CZ20002759A3 - Axial coupling for turbine rotor torque transmission - Google Patents
Axial coupling for turbine rotor torque transmission Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20002759A3 CZ20002759A3 CZ20002759A CZ20002759A CZ20002759A3 CZ 20002759 A3 CZ20002759 A3 CZ 20002759A3 CZ 20002759 A CZ20002759 A CZ 20002759A CZ 20002759 A CZ20002759 A CZ 20002759A CZ 20002759 A3 CZ20002759 A3 CZ 20002759A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- impeller
- joints
- axial connection
- slots
- compressor
- Prior art date
Links
Abstract
Axiální spojení (44) přenášející kroutící moment mezi párem přiléhajících oběžných kol (38, 40) se skládá z prvního oběžného kola (38), majícího první sadu axiálně protažených kloubů (48), kde tato první sada kloubů (48) je rozložena obvodově v prstencovém poli okolo prvního čela s prvními štěrbinami (54) mezi sebou, a dále z druhého oběžného kola (40) majícího druhou sadu axiálně protažených kloubů (52), kde tato druhá sada kloubů (52) je rozložena po obvodu v prstencovém poli s druhými štěrbinami (50) mezi sebou. První sada kloubů (48) je zasunuta do druhých štěrbin (50) a druhá sada kloubů (52) je zasunuta do prvních štěrbin (54). Každý z první sady kloubů (48) zabírá s přiléhajícím kloubem (52) ze sady druhé a to pouze na jediném radiálním povrchu (66).An axial connection (44) transmitting torque between the pair the adjacent impellers (38, 40) is comprised of a first an impeller (38) having a first set of axially extending the joints (48), wherein the first set of joints (48) is distributed circumferentially in an annular array around the first face with the first slots (54) between them and further from the second impeller (40) having a second set of axially extending joints (52), wherein the second set of joints (52) extends circumferentially in an annular array with second slits (50) therebetween. First the set of joints (48) is inserted into the second slots (50) and the second the set of joints (52) is inserted into the first slots (54). Everybody from of the first set of joints (48) engages with an adjacent joint (52) of the second set only on a single radial surface (66).
Description
Oblast technikyTechnical field
Tento vynález se týká axiálního spojení přenášejícího kroutící moment.The present invention relates to an axial connection transmitting torque.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Některé plynové turbíny a kompresorové rotory byly z historického hlediska „stohovatelné konstrukce, kde sada jednotlivých kol a hřídelí byla držena pohromadě sadou šroubů vedených v osovém směru skrze daný stoh. Napětí ve šroubech zde stlačuje kola a hřídele a drží je pohromadě a třecí síly poté umožňují přenos kroutícího momentu přes rozhraní, bez nutnosti spoléhat se na střižnou pevnost šroubů. Významné změny v třecích koeficientech čelních ploch přírub, sestavách šroubů a provozu stroje mohou vést k podstatným změnám schopnosti přenosu kroutícího momentu rotoru. Pokračující provoz za zvýšených teplot může vést k uvolnění napětí šroubů a dále ke snížení přenosově kapacity kroutícího momentu rotoru.Some gas turbines and compressor rotors were historically “stackable constructions, where a set of individual wheels and shafts were held together by a set of bolts directed axially through the stack. The tension in the bolts here compresses the wheels and shafts and holds them together, and the frictional forces then allow torque transmission across the interface without relying on the shear strength of the bolts. Significant changes in the friction coefficients of flange faces, bolt assemblies, and machine operation can lead to significant changes in rotor torque transfer capability. Continued operation at elevated temperatures may result in loosening the bolt tension and further reduce rotor torque transfer capacity.
