燃气轮机转子支撑机构及带有该支撑机构的燃气轮的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃气轮机转子支撑机构及带有该支撑机构的燃气轮机。燃气轮机转子支撑机构，包括设于燃气轮机转子轮盘两侧用于支撑燃气轮机转子的滚珠轴承，滚珠轴承包括设于燃气轮机转子轮盘第一侧转子轴上的第一滚珠轴承以及设于转子轮盘第二侧转子轴上的第二滚珠轴承，第一滚珠轴承包括第一外环，第一外环上设有用以向燃气轮机转子施加轴向力并缓冲燃气轮机转子轴向力的弹性机构；第二滚珠轴承设置为用以承受燃气轮机转子轴向力的止推轴承。能够提高燃气轮机轴向承载能力，消除轻载打滑的问题；整个支撑机构在高速运转状态下的结构稳定性好。
【专利说明】燃气轮机转子支撑机构及带有该支撑机构的燃气轮机
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机结构领域，特别地，涉及一种燃气轮机转子支撑机构。此外，本发明还涉及一种包括上述支撑机构的燃气轮机。
【背景技术】
[0002]燃气轮机是高速的旋转机械，微小型燃气轮机的工作转速通常在40000r/min以上，跨过了转子二阶甚至三阶临界转速。转速的急剧变化带来了压气机及涡轮前后截面的压力、温度的激增或激减，引起转子的轴向力快速变化甚至反向，可导致燃气轮机轴承轻载打滑或承载能力不够。
[0003]为了燃气轮机的轴系稳定性，国内外常采用滚珠轴承和滚棒轴承配合的方式支撑转子，转子的轴向力通过滚珠轴承传递到静子机匣上。但是滚珠轴承与滚棒轴承配合支撑方式虽然易于装配，但是由于转子的轴向力只能通过一个滚珠轴承传递出去，所以整个转子承受的轴向力有限且影响轴承的寿命。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种燃气轮机转子支撑机构及带有该支撑机构的燃气轮机，以解决现有的滚珠轴承与滚棒轴承配合的支撑方式导致燃气轮机轴向承载能力低、容易轻载打滑等的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种燃气轮机转子支撑机构，包括设于燃气轮机转子轮盘两侧用于支撑燃气轮机转子的滚珠轴承，滚珠轴承包括设于燃气轮机转子轮盘第一侧转子轴上的第一滚珠轴承以及设于转子轮盘第二侧转子轴上的第二滚珠轴承，第一滚珠轴承包括第一外环，第一滚珠轴承的第一外环上设有用以向燃气轮机转子施加轴向力并缓冲燃气轮机转子轴向力的弹性机构；第二滚珠轴承设置为用以承受燃气轮机转子轴向力的止推轴承。
[0007]进一步地，弹性机构包括沿燃气轮机转子的轴向布置并且一端固定在第一外环上的弹性预紧件以及用以固定弹性预紧件自由端的固定端板；弹性预紧件的第一端固接在第一外环的轴侧端面上，弹性预紧件的第二端固接在固定端板上，固定端板固接在燃气轮机静子上，通过弹性预紧件压紧第一外环对燃气轮机转子施加轴向力；弹性预紧件为预紧弹簧或者预紧弹片。也可以取消固定端板，弹性预紧件的自由端直接固定在燃气轮机静子上。
[0008]进一步地，弹性预紧件设置为多个，多个弹性预紧件沿燃气轮机转子的周向等间距布置；多个弹性预紧件固定在同一块固定端板上，或者每一个弹性预紧件分别连接有一块固定端板。
[0009]进一步地，滚珠轴承均采用半内环三点接触球轴承。
[0010]进一步地，第二滚珠轴承包括第二外环，第二外环外套设有用以防止第二外环沿周向滚动的防转环；第二外环与防转环通过过盈配合连接。
[0011]进一步地，防转环外设有用以减少支撑刚度和调整燃气轮机转子临界转速的柔性支撑件，防转环通过柔性支撑件安装在燃气轮机静子内，柔性支撑件为弹性环、弹性片、弹性块、弹性条中的至少一种。
[0012]进一步地，装有第二滚珠轴承的燃气轮机静子的轴侧端上封盖有锥形盖板，锥形盖板将锥形挡圈封盖在燃气轮机静子内，锥形盖板的锥面方向与锥形挡圈的锥面设置方向相反，锥形盖板与锥形挡圈之间通过锥面配合对第二外环进行自动定心。
