本發(fā)明涉及多級(jí)高速汽輪機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種多級(jí)高速汽輪機(jī)的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的多級(jí)高速汽輪機(jī)中，均采用銷鍵實(shí)現(xiàn)軸與葉輪輪盤之間的連接，起到傳遞扭矩的作用。葉輪輪盤與軸之間的緊固形式也大多是依靠銷鍵的過(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)的。多級(jí)高速汽輪機(jī)在多處使用銷鍵結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)因材料發(fā)生塑性形變而失效，而且銷鍵在高轉(zhuǎn)速下不宜采用這種結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種可有效實(shí)現(xiàn)傳扭且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的多級(jí)高速汽輪機(jī)的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明提出一種多級(jí)高速汽輪機(jī)的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)軸及安裝在所述轉(zhuǎn)軸上的若干級(jí)葉輪，所述若干級(jí)葉輪與所述轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接以驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述各級(jí)葉輪之間通過(guò)端齒嚙合而傳動(dòng)連接，所述若干級(jí)葉輪的兩端分別設(shè)有鎖緊螺母以對(duì)所述各級(jí)葉輪施加一預(yù)緊力。

在一實(shí)施例中，所述葉輪包括輪盤和安裝在所述輪盤上的葉片，所述輪盤具有供所述轉(zhuǎn)軸穿設(shè)的中心通孔，所述若干級(jí)葉輪包括位于兩端的初級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪以及位于所述初級(jí)葉輪與末級(jí)葉輪之間的至少一中間級(jí)葉輪，所述初級(jí)葉輪的輪盤在朝向所述末級(jí)葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，所述末級(jí)葉輪的輪盤在朝向所述初級(jí)葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，所述至少一中間級(jí)葉輪的兩側(cè)均設(shè)有端齒。

在一實(shí)施例中，所述初級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪與所述轉(zhuǎn)軸的配合面采用的配合形式為過(guò)盈配合。

在一實(shí)施例中，所述中間級(jí)葉輪中至少有一級(jí)與所述轉(zhuǎn)軸齒輪傳動(dòng)連接。

在一實(shí)施例中，所述至少一級(jí)中間級(jí)葉輪的中心通孔的壁面上設(shè)有葉輪花鍵，所述轉(zhuǎn)軸在位于所述至少一級(jí)中間級(jí)葉輪的位置于其外壁面上設(shè)有用以與所述葉輪花鍵齒輪嚙合的轉(zhuǎn)軸花鍵。

在一實(shí)施例中，所述葉輪設(shè)置為四級(jí)，包括第一級(jí)葉輪、第二級(jí)葉輪、第三級(jí)葉輪和第四級(jí)葉輪，所述第一級(jí)葉輪作為所述初級(jí)葉輪，所述第四級(jí)葉輪作為所述末級(jí)葉輪，所述葉輪花鍵設(shè)置于所述第二級(jí)葉輪上。

在一實(shí)施例中，所述第一級(jí)葉輪和第四級(jí)葉輪與所述轉(zhuǎn)軸之間采用過(guò)盈配合以進(jìn)行傳扭。

在一實(shí)施例中，所述第一級(jí)葉輪和第四級(jí)葉輪與所述轉(zhuǎn)軸之間過(guò)盈配合的配合量為0.08mm，軸向過(guò)盈長(zhǎng)度為15mm。

在一實(shí)施例中，所述鎖緊螺母的螺紋方向設(shè)置為與所述葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

在一實(shí)施例中，至少一所述中間級(jí)葉輪與所述轉(zhuǎn)軸之間為間隙配合。

綜上所述，本發(fā)明提出一種多級(jí)高速汽輪機(jī)的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的各級(jí)葉輪之間采用端齒連接，使得在汽輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速下能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)中心軸線，扭矩均勻分配到每個(gè)齒上，避免傳扭集中而導(dǎo)致定中失效。通過(guò)鎖緊螺母壓緊端齒壓力面，使端齒達(dá)到有效扭矩的作用，避免傳統(tǒng)多級(jí)汽輪機(jī)銷鍵采用過(guò)盈配合傳扭在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)之下發(fā)生塑性形變失效現(xiàn)象。通過(guò)該組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輪盤與軸之間傳輸軸向力的作用，避免多種交變循環(huán)應(yīng)力在一個(gè)機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)，使機(jī)構(gòu)功能分配更加合理，壽命更長(zhǎng)，相比傳統(tǒng)汽輪機(jī)的傳輸軸向力機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單可靠，且裝配起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明通過(guò)多級(jí)葉輪輪盤兩端與軸之間采用過(guò)盈配合，中間級(jí)葉輪與軸之間采用間隙配合，使得軸和輪盤之間傳扭的位置點(diǎn)大大減少，僅依靠?jī)啥嗣婢湍軐?shí)現(xiàn)軸與葉輪的有效傳扭。另外，在一些實(shí)施例中，采用至少一個(gè)輪盤與軸之間通過(guò)輔助傳扭結(jié)構(gòu)(例如，花鍵)連接，輔助傳扭，防止發(fā)生打滑問(wèn)題，以適應(yīng)任何工況下進(jìn)行工作。本發(fā)明的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)具有高效、傳輸軸向力和扭力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、裝配簡(jiǎn)單、適應(yīng)工況能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)所在的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)的示意圖。

