CN115319456B - 一种圆筒型燃气轮机压气机机匣装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆筒式燃气轮机压气机机匣装配方法，包括如下步骤：按照先后顺序接续安装各级独立的动叶外环、静叶环，各独立的可转机匣、抽气机匣、中压机匣、高压机匣，期间通过水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装来保证相对安装位置不变，最后依次安装承力机匣和后机匣的同时，再移除水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装，使压气机装配一次性达到要求；所述水平对分式半圆工装固定各机匣的安装位置，保证不同机匣之间的环形气隙；所述整体式圆筒工装采用了整体式的圆筒结构，用于固定机匣的相对安装位置，保证装配过程中静子与转子之间的间隙，使之不能碰撞干涉。本发明具有结构灵活、安装和拆卸方便，能够有效缩短压气机的装配周期。

Description

一种圆筒型燃气轮机压气机机匣装配方法

技术领域

本发明专利属于机械加工制造和装配行业，具体涉及到一种圆筒型燃气轮机压气机机匣装配方法，可以广泛应用于压气机、涡轮、汽轮机和轴流风机等装配过程中。

背景技术

压气机是航空发动机或地面燃气轮机重要部件。在航空发动机或地面燃气轮机中压气机部分广泛采用水平对开式半圆机匣或称为对半机匣)，这类机匣由左、右两个半圆式的机匣通过水平法兰贴合面上螺钉连接而成。这类机匣，按传统装配方法，先将静叶片沿着机匣的T型槽滑入对半机匣中，与机匣连接在一起，并通过螺钉固定，或者是采用静叶环结构与机匣通过环槽配合连接的方式进行安装。同时，这类机匣多采用车削和铣削两种组合的方式进行加工，余量去除较多，工件残余应力大，导致工件多有变形，左、右两个半圆式机匣重复组合后一致性差。

高的压气机机匣结构型式及其装配工艺。上述方案压气机机匣加工周期长、成本高，且这种左、右两个半圆式的压气机机匣组合件制造难度大，两者需要较高的零件加工精度和配合精度。装配过程也十分复杂，需耗费大量的时间，且维修成本高。现有技术都不能很好地解决用于航空发动机或地面燃气轮机的压气机机匣组合件存在的问题。因此，需要探索一种质量好、易于维修、综合性价比

发明内容

为了解决现有航空发动机或者舰船燃气轮机压气机机匣加工过程繁琐和装配周期长等问题，本发明提供了一种圆筒型燃气轮机压气机机匣装配方法。

本发明主要实现步骤如下：

一种圆筒式燃气轮机压气机机匣装配方法，其特征在于：包括如下步骤：按照先后顺序接续安装各级独立的动叶外环、静叶环，各独立的可转机匣1、抽气机匣4、中压机匣6、高压机匣8，期间通过水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装来保证相对安装位置不变，最后依次安装承力机匣9和过渡段或后机匣的同时，再移除水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装，使压气机装配一次性达到要求；所述水平对分式半圆工装固定各机匣的安装位置，保证不同机匣之间的环形气隙；所述整体式圆筒工装采用了整体式的圆筒结构，用于固定机匣的相对安装位置，保证装配过程中静子与转子之间的间隙，使之不能碰撞干涉。

所述压气机由9级组成，采用两列可转导叶，第1级可转导叶、第2级及第3级静叶为悬臂结构，第4级至第8级静叶具有端壁气封结构，所述压气机机匣分别由前机匣、可转机匣1、抽气机匣4、中压机匣6、高压机匣8、承力机匣9、后机匣组成；

步骤一；将压气机转子安装、固定在前机匣上，第2级动叶外环2-1为独立的环形件，自上而下安装在第2级动叶顶部；

步骤二；安装水平对分式可转机匣1，并通过螺栓与前机匣连接，水平对分式可转机匣1后法兰端面设置有六处凹槽，用于与第2级动叶外环2-1止动销配合；

步骤三；安装独立的第2级静叶环3-1，第2级静叶环3-1为水平对分式结构，静叶采用悬臂式叶片，通过燕尾型榫头-榫槽结构安装在外环内，相邻静叶之间开设有圆孔，用于抽\引气；同样地，在第2级静叶环3-1前端设置有六处凹槽，用于与第2级动叶外环2-1止动销配合；

步骤四；安装抽气机匣4，抽气机匣4为环形结构，自上而下安装，通过螺钉与水平对分式可转机匣1连接，与第2级静叶环3-1对应，抽气机匣4内壁同样开设有圆孔，用于从第2级静叶环3-1引气；

步骤五；依次安装各级独立的动叶外环2-2、2-3、2-4和第3级静叶环3-2、第4级静叶环5-1；其中第4级静叶环5-1为带内环结构的水平对分式静叶环，各静叶片通过内环切口槽滑入内环，并通过止动块实现静叶片的周向定位；