[0013]进一步地，第二外环、防转环和柔性支撑件三者的组合结构的轴侧端面上贴合有用以缓冲轴侧端外力的调整垫圈；调整垫圈与锥形挡圈之间留有用以补偿第二外环热膨胀的间隙。
[0014]进一步地,锥形挡圈与调整垫圈之间的间隙< 0.1_。
[0015]根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机，包括燃气轮机转子和燃气轮机静子，燃气轮机转子与燃气轮机静子之间通过上述燃气轮机转子支撑机构进行支撑。
[0016]本发明具有以下有益效果:
[0017]本发明燃气轮机转子支撑机构，通过在燃气轮机转子轮盘的两侧布设滚珠轴承用以支撑燃气轮机转子；通过在第一滚珠轴承上设置弹性机构用以向燃气轮机转子施加轴向力并缓冲燃气轮机转子轴向力；将第二滚珠轴承设置为止推轴承用以承受燃气轮机转子轴向力；通过第一滚珠轴承与第二滚珠轴承之间的相互配合提高燃气轮机轴向承载能力，消除轻载打滑的问题；整个支撑机构在高速运转状态下的结构稳定性好。能用两个滚珠轴承分担整个转子的轴向力，扩大了轴承能承受的轴向力的变化范围，延长轴承寿命。
[0018]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1是本发明优选实施例的燃气轮机转子支撑机构的结构示意图；
[0021]图2是图1中A部位的局部放大结构示意图。
[0022]图例说明:
[0023]1、燃气轮机转子轮盘；2、燃气轮机转子；3、滚珠轴承；301、第一滚珠轴承；3011、第一外环；302、第二滚珠轴承；3021、第二外环；4、弹性机构；401、弹性预紧件；402、固定端板；5、燃气轮机静子；6、防转环；7、柔性支撑件；8、锥形盖板；9、锥形挡圈；10、调整垫圈。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由所限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0025]图1是本发明优选实施例的燃气轮机转子支撑机构的结构示意图；图2是图1中A部位的局部放大结构示意图。如图1和图2所示，本实施例的燃气轮机转子支撑机构，包括设于燃气轮机转子轮盘I两侧用于支撑燃气轮机转子2的滚珠轴承3，滚珠轴承3包括设于燃气轮机转子轮盘I第一侧转子轴上的第一滚珠轴承301以及设于转子轮盘第二侧转子轴上的第二滚珠轴承302，第一滚珠轴承301包括第一外环3011，第一外环3011上设有用以向燃气轮机转子2施加轴向力并缓冲燃气轮机转子2轴向力的弹性机构4 ;第二滚珠轴承302设置为用以承受燃气轮机转子2轴向力的止推轴承。本发明燃气轮机转子支撑机构，通过在燃气轮机转子轮盘I的两侧布设滚珠轴承3用以支撑燃气轮机转子2 ;通过在第一滚珠轴承301上设置弹性机构4用以向燃气轮机转子2施加轴向力并缓冲燃气轮机转子2轴向力；将第二滚珠轴承302设置为止推轴承用以承受燃气轮机转子2轴向力；通过第一滚珠轴承301与第二滚珠轴承302之间的相互配合提高燃气轮机轴向承载能力，消除轻载打滑的问题；整个支撑机构在高速运转状态下的结构稳定性好。能用两个滚珠轴承分担整个转子的轴向力，扩大了轴承能承受的轴向力的变化范围，延长轴承寿命。优选地，滚珠轴承安装时留有间隙，能补偿轴承的热变形，同时通过防转环防止外环转动。
[0026]本实施例中，弹性机构4包括沿燃气轮机转子2的轴向布置并且一端固定在第一外环3011上的弹性预紧件401以及用以固定弹性预紧件401自由端的固定端板402 ;弹性预紧件401的第一端固接在第一外环3011的轴侧端面上，弹性预紧件401的第二端固接在固定端板402上，固定端板402固接在燃气轮机静子5上，通过弹性预紧件401压紧第一外环3011对燃气轮机转子2施加轴向力；弹性预紧件401为预紧弹簧或者预紧弹片。
[0027]本实施例中，弹性预紧件401设置为多个，多个弹性预紧件401沿燃气轮机转子2的周向等间距布置；多个弹性预紧件401固定在同一块固定端板402上，或者每一个弹性预紧件401分别连接有一块固定端板402。
