专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202510004491.5 | 申请日 | 2025-01-02 |
公开(公告)号 | CN119801735A | 公开(公告)日 | 2025-04-11 |
申请人 | 中国航发沈阳发动机研究所; | 申请人类型 | 科研院所 |
发明人 | 徐鑫; 张傲; 尚超英; | 第一发明人 | 徐鑫 |
权利人 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 权利人类型 | 科研院所 |
当前权利人 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 当前权利人类型 | 科研院所 |
省份 | 当前专利权人所在省份:辽宁省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:辽宁省沈阳市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号 | 邮编 | 当前专利权人邮编:110066 |
主IPC国际分类 | F02C7/20 | 所有IPC国际分类 | F02C7/20 ; F02C7/06 ; F02C7/12 ; F02C7/28 ; F01D25/24 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京航信高科知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 蒋力; |
摘要 | 本 申请 提供了一种气冷式斜支板 燃气轮机 热端承 力 框架 ,属于燃气轮机技术领域,该承力框架包括:外承力机匣;内承力机匣,内承力机匣内侧设有 轴承 座,用于形成 轴承腔 ;连接外承力机匣和内承力机匣的斜支板,斜支板为空心气冷支板,所述斜支板包括功能性支板和非功能性支板,所述功能性支板包括供油支板、回油支板和封严支板,所述供油支板用于供油管的穿过,所述回油支板用于回油管的穿过,所述封严支板用于封严引气的引入与输送,所述功能性支板和非功能性支板周向间隔分布;冷联管,所述冷联管连接相邻两个的斜支板,用于将流入封严支板的封严引气输送至供油支板、回油支板、非功能性支板及封严腔,以对斜支板进行冷却和对轴承腔进行封严。 | ||
权利要求 | 1.一种气冷式斜支板燃气轮机热端承力框架,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 一种气冷式斜支板燃气轮机热端承力框架技术领域[0001] 本申请属于燃气轮机技术领域,特别涉及一种气冷式斜支板燃气轮机热端承力框架。 背景技术[0002] 承力框架作为燃气轮机的承力部件,用于支承和传递转子的载荷,将转子载荷由轴承座传至外承力机匣,通常承力框架由外承力机匣、内承力机匣、一定数量的支板、轴承座及封严结构等组成,其中支板作为穿过主流道的主承力结构,在保证刚性稳定的前提下,还承担着提供引气、供/回油、通风路径的作用。 [0003] 受主流道气流温度梯度的影响,热端承力框架需具有相应的热变形协调能力,一旦局部出现热变形不协调,便可能影响支点同心度从而引发振动,情况严重甚至导致承力框架出现裂纹,影响燃气轮机的工作安全;另外,受主流高温燃气热辐射、内承力机匣热传导的影响,热端承力框架内轴承座的表面温度往往随燃机工况的升高而升高,导致轴承腔内的滑油介质温度也不断攀升,降低了滑油粘度,加快了轴承、齿轮等运动副的磨损。 [0004] 现有的燃气轮机热端承力框架通常采用内、外承力机匣和支板整体铸造或焊接加工的方式。对于批量较小的发动机,尤其是研制阶段,受整体铸造单台成本高、废品率高、易产生铸造缺陷等影响,通常采用内、外承力机匣和支板焊接加工的形式,其中,斜支板可以调节承力机匣的相对热膨差,是支板形式的首选。