Nyní dochází k přiblížení se k limitům kapacity kroutícího momentu hnaných stroj využívajících principu tření, díky vyšším teplotám provozu spojeným s novějšími a vyššími kompresními poměry a vysokou teplotou zážehu těchto strojů. Dále, provoz s nízkovýhřevnými syntetickými palivy („procesními palivy) zvyšuje přípustný výkon daných strojů, aniž by současně došlo k jakýmkoliv změnám v konstrukci rotoru. Pokud požadavky na kroutící moment rotoru překročí jeho skutečné schopnosti, kola proklouznou relativně navzájem k sobě, což obvykle povede ke spirálovitě protočenému, neboli „výstředníkovému rotoru. Nevyváženost, která je následkem tohoto, způsobí odstavení stroje díky nepřijatelným vibracím a bude vyžadovat časově náročné odstrojení stroje a jeho opětovnou montáž.The friction-driven torque capacity of driven machines is now approaching, due to higher operating temperatures associated with newer and higher compression ratios and high ignition temperatures of these machines. Furthermore, operation with low-heat synthetic fuels ("process fuels") increases the permissible power of the machines without simultaneously altering the rotor design. If the torque requirements of the rotor exceed its true capabilities, the wheels will slip relative to each other, usually resulting in a spiral or "eccentric rotor". The imbalance that results from this will cause the machine to shut down due to unacceptable vibration and will require time-consuming machine disassembly and reassembly.
Mnoho různých přístupů k přenosu kroutícího momentu, včetně tření, střižné pevnosti šroubů, radiálního ozubení kombinovaného se šrouby, ozubení na čelech oběžných kol kombinované se šrouby, atd., bylo aplikováno v průmyslových plynových turbínách nebo jiných rotačních strojích, ale. všechny měly svým způsobem odvozené nevýhody.Many different approaches to torque transmission, including friction, bolt shear strength, bolt radial gearing, bolt impeller gearing, etc., have been applied in industrial gas turbines or other rotary machines, but. they all had disadvantages in their own way.
Podstata vynálezůThe essence of the inventions
Tento vynález poskytuje systém pro kladný přenos kroutícího momentu mezi jednotlivými stupni rotoru (jsou uvažovány jak stupně v turbíně, tak i v kompresoru), určený pro vylepšení schopností přenosu kroutícího momentu průmyslových plynových turbín a ke snížení proměnlivosti těchto schopností. Zavedení takovéhoto systému často rovněž sníží potřebu vyšších tlakových zatížení v rotorové sadě čímž bude umožněno snížení napětí ve šroubech a/nebo průměru šroubů. Tak dojde ke zvýšení konstrukčního rozpětí šroubů a ke sníženým mrtvým zátěžím rotoru a síťového zatížení, nebo ke snížení hmotnosti.The present invention provides a system for positive torque transmission between rotor stages (both turbine and compressor stages), designed to improve the torque transmission capabilities of industrial gas turbines and to reduce the variability of these capabilities. The introduction of such a system often also reduces the need for higher pressure loads in the rotor set, thereby allowing a reduction in bolt stress and / or bolt diameter. This will increase the design span of the screws and reduce the rotor dead loads and mains load, or reduce weight.
Příkladem tohoto vynálezu je takové provedení, které se skládá ze sady axiálně protažených „kloubů obrobených v přiléhajících kolech, která mají být spojena. Tyto kloubyAn example of the present invention is one that consists of a set of axially extending "joints" machined in adjacent wheels to be joined. These joints
se spojují dohromady po celém čele přírub. Klouby samotné nemají žádné radiální nebo axiální rozhraní, a jsou zde proto použity ve shodě s polodrážkovým spojem, který udržuje radiální souosost rotoru. Axiální šrouby jsou stále vyžadovány, aby držely celou konstrukci pohromadě, ale protože klouby nesou obvodová zatížení (kroutící moment), vysoká zatížení v tlaku nejsou nutná a napětí ve šroubech nebo jejich průměry mohou být sníženy vzhledem k hodnotám používaným v současnosti.they join together across the flange face. The joints themselves have no radial or axial interface and are therefore used here in accordance with a rebate joint which maintains the radial alignment of the rotor. Axial bolts are still required to hold the whole structure together, but because the joints carry peripheral loads (torque), high compressive loads are not necessary and the bolt stresses or diameters can be reduced relative to the values currently used.