[0028]本实施例中，滚珠轴承3均采用半内环三点接触球轴承。便于轴承安装。轴承采用三点接触，结构的稳定性更好，承力、传力效果更好。
[0029]本实施例中，第二滚珠轴承302包括第二外环3021，第二外环3021外套设有用以防止第二外环3021沿周向滚动的防转环6 ;第二外环3021与防转环6通过过盈配合连接。
[0030]本实施例中，防转环6外设有用以减少支撑刚度和调整燃气轮机转子2临界转速的柔性支撑件7，防转环6通过柔性支撑件7安装在燃气轮机静子5内，柔性支撑件7为弹性环、弹性片、弹性块、弹性条中的至少一种。
[0031]本实施例中，装有第二滚珠轴承302的燃气轮机静子5的轴侧端上封盖有锥形盖板8，锥形盖板8将锥形挡圈9封盖在燃气轮机静子5内，锥形盖板8的锥面方向与锥形挡圈9的锥面设置方向相反，锥形盖板8与锥形挡圈9之间通过锥面配合对第二外环3021进行自动定心。
[0032]本实施例中，第二外环3021、防转环6和柔性支撑件7三者的组合结构的轴侧端面上贴合有用以缓冲轴侧端外力的调整垫圈10 ;调整垫圈10与锥形挡圈9之间留有用以补偿第二外环3021热膨胀的间隙。
[0033]本实施例中，锥形挡圈9与调整垫圈10之间的间隙≤0.1mm。
[0034]本实施例的燃气轮机，包括燃气轮机转子2和燃气轮机静子5，燃气轮机转子2与燃气轮机静子5之间通过上述燃气轮机转子支撑机构进行支撑。
[0035]实施时，燃气轮机转子2安装在两个双半内环三点接触球轴承(滚珠轴承3)上，其中一个双半内环三点接触球轴承通过预紧弹簧(弹性预紧件401)压紧双半内环三点接触球轴承的外环，对燃气轮机转子2施加轴向力，轴向力的大小处于等于燃气轮机额定工作状态时轴向力的1/4-3/4。优选地，轴向力的大小处于等于燃气轮机额定工作状态时轴向力的1/2。另一个半内环三点接触球轴是止推轴承，该半内环三点接触球轴的外环与防转环6过盈配合，防止外环周向滚动。防转环6外可安装弹性环或弹性片(柔性支撑件7)，减小支撑刚度，调整燃气轮机转子2安的临界转速，使燃气轮机的工作转速避开临界转速。
[0036]燃气轮机工作产生的轴向力由预紧弹簧抵消一部分，另一部分通过止推轴承传递到机匣上，两个轴承分担了转子的轴向力，提高了轴承的寿命。
[0037]止推轴承的外环由锥形盖板8、锥形挡圈9及调整垫圈10固定在燃气轮机静子5上，由调整垫圈10控制预留间隙在0.1以内。燃气轮机运转时，温度上升，由该间隙补偿轴承外环的热膨胀。锥形盖板8与锥形挡圈9相互配合，保证外环固定自动定心。
[0038]燃气轮机使用双滚珠轴承加弹簧预紧的转子支撑结构形式。弹簧对轴承施加轴向力的方式:预紧弹簧压紧外环，弹簧的个数可以是多个，施加的方向可以改变(可从轴向的左边也可从轴向的右边)，同时作用的轴承可以是任意一个。
[0039]弹簧预紧力的大小约等于燃气轮机额定工作状态时轴向力的1/2 ;止推轴承外环与固定预留间隙控制在0.1以内；止推轴承的固定方式采用锥面配合自动定心；轴承外环采用防转环过盈配合防转。能用两个滚珠轴承分担整个转子的轴向力，扩大了轴承能承受的轴向力的变化范围，延长轴承寿命；定位轴承安装时留有间隙，能补偿轴承的热变形，同时通过防转环防止外环转动。使用该燃气轮机转子支撑机构的某型燃气轮机已经成功完成原理样机研制。使用该支撑结构的燃气轮机工作平稳，振动小。
