燃气轮的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种燃气轮机，包括定子(20)以及相对定子(20)转动的转子(10)，定子(20)包括朝向转子(10)延伸的定子前缘(21)，转子(10)包括朝向定子(20)延伸的转子前缘(11)，定子前缘(21)和转子前缘(11)间隙配合，转子前缘(11)的与定子前缘(21)相配合的端面形成第一锥面，定子前缘(21)与转子前缘(11)相配合的端面为与第一锥面相适配的第二锥面。本发明的燃气轮机有效地解决了现有技术中燃气轮机的为满足转子前缘与定子前缘配的密封要求和配合要求导致的加工成本过高的问题。
【专利说明】燃气轮机
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机【技术领域】，具体而言，涉及一种燃气轮机。
【背景技术】
[0002]如图1和图2所示，燃气轮机的涡轮由转子10’和定子20’构成，涡轮转子10’为高速旋转部件，而涡轮定子20’则与燃气轮机的机匣固定连接。为保证燃气轮机的性能，除使用专用的密封装置防止燃气泄漏外，还必须控制涡轮转子10’与定子20’在燃气流道处的配合间隙d足够小。配合间隙d的减小可以减小高温燃气的泄漏。由于转子10’和定子20’之间是不应当发生相互刮擦的，配合间隙d是不能减小为零的。配合间隙d会受到装配技术、转子10’支撑轴承游隙以及转子10’转动时的振动幅度等因素的影响而不能取得太小。如果配合间隙d取值过小，当转子10’转动震动发生轴向位移时就会与定子20’发生相互刮擦。
[0003]现有的燃气轮机的密封配合结构中，转子10’与定子20’的间隙处的配合间隙d因为受制于转子10’的轴向位移，想要减小间隙则需要更高的零件加工要求和零件装配要求来控制涡轮转子前缘11’与定子后缘21’之间的间隙。这样可以达到燃气初步密封效果，也保证了转子10’的自由转动。但是提高零件的加工精度，会相应的增加加工成本。同时，会引起允许的转子10’轴向位移公差减小、对转子10’材料要求增高以及使用维护成本增加的问题。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种燃气轮机，以解决现有技术中燃气轮机的为满足转子前缘与定子前缘配的密封要求和配合要求导致的加工成本过高的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种燃气轮机，包括定子以及相对定子转动的转子，定子包括朝向转子延伸的定子前缘，转子包括朝向定子延伸的转子前缘，定子前缘和转子前缘间隙配合，转子前缘的与定子前缘相配合的端面形成第一锥面，定子前缘与转子前缘相配合的端面为与第一锥面相适配的第二锥面。
[0006]进一步地，转子前缘包括远离转子的转动轴线的第一外端面和靠近转动轴线的第一内端面，第一外端面形成第一锥面。
[0007]进一步地，转子前缘还包括第一竖直端面，第一外端面和第一内端面之间通过第一竖直端面连接。
[0008]进一步地，定子前缘包括远离转动轴线的第二外端面和靠近转动轴线的第二内端面，第二内端面形成第二锥面。
[0009]进一步地，定子前缘还包括第二竖直端面，第二外端面和第二内端面之间通过第二竖直端面连接。
[0010]进一步地，第二锥面与第一锥面相互平行。
[0011]进一步地，第一锥面的回转母线为直线。
[0012]进一步地，第一锥面与转子的转动轴线呈Θ角设置，Θ角在O度至90度的范围内。
[0013]进一步地，Θ角在20度至30度的范围内。
[0014]应用本发明的技术方案，转子相对于定子转动，转子包括朝向定子的转子前缘，定子包括朝向转子的定子前缘，定子前缘和转子前缘间隙配合。转子前缘的与定子前缘相配合的端面形成第一锥面，定子前缘与转子前缘相配合的端面为与第一锥面相适配的第二锥面。在转子的转动轴线方向上第一锥面到第二锥面的距离为D，则第一锥面和第二锥面之间的实际距离则为H。第一锥面与转动轴线之间的夹角为Θ，则H = D*Sin Θ，Sin Θ的在至的范围内。当转子的转动轴线方向上第一锥面到第二锥面的距离减小d时，第一锥面和第二锥面之间的实际距离只会减少d*Sin0。为满足转子前缘与定子前缘的密封要求和配合要求而减小第一锥面和第二锥面之间的实际距离之后，转子震动时的靠向定子的轴向偏移就不会直接体现为减小第一锥面和第二锥面之间的实际距离，而是转子靠向定子的轴向偏移乘以SinQ。这样，既满足了转子前缘与定子前缘配的密封要求和配合要求，又避免了转子震动时发生轴向偏移与定子的刮擦。本发明的技术方案，简单可行避免了现有技术中为满足转子前缘与定子前缘配的密封要求和配合要求导致的加工成本过高的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]构成本申请的一部分的说明书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:
[0016]图1示出了现有技术中燃气轮机的机构示意图；
[0017]图2示出了图1的燃气轮机的A处放大图；
[0018]图3示出了根据本发明的燃气轮机的实施例一的结构示意图；
[0019]图4示出了图3的燃气轮机的B处放大图；
[0020]图5示出了图4的燃气轮机的局部受热变形分析图；
[0021]图6示出了现有技术的燃气轮机的流体分析图；
[0022]图7示出了根据本发明的燃气轮机的实施例一的流体分析图；以及
[0023]图8示出了根据本发明的燃气轮机的实施例二的流体分析图。
[0024]上述附图包括以下附图标记:
[0025]10’、转子；20’、定子；11’、转子前缘；21’、定子前缘;10、转子;11、转子前缘；20、
定子；21、定子前缘。
【具体实施方式】
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0027]如图3和图4所示，在实施例一中燃气轮机包括定子20以及相对定子20转动的转子10。定子20包括朝向转子10的定子前缘21，转子10包括朝向定子20的转子前缘11，定子前缘21和转子前缘11间隙配合。转子前缘11的与定子前缘21相配合的端面形成第一锥面，定子前缘21与转子前缘11相配合的端面为与第一锥面相适配的第二锥面。
[0028]应用实施例一的技术方案，转子10相对于定子20转动，转子10包括朝向定子20的转子前缘11，定子20包括朝向转子10的定子前缘21，定子前缘21和转子前缘11间隙配合。转子前缘11的与定子前缘21相配合的端面形成第一锥面，定子前缘21与转子前缘11相配合的端面为与第一锥面相适配的第二锥面。在转子10的转动轴线方向上第一锥面到第二锥面的距离为D，则第一锥面和第二锥面之间的实际距离则为H。第一锥面与转动轴线之间的夹角为Θ，则H = D*Sin Θ，Sin Θ的在O至I的范围内。当转子10的转动轴线方向上第一锥面到第二锥面的距离减小d时，第一锥面和第二锥面之间的实际距离只会减少d*Sin Θ。为满足转子前缘与定子前缘的密封要求和配合要求而减小第一锥面和第二锥面之间的实际距离之后，转子10震动时的靠向定子20的轴向偏移就不会直接体现为减小第一锥面和第二锥面之间的实际距离，而是转子10靠向定子20的轴向偏移乘以SinQ。这样，既满足了转子10前缘与定子20前缘配的密封要求和配合要求，又避免了转子10震动时发生轴向偏移与定子20的刮擦。实施例一的技术方案，简单可行避免了现有技术中为满足转子10前缘与定子20前缘配的密封要求和配合要求导致的加工成本过高的问题。优选地，第二锥面与第一锥面相互平行。
[0029]如图4所示，在实施例一中，转子前缘11包括远离转子的转动轴线的第一外端面和靠近转动轴线的第一内端面，第一外端面为第一锥面。这样的结构简单，加工方便。为了增加转子前缘11的结构强度，转子前缘11还包括第一竖直端面，第一外端面和第一内端面之间通过第一竖直端面连接。这样，转子前缘11形成了矩形状结构，避免了转子前缘11过于尖锐易折断。
[0030]如图4所示，在实施例一中，定子前缘21包括远离转动轴线的第二外端面和靠近转动轴线的第二内端面，第二内端面为第二锥面。这样的结构简单，加工方便。为了增加定子前缘21的结构强度，定子前缘21还包括第二竖直端面，第二外端面和第二内端面之间通过第二竖直端面连接。这样，定子前缘21形成了矩形状结构，避免了定子前缘21过于尖锐易折断。
[0031]如图4所示，在实施例一中，第一锥面的回转母线为直线。当然第一锥面的回转母线也不限于直线，第一锥面的回转母线也可以是曲线。此时，第二锥面应当与第一锥面相适配。
[0032]在实施例一中，第一锥面与转子10的转动轴线呈Θ角设置，Θ角在O度至90度的范围内。优选地，Θ角在20度至30度的范围内。当0〈θ〈90°时，0〈81110〈1，即转子10与定子20之间的实际距离比转子10的轴向偏移量小。Θ不能取太接近90°，否则会导致结构优势不明显，第一锥面和第二锥面之间的实际距离约等于第一锥面和第二锥面之间在转动轴线方向上的距离，转子10震动发生轴向位移时就会与定子20发生相互刮擦。当然Θ也不能取的过于接近0°，这样就会导致定子前缘21或者转子前缘11的强度不足。