Podle toho v širším kontextu se tento vynález týká axiálního spojení přenášejícího kroutící moment mezi párem přiléhajících oběžných kol rotačního stroje, skládající se z prvního oběžného kola, majícího první sadu axiálně protažených kloubů, tato první sada kloubů je rozložena obvodově v prstencovém poli okolo prvního· čela s prvními' štěrbinami mezi sebou, a dále z druhého oběžného kola majícího druhou sadu axiálně protažených kloubů, tato druhá sada kloubů je rozložena po obvodu v prstencovém poli s druhými štěrbinami mezi sebou, jehož podstata je v tom, že první sada kloubů je zasunuta do druhých štěrbin a druhá sada kloubů je zasunuta do prvních štěrbin, každý z první sady kloubů zabírá s přiléhajícím kloubem ze sady druhé a to pouze na jediném radiálním povrchu.Accordingly, in a broader context, the present invention relates to an axial torque transmission connection between a pair of adjacent rotating machine impellers comprising a first impeller having a first set of axially extending joints, the first set of joints extending circumferentially in an annular field around the first face with the first slots between each other, and further from a second impeller having a second set of axially extending hinges, the second set of hinges extends circumferentially in an annular array with the second slots between each other, the essence being that the first set of hinges is inserted into the second slots and the second set of hinges are inserted into the first slots, each of the first set of hinges engaging the adjacent hinge of the second set, and only on a single radial surface.
Seznam obrázků na výkresechList of figures in drawings
souladu s tímto vynálezem,in accordance with the invention,
Obr. 3 ukazuje částečný řez nárysem náhonu, který je ukázaný na obr.2, aGiant. 3 shows a partial sectional view of the drive train shown in FIG. 2; and
Obr. 4 je částečný pohled v perspektivě na náhon, ilustrovaný na obr.2 a na obr.3.Giant. 4 is a partial perspective view of the drive illustrated in FIG. 2 and FIG.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Obr.l ukazuje obecně prostředí tohoto vynálezu. Specificky, obrázek ukazuje axiální kompresor 10 a plynovou turbínu 12. Vzduch z kompresoru 10 je vyveden do prstence konvenčních spalovacích komor 14 rozmístěných po obvodu okolo rotoru 16. Na obrázku je vidět pouze konečných pět stupňů na zadním konci kompresu a tyto jsou naznačeny obecně pozicí 18. Axiálně protažený stahovací šroub 20 je ukázán částečně a několik takovýchto šroubů je rozmístěno po obvodu· okolo rotoru a udržují stupně 18 kompresoru, nebo oběžná kola pohromadě.Figure 1 shows in general the environment of the present invention. Specifically, the figure shows an axial compressor 10 and a gas turbine 12. Air from the compressor 10 is discharged into a ring of conventional combustion chambers 14 spaced circumferentially around the rotor 16. Only the final five degrees at the rear end of the compressor are shown and indicated generally by position 18 An axially elongated tightening bolt 20 is shown in part and several such bolts are spaced circumferentially around the rotor and keep the compressor stages 18 or impellers together.
Podobně, stupně nebo oběžná kola 22, 24, 26 a 28plynové turbíny jsou proloženy distančními koly 30, 32 a 34 a drženy pohromadě podobným polem stahovacích šroubů (nejsou vidět), jeden z nich má osu 36.Similarly, the stages or impellers 22, 24, 26 and 28 of the gas turbine are interspersed by spacers 30, 32 and 34 and held together by a similar array of clamping screws (not visible), one of which has an axis 36.
Obr. 2 a obr.3 ukazují vlastnosti „kloubu v souladu s tímto vynálezem. Specificky, dvě přilehlá oběžná kola 38 a 40 zabírají spolu navzájem na rozhraní podél povrchu 42, protaženého v radiálním směru mezi spojením 44 radiálně vnějšího náhonu přenášejícím kroutící moment a radiálně vnitřním axiálně vystředěným polodrážkovým spojením 4 6. Spojení 44 radiálně vnějšího náhonu přenášející kroutící moment se skládá z obvodově rozmístěného pole vzájemně zabírajících zubů nebo kloubů, kde klouby 48 vytvořené v oběžném kole 38 jsou zasunuty do štěrbin 50 meziGiant. 2 and 3 show joint properties in accordance with the present invention. Specifically, the two adjacent impellers 38 and 40 engage with each other at an interface along a surface 42 extending in the radial direction between the radially outer torque transmission coupling 44 and the radially inner axially centered rebate coupler 46 6. The radially outer torque transmission coupling 44 rotates consists of a circumferentially spaced array of intermeshing teeth or joints, wherein the joints 48 formed in the impeller 38 are inserted into the slots 50 between
mezi klouby, 62 posledně přiléhajícími klouby 52 na oběžném kole 40. Podobně, klouby 52 vytvořené v kole 40 jsou zasunuty do štěrbin 54 mezi přiléhajícími klouby 48 na oběžném kole .38. Protože klouby 48 a 52 a štěrbiny 50 a 54 jsou identické, bude popsáno detailněji pouze oběžné kolo 38.between the joints 62 of the last adjacent joints 52 on the impeller 40. Similarly, the joints 52 formed in the wheel 40 are slid into the slots 54 between the adjacent joints 48 on the impeller. Since the joints 48 and 52 and the slots 50 and 54 are identical, only the impeller 38 will be described in more detail.
S odkazem rovněž na obr.4 je vidět, že klouby £8 vyčnívají osově z oběžného kola 38 v prstencovém poli. Radiálně vnitřní povrch 56 (pod kloubem 48) vyčnívá axiálně za radiálně vnější povrch 58 (nad klouby 48) a vytváří tak axiální lišty nebo příruby 60 po obvodu v rovině s radiálně vnitřním povrchem jmenovaného. Klouby 52 na kole 40 nebudou nicméně usazeny na povrchu 60. Ve skutečnosti klouby 48 a 52 nemají žádný radiální nebo axiální přesah a zabírají pouze podél protilehlých povrchů 64 a 66 (viz také obr. 3) ve směru otáčení rotoru a zanechají protilehlé povrchy 68 a 70 na protilehlé straně kloubů mírně přesazené navzájem od sebe. Jinými slovy axiální délka štěrbin 50 a 54 je větší než axiální délka kloubů 48 a 52, aby tak bylo zabráněno axiálnímu přesahu. Podobně, štěrbiny 50 a 54 jsou podříznuté mírně hlouběji radiálně než jsou radiální vnitřní povrchy kloubů 48 a 52, aby tak bylo zabráněno radiálnímu přesahu mezi oběžnými koly. Polodrážkový spoj ukázaný v bodě 4 6 poskytne radiální přesah/vystřeďovací funkci a zajistí, že veškerá oběžná kola budou na středové ose rotoru.Referring also to FIG. 4, the joints 48 extend axially from the impeller 38 in the annular field. The radially inner surface 56 (below the hinge 48) projects axially beyond the radially outer surface 58 (above the hinges 48) to form axial slats or flanges 60 circumferentially aligned with the radially inner surface of said. However, the joints 52 on the wheel 40 will not be seated on the surface 60. In fact, the joints 48 and 52 have no radial or axial interference and engage only along opposite surfaces 64 and 66 (see also FIG. 3) in the direction of rotation of the rotor. 70 on the opposite side of the joints slightly offset from each other. In other words, the axial length of the slots 50 and 54 is greater than the axial length of the joints 48 and 52 to prevent axial interference. Similarly, the slots 50 and 54 are undercut slightly deeper radially than the radial inner surfaces of the joints 48 and 52 to prevent radial interference between the impellers. The rebate coupling shown in point 4 6 will provide a radial overhang / centering function and ensure that all impellers are on the center axis of the rotor.
