一种盘式燃气轮机转子轮盘的结合面连接结构

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构。


背景技术：

2.燃气轮机的转子具有多种机构型式，主要分为鼓式、盘式和盘鼓式。其中，盘式转子由其强度高的特点被广泛应用于燃气轮机领域。盘式转子由分为拉杆式和焊接式，焊接式转子由于由多级轮盘焊接而成，任何部分都不会发生错动，因而有更高的强度，但是其焊接工艺要求及其严格，且随冷却通道设计的要求焊接难度更进一步增高。因此，盘式拉杆转子得到广泛应用，具体分为周向拉杆盘式转子和中心拉杆盘式转子。
3.现有的燃气轮机盘式拉杆转子在使用过程中存在如下缺点：
4.1、盘式拉杆转子通过拉杆施加预紧力将多级轮盘压紧而成，轮盘间存在大量结合面。在转子系统工作过程中，结合面几乎纯粹依靠界面摩擦力传扭，导致转子在结合面处切向刚度较低且易发生摩擦力传扭不充分带来的振动。
5.2、盘式拉杆转子系统由于装配误差、热态起动或长时间工作导致的失效等原因会发生弯曲振动现象，这导致了转子的弯曲刚度较低，系统通常有较大振动，且整体使用寿命降低。
6.3、通过传力销的方式辅助传扭的拉杆转子系统，由于扭力销本身刚度较高，在结合面滑移需要借助其辅助传扭时会发生一定形变，降低其本身的复用性及转子系统的整体使用寿命。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提出一种盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构，以能够增强盘式转子轮盘结合面切向刚度和系统整体抗弯刚度，同时在发生滑移时提供阻尼和辅助传扭，降低燃气轮机转子使用过程中的振动，提高转子系统运行的安全性。
8.本发明提出的盘式燃气轮机转子轮盘的结合面连接结构，转子轮盘上开有拉杆孔，还包括金属橡胶减振件；所述的转子轮盘的两个侧面上开设有沿转子轮盘圆周均匀分布的多个减振件安装槽，转子系统安装时，相邻两级转子轮盘的表面贴合，两级转子轮盘的安装槽相对应；所述的减振件置于位置相对应的安装槽中。
9.本发明提出的盘式燃气轮机转子轮盘的结合面连接结构，其优点是：
10.1、本发明的盘式燃气轮机转子轮盘的结合面连接结构，通过在盘式拉杆转子的结合面处引入属橡胶减振件，可以有效增加拉杆转子系统的界面阻尼和刚度，降低转子系统的弯曲振动幅值，抑制弯曲/扭转故障现象的发生，利于燃气轮机机组的安全运行。
11.2、本发明的结合面连接结构，使用金属橡胶减振件辅助传扭，可以在滑移抑制后弹性恢复至最初的状态。
12.3、本发明提出的金属橡胶减振件，由金属丝通过编织高压成形生成，根据使用温
度环境，可以采用耐高温金属材料生成，不仅可以满足高温情况下轮盘膨胀对减振件弹性的要求，而且可以保证其在高温下的技术性能。
附图说明
13.图1为本发明提出的盘式燃气轮机转子轮盘的结合面连接结构的示意图。
14.图2为图1剖视图。
15.图3为本发明一个实施例中相邻两极转子轮盘的结合面示意图。
16.图4是图3的剖视图。
17.图1
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图4中，1是第一级转子轮盘，2是第二级转子轮盘，3是拉杆，4是减振件，5是减振件安装槽，6是拉杆孔，7是拉杆表面的环形凸肩。
具体实施方式
18.本发明提出的盘式燃气轮机转子轮盘的结合面连接结构，如图1所示，转子轮盘上开有拉杆孔6，还包括减振件4；所述的转子轮盘1的两个侧面上开设有沿转子轮盘圆周均匀分布的多个减振件安装槽5，转子系统安装时，相邻两级转子轮盘的表面贴合，两级转子轮盘的安装槽5相对应；所述的减振件4置于位置相对应的安装槽5中。
19.上述结合面连接结构中，所述的减振件4的材料为金属橡胶，减振件4的横截面为环形或圆形，减振件4的外周面与减振件安装槽5相互贴合。
20.上述结合面连接结构的减振件4的厚度l大于或等于转子轮盘上减振件安装槽5的深度k的二倍。如图2中所示。
21.本发明结合面连接结构的一个实施例中，转子系统安装时，转子系统的拉杆3穿过转子轮盘的拉杆孔6；所述的拉杆3上加工有环形凸肩7，所述的拉杆孔6的两端加工出减振件安装槽5，所述的减振件4置于由两级转子轮盘表面贴合而形成的减振件安装槽5中，减振件4包裹环形凸肩7，以避免拉杆与转子轮盘直接接触。如图3和图4所示。
