一种用于可倒车涡轮鼓风损失试验的悬臂式转子的制作方法

本发明涉及一种悬臂式转子，具体涉及一种用于可倒车涡轮鼓风损失试验的悬臂式转子。

背景技术：

燃气轮机从诞生之日起，便因功率密度大、反应迅速等特点，受到各国青睐。作为船舶主要动力装置之一的燃气轮机，不能直接倒车是其一大缺陷。目前我国燃气轮机的倒车问题是通过变距桨实现的。虽然变距桨使用的是常规齿轮箱，并能提供平衡的推力控制，但它存在一定的限制和一些缺点。首先，它传递功率有一定的上限，超过这一功率后要付出较大的代价。其次，与大功率燃气轮机匹配的变距桨、轴系和轴承等部件的尺寸、重量比常规的定螺距螺旋桨要大得多，而且更加昂贵。与定螺距桨相比水下部件更大的尺寸导致了在全功率下增加10％的船体阻力，在巡航工作下增加6％的阻力，并且变距桨的构造复杂、维修难度大，特别是在大功率燃气轮机上使用将使设计和系统更加复杂。可倒车燃气轮机的出现从根本上解决了这些问题，即燃气轮机同时具有正、反转的能力，倒车功率由燃气轮机直接提供。

而燃气轮机的倒车功能是通过可倒车涡轮实现的，这种涡轮的动叶片由双层叶片组成，内层叶片为正车涡轮叶片，外层叶片为倒车涡轮叶片，两层叶片连成一体，通过涡轮盘与轴输出功率。当燃气气流全部流经内层叶片时，正车涡轮叶片工作，此时倒车涡轮叶片反转；当燃气气流全部流经外层叶片时，倒车涡轮叶片工作，此时正车涡轮叶片反转。显然，当机组运行时始终有一层涡轮叶片处于反转状态，特别是机组长期处于正车运行状态，此时，倒车涡轮叶片会引起额外的鼓风损失，降低了机组的使用功率及效率。为此，需要对可倒车涡轮进行鼓风损失进行研究。尽管数值计算技术可以得出鼓风损失的相关数值及规律，但更为准确的试验测量更是必不可少的过程。由于传统的轮盘+叶片转子结构，叶片与轮盘分别单独机加，且叶片采用榫头结构、轮盘采用榫槽结构，榫头及榫槽加工量相对较大，而且增加了叶片与轮盘的装配工作。更重要的是，对于带有双层叶冠的双层可倒车涡轮动叶，装配难度更大。此外，两端支承的转子结构，需要对支承的两端分别设置供油及回油流路及结构。因此，人们希望能够有一种结构相对简单、成本相对低廉且可实现性强的转子结构，以满足可倒车涡轮鼓风损失试验需求。

技术实现要素：

本发明为了解决传统轮盘+叶片的转子试验，存在费用高、周期长，以及两端支承系统结构及润滑相对复杂的问题。提供了一种用于可倒车涡轮鼓风损失试验的悬臂式转子。

本发明的技术方案是一种用于可倒车涡轮鼓风损失试验的悬臂式转子，它包括涡轮整体叶片盘，它还包括可倒车涡轮输出轴、盘轴连接销钉、正车动叶片、中间环和倒车涡轮叶片，正车动叶片安装在涡轮整体叶片盘上，倒车涡轮叶片通过中间环安装在正车动叶片上，涡轮整体叶片盘、正车动叶片、中间环和倒车涡轮叶片共同组成可倒车涡轮双层整体叶片盘，可倒车涡轮输出轴的一端通过盘轴连接销钉与可倒车涡轮双层整体叶片盘连接，可倒车涡轮输出轴的一端悬置，可倒车涡轮双层整体叶片盘位于整个转子两个支承轴承支点的外侧。

本发明与现有技术相比具有以下改进效果：

本发明在充分利用传统整体叶片盘结构优势的基础上，结合可倒车涡轮结构及工作特点，将可倒车涡轮双层整体叶片盘用于倒车涡轮鼓风损失试验件，并通过调整转子两个支承轴承支点的轴向位置，得到满足转子动力学要求，且结构简单的悬臂式转子结构。相比传统的轮盘+叶片转子结构，叶片与轮盘分别单独机加，且叶片采用榫头结构、轮盘采用榫槽结构，解决了加工量大、带有双层叶冠的可倒车涡轮双层动叶与轮盘装配难度大的问题。此外，相对于两端支承的转子结构，悬臂式转子的支撑位于同一侧，有利于供应及回收滑油。为船用燃气轮机可倒车动力涡轮试验提供了结构相对简单的转子结构。