然而,由于是焊接结构,降低了加工精度和尺寸稳定性,也容易产生焊接应力,降低构件承载能力,情况严重时会产生裂纹,造成安全事故。 [0005] 此外,现有的燃气轮机热端承力框架,其轴承座与内承力机匣间通常采用止口定心、螺栓拧紧定位,燃机高工况或过渡态时,内承力机匣、轴承座径温度梯度较大,其配合止口容易产生分离,导致转子支承系统失稳,引发振动。另外,由于轴承座的表面温度过高,轴承腔内的滑油介质受热辐射影响容易超温,因此在滑油牌号的选型上也有诸多限制,往往采用使用温度较高的4010、4050润滑油,局限性大。发明内容 [0006] 本申请的目的是提供了一种气冷式斜支板燃气轮机热端承力框架,以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。 [0007] 本申请的技术方案是:一种气冷式斜支板燃气轮机热端承力框架,包括: [0008] 外承力机匣; [0009] 内承力机匣,所述内承力机匣内侧设有轴承座,用于形成轴承腔; [0010] 连接所述外承力机匣和内承力机匣的斜支板,所述斜支板为空心气冷支板,所述斜支板包括功能性支板和非功能性支板,所述功能性支板包括供油支板、回油支板和封严支板,所述供油支板用于供油管的穿过,所述回油支板用于回油管的穿过,所述封严支板用于封严引气的引入与输送,所述功能性支板和非功能性支板周向分布且相邻两个功能性支板之间至少设置一个非功能性支板; [0011] 冷联管,所述冷联管连接相邻两个的斜支板,用于将流入封严支板的封严引气输送至供油支板、回油支板、非功能性支板及封严腔,以对斜支板进行冷却和对轴承腔进行封严。 [0012] 在本申请可选实施方式中,所述功能性支板的数量及类型根据承力框架的刚度及功能需求确定。 [0013] 在本申请可选实施方式中,所述供油支板内部具有沿着支板长度方向延伸的三个腔室,该三个腔室包括位于中间的供油管腔室和位于供油管腔室前后两侧的供油支板前腔室和供油支板后腔室,所述供油支板前腔室和供油支板后腔室通过供油支板通孔与供油管腔室连通; [0014] 所述供油管穿过供油管腔室的顶部和底部,所述供油支板前腔室与供油支板后腔室上设有供油支板冷联管安装口,所述冷联管安装在所述供油支板冷联管安装口上而与相邻的非功能性支板连接。 [0015] 在本申请可选实施方式中,所述回油支板内部具有沿着支板长度方向延伸的三个腔室,该三个腔室包括位于中间的回油管腔室和位于回油管腔室前后两侧的回油支板前腔室和回油支板后腔室,所述回油支板前腔室和回油支板后腔室通过回油支板通孔与回油管腔室连通; [0016] 所述回油管穿过回油管腔室的顶部和底部,所述回油支板前腔室与回油支板后腔室上设有回油支板冷联管安装口,所述冷联管安装在所述回油支板冷联管安装口上而与相邻的非功能性支板连接。 [0017] 在本申请可选实施方式中,所述封严支板内部具有沿着支板长度方向延伸的三个腔室,该三个腔室包括位于中间的引气管腔室和位于引气管腔室前后两侧的封严支板前腔室和封严支板后腔室,所述封严支板前腔室和封严支板后腔室分别在封严支板根部和尖部与引气管腔室连通,从而形成折返式流道; [0018] 所述引气管腔室的顶部和底部连接封严引气管,所述封严支板前腔室与封严支板后腔室上设有封严支板冷联管安装口,冷联管安装在封严支板冷联管安装口上而与相邻的非功能性支板连接。 [0019] 在本申请可选实施方式中,所述非功能性支板的内部具有沿着支板长度方向延伸的三个腔室,该三个腔室包括中腔室和位于中腔室前后两侧的非功能性支板前腔室和非功能性支板后腔室,所述非功能性支板前腔室和非功能性支板后腔室分别在非功能性支板根部和尖部与中腔室连通,从而形成折返式流道; [0020] 所述非功能性支板前腔室与非功能性支板后腔室上设有非功能性支板冷联管安装口,冷联管安装在非功能性支板冷联管安装口上而与相邻的功能性支板连接。 [0021] 在本申请可选实施方式中,所述供油支板前腔室与供油支板后腔室上的供油支板冷联管安装口分布在供油支板的两侧; [0022] 所述回油支板前腔室与回油支板后腔室上的回油支板冷联管安装口分布在回油支板的两侧; [0023] 所述封严支板前腔室与封严支板后腔室上的封严支板冷联管安装口分布在封严支板的两侧; [0024] 所述非功能性支板前腔室与非功能性支板后腔室上的非功能性支板冷联管安装口分布在非功能性支板的两侧。 [0025] 在本申请可选实施方式中,所述非功能性支板的内侧通过周向设置的销轴固定在内承力机匣上,所述销轴与非功能性支板之间安装有关节轴承。 [0026] 在本申请可选实施方式中,所述斜支板的外侧通过1个衬套轴向定位和2个径向拉紧螺栓与外承力机匣固定连接。 [0027] 在本申请可选实施方式中,所述内承力机匣与轴承座采用止口定心、螺栓连接的方式固定。 [0028] 本申请提供的气冷式斜支板燃气轮机热端机匣承力框架具有空心结构、可独立拆装的斜支板承力框架,解决了支板、内/外承力机匣、轴承座间的热变形不协调,滑油牌号受限以及小批量热端承力框架的支板、承力机匣整体铸造单台成本高、废品率高、易产生铸造缺陷等问题。附图说明 [0029] 为了更清楚地说明本申请提供的技术方案,下面将对附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。 [0030] 图1为本申请的气冷式斜支板燃气轮机热端机匣承力框架总体示意图。 [0031] 图2为基于图1的A‑A剖供油支板安装结构示意图。 [0032] 图3为基于图2的E‑E剖供油支板截面示意图。 [0033] 图4为基于图1的B‑B剖回油支板安装结构示意图。 [0034] 图5为基于图1的C‑C剖封严支板安装结构示意图。 [0035] 图6为基于图5的F‑F剖封严支板截面示意图。 [0036] 图7为基于图1的D‑D剖非功能性支板安装结构示意图。 [0037] 图8为基于图7的G‑G剖非功能性支板截面示意图。 [0038] 附图标记: [0039] 100‑承力框架 [0040] 1‑外承力机匣 [0041] 11‑供油管 [0042] 12‑回油管 [0043] 13‑支点封严引气管 [0044] 2‑内承力机匣 [0045] 21‑轴承座 [0046] 22‑石墨密封装置 [0047] 23‑前封严环 [0048] 3‑斜支板 [0049] 31‑供油支板 [0050] 311‑供油管腔室 [0051] 312‑供油支板前腔室 [0052] 313‑供油支板后腔室 [0053] 314‑供油支板冷联管安装口 [0054] 315‑供油支板通孔 [0055] 32‑回油支板 [0056] 33‑封严支板 [0057] 331‑引气管腔室 [0058] 332‑封严支板前腔室 [0059] 333‑封严支板后腔室 [0060] 334‑封严支板冷联管安装口 [0061] 34‑非功能性支板 [0062] 341‑中腔室 [0063] 342‑非功能性支板前腔室 [0064] 343‑非功能性支板后腔室 [0065] 344‑非功能性支板冷联管安装口 [0066] 4‑冷联管 具体实施方式[0067] 为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。 [0068] 本申请提供一种气冷式斜支板的燃气轮机热端承力框架,一方面可有效提高支板、内/外承力机匣、轴承座之间的热变形协调能力,又可抑制轴承腔内滑油介质的温度水平,另一方面得益于支板可独立拆装的结构,避免了焊接和整体铸造带来问题。 [0069] 如图1至图6所示,本申请提供的气冷式斜支板燃气轮机热端机匣承力框架100包括:外承力机匣1、内承力机匣2、斜支板3及冷联管4。 [0070] 外承力机匣1设置在内承力机匣2外侧,外承力机匣1为多边形框架结构,内承力机匣2为圆筒型结构,相同几何半径及支板数量情况下,多边形的外承力机匣1的刚度强于常见的圆筒形外承力机匣。