CN203978508U - 两级燃气涡轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种两级燃气涡轮，包括涡轮转子、一级导向器和二级导向器，涡轮转子上间隔设有一级转子叶片组件和二级转子叶片组件；一级导向器内设有一级静子叶片组件，二级导向器内设有二级静子叶片组件；一级静子叶片组件与一级转子叶片组件配合；二级转子叶片组件与二级静子叶片组件配合。本实用新型提供的两级燃气涡轮采用两级叶片串联设计，具有结构紧凑、工艺性好、可靠性高等优点。

Description

两级燃气涡轮

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机领域，特别地，涉及一种两级燃气涡轮。

背景技术

燃气涡轮是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一，它把高温、高压燃气的部分热能压力能转变成旋转的机械功，从而带动压气机和其它附件工作。

涡轮外环一方面是组成发动机燃气流道的一部分。另一方面还需要与涡轮叶片叶尖配合以减少发动机工作过程中气体泄漏量。涡轮外环与涡轮叶片叶尖间的燃气泄漏量直接影响涡轮的效率，而涡轮效率直接影响到发动机的总体性能。

涡轮外环的内部直接与高温燃气接触，环境温度较高，而涡轮机匣的外部与冷气接触，环境温度较低，二者之间的温差必然导致二者之间的径向热膨胀不协调。涡轮外环设计时还需考虑考虑涡轮外环与涡轮机匣的热膨胀不协调性问题。

为了保证涡轮的径向间隙均匀分布，扇形段与涡轮转子在工作过程中应保持良好的同心度。如果扇形段沿周向分布不均匀，受热和受力后容易出现椭圆度超差和变形，从而不能保证均匀的叶尖间隙，使涡轮效率下降，形成发动机性能的衰退。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种两级燃气涡轮，以解决现有技术中涡轮外环与涡轮叶片叶尖配合不紧密的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种两级燃气涡轮，包括涡轮转子、一级导向器和二级导向器，涡轮转子上间隔设有一级转子叶片组件和二级转子叶片组件；一级导向器内设有一级静子叶片组件，二级导向器内设有二级静子叶片组件；一级静子叶片组件与一级转子叶片组件间隔设置；二级转子叶片组件与二级静子叶片组件间隔设置。

进一步地，还包括多个扇形段，扇形段分别安装于二级导向器的两端。

进一步地，扇形段包括一级扇形段和二级扇形段，一级扇形段安装于机匣内并与一级转子叶片组件相对设置，一级扇形段的两端分别靠接于一级导向器与二级导向器；

二级扇形段安装于后机匣内并与二级转子叶片组件相对设置，二级扇形段的一端靠接于二级导向器上。

进一步地，一级扇形段和二级扇形段由多个组装扇形段围成。

进一步地，组装扇形段的圆心角为30～60°。

进一步地，涡轮转子还包括涡轮转子轴、第一篦齿、第二篦齿和拉紧螺栓，一级转子叶片组件套设于涡轮转子的第一端上；二级转子叶片组件套设于涡轮转子的第二端上；第一篦齿紧靠二级转子叶片组件的外侧形成于涡轮转子第二端的侧壁上；第二篦齿紧靠第一篦齿的外侧形成于涡轮转子的第二端的侧壁上。

进一步地，一级转子叶片组件包括一级转子环和间隔设置于一级转子环外壁上的多个转子叶片；二级转子叶片组件包括二级转子环和间隔设置于二级转子环外壁上的多个转子叶片，一级转子环和二级转子环相对应开设多个螺栓安装孔，一级转子环和二级转子环通过拉紧螺栓安装于涡轮转子轴上。

进一步地，一级导向器包括：一级导向器外环、一级导向器内环和一级静子叶片组件，一级导向器内环外壁与一级导向器外环的内壁上安装有一级静子叶片组件；

二级导向器包括：二级导向器外环、二级导向器内环和二级静子叶片组件，二级导向器内环外壁与二级导向器外环内壁上安装有二级静子叶片组件。

进一步地，二级导向器内环外壁沿其周向排布多个径向销钉，二级导向器通过径向销钉固定于机匣内。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的两级燃气涡轮采用两级叶片串联设计，具有结构紧凑、工艺性好、可靠性高等优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例剖视侧视图；

图2是本实用新型优选实施例的涡轮转子立体前视示意图；

图3是本实用新型优选实施例的涡轮转子立体后视示意图；

图4是本实用新型优选实施例的导向器装配立体示意图；

图5是本实用新型优选实施例的二级导向器局部剖视立体示意图；

图6是本实用新型优选实施例的扇形段示意图；以及

图7是本实用新型优选实施例的扇形段的立体结构示意图。

图例说明：

100、涡轮转子；110、涡轮转子轴；112、第一篦齿；113、拉紧螺栓；114、第二篦齿；120、一级转子叶片组件；121、一级转子环；122、转子叶片；130、二级转子叶片组件；131、二级转子环；200、一级导向器；210、一级导向器外环；211、一级静子叶片组件；311、二级静子叶片组件；212、一级导向器内环；213、一级导向器固定环；220、一级扇形段；221、组装扇形段；330、二级扇形段；300、二级导向器；310、二级导向器外环；320、二级导向器内环；321、二级导向器固定环；400、径向销钉；500、甩油盘；600、后机匣；700、前机匣。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本实用新型提供了一种两级燃气涡轮，该两级燃气涡轮包括涡轮转子100和套设于涡轮转子100上，并与涡轮转子100上相应叶片配合的一级导向器200和二级导向器300。