[0040]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种燃气轮机转子支撑机构，包括设于燃气轮机转子轮盘(1)两侧用于支撑燃气轮机转子⑵的滚珠轴承⑶， 所述滚珠轴承(3)包括设于所述燃气轮机转子轮盘(1)第一侧转子轴上的第一滚珠轴承(301)以及设于转子轮盘第二侧转子轴上的第二滚珠轴承(302)， 其特征在于， 所述第一滚珠轴承(301)包括第一外环(3011)， 所述第一外环(3011)上设有用以向所述燃气轮机转子(2)施加轴向力并缓冲所述燃气轮机转子⑵轴向力的弹性机构⑷； 所述第二滚珠轴承(302)设置为用以承受所述燃气轮机转子(2)轴向力的止推轴承。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于， 所述弹性机构(4)包括沿所述燃气轮机转子(2)的轴向布置并且一端固定在所述第一外环(3011)上的弹性预紧件(401)以及用以固定所述弹性预紧件(401)自由端的固定端板(402)； 所述弹性预紧件(401)的第一端固接在所述第一外环(3011)的轴侧端面上， 所述弹性预紧件(401)的第二端固接在所述固定端板(402)上， 所述固定端板(402)固接在燃气轮机静子(5)上， 通过所述弹性预紧件(401)压紧所述第一外环(3011)对所述燃气轮机转子(2)施加轴向力； 所述弹性预紧件(401)为预紧弹簧或者预紧弹片。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于， 所述弹性预紧件(401)设置为多个， 多个所述弹性预紧件(401)沿所述燃气轮机转子(2)的周向等间距布置； 多个所述弹性预紧件(401)固定在同一块所述固定端板(402)上， 或者每一个所述弹性预紧件(401)分别连接有一块所述固定端板(402)。
4.根据权利要求2所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于，所述滚珠轴承(3)均采用半内环三点接触球轴承。
5.根据权利要求2所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于， 所述第二滚珠轴承(302)包括第二外环(3021)， 所述第二外环(3021)外套设有用以防止所述第二外环(3021)沿周向滚动的防转环(6)； 所述第二外环(3021)与所述防转环(6)通过过盈配合连接。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于， 所述防转环(6)外设有用以减少支撑刚度和调整所述燃气轮机转子(2)临界转速的柔性支撑件⑵， 所述防转环(6)通过柔性支撑件(7)安装在所述燃气轮机静子(5)内， 所述柔性支撑件(7)为弹性环、弹性片、弹性块、弹性条中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于， 装有所述第二滚珠轴承(302)的所述燃气轮机静子(5)的轴侧端上封盖有锥形盖板⑶，所述锥形盖板(8)将锥形挡圈(9)封盖在所述燃气轮机静子(5)内， 所述锥形盖板(8)的锥面方向与所述锥形挡圈(9)的锥面设置方向相反， 所述锥形盖板(8)与所述锥形挡圈(9)之间通过锥面配合对所述第二外环(3021)进行自动定心。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于， 所述第二外环(3021)、所述防转环(6)和所述柔性支撑件(7)三者的组合结构的轴侧端面上贴合有用以缓冲轴侧端外力的调整垫圈(10)； 所述调整垫圈(10)与所述锥形挡圈(9)之间留有用以补偿所述第二外环(3021)热膨胀的间隙。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机转子支撑机构，其特征在于，所述锥形挡圈(9)与所述调整垫圈(10)之间的所述间隙< 0.1mm。
10.一种燃气轮机，包括燃气轮机转子(2)和燃气轮机静子(5)，其特征在于，燃气轮机转子⑵ 与燃气轮机静子(5)之间通过如权利要求1至9中任一项所述的燃气轮机转子支撑机构进行支撑。
【文档编号】F02C7/06GK104005797SQ201410244256
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】张亿力, 杨家礼, 刘秀芳, 黄舜, 季星星 申请人:中国航空动力机械研究所