一种磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机等流体旋转机械技术领域，尤其是涉及一种磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构。


背景技术：

2.作为燃气轮机的核心部件，燃机转子的结构和支承结构设计尤为重要。通常，燃气轮机、压缩机等转动机械的转子多采用滑动轴承支承方式，该结构方式需要庞大的润滑油系统，导致系统占用空间较大。此外，在燃机启动和停机时容易对轴瓦造成破坏磨损，最终降低转子运行振动平稳性和工作寿命。机组运行时，滑动轴承的支承刚度不可人为调整，这就使得转子的临界转速相对单一。
3.常规民用燃机转子为实心轴结构，转子自身重量很高，极大增加了陀螺惯性，此外在涡轮发出功不变的情况下，自身消耗功很大，实心转子的转动惯量也非常大，降低了转子弯曲临界转速。


技术实现要素：

4.针对现有技术不足，本发明提供一种磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构，以减小轴承占用空间，扩展转子频率调谐裕度，以提高转子临界转速，最终提高转子使用寿命。
5.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构，包括半联轴器，所述半联轴器的右侧插装有主轴，所述主轴的左侧环面上安装有前磁轴承，所述主轴外且位于前磁轴承的右侧安装有压气机轴，所述压气机轴的外环面上安装有若干压气机叶片，所述主轴的右侧安装有涡轮轴，所述涡轮轴与所述主轴之间安装有若干结构相同的专用双头螺栓，所述涡轮轴的外部安装有后磁轴承，所述涡轮轴的右端面上安装有涡轮组件。
6.优选的,所述前磁轴承包括滚动保护轴承，所述滚动保护轴承与所述主轴相连接，所述滚动保护轴承内左右两侧分别安装有推力轴承和径向轴承，所述推力轴承和所述径向轴承分别与所述主轴相连接。
7.优选的,所述后磁轴承上开设有空气冷却孔。
8.优选的,所述涡轮组件包括一级涡轮盘，所述一级涡轮盘与所述涡轮轴相连接，所述一级涡轮盘的外环面上安装有一级涡轮叶片，所述一级涡轮盘的右侧安装有二级涡轮盘，所述二级涡轮盘的外侧安装有二级涡轮叶片，所述一级涡轮盘和所述二级涡轮盘上均插装有若干结构相同的配重块a，所述一级涡轮盘通过圆周均布的拉杆螺栓组a与所述涡轮轴相连接，所述一级涡轮盘通过圆周均布的拉杆螺栓组b与所述二级涡轮盘相连接。
9.优选的,所述压气机轴的左右两侧端面上均嵌装有若干结构相同的配重块b，所述主轴为空心结构，所述压气机轴的外环面上且位于左右两侧螺旋安装有圆周径向均布的配重螺钉孔。
10.优选的,所述配重块a为燕尾型。
11.优选的,所述半联轴器的最外圆周面开设有若干圆周均布的矩形槽。
12.有益效果
13.本实用新型提供了一种磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构。具备以下有益效果:该磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构，采用刚性转子设计，整个转子具有较高的弯曲刚度，而且刚度和质量沿轴向分布较协调，以保证转子系统在工作转速范围内无弯曲临街转速。
14.轴承采用一组(两个)磁悬浮轴承。这在国内中小型燃机行业首次使用，这里我们定义压气机后端轴承定义为前轴承，涡轮前端轴承定义为后轴承。
15.使用的磁轴承可以通过自动控制系统调节磁力作用大小，即调节轴承的支承刚度，以达到调控转子临界转速范围，大大降低转子振动值，使转子运行更加平稳。
16.运行时的转子轴颈保持与磁轴承分离的悬浮状态，该非接触状态保证转子轴颈几乎无磨损，大大提高转子的使用寿命。
17.滚动保护轴承材料为金属陶瓷，此材料较纯金属硬度更高，有明显的耐磨、耐腐蚀、耐高温的优点。
18.采用两级涡轮结构，一级涡轮为空心腔结构，用于通流冷却叶片的空气。两级涡轮叶片均涂有耐高温涂层。以增加叶片疲劳蠕变强度。
附图说明
19.图1为本实用新型的结构示意图。
20.图2为本实用新型的剖面结构示意图。
21.图3为本实用新型的局部剖面结构示意图。