外承力机匣1与内承力机匣2通过斜支板3进行支撑,其中,斜支板3与外承力机匣1的连接部位位于多边形框架结构中每个多边形的中间。斜支板3为一组空心结构的气冷支板,其数量可根据承力框架的刚度及支板的功能需求(供油/回油、轴承腔通风、引气等)确定。冷联管4为双排管路,其连接相邻的斜支板3,用于将封严引气引入到其余斜支板的空心结构中,以实现其余斜支板3的冷却。在本申请图示实施例中,斜支板3的数量为12个。 [0071] 本申请如下实施例中以实现供油、回油和封严引气功能为例进行说明。可以理解的是,本申请的承力框架100可根据空气系统及滑油系统的要求增加轴向力平衡流路、轴承腔通风流路等,并相应调整功能性支板的数量和类别。 [0072] 在本申请该实施例的承力框架100包括供油管11、回油管12及支点封严引气管13,供油管11、回油管12及支点封严引气管13设置在外承力机匣1与内承力机匣2之间,用于提供供/回油通道及封严引气通道。内承力机匣2的内侧安装有轴承座21、石墨密封装置22及前封严环23,轴承座21、石墨密封装置22之间可形成轴承腔,石墨密封装置22、前封严环23之间可形成封严腔。 [0073] 本申请中的斜支板3包括功能性支板和非功能性支板34,本申请该实施例中,按照支板内空腔的构造差异将功能性支板分为两种,一种是用于供回油的供油支板31和回油支板32,另一种是引气的封严支板33。两类支板均为空心多腔室结构,且两类支板沿周向分布,相邻的功能性支板之间至少设置一个非功能性支板34。例如在本申请图示实施例中,相邻两个功能性支板之间设有两个非功能性支板34。 [0074] 如图2和图3所示为本申请中的供油支板安装结构及其截面示意图,供油支板31内部设有三个沿支板长度方向延伸的三个腔室——即位于中间用于供油管11穿过的供油管腔室311和位于供油管腔室311前后两侧的供油支板前腔室312与供油支板后腔室313,供油支板前腔室312与供油支板后腔室313通过供油支板通孔315与供油管腔室311连通。供油支板前腔室312与供油支板后腔室313上均设有供油支板冷联管安装口314,冷联管4安装在供油支板冷联管安装口314上而与相邻的非功能性支板连接,实现支板的周向相互联通。冷气自冷联管4流入供油支板前腔室312和供油支板后腔室313,经过供油支板通孔315后进入供油管腔室311,对供油管腔室311内的供油管11进行冷却后,沿着供油管腔室311流到轴承座外腔内。 [0075] 本申请的供油支板31利用冷气通道实现支板降温,改善工作环境,提高结构稳定性和使用寿命,协调内、外承力机匣与支板间的变形协调。中间的供油管腔室311通过隔肋与前后腔室物理隔离,提供供油通道,实现轴承腔供油功能。供油管腔室311与轴承座21外腔相通,隔肋上设置的多组供油支板通孔315形成冲击冷气孔,降低中间的供油管腔室311内管路温度水平的同时,形成冷却气膜包裹在轴承座21外围,实现轴承腔内滑油介质的冷却均温。 [0076] 在本申请优选实施例中,供油支板前腔室312与供油支板后腔室313上的供油支板冷联管安装口314分布在供油支板的两侧。 [0077] 如图4所示为本申请中的回油支板安装结构示意图,回油支板32与供油支板31结构相同。回油支板32内部设有三个沿支板长度方向延伸的三个腔室——即位于中间用于回油管12穿过的回油管腔室和位于回油管腔室前后两侧的回油支板前腔室与回油支板后腔室,回油支板前腔室与回油支板后腔室通过回油支板通孔与回油管腔室连通。回油支板前腔室与回油支板后腔室上均设有回油支板冷联管安装口,冷联管4安装在回油支板冷联管安装口上而与相邻的非功能性支板连接,实现支板的周向相互联通。冷气自冷联管4流入回油支板前腔室和回油支板后腔室,经过回油支板通孔后进入回油管腔室,对回油管腔室内的回油管12进行冷却后,沿着回油管腔室流到轴承座外腔,形成冷却气膜包裹在轴承座外围,实现轴承腔内滑油介质的冷却均温。 [0078] 如图5和图6所示为本申请中的封严支板安装结构及其截面示意图,封严支板33的内部具有沿着支板长度方向延伸的三个腔室——即引气管腔室331和位于引气管腔室331前后两侧的封严支板前腔室332和封严支板后腔室333,封严支板前腔室332和封严支板后腔室333分别在封严支板根部和尖部与引气管腔室331连通,从而形成折返式流道。引气管腔室331的顶部和底部连接封严引气管13,封严支板前腔室332与封严支板后腔室333上均设有封严支板冷联管安装口334,冷联管4安装在封严支板冷联管安装口334上与相邻的非功能性支板连接,实现支板的周向相互联通。通过封严引气管13引入的冷却气沿着引气管腔室331一部分向两侧的封严支板前腔室332和封严支板后腔室333流通,进而流入冷联管4中;另一部分从引气管腔室331底部的封严引气管13流入封严腔中。 [0079] 本申请的封严支板33利用折返式流道实现支板的降温,协调内、外承力机匣与支板间的变形协调。中间的引气管腔室331底部设置台阶孔,用于安装封严引气管13,实现封严腔引气功能。 [0080] 在本申请优选实施例中,封严支板前腔室332与封严支板后腔室333上的封严支板冷联管安装口334分布在封严支板的两侧。 [0081] 如图7和图8所示为本申请中的非功能性支板安装结构及其截面示意图,其余封严支板33结构相似,不同之处在于,非功能性支板的中间腔室不提供管路通道。具体的,非功能性支板的内部具有沿着支板长度方向延伸的三个腔室——即中腔室341和位于中腔室341前后两侧的非功能性支板前腔室342和非功能性支板后腔室343,非功能性支板前腔室 342和非功能性支板后腔室343分别在支板根部和尖部与中腔室341连通,从而形成折返式流道。非功能性支板前腔室342与非功能性支板后腔室343上均设有非功能性支板冷联管安装口344,冷联管4安装在非功能性支板冷联管安装口344上而与相邻的功能性支板连接,实现支板的周向相互联通。 [0082] 本申请的非功能性支板34利用支板内折返式流道实现支板降温,协调内、外承力机匣与支板间的变形协调,相较于功能性支板,其中腔室不提供管路通道,而是与前后腔室之间彼此联通。 [0083] 在本申请优选实施例中,非功能性支板前腔室342与非功能性支板后腔室343上的非功能性支板冷联管安装口344分布在非功能性支板的两侧。 [0084] 此外本申请中的非功能性支板34为一组独立可拆装的支板,每个非功能性支板34的内侧利用2个周向设置的销轴14将非功能性支板35固定在内承力机匣2上,销轴14与非功能性支板35之间安装有关节轴承15,以消除热变形不协调引起的内、外承力机匣“较劲”情况,进而降低支板因应力集中发生裂纹甚至断裂的风险。 [0085] 在本申请中,每个斜支板3的外侧通过1个轴向定位衬套16和2个径向拉紧螺栓17与外承力机匣1固定连接。斜支板3可独立拆装的结构形式,避免了焊接结构斜支板3和承力机匣焊接出现焊接应力,整体铸造结构斜支板3和承力机匣整体铸造单台成本高、废品率高、易产生铸造缺陷等问题。 [0086] 在本申请一些实施例中,轴承座21与内承力机匣2采用止口定心、螺栓拧紧的方式连接,止口在冷装时保证装配质量,高工况或过渡态,内承力机匣2和轴承座21止口配合面得益于供/回油支板中间腔室的冷却气流,不易产生分离,无形中提高转子支承系统的稳定性,确保燃机工作状态下定心稳定可靠。同时,轴承座21和轴承外环211尽量选择线膨胀系数相同或相近的材料,以减少轴承座21与轴承外环211之间的变形不协调量。 [0087] 本申请提供的气冷式斜支板燃气轮机热端机匣承力框架具有空心结构、可独立拆装的斜支板承力框架,解决了支板、内/外承力机匣、轴承座间的热变形不协调,滑油牌号受限以及小批量热端承力框架的支板、承力机匣整体铸造单台成本高、废品率高、易产生铸造缺陷等问题。 [0088] 以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |