；连接装置必须能够自定位和锁紧等等需求都会导致一般的连接装置或者结构（如法兰联轴器、轴端螺母、圆弧端齿、卡爪等）无法满足要求。

因此，有必要设计一种结构，既能满足低压涡轮转子的轴连接的方便性和可靠性要求，又能满足易装配、维修成本低等要求。

发明内容

为了解决现有低压压气机转子与低压涡轮转子的连接难度大且不易进行锁紧的问题，本方案提供了一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置。

本发明所采用的技术方案为：

一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，包括拉紧螺母和锁紧衬套；

所述低压转子包括低压压气机转子和低压涡轮转子，低压压气机转子的后端具有压气机后轴颈，低压涡轮转子具有低压涡轮轴；压气机后轴颈与低压涡轮轴的前端能够套接连接，并由拉紧螺母固定；

所述锁紧衬套套设在拉紧螺母外，锁紧衬套能够相对于拉紧螺母的轴向进行滑动，以将锁紧衬套置于解锁工位或锁紧工位上；锁紧衬套处于解锁工位时，所述拉紧螺母能够相对于锁紧衬套转动，以使其旋紧到低压涡轮轴的前端；锁紧衬套处于锁紧状态时，该锁紧衬套能够同时与拉紧螺母和压气机后轴颈花键配合。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：在锁紧衬套的内侧和拉紧螺母的外侧分别设置有相互咬合配合的锁紧内花键和螺母外花键；在锁紧衬套的外侧和压气机后轴颈上分别设置有相互咬合配合的锁紧外花键和轴颈锁紧花键；锁紧衬套处于解锁工位时，螺母外花键和锁紧内花键相互错开；锁紧衬套处于锁紧工位时，锁紧内花键与螺母外花键相互咬合，且锁紧外花键和轴颈锁紧花键同步咬合。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：螺母外花键设置在拉紧螺母的后段外侧，在拉紧螺母的前端与螺母外花键之间设置有环形槽；锁紧衬套处于解锁工位时，锁紧内花键置于该环形槽内。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：在拉紧螺母的前段的内侧设置有螺母内花键，在拉紧螺母的后段的内侧设置有内螺纹部，该内螺纹部用于螺纹连接低压涡轮轴的前端。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：在锁紧衬套与拉紧螺母之间设置有压缩弹簧，压缩弹簧的两端分别与锁紧衬套和拉紧螺母相抵，并用于推动锁紧衬套滑动至锁紧工位。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：在锁紧衬套的前侧连接有传力衬套，该传力衬套呈环盘状；所述锁紧衬套处于锁紧状态时，传力衬套的端面与拉紧螺母前侧相抵，并使锁紧衬套与拉紧螺母和压气机后轴颈保持花键配合状态。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：在拉紧螺母的前侧设置有抵压耳部，该抵压耳部的前侧的端面平整并用于与传力衬套相抵；该抵压耳部的外沿拉紧螺母的径向外侧延伸并用于与压缩弹簧相抵。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：该传力衬套的内径大于拉紧螺母的前段的内径；在传力衬套的内沿处设置有内沿螺纹；在拉紧螺母的前段的内侧设置有螺母内花键。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：所述压气机后轴颈包括连为一体的管套部和锥盘部；所述管套部呈管状并用于套接连接所述低压涡轮轴；锥盘部呈锥盘状并用于连接低压压气机转子的叶轮；在管套部和锥盘部之间位置的内侧设置有轴颈锁紧花键，该轴颈锁紧花键用于花键配合锁紧衬套。

作为上述锁紧连接装置的备选结构或补充设计：在管套部的前端具有平整的端面K，拉紧螺母与该端面K相抵，以轴向拉紧所述低压涡轮轴。

本发明的有益效果为：

1.本方案的结构简单、体积小、稳定性强、维修成本低、维修周期短；能在狭窄的装配空间中自动锁紧，配套工装设计简单，容易加工，装配时操作简单方便，保证低压涡轮轴的可靠连接，避免了复杂工装的投入及装配工艺流程的实施，降低人力和物力成本；