如图2～3所示，涡轮转子100包括涡轮转子轴110、第一篦齿112、第二篦齿114、一级转子叶片组件120、二级转子叶片组件130和拉紧螺栓113。涡轮转子轴110的第一端外壁上设有一级转子叶片组件120。一级转子叶片组件120包括一级转子环121和间隔设置于一级转子环121外壁上的多个转子叶片122。一级转子环121套设于涡轮转子轴110第一端上。与一级转子叶片组件120间隔设置有二级转子叶片组件130。二级转子叶片组件130套设于涡轮转子轴110的外壁上。二级转子叶片组件130包括二级转子环131和间隔设置于二级转子环131外壁上的多个转子叶片122。一级转子环121和二级转子环131上相对应的设置多个螺栓安装孔。优选为6个沿周向排布的螺栓孔。通过拉紧螺栓113拉紧固定一级转子叶片组件120和二级转子叶片组件130。

参见图1和图3，拉紧螺栓113从二级转子环131端面进入，沿涡轮转子轴110轴向贯通一级转子环131和二级转子环121，从而将一级转子叶片组件120和二级转子叶片组件130固定于涡轮转子轴110上。拉紧螺栓113使得一级转子叶片组件120、二级转子叶片组件130能与压气机机匣和连接轴相连，一级转子叶片组件120、二级转子叶片组件130均采用传扭销来定心传扭。涡轮转子100第一端的外端上紧贴一级导向器200安装有甩油盘500。甩油盘500能容纳机油，也能容纳泄露的燃气，从而提高该两级燃气涡轮的燃烧效率。

参见图1和2，涡轮转子轴110的第二端侧壁紧挨拉紧螺栓113螺栓头，依序设置第一篦齿112和第二篦齿114。第一篦齿112形成于涡轮转子轴110侧壁的第一台阶面上。第一台阶面紧贴二级转子环131的端面。第一篦齿112形成于第一台阶面上。紧贴第一台阶面的下端面，在涡轮转子轴110侧壁上形成第一凹槽。第一凹槽内设置第二篦齿114。第一篦齿112和第二篦齿114配合阻止后支撑润滑油外泄，能进一步提高滑油回油能力。

参见图4和图5，一级导向器200包括一级导向器外环210、一级导向器内环212、一级静子叶片组件211。一级导向器外环210内容纳一级导向器内环212。一级导向器内环212外壁到一级导向器外环210的内壁之间间隔安装多个静子叶片形成一级静子叶片组件211。一级导向器内环212的内壁沿一级导向器内环212的径向向内形成凸环，作为一级导向器固定环213。一级导向器固定环213上沿径向贯通形成多个销钉孔。一级导向器外环210外壁上周向安装多个轴向销钉，通过轴向销钉将一级导向器外环210与机匣相连接，从而防止一级导向器200沿周向转动。一级导向器200套设于涡轮转子100的第一端上。一级导向器外环210的第一端与前机匣700相连接。

参见图5，二级导向器300结构与一级导向器200相同。二级导向器300包括二级导向器外环310、二级导向器内环320和二级静子叶片组件311。二级导向器内环320容纳于二级导向器外环310内。二级导向器内环320外壁至二级导向器外环310内壁之间设有由多个静子叶片间隔设置组成的二级静子叶片组件311。静子叶片的两端分别固接于二级导向器内环320外壁和二级导向器外环310内壁上。二级导向器内环320内壁沿二级导向器内环320径向凸起形成二级导向器固定环321。二级导向器内环320内壁设有螺纹。通过螺纹，二级导向器300固定于机匣内。二级导向器外环310上沿其径向设置多个径向销钉400。径向销钉400周向均布。通过径向销钉400将二级导向器300安装于后机匣600上，防止二级导向器300在机匣内的周向转动。

还包括一级扇形段220和二级扇形段330。一级扇形段220和二级扇形段330由多段如图6～7所示组装扇形段221组成。每个组装扇形段221之间留出间隙，这些间隙可以抵消由于温度变化而引起的导向器径向膨胀量，从而达到导向器与机匣受热后变形量协调的目的，提高涡轮的可靠性。组装扇形段221为圆心角为30～60°的扇形。组装扇形段221的两端具有凹槽，能插接于机匣的相应端面上。一级扇形段220通过两端的凹槽插接于机匣内。一级扇形段220的第一端与一级导向器外环210的第二端相靠接。一级扇形段220的第二端与二级导向器外环310的第一端面相靠接。