附图说明

图1是用于可倒车涡轮鼓风损失试验的悬臂式转子示意图；

图2是可倒车涡轮双层整体叶片盘的侧视图；

图3是图2的d处向视图；

图4是可倒车涡轮鼓风损失输出轴；

图5是可倒车涡轮鼓风损失盘轴连接销钉；

图6是倒车涡轮叶片的叶片型线；

图7是正车动叶片的叶片型线；

图8是转子两个支承轴承支点的轴向位置示意图；

图9是可倒车涡轮双层叶片夹角示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，一种用于可倒车涡轮鼓风损失试验的悬臂式转子，它包括涡轮整体叶片盘，它还包括可倒车涡轮输出轴2、盘轴连接销钉3、正车动叶片11、中间环13和倒车涡轮叶片12，正车动叶片11安装在涡轮整体叶片盘上，倒车涡轮叶片12通过中间环13安装在正车动叶片11上，涡轮整体叶片盘、正车动叶片11、中间环13和倒车涡轮叶片12共同组成可倒车涡轮双层整体叶片盘1，可倒车涡轮输出轴2的一端通过盘轴连接销钉3与可倒车涡轮双层整体叶片盘1连接，可倒车涡轮输出轴2的一端悬置，可倒车涡轮双层整体叶片盘1位于整个转子两个支承轴承支点的外侧。

本发明的悬臂式转子采用悬臂式结构，即可倒车涡轮双层整体叶片盘1位于整个转子两个支承轴承支点详见图8中黑色三角形的外侧。这种转子不仅可以满足倒车涡轮鼓风损失试验要求，而且结构相对简单，有利于以较低的成本满足试验需求。

具体实施方式二：结合图1和图9说明本实施方式，本实施方式的正车动叶片11和倒车涡轮叶片12的叶型走势方向相反。如此设置，可以满足不同转动方向时的功率输出，从而具备正车及倒车功能。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式的所述正车动叶片11和倒车涡轮叶片12的叶面之间的夹角a为126度。

具体实施方式三：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的可倒车涡轮输出轴2为阶梯轴，且可倒车涡轮输出轴2的直径由左至右依次减小。如此设置，便于轴承的安装及轴向定位。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，本实施方式的涡轮整体叶片盘、正车动叶片11、中间环13和倒车涡轮叶片12的质心位于同一条轴线上。如此设置，有利于减小因质心偏移而引起的离心力。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1和图8说明本实施方式，本实施方式还包括轴向轴承挡块4、径向轴承阻止螺母5、轴承壳体阻止螺母9和轴向轴承挡块6，轴向轴承挡块4套装在可倒车涡轮输出轴2的左侧，轴承壳体阻止螺母9安装在可倒车涡轮输出轴2上，且轴承壳体阻止螺母9位于径向轴承阻止螺母5的右侧，径向轴承阻止螺母5安装在可倒车涡轮输出轴2上，且径向轴承阻止螺母5位于轴向轴承挡块4的右端，轴向轴承挡块6套装在可倒车涡轮输出轴2的右侧。如此设置，以相对简单的结构实现了轴承的轴向固定，且有利于调整两个支承之间的距离。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1和图8说明本实施方式，本实施方式的第一支撑轴支点设置在径向轴承阻止螺母5和轴承壳体阻止螺母9之间的可倒车涡轮输出轴2上。如此设置，有利于径向轴承的定位及通过前支承点对转子动力学进行调整。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1和图8说明本实施方式，本实施方式的第二支撑轴支点设置在轴向轴承挡块6左端的可倒车涡轮输出轴2上。如此设置，有利于轴向轴承的定位及通过后支承点对转子动力学进行调整。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说明本实施方式，本实施方式还包括轴向轴承镶嵌件7和轴向轴承阻止螺母10，轴向轴承镶嵌件7安装在轴向轴承挡块6上，轴向轴承阻止螺母10安装在可倒车涡轮输出轴2上，且轴向轴承阻止螺母10位于轴向轴承挡块6的右端。如此设置，有利于轴向轴承的锁紧及拆装。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1说明本实施方式，本实施方式还包括轴向阻止销8，轴向轴承挡块6和轴向轴承镶嵌件7之间通过轴向阻止销8连接。如此设置，有利于轴向轴承的锁紧及拆装。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。

本发明的工作原理：

具体实现步骤如下：

(1)在传统涡轮整体叶片盘动叶的外环增设一层倒车涡轮叶片12，该倒车涡轮叶片型线(见图5)走势与原有的内环动叶型线(见图6)相反；

(2)调整步骤(1)中倒车涡轮叶片型线的轴向及周向位置，使上、下两层叶片质心位于同一轴线；

(3)将整体叶片盘正车动叶片11与倒车涡轮叶片(12)环之间的用中间环13联为一体，构成可倒车涡轮双层整体叶片盘1；

(4)将可倒车涡轮双层整体叶片盘1(详见图2)与倒车涡轮输出轴2(详见图3)用销钉3(详见图4)连接；

(5)设置整个转子两个支承轴承的支点(详见图7中黑色三角形)，将可倒车涡轮双层整体叶片盘1(详见图2)放置于整个转子两个支承轴承支点(详见图7中黑色三角形)的外侧，即可倒车涡轮双层整体叶片盘1位于轴的前端，转子的两个支承轴承(详见图7中黑色三角形)为双层整体叶片盘1(详见图2)的后侧，构成悬臂结构；

(6)对步骤(5)得到的可倒车涡轮鼓风损失试验用悬臂式转子结构(详见图1)开展转子动力学计算分析；

(7)调整步骤(5)中转子两个支承轴承支点(详见图7中黑色三角形)的轴向位置x1和l，重复步骤(6)直到得到满足转子动力学要求。

采用本发明的转子，可以以相对简单且成本较低的结构，实现倒车涡轮不同转动方向功率输出，满足倒车涡轮鼓风损失试验需求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。