2.本方案中的锁紧连接装置可以利用弹簧实现锁紧衬套的自动复位，从而减少外力的传递，利用弹簧的弹力，实现锁紧衬套上花键结构的对位咬合，从而实现自动锁紧的效果。

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是本方案中的锁紧连接装置的连接状态的局部示意图；

图2是本方案中的锁紧连接装置的结构示意图；

图3是本方案中的锁紧连接装置的连接状态的示意图。

图中：1-压气机后轴颈；11-管套部；12-锥盘部；13-轴颈锁紧花键；14-轴颈内花键；2-锁紧连接装置；21-拉紧螺母；211-螺母内花键；212-内螺纹部；213-抵压耳部；214-螺母外花键；215-环形槽；22-锁紧衬套；221-环套主体；222-环形台阶沿部；223-锁紧外花键；224-锁紧内花键；23-传力衬套；231-内沿螺纹；24-压缩弹簧；25-插销；3-低压涡轮轴；31-涡轮轴外花键；32-外螺纹连接端。

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3所示，本实施例设计了一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，用于将低压压气机转子和低压涡轮转子的连接状态进行锁紧，并通过花键结构的配合，实现对拉紧螺母21的位置锁定。

燃气轮机在电力工业、石油工业、化工和冶金行业等民用方向及舰船动力和战车动力等军用方向都对燃气轮机有迫切的需求。在燃气轮机工作过程中，高温燃气推动涡轮叶轮带动压气机叶轮一起转动是其中的一项重要步骤，是保证燃气轮机循环工作的关键步骤。因此燃气轮机转子作为核心转动部件，其结构的稳定性和可靠性是必须保证的。而燃气轮机转子一般分为高压转子和低压转子，而低压转子又是由低压压气机转子和低压涡轮转子组成，低压压气机转子和低压涡轮转子这两个转子分别装配完成后，需要通过连接装置将二者固连到一起。但是，无论低压压气机转子和低压涡轮转子的轴向尺寸都很长，其中低压涡轮转子需要使用一根很长的空心轴作为低压涡轮轴3，该低压涡轮轴3的前端将会穿过燃烧室并与低压压气机转子后端位置处的压气机后轴颈1相连，而低压压气机转子中心的孔结构即为连接装置装入的位置，连接装置不仅需要在狭窄的空间进行装配，并且装配位置还一般位于低压压气机转子中心的深处。在低压转子的装配工艺中，需要将燃气轮机其余结构都装配到位后，才能最终拧紧连接装置并对连接装置进行锁紧；但此时用于拧紧和用于锁紧的装配工具具有空间不可达、装配力矩极大、工装难以设计等问题，为此，本实施例设计了能够实现自定位和锁紧功能的结构。

本实施例中的低压转子包括低压压气机转子和低压涡轮转子两个部分；其中，低压压气机转子的后端具有压气机后轴颈1，低压涡轮转子具有低压涡轮轴3，所述压气机后轴颈1包括连为一体的管套部11和锥盘部12；所述管套部11呈管状并用于套接连接所述低压涡轮轴3；锥盘部12呈锥盘状并用于连接低压压气机转子的叶轮；在管套部11和锥盘部12之间位置的内侧设置有轴颈锁紧花键13。在管套部11的前端具有平整的端面K；当使用拉紧螺母21与低压涡轮轴3前端进行螺纹连接后，该拉紧螺母21后端面能够抵紧到该端面K上，从而轴向拉紧所述低压涡轮轴3。

为了保证低压压气机转子和低压涡轮转子在转动方向上的传力，在低压涡轮轴3前端的外侧壁上设置有涡轮轴外花键31，在压气机后轴颈1的管套部11的内壁上设置有轴颈内花键14，当低压涡轮轴3插接到管套部11内时，涡轮轴外花键31和轴颈内花键14相互咬合，从而传递转动力矩。