圖3為本發(fā)明葉輪的過(guò)盈配合面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明相鄰兩級(jí)葉輪之間端齒連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明葉輪花鍵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

在詳細(xì)描述實(shí)施例之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于本申請(qǐng)中下文或附圖中所描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)或元件排布。本發(fā)明可為其它方式實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的措辭及術(shù)語(yǔ)僅僅用作描述用途，不應(yīng)作限定性解釋。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項(xiàng)、其等同物及其它附加事項(xiàng)。特別是，當(dāng)描述“一個(gè)某元件”時(shí)，本發(fā)明并不限定該元件的數(shù)量為一個(gè)，也可以包括多個(gè)。

如圖1-3所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的多級(jí)高速汽輪機(jī)的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)10包括轉(zhuǎn)軸12及安裝在轉(zhuǎn)軸12上的若干級(jí)葉輪，例如四級(jí)葉輪，若干級(jí)葉輪與轉(zhuǎn)軸12傳動(dòng)連接以使得葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)。各級(jí)葉輪之間通過(guò)端齒嚙合121而傳動(dòng)連接，同時(shí)，所述若干級(jí)葉輪的兩端分別設(shè)有鎖緊螺母14以對(duì)各級(jí)葉輪施加一預(yù)緊力。

每一葉輪包括輪盤和安裝在輪盤上的葉片，輪盤具有供轉(zhuǎn)軸12穿設(shè)的中心通孔。所述若干級(jí)葉輪包括位于兩端的初級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪以及位于所述初級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪之間的至少一中間級(jí)葉輪，初級(jí)葉輪的輪盤在朝向末級(jí)葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，末級(jí)葉輪的輪盤在朝向初級(jí)葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，所述至少一中間級(jí)葉輪的兩側(cè)均設(shè)有端齒。

在所示的實(shí)施例中，葉輪設(shè)置為四級(jí)，四級(jí)葉輪包括沿轉(zhuǎn)軸12軸向依次排布的第一級(jí)葉輪16、第二級(jí)葉輪18、第三級(jí)葉輪20和第四級(jí)葉輪22。上述四級(jí)葉輪的尺寸在沿轉(zhuǎn)軸12的軸向方向上逐級(jí)增大。第一級(jí)葉輪16的輪盤在朝向第四級(jí)葉輪22的一側(cè)設(shè)有端齒，第四級(jí)葉輪的輪盤在朝向第一級(jí)葉輪16的一側(cè)設(shè)有端齒，第二級(jí)葉輪18和第三級(jí)葉輪20的輪盤在兩側(cè)均設(shè)有端齒，四級(jí)葉輪通過(guò)端齒齒輪嚙合連接在一起。使用端齒連接可以使得汽輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速下能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)中心軸線，從而有效解決多級(jí)高速汽輪機(jī)定心不穩(wěn)，傳扭打滑的問(wèn)題。

第一級(jí)葉輪16遠(yuǎn)離第四級(jí)葉輪22的一端和第四級(jí)葉輪22遠(yuǎn)離第一級(jí)葉輪16的一端分別設(shè)置一鎖緊螺母14，例如自鎖螺母，鎖緊螺母14對(duì)對(duì)應(yīng)的葉輪施加一預(yù)緊力，使得各級(jí)葉輪的端齒緊密結(jié)合在一起，當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將扭矩均勻分配到每個(gè)齒上，避免傳扭集中而導(dǎo)致定中失效，使得端齒達(dá)到有效扭矩的作用。鎖緊螺母14對(duì)葉輪施加的預(yù)緊力可以根據(jù)端齒嚙合所需的預(yù)緊力來(lái)確定，以施加一合適的力矩于鎖緊螺母14上。本發(fā)明的鎖緊螺母14可以解決端齒兩端需要鎖緊和分擔(dān)小部分扭力傳遞到轉(zhuǎn)軸12上的作用。

本實(shí)施例中，為了進(jìn)一步加強(qiáng)鎖緊螺母14的鎖固功能，將鎖緊螺母14的螺紋方向設(shè)置為與葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。這樣設(shè)置的好處是在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，鎖緊螺母14不會(huì)松動(dòng)，保證各級(jí)葉輪的端齒之間能有效傳遞扭矩，防止發(fā)生微動(dòng)損傷。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)軸與葉輪輪盤之間的配合形式設(shè)計(jì)成可以減少轉(zhuǎn)軸與輪盤的傳扭位置點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，初級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪與轉(zhuǎn)軸的配合面采用的配合形式為過(guò)盈配合，這樣可以解決多級(jí)高速汽輪機(jī)傳遞扭力給轉(zhuǎn)軸，以便輸出軸功的問(wèn)題。至少一級(jí)中間級(jí)葉輪與轉(zhuǎn)軸的配合形式為間隙配合。通過(guò)葉輪輪盤兩端與轉(zhuǎn)軸之間采用過(guò)盈配合，使得轉(zhuǎn)軸和輪盤之間傳扭的位置點(diǎn)大大減少，僅依靠?jī)啥嗣婢湍軐?shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與葉輪的有效傳扭。

