一种可快速拆装的氦气涡轮连接结构的制作方法

本发明涉及氦气压气机领域,具体涉及一种可快速拆装的氦气涡轮连接结构。

背景技术：

涡轮机为燃气涡轮发动机中利用高温燃气推动叶片高速旋转带动负载进行作功的部件。氦气压气机主要以氦气为工质。涡轮是氦气压气机的重要组成部分，从装配结构和功能来说，涡轮主要包括涡轮转子、涡轮机匣、进气机匣、排气机匣、静子导向器及各个静叶环。由于机组总体尺寸较小，转速高，因此对密封要求较高。涡轮机匣采用了非中分的整体结构，因此对涡轮转子的结构设计难度较大。由于涡轮温度场较复杂，在高温、高转速下变形复杂，极易产生内部零件故障，而现有的涡轮机匣为一体式结构，不易拆装，为机体内部的零件维护和更换带来较大难度。

综上所述，现有的氦气压气机存在涡轮机匣为非中分一体式结构，涡轮壳体不易拆装，涡轮转子转子轮盘为一体式结构，装配难度大的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的氦气压气机存在涡轮机匣为非中分一体式结构，涡轮壳体不易拆装，涡轮转子转子轮盘为一体式结构，装配难度大的问题，进而提供一种可快速拆装的氦气涡轮连接结构。

本发明的技术方案是：

一种可快速拆装的氦气涡轮连接结构，它包括涡轮转子和涡轮静子，涡轮静子套设在涡轮转子上，所述涡轮静子的两端分别与外部进汽机匣和出汽机匣连接，

涡轮转子包括涡轮前轴、透平后轴、六个转子轮盘和2n个长拉杆螺栓，n为大于等于的正整数，

六个转子轮盘的外径相同，每个转子轮盘的端面上沿圆周方向均布n个第一冷却空气流通孔，相邻两个第一冷却空气流通孔之间均布两个第一螺栓孔，涡轮前轴的一端设有前轴轴端法兰，透平后轴的一端设有后轴轴端法兰，2n个长拉杆螺栓分别依次穿过六个转子轮盘的第一螺栓孔，长拉杆螺栓的一端与同轴设置的涡轮前轴的前轴轴端法兰栓接，长拉杆螺栓的另一端与同轴设置的透平后轴的后轴轴端法兰栓接；

涡轮静子包括涡轮机匣和六个静子导叶环，涡轮机匣为整体式圆柱形结构，六个静子导叶环由前至后依次安装在涡轮机匣的内圆周上，所述六个静子导叶环与六个转子轮盘交错设置。

进一步地，涡轮转子还包括六个台阶齿密封环，六个转子轮盘中相邻两个转子轮盘之间设有一个台阶齿密封环，涡轮前轴和与之相邻的转子轮盘之间设有一个台阶齿密封环，六个台阶齿密封环与六个静子导叶环一一对应，六个静子导叶环与台阶齿密封环的台阶齿密封配合，

六个台阶齿密封环的外径相同，每个台阶齿密封环的端面上沿圆周方向均布n个第二冷却空气流通孔，每个台阶齿密封环上的n个第二冷却空气流通孔与每个转子轮盘上的n个第一冷却空气流通孔一一对应，

相邻两个第二冷却空气流通孔之间均布两个第二螺栓孔，每个台阶齿密封环上的2n个第二螺栓孔与每个转子轮盘上的2n个第一螺栓孔一一对应，六个台阶齿密封环通过长拉杆螺栓与转子轮盘连接。

进一步地，涡轮转子还包括六个动叶片单元，每个动叶片单元包括若干动叶片，每个动叶片的根部均设有榫齿，每个转子轮盘的外圆周上周向均布多个与榫齿相配合的榫槽，动叶片通过相互配合的榫齿和榫槽与转子轮盘连接。

进一步地，涡轮静子还包括六个护环，六个静子导叶环中相邻两个静子导叶环之间设有一个护环，外部出汽机匣和与之相邻的静子导叶环之间设有一个护环，六个护环依次安装在涡轮机匣的内圆柱面上，六个护环与六个动叶片单元一一对应，护环与动叶片单元的动叶片末端的叶齿密封配合。

进一步地，涡轮机匣的内圆周上均匀设有六个环形导叶槽，每个静子导叶环的根部设有与环形导叶槽相配合的环形导叶凸台，六个静子导叶环通过相互配合的环形导叶槽和环形导叶凸台与涡轮机匣连接。

进一步地，涡轮机匣内圆周上的相邻两个环形导叶槽之间设有一个环形护环槽，外部进汽机匣和与之相邻的环形导叶槽之间设有一个环形护环槽，每个护环的根部设有与环形护环槽相配合的环形护环凸台，六个护环通过相互配合的环形护环槽和环形护环凸台与涡轮机匣连接。

进一步地，涡轮机匣包括内机匣和外机匣，内机匣和外机匣的内径相等，内机匣的一端设有内机匣连接法兰，外机匣的一端设有第一外机匣连接法兰，内机匣的一端通过相互配合的内机匣连接法兰和第一外机匣连接法兰与外机匣的一端栓接。