步骤六；安装圆筒式中压机匣6，安装方式采用自上而下安装，并通过螺钉与抽气机匣4进行连接；

步骤七；安装水平对分式半圆工装，并用螺钉与抽气机匣4连接，另一端安装止推环7，止推环7安装有六个止动销，用于与第5级静叶环5-2凹槽配合；

步骤八；依次安装各级独立的水平对分式静叶环5-2、5-3、5-4、5-5和独立的动叶外环2-5、2-6、2-7、2-8，各级水平对分式静叶环5-2、5-3、5-4、5-5和动叶外环2-5、2-6、2-7、2-8均通过止动销和凹槽进行配合安装；

步骤九；安装高压机匣8，采用自上而下安装方式，并通过螺钉与水平对分式半圆工装和止推环7连接；

步骤十：安装圆筒式工装，所述圆筒式工装为整体结构，用螺钉将圆筒式工装与高压机匣8连接，在转子端通过大螺母压紧，防止高压机匣8位置发生变动；

步骤十一：移除水平对分式半圆工装；

步骤十二：安装承力机匣9，承力机匣9最小内径不小于高压机匣8后端面法兰外径，承力机匣9安装完成之后，第5级静叶环5-2前的引气可以顺利通过中压机匣6和高压机匣8缝隙；

步骤十三：移除圆筒式工装和大螺母；

步骤十四：最后安装后机匣，通过螺钉与高压机匣8连接，整个压气机装配过程完成。

为保证密封性，各机匣通过螺栓连接的法兰端面均涂抹XJ55液态密封胶。

为保证顺利装配，在各级水平对分式静叶环、外环与机匣的配合的外表面涂抹抗磨润滑剂成分为二硫化钼。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是为克服现有燃气轮机压气机机匣装配技术中存在的不足而采用的一种新型方法，它具有结构灵活、安装和拆卸方便，能够有效缩短压气机的装配周期。本发明还可以简化压气机机匣机构，保证了压气机机匣的装配性和维修性，可以适用于不同压比压气机，可以较好地解决现有压气机机匣水平中分面密封难题。

附图说明

图1是压气机转子和外环安装示意图；

图2是水平对分式可转机匣安装示意图；

图3是水平对分式静叶环安装示意图；

图4是抽气机匣安装示意图；

图5是水平对分式静叶环和外环依次安装示意图；

图6是圆筒式中压机匣安装示意图；

图7是水平对分式工装和止推环安装示意图；

图8是水平对分式静叶环和外环依次安装示意图；

图9是高压机匣安装示意图；

图10是圆筒式工装和大螺母安装示意图；

图11是水平对分式工装移除示意图；

图12是圆筒式承力机匣安装示意图；

图13是圆筒式工装移除示意图；

图14是后机匣安装示意图；

图15是一种圆筒型燃气轮机压气机机结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明专利作进一步的说明：

以某燃气轮机高压压气机为例来进行说明。该压气机由9级组成，采用两列可转导叶，第1级可转导叶、第2级及第3级静叶为悬臂结构，第4级至第8级静叶具有端壁气封结构。该压气机机匣分别由前机匣或过渡段、可转机匣1、抽气机匣4、中压机匣6、高压机匣8、承力机匣9、过渡段机匣或后机匣组成，具有典型的压气机几何结构特征，如：具有可转导叶、多种型式的抽\引气口等几何结构。整个压气机安装过程采用立式装配方式，可以明显降低重力对动静叶间隙和动叶叶顶间隙的影响，以及降低各转静子定位和对中难度，提高装配效率。

如图1所示，首先将压气机转子安装、固定在前机匣或过渡段上。第2级动叶外环2-1为独立的环形件，可以自上而下安装在第2级动叶顶部。

待第2级动叶外环2-1安装完成之后，接下来安装水平对分式可转机匣1，如图2所示，并通过螺栓与前机匣或过渡段连接。可转机匣1后法兰端面设置有六处凹槽，可用于与第2级动叶外环2-1止动销配合。

待可转机匣1安装完毕之后，开始安装独立的第2级静叶环3-1，如图3所示。该级静叶环3-1为水平对分式结构，静叶采用悬臂式叶片，通过燕尾型榫头-榫槽结构安装在外环内。相邻静叶之间开设有圆孔，用于抽\引气。同样地，在第2级静叶环3-1前端设置有六处凹槽，用于与第2级动叶外环2-1止动销配合。关于该类型静叶环与外环详细的安装说明可以参见专利CN207554419U。在结构设计时，各级动静叶之间的间隙要求大于凹槽深度或者止动销长度，否则会造成装配干涉。