如圖4所示，第一級(jí)葉輪16和第四級(jí)葉輪22與轉(zhuǎn)軸12之間分別采用過(guò)盈配合161、221，該過(guò)盈配合的配合量為0.08mm，軸向過(guò)盈長(zhǎng)度為15mm。此過(guò)盈量能滿足汽輪機(jī)軸上傳遞扭矩輸出100kw功率。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，也可以設(shè)置其他的過(guò)盈設(shè)置。

為適應(yīng)汽輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速下及任意工況下正常工作，本發(fā)明的一些實(shí)施例中還設(shè)置了輔助傳扭機(jī)構(gòu)。具體而言，所述中間級(jí)葉輪中至少有一級(jí)與轉(zhuǎn)軸之間通過(guò)輔助傳扭機(jī)構(gòu)181進(jìn)行傳扭。在本實(shí)施例中，該輔助傳扭機(jī)構(gòu)為花鍵，以輔助傳扭。這樣即使組合機(jī)構(gòu)在工況變化劇烈的情況下，也可防止發(fā)生打滑失穩(wěn)的問(wèn)題，適應(yīng)任何工況下進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)葉輪與轉(zhuǎn)軸之間的有效傳扭。但在其它實(shí)施例中，也可以采用其他形式的輔助傳扭機(jī)構(gòu)。

請(qǐng)同時(shí)參考圖5和圖6，第二級(jí)葉輪18的中心通孔24的壁面上設(shè)有葉輪花鍵26，轉(zhuǎn)軸12在位于第二級(jí)葉輪18的位置于其外壁面上設(shè)有用以與葉輪花鍵26齒輪嚙合的轉(zhuǎn)軸花鍵28，以輔助傳扭。具體實(shí)施時(shí)，花鍵的具體參數(shù)：模數(shù)為2，齒數(shù)為22個(gè)，壓力角37.50，花鍵配合長(zhǎng)度20mm，齒高4.6mm。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上參數(shù)只是一種具體設(shè)置，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述將花鍵設(shè)置在第二級(jí)葉輪18上，主要是考慮到在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該處作用于兩端支撐點(diǎn)的彎矩較小，平衡性較好。但本發(fā)明并不對(duì)此限定，在其他實(shí)施例中，根據(jù)汽輪機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)需求，也可以將花鍵設(shè)置在第三級(jí)葉輪20上，或者同時(shí)將花鍵設(shè)置在第二級(jí)葉輪18和第三級(jí)葉輪20上。

綜上所述，本發(fā)明提出一種多級(jí)高速汽輪機(jī)的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的各級(jí)葉輪之間采用端齒連接，使得在汽輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速下能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)中心軸線，扭矩均勻分配到每個(gè)齒上，避免傳扭集中而導(dǎo)致定中失效。通過(guò)鎖緊螺母壓緊端齒壓力面，使端齒達(dá)到有效扭矩的作用，避免傳統(tǒng)多級(jí)汽輪機(jī)銷鍵采用過(guò)盈配合傳扭在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)之下發(fā)生塑性形變失效現(xiàn)象。通過(guò)該組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輪盤與軸之間傳輸軸向力的作用，避免多種交變循環(huán)應(yīng)力在一個(gè)機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)，使機(jī)構(gòu)功能分配更加合理，壽命更長(zhǎng)，相比傳統(tǒng)汽輪機(jī)的傳輸軸向力機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單可靠，且裝配起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，本發(fā)明通過(guò)多級(jí)葉輪輪盤兩端與軸之間采用過(guò)盈配合，使得軸和輪盤之間傳扭的位置點(diǎn)大大減少，僅依靠?jī)啥嗣婢湍軐?shí)現(xiàn)軸與葉輪的有效傳扭。另外，在一些實(shí)施例中，采用至少一個(gè)輪盤與軸之間通過(guò)輔助傳扭結(jié)構(gòu)(例如，花鍵)連接，輔助傳扭，防止發(fā)生打滑問(wèn)題，以適應(yīng)任何工況下進(jìn)行工作。本發(fā)明的定心傳扭鎖緊組合機(jī)構(gòu)具有高效、傳輸軸向力和扭力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、裝配簡(jiǎn)單、適應(yīng)工況能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

本文所描述的概念在不偏離其精神和特性的情況下可以實(shí)施成其它形式。所公開的具體實(shí)施例應(yīng)被視為例示性而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求，而不是根據(jù)之前的這些描述進(jìn)行確定。在權(quán)利要求的字面意義及等同范圍內(nèi)的任何改變都應(yīng)屬于這些權(quán)利要求的范圍。