进一步地，内机匣的另一端嵌入外部进汽机匣3的内部，内机匣的外圆柱面与外部进汽机匣的内圆柱面间隙配合。

进一步地，外机匣的另一端设有用于与外部出汽机匣连接的第二外机匣连接法兰。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本实施方式的涡轮转子1轴向可以拆卸，使得与其相配合的涡轮机匣2-1可以采用非中分的整体结构，这样相对于采用中分结构的涡轮机匣具有很好的强度，并且在保证稳定性的条件下，厚度可以较薄，这种结构既减轻了涡轮整体重量，又增加了壳体刚度。使涡轮转子1的结构在满足使用要求的条件下，结构能够简单紧凑。当机体内部零件需要进行维护和更换时，便于零件的拆装，有效地提高了机体内部零件的更换速度和工作效率。

2、本实施方式的六个转子轮盘1-3端面上的第一冷却空气流通孔1-3-1起到平衡气压的作用，有效平衡各个转子轮盘1-3盘面之间的气体压力，使转子轮盘1-3在轴向只承受长拉杆螺栓1-4的拉力，有效的保护了长拉杆螺栓1-4的强度安全裕度，可以将六个转子轮盘1-3组合后的密封腔的空气排出，使六个转子轮盘1-3内的气压与涡轮转子1外部气压相等。由于转子轮盘1-3是实心的圆形结构，六个转子轮盘1-3组合后，轮盘与轮盘之间形成密封腔，如果密封腔设计成死腔结构，在氦气轮机工作时轮盘密封腔中的气体被加热，温度升高产生热膨胀力，对长拉杆螺栓1-4能够产生破坏作用，因此设计第一冷却空气流通孔1-3-1能够对长拉杆螺栓1-4进行保护，防止长拉杆螺栓1-4受损变形。

3、本实施方式的涡轮机匣2-1采用嵌入式结构设计，内机匣2-a一端与同轴设置的外机匣2-b连接，内机匣2-a另一端嵌入外部进汽机匣3的内部，有效地缩短了六级氦气压气机涡轮的整体长度，节省了使用空间。

4、本实施方式的强度、振动特性良好，结构安全可靠，零部件间连接和定位牢靠。

附图说明

图1是本发明与外部进汽机匣和出汽机匣的装配示意图；

图2是本发明的可快速拆装的六个氦气压气机涡轮壳体的结构示意图；

图3是本发明的涡轮转子结构示意图；

图4是本发明的涡轮静子结构示意图；

图5是本发明的转子轮盘的主视图；

图6是本发明的台阶齿密封环的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的一种可快速拆装的氦气涡轮连接结构，它包括涡轮转子1和涡轮静子2，涡轮静子2套设在涡轮转子1上，所述涡轮静子2的两端分别与外部进汽机匣3和出汽机匣4连接，

涡轮转子1包括涡轮前轴1-1、透平后轴1-2、六个转子轮盘1-3和2n个长拉杆螺栓1-4，n为大于等于4的正整数，

六个转子轮盘1-3的外径相同，每个转子轮盘1-3的端面上沿圆周方向均布n个第一冷却空气流通孔1-3-1，相邻两个第一冷却空气流通孔1-3-1之间均布两个第一螺栓孔1-3-2，涡轮前轴1-1的一端设有前轴轴端法兰1-1-1，透平后轴1-2的一端设有后轴轴端法兰1-2-1，2n个长拉杆螺栓1-4分别依次穿过六个转子轮盘1-3的第一螺栓孔1-3-2，长拉杆螺栓1-4的一端与同轴设置的涡轮前轴1-1的前轴轴端法兰1-1-1栓接，长拉杆螺栓1-4的另一端与同轴设置的透平后轴1-2的后轴轴端法兰1-2-1栓接；

涡轮静子2包括涡轮机匣2-1和六个静子导叶环2-2，涡轮机匣2-1为整体式圆柱形结构，六个静子导叶环2-2由前至后依次安装在涡轮机匣2-1的内圆周上，所述六个静子导叶环2-2与六个转子轮盘1-3交错设置。

当长拉杆螺栓1-4的数量为8个时，每个转子轮盘1-3端面上的第一冷却空气流通孔1-3-1的数量为4个，每个转子轮盘1-3端面上的第一螺栓孔1-3-2的数量为8个；

当长拉杆螺栓1-4的数量为10个时，每个转子轮盘1-3端面上的第一冷却空气流通孔1-3-1的数量为5个，每个转子轮盘1-3端面上的第一螺栓孔1-3-2的数量为8个；

当长拉杆螺栓1-4的数量为12个时，每个转子轮盘1-3端面上的第一冷却空气流通孔1-3-1的数量为6个，每个转子轮盘1-3端面上的第一螺栓孔1-3-2的数量为8个；

当长拉杆螺栓1-4的数量为14个时，每个转子轮盘1-3端面上的第一冷却空气流通孔1-3-1的数量为7个，每个转子轮盘1-3端面上的第一螺栓孔1-3-2的数量为8个。

