CN117307254A - 一种燃气轮机的涡轮转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机的涡轮转子结构，包括转子叶片、涡轮盘和后挡板；所述涡轮盘呈圆盘形，所述转子叶片设置有与涡轮盘的叶片榫齿槽咬合配合的叶片榫头；所述后挡板抵紧于叶片榫齿槽并限制转子叶片向后移动；所述涡轮盘后侧的斜凸榫与后挡板的卯合部榫卯配合；叶片榫头与叶片榫齿槽之间形成有散热间隙，散热间隙中能够注入冷气，相邻卯合部之间的间隙连通于该散热间隙并能够流出冷气，以实现冷却降温。本方案中在叶片榫齿槽与叶片榫头的连接处形成散热间隙，同时利用相邻卯合部之间的间隙，实现散热通道的搭建，提高冷气对叶片榫齿槽与叶片榫头的连接处的冷却效果。

Description

一种燃气轮机的涡轮转子结构
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机的涡轮转子结构。
背景技术
燃气涡轮发动机的转子叶片是涡轮部件中受热腐蚀严重的部件之一，同时也承受的离心力最大的零件之一，因此需要在叶片榫头与涡轮盘的叶片榫齿槽的结合处注入冷气进行冷却。而为了防止转子叶片与涡轮盘在热冲击、振动和离心力的影响下松脱，往往需要通过相应的固定装置对叶片榫头与叶片榫齿槽的前后端面进行固定。
传统固定装置往往与涡轮盘之间往往不设置冷却通路，造成叶片榫头与涡轮盘的叶片榫齿槽之间的容易受热膨胀而产生应力，为了实现涡轮转子的叶片榫头与叶片榫齿槽之间的散热，有必要设计一种带散热通道的涡轮转子结构。
发明内容
为了解决现有技术涡轮转子的叶片榫头与叶片榫齿槽连接处散热的问题，本方案提供了一种燃气轮机的涡轮转子结构。
本发明所采用的技术方案为：
一种燃气轮机的涡轮转子结构，包括转子叶片、涡轮盘和后挡板；
所述涡轮盘呈圆盘形，在涡轮盘外缘设置有若干叶片榫齿槽；所述转子叶片的内端设置有与叶片榫齿槽咬合配合的叶片榫头；所述后挡板呈圆环形，并抵紧于叶片榫齿槽的后侧，以限制转子叶片向后移动；
所述涡轮盘后侧的盘面上环布有多个斜凸榫，在后挡板的内环侧设置有多个卯合部，斜凸榫与卯合部能够以榫卯连接方式连接，以实现后挡板与涡轮盘的相对固定；叶片榫头与叶片榫齿槽之间形成有散热间隙，散热间隙中能够注入冷气，相邻卯合部之间的间隙连通于该散热间隙并能够流出冷气，以实现冷却降温。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：各个斜凸榫朝向涡轮盘的后外侧或后内侧倾斜，在斜凸榫的自由端设置有锁片安装槽；在锁片安装槽内设置有紧固锁片；在卯合部上设置有相互垂直相交的卯合槽和锁槽，斜凸榫与卯合槽咬合时能够限制后挡板相对于涡轮盘的前后移动，所述紧固锁片的舌部弯入锁槽内时能够限制后挡板相对于涡轮盘的旋转移动。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：所述锁片安装槽呈T形，所述紧固锁片也呈T字形，紧固锁片的一端构成所述舌部；所述卯合槽呈V字形且其槽口倾斜的朝向于后挡板的前侧；所述锁槽位于卯合槽后侧的槽沿上。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：在涡轮盘前侧设置有前篦齿盘，前篦齿盘的外缘抵紧于叶片榫齿槽的前侧以限制转子叶片向前移动；在前篦齿盘的盘面上设置有盘面进气孔，在涡轮盘的外缘设置有连通叶片榫齿槽的槽底的传递气孔；冷气能够先后经过盘面进气孔、涡轮盘与前篦齿盘之间的隔腔、传递气孔进入散热间隙。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：所述叶片榫头的内端设置有叶片进气孔，该叶片进气孔连通转子叶片的内腔，散热间隙中的冷气能够从叶片进气孔进入到转子叶片内，然后从转子叶片的叶身上的孔排出。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：在叶片榫头与转子叶片叶身之间部位的左侧或右侧设置有叶片内侧槽，叶片内侧槽沿转子叶片的前后方向设置；经过前篦齿盘外缘与涡轮盘外缘之间间隙的冷气和散热间隙中的部分冷气，能够经过前篦齿盘外缘与叶片榫头之间的间隙流入到叶片内侧槽中，然后向叶片榫头后方流动。