而为了实现低压涡轮轴3前端与压气机后轴颈1连接和锁紧，本实施例设计了锁紧连接装置，该锁紧连接装置2包括拉紧螺母21、锁紧衬套22、压缩弹簧24、插销25、传力衬套23等结构。

拉紧螺母21沿其轴向方向上可以分为前段和后段；在拉紧螺母21的前段的内侧设置有螺母内花键211，当带有外花键的专用工具从低压压气机转子的中心穿入后，专用工具可以与该螺母内花键211相互咬合，从而控制该拉紧螺母21旋转，并将拉紧螺母21拧紧到低压涡轮轴3上；而由于低压涡轮轴3的前端设置有外螺纹连接端32，该外螺纹连接端32具有外螺纹，在拉紧螺母21的后段的内侧设置有内螺纹部212，使得内螺纹部212能够螺纹连接到低压涡轮轴3前端的外螺纹连接端32上。

在拉紧螺母21连接到低压涡轮轴3上时，为了保证拉紧螺母21连接的稳定性，同时避免低压转子在工作过程中发生抖动，而发生螺母松动的问题，有必要设计相应的锁紧装置。在燃气轮机工作过程中，高温燃气推动低压涡轮转子转动并带动低压压气机转子一起转动是其中的一项重要步骤，是保证燃气轮机循环工作的关键步骤。因此，保证低压涡轮转子和低压压气机转子的连接传力装置稳定且高效的工作极为重要。而传统的螺母固定结构大部分结构单一，功能性单一。并且传统的单一的螺母结构进行固定时，由于结构振动或其它工作环境因素中，容易受到腐蚀、变形等结构损伤；进而造成固定效果欠佳，影响压气机后轴颈和低压涡轮轴的连接配合的稳定性，这种工作状态对于燃气轮机的工作效率和工作安全性的影响极大。为此，本实施例中设计了锁紧衬套22，用于将拉紧螺母21与压气机后轴颈1的相对位置进行锁定，从而避免拉紧螺母21发生松动。

本实施例中的锁紧衬套22套设在拉紧螺母21外，并且锁紧衬套22相对于拉紧螺母21具有解锁工位和锁紧工位两个移动位置，锁紧衬套22能够相对于拉紧螺母21的轴向进行滑动，以使得锁紧衬套22能够在解锁工位与锁紧工位之间进行移动。当锁紧衬套22处于解锁工位时，所述拉紧螺母21能够相对于锁紧衬套22转动，以使其旋紧到低压涡轮轴3的前端。而当锁紧衬套22处于锁紧状态时，该锁紧衬套22能够同时与拉紧螺母21和压气机后轴颈1花键配合。

具体的，为了实现锁紧衬套22与拉紧螺母21和压气机后轴颈1花键配合这一效果，在锁紧衬套22的内侧设置有锁紧内花键224，拉紧螺母21的外侧设置有螺母外花键214，锁紧内花键224和螺母外花键214能够相互咬合配合；在锁紧衬套22的外侧和压气机后轴颈1上分别设置有相互咬合配合的锁紧外花键223和轴颈锁紧花键13；锁紧衬套22处于解锁工位时，螺母外花键214和锁紧内花键224相互错开；锁紧衬套22处于锁紧工位时，锁紧内花键224与螺母外花键214相互咬合，且锁紧外花键223和轴颈锁紧花键13同步咬合。螺母外花键214设置在拉紧螺母21的后段外侧，在拉紧螺母21的前端与螺母外花键214之间设置有环形槽215；锁紧衬套22处于解锁工位时，锁紧内花键224置于该环形槽215内，此时拉紧螺母21能够相对于锁紧衬套22转动，从而能够旋紧到低压涡轮轴3的前端。