具体实施方式二：结合图3和图6说明本实施方式，本实施方式的涡轮转子1还包括六个台阶齿密封环1-5，六个转子轮盘1-3中相邻两个转子轮盘1-3之间设有一个台阶齿密封环1-5，涡轮前轴1-1和与之相邻的转子轮盘1-3之间设有一个台阶齿密封环1-5，六个台阶齿密封环1-5与六个静子导叶环2-2一一对应，六个静子导叶环2-2与台阶齿密封环1-5的台阶齿1-5-3密封配合，

六个台阶齿密封环1-5的外径相同，每个台阶齿密封环1-5的端面上沿圆周方向均布n个第二冷却空气流通孔1-5-1，每个台阶齿密封环1-5上的n个第二冷却空气流通孔1-5-1与每个转子轮盘1-3上的n个第一冷却空气流通孔1-3-1一一对应，

相邻两个第二冷却空气流通孔1-5-1之间均布两个第二螺栓孔1-5-2，每个台阶齿密封环1-5上的2n个第二螺栓孔1-5-2与每个转子轮盘1-3上的2n个第一螺栓孔1-3-2一一对应，六个台阶齿密封环1-5通过长拉杆螺栓1-4与转子轮盘1-3连接。如此设置，六个台阶齿密封环1-5与六个静子导叶环2-2之间密封配合，台阶齿密封环1-5包括蜂窝密封环，具有较好的密封效果。所述第二冷却空气流通孔1-5-1与转子轮盘1-3上的第一冷却空气流通孔1-3-1一一对应，六个台阶齿密封环1-5的端面上的第二冷却空气流通孔1-5-1起到平衡气压的作用，有效平衡各个台阶齿密封环1-5与转子轮盘1-3之间的气体压力，有效的保护了长拉杆螺栓1-4的强度安全裕度，可以将组合后的涡轮转子1密封腔内的空气排出，使涡轮转子1内的气压与涡轮转子1外部气压相等。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的涡轮转子1还包括六个动叶片单元，每个动叶片单元包括若干动叶片1-6，每个动叶片的根部均设有榫齿，每个转子轮盘1-3的外圆周上周向均布多个与榫齿相配合的榫槽1-3-3，动叶片通过相互配合的榫齿和榫槽1-3-3与转子轮盘1-3连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的涡轮静子2还包括六个护环2-3，六个静子导叶环2-2中相邻两个静子导叶环2-2之间设有一个护环2-3，外部出汽机匣4和与之相邻的静子导叶环2-2之间设有一个护环2-3，六个护环2-3依次安装在涡轮机匣2-1的内圆柱面上，六个护环2-3与六个动叶片单元一一对应，护环2-3与动叶片单元的动叶片1-6末端的叶齿1-6-1密封配合。如此设置，六个护环2-3与六个动叶片单元的动叶片1-6的叶齿1-6-1密封配合，具有较好的密封效果。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式的涡轮机匣2-1的内圆周上均匀设有六个环形导叶槽2-1-1，每个静子导叶环2-2的根部设有与环形导叶槽2-1-1相配合的环形导叶凸台2-2-1，六个静子导叶环2-2通过相互配合的环形导叶槽2-1-1和环形导叶凸台2-2-1与涡轮机匣2-1连接。如此设置，有效地保证了静子导叶环2-2与涡轮机匣2-1之间的连接强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图4说明本实施方式，本实施方式的涡轮机匣2-1内圆周上的相邻两个环形导叶槽2-1-1之间设有一个环形护环槽2-1-2，外部进汽机匣3和与之相邻的环形导叶槽2-1-1之间设有一个环形护环槽2-1-2，每个护环2-3的根部设有与环形护环槽2-1-2相配合的环形护环凸台2-3-1，六个护环2-3通过相互配合的环形护环槽2-1-2和环形护环凸台2-3-1与涡轮机匣2-1连接。如此设置，有效地保证了护环2-3与涡轮机匣2-1之间的连接强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的涡轮机匣2-1包括内机匣2-a和外机匣2-b，内机匣2-a和外机匣2-b的内径相等，内机匣2-a的一端设有内机匣连接法兰2-a-1，外机匣2-b的一端设有第一外机匣连接法兰2-b-1，内机匣2-a的一端通过相互配合的内机匣连接法兰2-a-1和第一外机匣连接法兰2-b-1与外机匣2-b的一端栓接。如此设置，采用法兰连接的方式，便于内机匣2-a与外机匣2-b之间的拆装。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的内机匣2-a的另一端嵌入外部进汽机匣3的内部，内机匣2-a的外圆柱面与外部进汽机匣3的内圆柱面间隙配合。如此设置，涡轮机匣2-1采用嵌入式结构设计，内机匣2-a一端与同轴设置的外机匣2-b连接，内机匣2-a另一端嵌入外部进汽机匣3的内部，有效地缩短了六级氦气压气机涡轮的整体长度，节省了使用空间。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的外机匣2-b的另一端设有用于与外部出汽机匣4连接的第二外机匣连接法兰2-b-2。如此设置，采用法兰连接的方式，便于外机匣2-b与外部出汽机匣4之间的拆装。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。