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：散热间隙中的冷气能够通过后挡板与叶片榫头之间的间隙流入到叶片内侧槽的后侧，然后向叶片榫头后方流动。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：在前篦齿盘与叶片榫头之间和后挡板与叶片榫头之间均设置有密封铜管，密封铜管能够限制进入叶片内侧槽处的冷气的流量。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：散热间隙中的冷气能够通过后挡板与涡轮盘外缘之间的间隙以及相邻卯合部之间的间隙，然后向涡轮盘的后方移动。
作为上述涡轮转子结构的备选结构或补充设计：在叶片榫头与转子叶片叶身之间部位的左侧或右侧设置有叶片内侧槽，叶片内侧槽沿转子叶片的前后方向设置；在该叶片内侧槽内穿入有连接杆，连接杆的后端具有钩部，该钩部能够挂连到后挡板的外缘处；连接杆的前端具有缺口部，该缺口部能够与前篦齿盘外缘上设置的L形锁槽咬合。
本发明的有益效果为：本方案中在叶片榫齿槽与叶片榫头的连接处形成散热间隙，同时利用相邻卯合部之间的间隙，实现散热通道的搭建，提高冷气对叶片榫齿槽与叶片榫头的连接处的冷却效果。
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是本方案中燃气轮机的涡轮转子结构的剖面局部图；
图2是斜凸榫、卯合部、紧固锁片的配合结构图；
图3是紧固锁片的结构图；
图4是斜凸榫的结构图；
图5是涡轮转子结构的冷气通道示意图；
图6是连接杆与转子叶片和后挡板的配合结构图；
图7是连接杆与前篦齿盘和后挡板的配合结构图；
图8是前篦齿盘的结构图；
图9是后挡板的结构图；
图10是连接杆的结构图。
图中：1-涡轮盘；11-传递气孔；12-斜凸榫；13-锁片安装槽；14-叶片榫齿槽；2-后挡板；21-卯合部；22-拉紧锁槽；23-卯合槽；24-锁槽；3-前篦齿盘；31-盘面进气孔；32-L形锁槽；4-紧固锁片；41-舌部；5-连接杆；51-钩部；52-缺口部；6-转子叶片；61-叶片进气孔；62-叶片内侧槽；63-叶片榫头；7-密封铜管；A-散热间隙。
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10所示，本实施例设计了一种燃气轮机的涡轮转子结构，包括转子叶片6、涡轮盘1和后挡板2等结构。
所述涡轮盘1呈圆盘形，在涡轮盘1外缘设置有若干叶片榫齿槽14，叶片榫齿槽14呈V字形，在叶片榫齿槽14的槽壁上设置有若干榫齿，各个榫齿呈长条形并平行于涡轮盘1的轴向；所述转子叶片6的内端设置有与叶片榫齿槽14咬合配合的叶片榫头63，叶片榫头63呈锥形，在叶片榫头63的锥面上设置有与榫齿咬合的凹凸结构，当叶片榫头63从叶片榫齿槽14后端插入时，叶片榫齿槽14与叶片榫头63相互咬合，从而实现两者之间的固定；所述后挡板2呈圆环形，该后挡板2能够抵紧于叶片榫齿槽14的后侧，从而限制转子叶片6向后移动。
在叶片榫头63与叶片榫齿槽14之间形成有散热间隙A，散热间隙A连通冷气源，相邻卯合部21之间的间隙也连通于该散热间隙A，以使散热间隙A中的冷气，能够从相邻卯合部21之间的间隙处向后排出，从而实现冷气通道搭建，如此能够保证冷气对叶片榫头63与叶片榫齿槽14连接处的冷却降温，从而减少叶片榫头63和叶片榫齿槽14受热膨胀而产生的应力，达到减小受热变形，保证涡轮转子的正常工作和使用寿命的效果。
此外，为了保证涡轮盘1与后挡板2能够形成供冷气排出的间隙，在后挡板2的内环侧设置有多个卯合部21，所述涡轮盘1后侧的盘面上环布有多个斜凸榫12，斜凸榫12与卯合部21能够以榫卯连接方式连接，利用斜凸榫12与卯合部21的配合实现后挡板2与涡轮盘1的相对固定的同时，也能够在相邻卯合部21之间形成间隙，从而排出散热间隙A中的冷气。卯合部21与斜凸榫12的配合既实现了叶片轴向限位，又增加了盘和榫头端面的冷却通路，减小了盘和叶片榫头63端面的热变形量，提高了疲劳寿命。