[0033]在实际的使用过程中，燃气轮机会处于较高的温度状态下，此时转子前缘11会受热膨胀而伸长。如图5所示，转子前缘11在高温燃气环境中的径向伸长量为F1，经结构计算为0.55mm。转子前缘11在高温高压燃气推力作用下的向后移动量包括轴承游隙为F2，经结构计算约为1.18mm。在保证两者在N方向上的投影相等，即保证燃气轮机在安装时测得的间隙与工作过程中的间隙保持基本不变。经过公式Fl.cos Θ -F2.sin Θ = O的计算，最终得到Θ ^ 25°。
[0034]实施例一的技术方案还具有在定子前缘21与转子前缘11的间隙处只会产生少量漩涡流的优势。如图6所示，在现有技术的定子前缘21’与转子前缘11’的间隙处有主流燃气经过时，间隙处会产生大量漩涡流，导致涡流损失会很大。如图7所示，在实施例一的定子前缘21与转子前缘11的间隙处有主流燃气经过时，间隙处只会产生少量漩涡流，同时为间隙空间提供负压，推动下部的气体经过间隙空间流入主流燃气，既能带走零件部分热量，也能吹走漩涡流，使涡流损失降到最低。作为本申请的另一种可行的实施方式，如图8所示，该实施例二与实施例一的区别在于转子前缘11的第一内端面为锥面，相应的定子前缘21的第一外端面也为锥面。实施例二的转子前缘11与定子前缘21在满足密封要求和配合要求的方面具有实施例一的优点，但是主流燃气经过转子前缘11与定子前缘21的间隙处时，主流燃气的部分会直接流向该间隙空间内。
[0035]从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果:同等加工精度和装配条件下，转子10和定子20间隙的变化量比轴向位移量小，因此在相同间隙公差要求下，本实施例的技术方案允许转子10有更大的轴向位移公差。从而可以降低零件加工精度，降低加工成本，并且提高使用维护性。根据流体密封原理可知本实施例技术方案的密封效果比现有技术的更好。
[0036]以上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，包括定子(20)以及相对所述定子(20)转动的转子(10)，所述定子(20)包括朝向所述转子(10)延伸的定子前缘(21)，所述转子(10)包括朝向所述定子(20)延伸的转子前缘(11)，所述定子前缘(21)和所述转子前缘(11)间隙配合，其特征在于，所述转子前缘(11)的与所述定子前缘(21)相配合的端面形成第一锥面，所述定子前缘(21)的与所述转子前缘(11)相配合的端面为与所述第一锥面相适配的第二锥面。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述转子前缘(11)包括远离所述转子的转动轴线的第一外端面和靠近所述转动轴线的第一内端面，所述第一外端面形成所述第一锥面。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，所述转子前缘(11)还包括第一竖直端面，所述第一外端面和所述第一内端面之间通过所述第一竖直端面连接。
4.根据权利要求2或3所述的燃气轮机，其特征在于，所述定子前缘(21)包括远离所述转动轴线的第二外端面和靠近所述转动轴线的第二内端面，所述第二内端面形成所述第二锥面。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机，其特征在于，所述定子前缘(21)还包括第二竖直端面，所述第二外端面和所述第二内端面之间通过所述第二竖直端面连接。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述第二锥面与所述第一锥面相互平行。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述第一锥面的回转母线为直线。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机，其特征在于，所述第一锥面与所述转子(10)的转动轴线呈Θ角设置，所述Θ角在O度至90度的范围内。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机，其特征在于，所述Θ角在20度至30度的范围内。
【文档编号】F01D11/02GK104329125SQ201410448519
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】李水姣, 谢卫红, 黄谭喜, 王红莲, 曾维, 赵林 申请人:中国南方航空工业(集团)有限公司