Boky štěrbin 50 a 54 a kloubů 48 a 52 jsou obrobeny radiálně v oběžném kole, takže mohou zajišťovat kol. Tento přiléhajících oběžných kol může nastat díky mechanickému nebo tepelnému zatížení. Protože tato vlastnost není použita pro radiální vyrovnávání rotoru, opotřebení vznikající díky relativně vzhledem rozdílový pohyb rozdílový pohyb k sobě prokluzovat a přiléhajících oběžných tomuto relativnímu pohybu není použito pro radiální vyrovnání rotoru, opotřebení vzniklé díky tomuto relativnímu pohybu by mělo být minimální (a menší než to, které vzniká na konvenčních typech spojení).The sides of the slots 50 and 54 and the joints 48 and 52 are machined radially in the impeller so that they can secure the wheels. This adjacent impeller can occur due to mechanical or thermal load. Since this property is not used for radial alignment of the rotor, the wear resulting from the relative motion of the differential motion slipping toward each other and adjacent the orbits of this relative motion is not used for radial rotor alignment, the wear resulting from this relative motion should be minimal (and less that arises on conventional types of connections).
Počet štěrbin/kloubů musí být integrálním násobkem počtu otvorů 72 stahovacích šroubů (pro stahovací šrouby ukázané na obr.2 čárkovanou čarou pozicí 7 3). Tak bude umožněno sestavení rotoru s jakoukoliv orientací (v či proti směru hodin), podle potřeby vyvážení rotoru. Skutečný počet může být stanoven tak, aby zajistil adekvátní pevnost ve střihu kloubů, aby tyto dokázaly přenést požadovaný kroutící moment rotoru. Všimněte si rovněž, že obvodová orientace kloubů/štěrbin musí být řízena relativně vzhledem k orientaci otvorů 72 stahovacích šroubů.The number of slots / joints must be an integral multiple of the number of holes 72 of the clamping screws (for the clamping screws shown in FIG. 2 by the dashed line at position 7 3). This will allow the rotor to be assembled with any orientation (clockwise or counterclockwise) as needed to balance the rotor. The actual number can be determined to provide adequate shear strength so that they can transmit the desired rotor torque. Note also that the circumferential orientation of the joints / slots must be controlled relative to the orientation of the holes 72 of the clamping screws.
Z důvodu toho, že štěrbiny 50 a 54 jsou obrobeny mírně širší než klouby 48 a 52, aby bylo možné se tak vyhnout obvodovému posunu oběžných kol během počátečního startování stroje, měla by montážní procedura zahrnovat obvodové polohování oběžných kol, a natočení každého kola ve směru provozně aplikovaného kroutícího momentu, jak je tento aplikován, na oběžná kola. Tímto způsobem, jediný rozměr štěrbin a kloubů, který potřebuje být pevně řízen, je orientace zatížených čel relativně k poloze otvoru šroubu (hloubka štěrbiny, výška a šířka jsou pro řízení mnohem méně kritickými). Je uvažováno, že pro oběžné kolo s průměrem pět stop mohou mít klouby axiální délku od 1/2 (12,7 mm) do 1 palce (25,4 mm) a obvodovou šířku asi 3 palce (76,2 mm). Tyto rozměry se mohou měnit, nicméně v závislosti na specifických aplikacích.Because the slots 50 and 54 are machined slightly wider than the joints 48 and 52 to avoid circumferential displacement of the impellers during the initial start of the machine, the assembly procedure should include the circumferential positioning of the impellers, and the rotation of each wheel in the direction an operationally applied torque as applied to the impellers. In this way, the only dimension of the slots and joints that need to be firmly controlled is the orientation of the loaded faces relative to the position of the bolt hole (slot depth, height and width are much less critical to steering). It is contemplated that for an impeller with a diameter of five feet, the joints may have an axial length from 1/2 (12.7 mm) to 1 inch (25.4 mm) and a circumferential width of about 3 inches (76.2 mm). These dimensions may vary, however, depending on the specific application.