为了实现卯合部21与斜凸榫12之间的连接和锁紧，各个斜凸榫12倾斜设置并朝向涡轮盘1的后外侧，在斜凸榫12的自由端设置有锁片安装槽13，该锁片安装槽13可以设置为T形或L形等形状；在锁片安装槽13内设置有紧固锁片4，紧固锁片4呈对应的T字形或L形，使得紧固锁片4能够卡入到锁片安装槽13内，在卯合部21上设置有卯合槽23，卯合槽23呈V字形且其槽口倾斜的朝向于后挡板2的前内侧，当卯合部21与斜凸榫12错位放置后，旋转后挡板2即可实现卯合部21与斜凸榫12的正对和咬合，此时凸榫的斜前侧的斜面与卯合槽23斜前侧的斜面贴合，并为后挡板2提供向前的压力，从而利用斜凸榫12与卯合槽23的咬合，实现限制后挡板2相对于涡轮盘1的前后移动的目的。各个斜凸榫12还可以朝向涡轮盘1的后内侧倾斜，同时将卯合槽23的槽口设置为朝向于后挡板2的前外侧倾斜，保证卯合部21与斜凸榫12能够实现咬合即可。
此外，为了限制锁定卯合部21与斜凸榫12之间的咬合关系，在卯合部21上设置有与卯合槽23垂直相交的锁槽24，该锁槽24位于卯合槽23后侧的槽沿上，所述紧固锁片4一端的舌部41弯入锁槽24内时能够限制后挡板2相对于涡轮盘1的旋转移动。
实施例2
在实施例1的结构基础上，为了进一步提高叶片榫头63和叶片榫齿槽14处的冷气利用率和冷却效果，本实施例在叶片榫头63和叶片榫齿槽14处设计了更多的冷气通路。
在涡轮盘1前侧设置有前篦齿盘3，前篦齿盘3的外缘抵紧于叶片榫齿槽14的前侧以限制转子叶片6向前移动；在前篦齿盘3的盘面上设置有盘面进气孔31，该盘面进气孔31与前篦齿盘3前方的冷气源连通，从而实现冷气的引入。
冷气在经过盘面进气孔31进入前篦齿盘3与涡轮盘1之间的隔腔后，将会向不同方向进行分流。
第一部分的冷气：在涡轮盘1的外缘设置有连通叶片榫齿槽14的槽底的传递气孔11，所述叶片榫头63的内端设置有叶片进气孔61，该叶片进气孔61连通转子叶片6的内腔；第一部分冷气先后经过传递气孔11、散热间隙A、叶片进气孔61、转子叶片6内的内腔，然后从转子叶片6的叶身上的孔排出。
第二部分的冷气：在叶片榫头63与转子叶片6叶身之间部位的左侧或右侧设置有叶片内侧槽62，叶片内侧槽62沿转子叶片6的前后方向设置；第二部分冷气先后经过前篦齿盘3外缘与涡轮盘1外缘之间间隙、前篦齿盘3外缘与叶片榫头63之间的间隙、以及叶片内侧槽62，然后向叶片榫头63后方流动。
第三部分的冷气：先后经过传递气孔11、散热间隙A、前篦齿盘3外缘与叶片榫头63之间的间隙、以及叶片内侧槽62，然后向叶片榫头63后方流动。
第四部分的冷气：先后经过传递气孔11、散热间隙A、后挡板2与叶片榫头63之间的间隙、以及叶片内侧槽62的后侧，然后向叶片榫头63后方流动。
第五部分的冷气：先后经过传递气孔11、散热间隙A、后挡板2与涡轮盘1之间的间隙、以及相邻卯合部21之间的间隙，然后向涡轮盘1的后方移动。
需要说明的是，在前篦齿盘3的外缘与叶片榫头63之间设置有密封铜管7，在后挡板2与叶片榫头63之间也设置有密封铜管7，两处密封铜管7能够限制冷气进入叶片内侧槽62的流量，从而提高了冷气通路的气密性，保证了冷气的利用率和对叶片榫头63的冷却效果。
实施例3
在实施例2的结构基础上，为了提高前篦齿盘3的外缘、后挡板2与叶片榫头63的贴合度，提高叶片榫头63处的冷气通道的气密性，在该叶片内侧槽62内穿入有连接杆5。
连接杆5的后端具有钩部51，在后挡板2的外环沿处设置有拉紧锁槽22，该钩部51能够挂连到后挡板2的外缘的拉紧锁槽22处；连接杆5的前端具有缺口部52，该缺口部52能够与前篦齿盘3外缘上设置的L形锁槽32咬合，当连接杆5带缺口部52插入到L形锁槽32中后，旋转前篦齿盘3即可实现缺口部52与L形锁槽32的咬合锁紧，然后通过螺钉将前篦齿盘3与涡轮盘1连接固定即可。
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)

1.一种燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：包括转子叶片（6）、涡轮盘（1）和后挡板（2）；
所述涡轮盘（1）呈圆盘形，在涡轮盘（1）外缘设置有若干叶片榫齿槽（14）；所述转子叶片（6）的内端设置有与叶片榫齿槽（14）咬合配合的叶片榫头（63）；所述后挡板（2）呈圆环形，并抵紧于叶片榫齿槽（14）的后侧，以限制转子叶片（6）向后移动；