二级扇形段330通过两端的凹槽插接于后机匣600内。二级扇形段330的第一端靠接于二级导向器外环310的第二端。

一级扇形段220和二级扇形段330都固定在涡轮机匣内，同时在一级扇形段220和二级扇形段330上加工与涡轮转子100配合的面，从而保证一级扇形段220和二级扇形段330的同轴度，从而达到涡轮的径向间隙沿周向均匀分布。

工作时，燃气首先经过导向器内由静子叶片组成的收敛形通道，使得燃气流速增加，压力和温度下降，气流方向发生改变，燃气中的部分热能转变为动能。燃气以相对统一的方向流出静子叶片。之后燃气与处于导向器后的转子叶片相接触，推动转子叶片做功。

本实用新型提供的两级燃气涡轮通过在一个转子轴上集成两组转子叶片，同时串联与之配合的两级导向器，使得两级燃气涡轮结构紧凑。采用分段式扇形段使得扇形段与涡轮转子100在工作过程中保持良好的同心度，避免由于机匣和外环受热不均导致的变形不协调，进而引起的叶尖间隙不均问题。

经过试验，在地面燃气轮机与航空发动机中采用此类结构，具有结构紧凑、工艺性好、可靠性高等优点。按本方案涉及的燃气涡轮已经成功运用于某种机型，性能可靠。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种两级燃气涡轮，其特征在于，包括：涡轮转子(100)、一级导向器(200)和二级导向器(300)，

所述涡轮转子(100)上间隔设有一级转子叶片组件(120)和二级转子叶片组件(130)；

所述一级导向器(200)内设有一级静子叶片组件(211)，

所述二级导向器(300)内设有二级静子叶片组件(311)；

所述一级静子叶片组件(211)与所述一级转子叶片组件(120)间隔设置；

所述二级转子叶片组件(130)与所述二级静子叶片组件(311)间隔设置。

2.根据权利要求1所述的两级燃气涡轮，其特征在于，还包括多个扇形段，多个所述扇形段分别安装于所述二级导向器(300)的两端。

3.根据权利要求2所述的两级燃气涡轮，其特征在于，所述扇形段包括一级扇形段(220)和二级扇形段(330)，

所述一级扇形段(220)安装于机匣内并与所述一级转子叶片组件(120)相对设置，所述一级扇形段(220)的两端分别靠接于所述一级导向器(200)与所述二级导向器(300)；

所述二级扇形段(330)安装于后机匣(600)内并与所述二级转子叶片组件(130)相对设置，所述二级扇形段(330)的一端靠接于所述二级导向器(300)上。

4.根据权利要求3所述的两级燃气涡轮，所述一级扇形段(220)和所述二级扇形段(330)分别由多个组装扇形段(221)围成。

5.根据权利要求4所述的两级燃气涡轮，其特征在于，所述组装扇形段(221)的圆心角为30～60°。

6.根据权利要求5所述的两级燃气涡轮，其特征在于，所述涡轮转子(100)还包括：涡轮转子轴(110)、第一篦齿(112)、第二篦齿(114)和拉紧螺栓(113)，

所述一级转子叶片组件(120)套设于所述涡轮转子(100)的第一端上；

所述二级转子叶片组件(130)套设于所述涡轮转子(100)的第二端上；

所述第一篦齿(112)紧靠所述二级转子叶片组件(130)的外侧形成于所述涡轮转子(100)第二端的侧壁上；

所述第二篦齿(114)紧靠所述第一篦齿(112)的外侧形成于所述涡轮转子(100)的第二端的侧壁上。

7.根据权利要求6所述的两级燃气涡轮，其特征在于，

所述一级转子叶片组件(120)包括：一级转子环(121)和间隔设置于所述一级转子环(121)外壁上的多个转子叶片(122)；

所述二级转子叶片组件(130)包括：二级转子环(131)和间隔设置于所述二级转子环(131)外壁上的多个所述转子叶片(122)，

所述一级转子环(121)和所述二级转子环(131)相对应开设多个螺栓安装孔，所述一级转子环(121)和所述二级转子环(131)通过拉紧螺栓(113)安装于涡轮转子轴(110)上。

8.根据权利要求5所述的两级燃气涡轮，其特征在于，

所述一级导向器(200)包括：一级导向器外环(210)、一级导向器内环(212)和一级静子叶片组件(211)，所述一级导向器内环(212)外壁与所述一级导向器外环(210)的内壁上安装有所述一级静子叶片组件(211)；

所述二级导向器(300)包括：二级导向器外环(310)、二级导向器内环(320)和二级静子叶片组件(311)，所述二级导向器内环(320)外壁与所述二级导向器外环(310)内壁上安装有所述二级静子叶片组件(311)。

9.根据权利要求8所述的两级燃气涡轮，其特征在于，所述二级导向器内环(320)外壁沿其周向排布多个径向销钉(400)，所述二级导向器(300)通过所述径向销钉(400)固定于机匣内。