Vynález může být aplikován na každém rozhraní mezi přilehlými oběžnými koly, jak v kompresorech, tak i v turbínách. Na jednu stranu, rozhraní na zadním konciThe invention can be applied at any interface between adjacent impellers, both in compressors and in turbines. On the one hand, the interface at the rear end
kompresoru a předním konci turbíny mohou mít zvláštní užitek z hnacího zařízení přenášejícího kroutící moment v provedení podle tohoto vynálezu. Například, u jednoho z upřednostňovaných provedení tohoto vynálezu zadních 5 stupňů 18-stupňového kompresoru a alespoň stupně 2a 3 turbíny mohou mít tento vynález zabudovaný. Navíc, spoj, kde je kompresor připojen k turbíně, může být vybaven podobně.The compressor and the front end of the turbine may benefit particularly from a torque transmitting drive device in an embodiment of the present invention. For example, in one of the preferred embodiments of the present invention, the rear 5 stages of the 18-stage compressor and at least the stages 2 and 3 of the turbine may incorporate the invention. In addition, the joint where the compressor is connected to the turbine may be similarly equipped.
Zatímco vynález byl popsán ve spojení s tím, co je v současnosti považováno za nejpraktičtější a upřednostňované provedení, je jasné, že vynález se neomezuje pouze na toto objasněné proyedení, ale naopak, je zamýšlen tak, že pokrývá různé modifikace a ekvivalentní uspořádání, zahrnutá v rámci pole působnosti připojených patentových nároků.While the invention has been described in connection with what is currently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is clear that the invention is not limited to this clarified embodiment but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included in the invention. within the scope of the appended claims.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20002759A CZ20002759A3 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Axial coupling for turbine rotor torque transmission |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20002759A CZ20002759A3 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Axial coupling for turbine rotor torque transmission |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ20002759A3 true CZ20002759A3 (en) | 2001-07-11 |
Family
ID=5471453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ20002759A CZ20002759A3 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Axial coupling for turbine rotor torque transmission |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ20002759A3 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189970U1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-06-13 | ГП НПКГ "Зоря"-"Машпроект" | GAS TURBINE ENGINE POWER RANGE FROM 15 TO 40 MW |
CN113557347A (en) * | 2019-03-12 | 2021-10-26 | 赛峰直升机引擎公司 | Curved tooth end face coupling for aircraft turbomachinery |
-
2000
- 2000-07-27 CZ CZ20002759A patent/CZ20002759A3/en unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189970U1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-06-13 | ГП НПКГ "Зоря"-"Машпроект" | GAS TURBINE ENGINE POWER RANGE FROM 15 TO 40 MW |
CN113557347A (en) * | 2019-03-12 | 2021-10-26 | 赛峰直升机引擎公司 | Curved tooth end face coupling for aircraft turbomachinery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10202851B2 (en) | Rotor for a radial compressor and a method for construction thereof | |
EP1413766B1 (en) | Compressor wheel assembly | |
RU2551453C2 (en) | Multistage rotor with coupling bolt and flange secured by bolts and method of assembly | |
US10280800B2 (en) | Coupling system comprising self locking joint | |
US6998756B2 (en) | Rotor shaft | |
US6572337B1 (en) | Turbine rotor torque transmission | |
US20100266437A1 (en) | Aircraft main engine fuel pump with multiple gear stages using shared journals | |
CZ20002759A3 (en) | Axial coupling for turbine rotor torque transmission | |
EP1273815A2 (en) | Coupling arrangement | |
EP2636845A2 (en) | Compressor/turbine rotor-torque transmission through hybrid drive | |
CN102913530B (en) | Self-locking nut and bolt assembly | |
CN115768985A (en) | Compressor comprising a drive shaft assembly and method for assembling said compressor | |
EP3408540B1 (en) | Twist-lock, boltless fixed scroll-to-frame joint | |
AU2022266952B2 (en) | Turbomachine rotor with stacked impellers and turbomachine | |
WO2024010582A1 (en) | Coupling joints to interconnect and transmit rotational torque between adjacent impeller bodies in a turbomachine | |
RU2345252C1 (en) | Centrifugal compressor | |
KR100426359B1 (en) | Assembling structure for thrust bearing bush of centrifugal compressor | |
RU2106538C1 (en) | Gas-turbine engine compressor rotor | |
JPH0429108Y2 (en) | ||
JP2011127429A (en) | Multistage turbine pump |