接下来安装抽气机匣4，如图4所示。该抽气机匣4为环形结构，可以自上而下安装，通过螺钉与可转机匣1连接。与第2级静叶环3-1对应，抽气机匣4内壁同样开设有圆孔，用于从第2级静叶环3-1引气。

待抽气机匣4安装完毕之后，接下来依次安装各级独立的外环2-2、2-3、2-4和独立的水平对分式静叶环3-2、5-1，如图5所示。其中5-1为带内环结构的水平对分式静叶环，各静叶片通过内环切口槽滑入内环，并通过止动块实现静叶片的周向定位。关于该类型静叶环详细的安装说明可参见专利CN113513374A。

待各级外环2-2、2-3、2-4和水平对分式静叶环3-2、5-1安装完成之后，下一步安装圆筒式中压机匣6，安装方式仍采用自上而下安装，并通过螺钉与抽气机匣4进行连接，如图6所示。

由于需要从第5级动叶前引气，高压机匣8和中压机匣6并不连续，此时需用到水平对分式半圆工装用于保证各机匣的相对安装位置，如图7所示。该水平对分式半圆工装可以采用整体锻造加工，也可以采用分体焊接形式。待水平对分式半圆工装安装完成之后，用螺钉与抽气机匣4连接，另一端安装止推环7。止推环7安装有六个止动销，用于与第5级静叶环5-2凹槽配合。

待止推环7安装完成之后，同样地继续依次安装各级独立的水平对分式静叶环5-2、5-3、5-4、5-5和独立的外环2-5、2-6、2-7、2-8，各级水平对分式静叶环5-2、5-3、5-4、5-5和外环2-5、2-6、2-7、2-8均通过止动销和凹槽进行配合安装，如图8所示。

待各级水平对分式静叶环5-2、5-3、5-4、5-5和外环2-5、2-6、2-7、2-8安装完成之后，安装高压机匣8，仍采用自上而下安装方式，并通过螺钉与水平对分式半圆工装和止推环7连接，如图9所示。

待高压机匣8安装完成之后，再安装圆筒式工装。该圆筒式工装为整体结构，可以采用整体锻造加工，也可以采用分体焊接形式。用螺钉将圆筒式工装与高压机匣8连接，在转子端通过大螺母压紧，防止高压机匣8位置发生变动，如图10所示。

圆筒式工装安装完成之后，高压机匣8即可固定，与此同时可以移除水平对分式半圆工装，如图11所示。

待水平对分式半圆工装拆装完成之后，安装承力机匣9，如图12。要求承力机匣9最小内径不能小于高压机匣8后端面法兰外径，否则无法正常安装。承力机匣9安装完成之后，可以看到，第5级静叶前的引气可以顺利通过中压机匣6和高压机匣8缝隙。

待承力机匣9安装完成后，高压机匣8随之固定，此时可以移除圆筒式工装和大螺母，如图13所示。

最后安装过渡段或后机匣，通过螺钉与高压机匣8连接，整个压气机装配过程完成，如图14所示。

为保证密封性，各机匣通过螺栓连接的法兰端面均涂抹XJ55液态密封胶。为保证顺利装配，在各级水平对分式静叶环、外环与机匣的配合的外表面涂抹抗磨润滑剂主要成分为二硫化钼。

一种圆筒式燃气轮机压气机机匣装配方法，具体涉及到一种燃气轮机圆筒式压气机机匣装配方法及其使用的专用工装，主要包括：水平对分式可转机匣1，各级独立的整圆式外环2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7和2-8，各级独立的水平对分式静叶环3-1和3-2，抽气机匣4，带内环结构的水平对分式静叶环5-1、5-2、5-3、5-4和5-5，圆筒式中压机匣6，止推环7，高压机匣8和承力机匣9，此外还包括水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装。该装配方法包含了典型压气机的全部几何结构特征，如：具有可转导叶、多种型式的抽\引气口等几何结构。本发明主要解决现有水平对开式半圆机匣加工周期长、成本高，装配复杂的问题，可以广泛应用于航空发动机、舰船燃气轮机、工业型燃气轮机、工业用压缩机和轴流风机等领域。

所述的抽气机匣4、中压机匣6和高压机匣8，各机匣均为圆筒形结构，具有刚性好、便于加工的优点，可适用于压比较高的压气机，可有效避免漏气。

所述的外环、静叶环和机匣，外环、静叶环与各机匣为分体式结构，可以通过改变外环和静叶环相关尺寸来适应不同压气机机匣流道的收缩性，可简化机匣的加工工艺。同时当于叶片断裂造成机匣损伤后，只需将外环、静叶环更换或修复即可，机匣可以重复使用。