22.本发明的盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构，包括盘式转子轮盘和金属橡胶减振件。各级燃气轮机转子轮盘的两侧相同位置均开设有安装槽。在装配过程中，各级轮盘盘面贴合，结合面两侧的轮盘安装槽相重合。金属橡胶减振件布置在两侧安装槽重合后形成的大安装槽内。金属橡胶材料是将螺旋状的金属丝通过编织后冷压成型的工艺成型的均质弹性多孔物质。由于金属橡胶材料的金属丝网间存在间隙，因此在加载过程中，会发生金属网之间的挤压、勾结和摩擦，使得该材料可以拥有橡胶材料阻尼大、抗冲击等弹性性能。同时由于金属橡胶材料由金属丝制成，兼具金属的耐高低温、不易老化、耐腐蚀和透气性好等一系列特性，构成了其在燃气轮机拉杆转子系统中起到良好效果的基础。
23.本发明的盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构，其中的金属橡胶减振件同时连接了两侧安装槽的周面，需要强调的是，该“连接”的方式可以是焊接、粘合等连接方式。因此，在系统的运转过程中，当系统本身由于公差或热弯曲产生附加力矩时，金属橡胶减振件本身的弹塑性静态性能可以提供反向力矩来自动完成平衡，可以降低系统发生弯曲振动的幅度；同时，在系统发生振动的时候，金属橡胶减振件在结合面处提供了额外的剪切刚度，降低转子系统横向振动的幅度，能够提高系统的临界频率，降低弯曲故障出现的危险，增加系统的使用寿命。
24.从加工便利性角度，金属橡胶减振件的截面可以为环形，该环形减振件的外周面与两侧转盘上开设的安装槽的壁面相贴合，并与两侧安装槽的周面相接。本发明中金属橡胶减振件的形状并不限于本实施例中展示的环形，也可以用多个柱状或块状的金属橡胶减振件布置在安装槽内，应当尽量保证所布置的金属橡胶减振件在安装槽内不发生周向和径向滑移。同时，所布置的减振件与两侧安装槽底面的连接性越好，所能够提供的阻尼作用越大，越能够起到更好的减振效果。
25.金属橡胶减振件沿拉杆孔轴向的长度不小于所述安装槽深度的二倍。因此当金属橡胶减振件被嵌设入两侧轮盘中间安装槽时，会有一定预变形。对于金属橡胶材料而言，当盘式燃气轮机转盘的对称方向同时设有该连接结构时，处在其拉压变形滞回曲线上一定预变形范围内的金属橡胶材料压缩量减小所导致的弹力降低大于对称方向弹性件压缩量增大导致的弹力增大，因而可以进一步提高拉杆转子整体的抗弯刚度。
26.本发明的盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构，每级转子轮盘的每个侧面均开设有多个安装槽，两侧安装槽一一对应且沿转子轮盘周向均匀分布，且每个安装槽均由金属橡胶减振件进行连接。由此可以充分发挥上述讨论中金属橡胶材料的迟滞变形特性，均匀有效地分配形变，可以用很小的形变提供较大的平衡力矩，对系统本身的稳定性影响较小。
27.本发明的盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构，在实际装配过程中，拉杆转子系统本身轮盘上为拉杆开设有轴向贯通的拉杆孔，为了尽量减少转盘上的开孔、防止转盘局部应力，可以充分利用拉杆和其配套的拉杆孔布置安装槽和金属橡胶减振件。在本发明的一个实施例中，如图3和图4所示，沿拉杆孔周向开设安装槽的方案，即直接在轮盘两侧均扩大一定深度的拉杆孔而形成安装槽。转子系统安装时，转子拉杆穿设于拉杆孔，拉杆上设有环形凸肩，金属橡胶减振件包裹拉杆上的环形凸肩，避免其与转子轮盘直接接触。这样的设计有利于降低拉杆的弯曲程度，并防止凸肩与转子轮盘的碰撞，提高系统整体的使用寿命。在图3和图4所示的实施例中，沿转子轮盘周向同时均匀布置有六组相对应的拉杆孔和安装槽，每组拉杆孔和安装槽中都应布置有拉杆和金属橡胶减振件，在图示中为简洁起见只绘制出了其中一组。实际机组装配过程中可以根据实际情况增加或减少该结合面机构数量。由此，可以借助周向均匀分布的拉杆孔实现沿周向均匀分布的安装槽，从而起到均匀分配形变的作用，利于降低转子系统的振动，提高系统的运动稳定性。
28.安装槽的开设方式不限于图3和图4所示的实施例中展示的方式。实际上，能够充分发挥金属橡胶材料的阻尼作用和减振效果的安装槽开设方式均为允许的。在图1中给出了安装槽开设方式的示例，在该示例中同样沿拉杆转子周向均匀开设有多个柱状的安装槽，同时由于不需要包裹拉杆，因此采用的金属橡胶减振件也可以是实心圆柱而非环状，如果加工条件容许，也可以采用其它截面形状。
29.综上所述，本发明的盘式燃气轮机轮盘的结合面连接结构，通过在相邻两级轮盘间的安装槽内放置金属橡胶减振件，可以有效增加拉杆转子系统在结合面的切向刚度和抗弯刚度，降低转子系统的弯曲振动幅度，抑制弯曲/扭转故障现象的发生，利于燃气轮机机组的安全运行。同时，借助金属橡胶减振件进行辅助传扭，有利于提高传扭机构的复用性，提高转子系统的使用寿命。
30.以上均为本发明的具体实施方式的示例。值得指出的是，本领域技术人员还可以对其设计局部进行改变，或对于其中部分技术特征进行等同替换，在不脱离本发明基本设
计思路的前提下，均视为本发明的保护范围。