22.图4为本实用新型的半联轴器剖面结构示意图。
23.图中：1、半联轴器；2、前磁轴承；3、压气机叶片；4、压气机轴；5、后磁轴承；6、一级涡轮叶片；7、二级涡轮叶片；8、配重螺钉；9、空气冷却孔；10、主轴；20、专用双头螺栓；21、拉杆螺栓组a；22、拉杆螺栓组b； 23、配重块a；24、一级涡轮盘；25、二级涡轮盘；26、涡轮轴；27、配重块 b；31、推力轴承；32、滚动保护轴承；33、径向轴承。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
25.请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种磁轴承支承的燃气轮机空心转子结构，主要包括半联轴器1、压气机轴4、涡轮轴26、前磁轴承 2、后磁轴承5、一级涡轮盘24、二级涡轮盘25。
26.优选地，半联轴器1与主轴10采用套齿结构连接传扭。与常规矩形键形式联轴器相比疲劳寿命长，强度裕度较大。此外，半联轴器连接法兰的最外圆周面加工60个圆周均布的矩形槽，便于测量转子工作转速。对转子运行启动检测保护的作用。
27.压气机叶片3的t型榫头圆周均布的安装到压气机轴4的t型槽中；压气机轴4和涡
轮轴26均为空心结构，且通过专用双头螺栓连接紧固，与常规实心轴相比，具有重量轻、不容易变形；因其质量轻，从而在涡轮发出功相同前提下，进而增加燃机输出功率。
28.涡轮轴26和一级涡轮盘24通过高强度的拉杆螺栓组a连接紧固，一级涡轮盘24和二级涡轮盘25通过高强度的拉杆螺栓组b连接紧固。一级涡轮叶片6为空心腔结构，用于流通冷却叶片的空气。两级涡轮叶片均涂有耐高温涂层。以增加叶片疲劳寿命和蠕变强度。
29.压气机轴4、涡轮轴26、一级涡轮盘24和二级涡轮盘25均设有安装燕尾形平衡配重块a23的凹槽，此外，压气机轴4外圆面设定圆周均布的螺纹孔，为转子动平衡校验时加装配螺钉8。
30.优选地，本发明的燃机转子采用磁悬浮轴承支承方式，这在国内中小型燃机行业首次使用。压气机后端布置前磁轴承2，涡轮前端布置后磁轴承5，此外，后磁轴承5设有的空气冷却孔9，该布置方式相比支承全布置在转子外端的结构，具有减小跨距，提高弯曲刚度的优点。最终使转子的弯曲临界转速得以提升。
31.燃机非运转时，转子通过金属陶瓷材料的滚动保护轴承32支承托起。工作运转时，在电磁作用下，燃机转子起浮，并与径向轴承33、推力轴承31 分离。与滑动轴承相比，因为没有润滑油系统设备，大大节省燃机的占用空间；磁悬浮轴承径向轴承33与转子无接触，只有滚动保护轴承32与转子接触，这种结构大大减小了燃机转子的使用寿命；更重要的，磁悬浮轴承的支承刚度可以通过控制系统来调节大小，从而可以降低转子的弯曲振动幅值，提高转子临界转速范围，即极大提高转子的振动特性，使转子运转更平稳。
32.通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
33.实施例：本专利采用刚性转子设计，整个转子具有较高的弯曲刚度，而且刚度和质量沿轴向分布较协调，以保证转子系统在工作转速范围内无弯曲临街转速。
34.轴承采用一组(两个)磁悬浮轴承。这在国内中小型燃机行业首次使用，这里我们定义压气机后端轴承定义为前轴承，涡轮前端轴承定义为后轴承。
35.使用的磁轴承可以通过自动控制系统调节磁力作用大小，即调节轴承的支承刚度，以达到调控转子临界转速范围，大大降低转子振动值，使转子运行更加平稳。
36.运行时的转子轴颈保持与磁轴承分离的悬浮状态，该非接触状态保证转子轴颈几乎无磨损，大大提高转子的使用寿命。
37.滚动保护轴承材料为金属陶瓷，此材料较纯金属硬度更高，有明显的耐磨、耐腐蚀、耐高温的优点。
38.采用两级涡轮结构，一级涡轮为空心腔结构，用于通流冷却叶片的空气。两级涡轮叶片均涂有耐高温涂层。以增加叶片疲劳蠕变强度。
39.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
40.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。