本發(fā)明涉及多級高速汽輪機領(lǐng)域，特別涉及一種多級高速汽輪機的定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的多級高速汽輪機中，均采用銷鍵實現(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盈配合實現(xiàn)的。多級高速汽輪機在多處使用銷鍵結(jié)構(gòu)，在長期運轉(zhuǎn)過程中會因材料發(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)實現(xiàn)要素：

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

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

在一實施例中，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，所述若干級葉輪包括位于兩端的初級葉輪和末級葉輪以及位于所述初級葉輪與末級葉輪之間的至少一中間級葉輪，所述初級葉輪的輪盤在朝向所述末級葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，所述末級葉輪的輪盤在朝向所述初級葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，所述至少一中間級葉輪的兩側(cè)均設(shè)有端齒。

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

在一實施例中，所述中間級葉輪中至少有一級與所述轉(zhuǎn)軸齒輪傳動連接。

在一實施例中，所述至少一級中間級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中間級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。

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

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

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

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

在一實施例中，至少一所述中間級葉輪與所述轉(zhuǎn)軸之間為間隙配合。

綜上所述，本發(fā)明提出一種多級高速汽輪機的定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)，該機構(gòu)的各級葉輪之間采用端齒連接，使得在汽輪機在高轉(zhuǎn)速下能自動對準(zhǔn)中心軸線，扭矩均勻分配到每個齒上，避免傳扭集中而導(dǎo)致定中失效。通過鎖緊螺母壓緊端齒壓力面，使端齒達到有效扭矩的作用，避免傳統(tǒng)多級汽輪機銷鍵采用過盈配合傳扭在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)之下發(fā)生塑性形變失效現(xiàn)象。通過該組合機構(gòu)實現(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)力在一個機構(gòu)中出現(xiàn)，使機構(gòu)功能分配更加合理，壽命更長，相比傳統(tǒng)汽輪機的傳輸軸向力機構(gòu)更加簡單可靠，且裝配起來相對簡單。此外，在一些實施例中，本發(fā)明通過多級葉輪輪盤兩端與軸之間采用過盈配合，中間級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大大減少，僅依靠兩端面就能實現(xiàn)軸與葉輪的有效傳扭。另外，在一些實施例中，采用至少一個輪盤與軸之間通過輔助傳扭結(jié)構(gòu)(例如，花鍵)連接，輔助傳扭，防止發(fā)生打滑問題，以適應(yīng)任何工況下進行工作。本發(fā)明的定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)具有高效、傳輸軸向力和扭力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、裝配簡單、適應(yīng)工況能力強等優(yōu)點。

附圖說明

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

圖2為本發(fā)明定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)的示意圖。

圖3為本發(fā)明葉輪的過盈配合面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明相鄰兩級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。

具體實施方式

在詳細描述實施例之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細結(jié)構(gòu)或元件排布。本發(fā)明可為其它方式實現(xiàn)的實施例。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的措辭及術(shù)語僅僅用作描述用途，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、其等同物及其它附加事項。特別是，當(dāng)描述“一個某元件”時，本發(fā)明并不限定該元件的數(shù)量為一個，也可以包括多個。

如圖1-3所示，根據(jù)本發(fā)明一實施例的多級高速汽輪機的定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)10包括轉(zhuǎn)軸12及安裝在轉(zhuǎn)軸12上的若干級葉輪，例如四級葉輪，若干級葉輪與轉(zhuǎn)軸12傳動連接以使得葉輪轉(zhuǎn)動進而驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動。各級葉輪之間通過端齒嚙合121而傳動連接，同時，所述若干級葉輪的兩端分別設(shè)有鎖緊螺母14以對各級葉輪施加一預(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。所述若干級葉輪包括位于兩端的初級葉輪和末級葉輪以及位于所述初級葉輪和末級葉輪之間的至少一中間級葉輪，初級葉輪的輪盤在朝向末級葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，末級葉輪的輪盤在朝向初級葉輪的一側(cè)設(shè)有端齒，所述至少一中間級葉輪的兩側(cè)均設(shè)有端齒。

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

第一級葉輪16遠離第四級葉輪22的一端和第四級葉輪22遠離第一級葉輪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對對應(yīng)的葉輪施加一預(yù)緊力，使得各級葉輪的端齒緊密結(jié)合在一起，當(dāng)汽輪機運轉(zhuǎn)時將扭矩均勻分配到每個齒上，避免傳扭集中而導(dǎo)致定中失效，使得端齒達到有效扭矩的作用。鎖緊螺母14對葉輪施加的預(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。

本實施例中，為了進一步加強鎖緊螺母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)動方向相反。這樣設(shè)置的好處是在高速轉(zhuǎn)動過程中，鎖緊螺母14不會松動，保證各級葉輪的端齒之間能有效傳遞扭矩，防止發(fā)生微動損傷。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)軸與葉輪輪盤之間的配合形式設(shè)計成可以減少轉(zhuǎn)軸與輪盤的傳扭位置點。具體來說，初級葉輪和末級葉輪與轉(zhuǎn)軸的配合面采用的配合形式為過盈配合，這樣可以解決多級高速汽輪機傳遞扭力給轉(zhuǎn)軸，以便輸出軸功的問題。至少一級中間級葉輪與轉(zhuǎn)軸的配合形式為間隙配合。通過葉輪輪盤兩端與轉(zhuǎn)軸之間采用過盈配合，使得轉(zhuǎn)軸和輪盤之間傳扭的位置點大大減少，僅依靠兩端面就能實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與葉輪的有效傳扭。

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

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

請同時參考圖5和圖6，第二級葉輪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。具體實施時，花鍵的具體參數(shù)：模數(shù)為2，齒數(shù)為22個，壓力角37.50，花鍵配合長度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)實際情況進行修改。

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

綜上所述，本發(fā)明提出一種多級高速汽輪機的定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)，該機構(gòu)的各級葉輪之間采用端齒連接，使得在汽輪機在高轉(zhuǎn)速下能自動對準(zhǔn)中心軸線，扭矩均勻分配到每個齒上，避免傳扭集中而導(dǎo)致定中失效。通過鎖緊螺母壓緊端齒壓力面，使端齒達到有效扭矩的作用，避免傳統(tǒng)多級汽輪機銷鍵采用過盈配合傳扭在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)之下發(fā)生塑性形變失效現(xiàn)象。通過該組合機構(gòu)實現(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)力在一個機構(gòu)中出現(xiàn)，使機構(gòu)功能分配更加合理，壽命更長，相比傳統(tǒng)汽輪機的傳輸軸向力機構(gòu)更加簡單可靠，且裝配起來相對簡單。此外，本發(fā)明通過多級葉輪輪盤兩端與軸之間采用過盈配合，使得軸和輪盤之間傳扭的位置點大大減少，僅依靠兩端面就能實現(xiàn)軸與葉輪的有效傳扭。另外，在一些實施例中，采用至少一個輪盤與軸之間通過輔助傳扭結(jié)構(gòu)(例如，花鍵)連接，輔助傳扭，防止發(fā)生打滑問題，以適應(yīng)任何工況下進行工作。本發(fā)明的定心傳扭鎖緊組合機構(gòu)具有高效、傳輸軸向力和扭力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、裝配簡單、適應(yīng)工況能力強等優(yōu)點。

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施成其它形式。所公開的具體實施例應(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。