在锁紧衬套22的前侧连接有传力衬套23，该传力衬套23呈环盘状；锁紧衬套22包括环套主体221和环形台阶沿部222；所述锁紧外花键223设置在环套主体221后部的内侧，而锁紧外花键223设置在环套主体221后部的外侧。环套主体221的前部一体成型的连接有环形台阶沿部222，该传力衬套23的外侧能够通过插销25与环形台阶沿部222固定连接。在拉紧螺母21的前侧设置有抵压耳部213，该抵压耳部213的前侧的端面平整并用于与传力衬套23相抵；该抵压耳部213的外沿拉紧螺母21的径向外侧延伸。当所述锁紧衬套22处于锁紧状态时，传力衬套23的端面与拉紧螺母21前侧的抵压耳部213相抵，并使锁紧衬套22与拉紧螺母21和压气机后轴颈1保持花键配合状态。该传力衬套23的内径大于拉紧螺母21的前段的内径；在传力衬套23的内沿处设置有内沿螺纹231。可以利用带外螺纹的套筒工具从低压压气机转子的中心穿入后，与该内沿螺纹231进行螺纹配合，当套筒工具的端部与拉紧螺母21的前端面相抵时，可以通过传力衬套23带动锁紧衬套22向前移动，从而使得锁紧衬套22上锁紧内花键224前移至环形槽215中，使得锁紧内花键224与螺母外花键214错开，保证拉紧螺母21可以旋转。

此外，由于从低压压气机转子前侧利用工具传力至低压压气机转子后侧，以控制锁紧衬套22锁紧的方式，所需要传力的距离过长，而为了实现拉紧螺母21拧紧后锁紧衬套22的自动锁紧，在锁紧衬套22与拉紧螺母21之间设置有压缩弹簧24，压缩弹簧24的两端分别与锁紧衬套22和拉紧螺母21相抵，并用于推动锁紧衬套22滑动至锁紧工位。在锁紧衬套22处于解锁工位时，该压缩弹簧24处于压缩状态，并蓄积弹性势能，在锁紧衬套22处于锁紧工位时，该压缩弹簧24释放弹力，并推动锁紧衬套22向后滑动，从而使得该锁紧衬套22与拉紧螺母21和压气机后轴颈1花键配合。

实施例2

在实施例1的结构基础上，该锁紧连接装置2的使用方法包括以下步骤：

第一步，首先将压缩弹簧24装配至拉紧螺母21上，随后装配锁紧衬套22，保证螺母外花键214和锁紧内花键224相互啮合，然后将压缩弹簧24压紧至设计值；最后装配传力衬套23，保证拉紧螺母21的端面J贴紧传力衬套23后，装配插销25将锁紧衬套22和传力衬套23锁定，形成锁紧连接装置2。

第二步，将上述锁紧连接装置2装配至低压压气机转子的后轴颈上，保证锁紧外花键223与轴颈锁紧花键13完全啮合，同时保持拉紧螺母21与管套部11的前端的端面K贴紧，此时拉紧螺母21无法转动。

第三步，将低压涡轮轴插入压气机后轴颈1内，保证轴颈内花键14与涡轮轴外花键31的啮合，此时低压涡轮转子与低压压气机转子无法相对转动。

第四步，将低压涡轮轴的前端与锁紧连接装置2的拉紧螺母21的后侧紧贴。

第五步，利用一个套筒工具连接到内沿螺纹231上，拉动套筒工具或者利用螺纹产生的推力，带动传力衬套23和锁紧衬套22相对于拉紧螺母21前移，并将压缩弹簧24压紧，直至螺母外花键214和锁紧内花键224脱开并保持该状态，此时拉紧螺母21可以转动；通过螺母内花键211转动拉紧螺母21，使外螺纹连接端32与内螺纹部212开始啮合。

第六步，转动拉紧螺母21一定圈数和一定角度后，外螺纹连接端32与内螺纹部212完成连接，同时将螺母外花键214和锁紧内花键224对准；拆卸套筒工具后，在压缩弹簧24的作用下，锁紧衬套22和传力衬套23自动向后滑动，直至拉紧螺母21的端面J再次贴紧传力衬套23，此时锁紧衬套22能够同时与拉紧螺母21和压气机后轴颈1的轴颈锁紧花键13配合，使拉紧螺母21无法与低压压气机转子产生相对运动，整个锁紧连接装置2完成连接和锁紧。