所述的抽气机匣4、中压机匣6、高压机匣8和承力机匣9，各机匣为分段式结构，用于保证抽\引气所用的环形气隙，可适用于抽\引气量较大的压气机，可简化机匣的加工工艺。

Claims (3)

1.一种圆筒式燃气轮机压气机机匣装配方法，其特征在于：包括如下步骤：按照先后顺序接续安装各级独立的动叶外环、静叶环，各独立的可转机匣(1)、抽气机匣(4)、中压机匣(6)、高压机匣(8)，期间通过水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装来保证相对安装位置不变，最后依次安装承力机匣(9)和后机匣的同时，再移除水平对分式半圆工装和整体式圆筒工装，使压气机装配一次性达到要求；所述水平对分式半圆工装固定各机匣的安装位置，保证不同机匣之间的环形气隙；所述整体式圆筒工装采用了整体式的圆筒结构，用于固定机匣的相对安装位置，保证装配过程中静子与转子之间的间隙，使之不能碰撞干涉；

所述压气机由9级组成，采用两列可转导叶，第1级可转导叶、第2级及第3级静叶为悬臂结构，第4级至第8级静叶具有端壁气封结构，所述压气机机匣分别由前机匣、可转机匣(1)、抽气机匣(4)、中压机匣(6)、高压机匣(8)、承力机匣(9)、后机匣组成；

步骤一；将压气机转子安装、固定在前机匣上，第2级动叶外环(2-1)为独立的环形件，自上而下安装在第2级动叶顶部；

步骤二；安装水平对分式可转机匣(1)，并通过螺栓与前机匣连接，水平对分式可转机匣(1)后法兰端面设置有六处凹槽，用于与第2级动叶外环(2-1)止动销配合；

步骤三；安装独立的第2级静叶环(3-1)，第2级静叶环(3-1)为水平对分式结构，静叶采用悬臂式叶片，通过燕尾型榫头-榫槽结构安装在外环内，相邻静叶之间开设有圆孔，用于抽\引气；同样地，在第2级静叶环(3-1)前端设置有六处凹槽，用于与第2级动叶外环(2-1)止动销配合；

步骤四；安装抽气机匣(4)，抽气机匣(4)为环形结构，自上而下安装，通过螺钉与水平对分式可转机匣(1)连接，与第2级静叶环(3-1)对应，抽气机匣(4)内壁同样开设有圆孔，用于从第2级静叶环(3-1)引气；

步骤五；依次安装各级独立的动叶外环(2-2)、(2-3)、(2-4)和第3级静叶环(3-2)、第4级静叶环(5-1)；其中第4级静叶环(5-1)为带内环结构的水平对分式静叶环，各静叶片通过内环切口槽滑入内环，并通过止动块实现静叶片的周向定位；

步骤六；安装圆筒式中压机匣(6)，安装方式采用自上而下安装，并通过螺钉与抽气机匣(4)进行连接；

步骤七；安装水平对分式半圆工装，并用螺钉与抽气机匣(4)连接，另一端安装止推环(7)，止推环(7)安装有六个止动销，用于与第5级静叶环(5-2)凹槽配合；

步骤八；依次安装各级独立的水平对分式静叶环(5-2)、(5-3)、(5-4)、(5-5)和独立的动叶外环(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)，各级水平对分式静叶环(5-2)、(5-3)、(5-4)、(5-5)和动叶外环(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)均通过止动销和凹槽进行配合安装；

步骤九；安装高压机匣(8)，采用自上而下安装方式，并通过螺钉与水平对分式半圆工装和止推环(7)连接；

步骤十：安装圆筒式工装，所述圆筒式工装为整体结构，用螺钉将圆筒式工装与高压机匣(8)连接，在转子端通过大螺母压紧，防止高压机匣(8)位置发生变动；

步骤十一：移除水平对分式半圆工装；

步骤十二：安装承力机匣(9)，承力机匣(9)最小内径不小于高压机匣(8)后端面法兰外径，承力机匣(9)安装完成之后，第5级静叶环(5-2)前的引气可以顺利通过中压机匣(6)和高压机匣(8)缝隙；

步骤十三：移除圆筒式工装和大螺母；

步骤十四：最后安装后机匣，通过螺钉与高压机匣(8)连接，整个压气机装配过程完成。

2.根据权利要求1所述的圆筒式燃气轮机压气机机匣装配方法，其特征在于：为保证密封性，各机匣通过螺栓连接的法兰端面均涂抹XJ55液态密封胶。

3.根据权利要求1所述的圆筒式燃气轮机压气机机匣装配方法，其特征在于：为保证顺利装配，在各级水平对分式静叶环、外环与机匣的配合的外表面涂抹抗磨润滑剂成分为二硫化钼。