所述涡轮盘（1）后侧的盘面上环布有多个斜凸榫（12），在后挡板（2）的内环侧设置有多个卯合部（21），斜凸榫（12）与卯合部（21）能够以榫卯连接方式连接，以实现后挡板（2）与涡轮盘（1）的相对固定；叶片榫头（63）与叶片榫齿槽（14）之间形成有散热间隙（A），散热间隙（A）中能够注入冷气，相邻卯合部（21）之间的间隙连通于该散热间隙（A）并能够流出冷气，以实现冷却降温。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：各个斜凸榫（12）朝向涡轮盘（1）的后外侧或后内侧倾斜，在斜凸榫（12）的自由端设置有锁片安装槽（13）；在锁片安装槽（13）内设置有紧固锁片（4）；在卯合部（21）上设置有相互垂直相交的卯合槽（23）和锁槽（24），斜凸榫（12）与卯合槽（23）咬合时能够限制后挡板（2）相对于涡轮盘（1）的前后移动，所述紧固锁片（4）的舌部（41）弯入锁槽（24）内时能够限制后挡板（2）相对于涡轮盘（1）的旋转移动。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：所述锁片安装槽（13）呈T形，所述紧固锁片（4）也呈T字形，紧固锁片（4）的一端构成所述舌部（41）；所述卯合槽（23）呈V字形且其槽口倾斜的朝向于后挡板（2）的前侧；所述锁槽（24）位于卯合槽（23）后侧的槽沿上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：在涡轮盘（1）前侧设置有前篦齿盘（3），前篦齿盘（3）的外缘抵紧于叶片榫齿槽（14）的前侧以限制转子叶片（6）向前移动；在前篦齿盘（3）的盘面上设置有盘面进气孔（31），在涡轮盘（1）的外缘设置有连通叶片榫齿槽（14）的槽底的传递气孔（11）；冷气能够先后经过盘面进气孔（31）、涡轮盘（1）与前篦齿盘（3）之间的隔腔、传递气孔（11）进入散热间隙（A）。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：所述叶片榫头（63）的内端设置有叶片进气孔（61），该叶片进气孔（61）连通转子叶片（6）的内腔，散热间隙（A）中的冷气能够从叶片进气孔（61）进入到转子叶片（6）内，然后从转子叶片（6）的叶身上的孔排出。
6.根据权利要求4所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：在叶片榫头（63）与转子叶片（6）叶身之间部位的左侧或右侧设置有叶片内侧槽（62），叶片内侧槽（62）沿转子叶片（6）的前后方向设置；经过前篦齿盘（3）外缘与涡轮盘（1）外缘之间间隙的冷气和散热间隙（A）中的部分冷气，能够经过前篦齿盘（3）外缘与叶片榫头（63）之间的间隙流入到叶片内侧槽（62）中，然后向叶片榫头（63）后方流动。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：散热间隙（A）中的冷气能够通过后挡板（2）与叶片榫头（63）之间的间隙流入到叶片内侧槽（62）的后侧，然后向叶片榫头（63）后方流动。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：在前篦齿盘（3）与叶片榫头（63）之间和后挡板（2）与叶片榫头（63）之间均设置有密封铜管（7），密封铜管（7）能够限制进入叶片内侧槽（62）处的冷气的流量。
9.根据权利要求4所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：散热间隙（A）中的冷气能够通过后挡板（2）与涡轮盘（1）外缘之间的间隙以及相邻卯合部（21）之间的间隙，然后向涡轮盘（1）的后方移动。
10.根据权利要求4所述的燃气轮机的涡轮转子结构，其特征在于：在叶片榫头（63）与转子叶片（6）叶身之间部位的左侧或右侧设置有叶片内侧槽（62），叶片内侧槽（62）沿转子叶片（6）的前后方向设置；在该叶片内侧槽（62）内穿入有连接杆（5），连接杆（5）的后端具有钩部（51），该钩部（51）能够挂连到后挡板（2）的外缘处；连接杆（5）的前端具有缺口部（52），该缺口部（52）能够与前篦齿盘（3）外缘上设置的L形锁槽（32）咬合。
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