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 (10)

1.一种燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：包括拉紧螺母（21）和锁紧衬套（22）；

所述低压转子包括低压压气机转子和低压涡轮转子，低压压气机转子的后端具有压气机后轴颈（1），低压涡轮转子具有低压涡轮轴（3）；压气机后轴颈（1）与低压涡轮轴（3）的前端能够套接连接，并由拉紧螺母（21）固定；

所述锁紧衬套（22）套设在拉紧螺母（21）外，锁紧衬套（22）能够相对于拉紧螺母（21）的轴向进行滑动，以将锁紧衬套（22）置于解锁工位或锁紧工位上；锁紧衬套（22）处于解锁工位时，所述拉紧螺母（21）能够相对于锁紧衬套（22）转动，以使其旋紧到低压涡轮轴（3）的前端；锁紧衬套（22）处于锁紧状态时，该锁紧衬套（22）能够同时与拉紧螺母（21）和压气机后轴颈（1）花键配合。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：在锁紧衬套（22）的内侧和拉紧螺母（21）的外侧分别设置有相互咬合配合的锁紧内花键（224）和螺母外花键（214）；在锁紧衬套（22）的外侧和压气机后轴颈（1）上分别设置有相互咬合配合的锁紧外花键（223）和轴颈锁紧花键（13）；锁紧衬套（22）处于解锁工位时，螺母外花键（214）和锁紧内花键（224）相互错开；锁紧衬套（22）处于锁紧工位时，锁紧内花键（224）与螺母外花键（214）相互咬合，且锁紧外花键（223）和轴颈锁紧花键（13）同步咬合。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：螺母外花键（214）设置在拉紧螺母（21）的后段外侧，在拉紧螺母（21）的前端与螺母外花键（214）之间设置有环形槽（215）；锁紧衬套（22）处于解锁工位时，锁紧内花键（224）置于该环形槽（215）内。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：在拉紧螺母（21）的前段的内侧设置有螺母内花键（211），在拉紧螺母（21）的后段的内侧设置有内螺纹部（212），该内螺纹部（212）用于螺纹连接低压涡轮轴（3）的前端。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：在锁紧衬套（22）与拉紧螺母（21）之间设置有压缩弹簧（24），压缩弹簧（24）的两端分别与锁紧衬套（22）和拉紧螺母（21）相抵，并用于推动锁紧衬套（22）滑动至锁紧工位。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：在锁紧衬套（22）的前侧连接有传力衬套（23），该传力衬套（23）呈环盘状；所述锁紧衬套（22）处于锁紧状态时，传力衬套（23）的端面与拉紧螺母（21）前侧相抵，并使锁紧衬套（22）与拉紧螺母（21）和压气机后轴颈（1）保持花键配合状态。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：在拉紧螺母（21）的前侧设置有抵压耳部（213），该抵压耳部（213）的前侧的端面平整并用于与传力衬套（23）相抵；该抵压耳部（213）的外沿拉紧螺母（21）的径向外侧延伸并用于与压缩弹簧（24）相抵。

8.根据权利要求6所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：该传力衬套（23）的内径大于拉紧螺母（21）的前段的内径；在传力衬套（23）的内沿处设置有内沿螺纹（231）；在拉紧螺母（21）的前段的内侧设置有螺母内花键（211）。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：所述压气机后轴颈（1）包括连为一体的管套部（11）和锥盘部（12）；所述管套部（11）呈管状并用于套接连接所述低压涡轮轴（3）；锥盘部（12）呈锥盘状并用于连接低压压气机转子的叶轮；在管套部（11）和锥盘部（12）之间位置的内侧设置有轴颈锁紧花键（13），该轴颈锁紧花键（13）用于花键配合锁紧衬套（22）。

10.根据权利要求9所述的燃气轮机低压转子的锁紧连接装置，其特征在于：在管套部（11）的前端具有平整的端面（K），拉紧螺母（21）与该端面（K）相抵，以轴向拉紧所述低压涡轮轴（3）。

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