CN1474038A - 燃气轮机用可倾瓦弹簧片组件 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机用可倾瓦弹簧片组件，为克服转子的轴向气体力由分块式主副可倾瓦承受，并不均匀，将分块式主副可倾瓦支承在弹簧片组件上，弹簧片组件由若干个弹簧片积叠而成，利用弹簧片的弹性均衡因瓦块倾斜，不平而引起的每个瓦片间载荷的不均匀，测定该弹簧片的刚度计算出成组弹簧片的综合刚度，在燃气轮机试车或运行时，弹簧片受力变形，测量转子轴向位移即可测定转子的轴向力值。

Description

燃气轮机用可倾瓦弹簧片组件

所属技术领域

本发明涉及一种由压气机、燃烧室和透平部件组成的燃气轮机中传递转子上的气动轴向力的可倾瓦弹簧片组件。燃气轮机的压气机和透平部件有静止不动的机匣和叶片组成静子，还有高速旋转的压气机、透平的盘和叶片组成的转子。转子支承在径向滑动轴承上，转子上的气动轴向力通过旋转的推力盘传递到静止的分块式主副可倾瓦轴承上滑动并传递到燃气轮机静子机匣上去的弹性组件。

背景技术

燃气轮机不仅有循环效率高，操作方便等特点，还有能快速适应负荷变化的需要。因此在发电、天燃气输送增压站、化工和舰船动力上取得了广泛的应用。

燃气轮机一般由压气机、燃烧室、透平三大部件组成。压气机将空气吸入增压后送入燃烧室，燃烧室内喷入燃油，燃烧后的高温高压燃气在透平膨胀做功。燃气轮机工作介质在热力循环后产生能量用来带动各种工作母机运行。

燃气轮机一般由静止组件和转动组件(转子)组成。静止组件包括压气机机匣和安装其上的串列叶片，燃烧室和燃烧室机匣，透平机匣机及装在上面的串列喷嘴叶片。转子由压气机和透平的轮盘、轴和装在轮盘上的串列压气机及透平叶片组成。转子的叶片上作用着工作介质施加其上的气体力，其切线方向力推动转子高速旋转，而轴向方向力与盘上的气体力合并通过止推轴承传至燃气轮机静止机匣上去。随着燃气轮机功率不断增大，转子质量不断增加和对燃气轮机寿命的要求，支撑转子的轴承采用径向滑动轴承，承受轴向推力的止推轴承多采用分块式主副可倾瓦止推轴承。

现有燃气轮机中可倾瓦多采用偏置点支承并采用铰支梁杠杆原理来自动平衡各瓦块载荷，这种支承形式结构复杂，各瓦块受力不均，给检测转子轴向力的方向和数值带来一定难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，在上述类型的燃气轮机内，采用一个装置，它可在转子轴向力可靠传递基础上实现最小的瓦块间的载荷不均匀度，并可利用这一装置测定燃气轮机运行时转子轴向力的方向及数值。

本发明解决其具体技术问题所采用技术方案是在包含由静止机匣和转子组成的燃气轮机中，转子通过前后轴颈支撑在设在静子机匣支撑件上的滑动轴承上，传递转子的质量和不平衡负荷。转子上的轴向力通过固定在转子轴颈上的推力盘传给分块式可倾主、副止推轴承。主推力瓦安置在推力盘的主推力面侧，副推力瓦安置在推力盘的另一侧，推力瓦设计成可倾式的，推力瓦背面支承点成圆弧形，它支承在专用的弹簧片组件上。弹簧片组件由若干片板式的弹性件积叠而成，它具有一定的刚性并且其刚性可调，弹簧片一个面与可倾瓦背面圆弧接触，其另一面装在轴承机匣内中间留有弹簧组件变形空间，并可传递轴向力到静子机匣上去，分块式可倾瓦各有若干块分布于推力盘两侧，每块推力瓦背面都垫有一块专用的弹簧片组件。

本发明基于以下考虑，即转子推力盘和可倾瓦瓦块之间装配后由于加工和装配误差会产生倾斜和不平，倾斜和不平会使一周若干个推力瓦之间产生载荷的不均匀而影响瓦块的寿命并使轴瓦和滑油温度升高，特别在大功率燃气轮机上轴向力可达数十吨，这种不均匀将更影响燃机的寿命和可靠性。

为了将这种不均匀性减至最小，使瓦块间载荷原则上趋于均衡，设计了积叠式弹簧组件，将推力瓦块支撑在弹簧片组件上，当推力盘和瓦块之间因加工加装配误差而造成倾斜和不平时，弹簧片可以吸收其偏差而减小诸瓦块载荷的不均匀。这种设计可以将瓦块受力不均匀程度降至最低。

该发明指出，每个瓦块下的弹簧片组件的刚性要尽可能一致，并根据推力负荷的大小来设计弹簧片组件的刚性，使载荷不均匀度减至足够小的水平并不致使转子在燃气轮机运行时有太大的轴向位移。

燃气轮机转子推力盘和瓦片之间倾斜和不平的大小直接影响瓦块间的残余不平衡载荷，将燃机加工和装配质量与弹簧片的刚度协调好可以达到最满意的设计效果。

将专用弹簧片组件若干件配成一套放置在推力盘一侧的瓦块下面，测定好这一套成组弹簧片组件的综合刚性，并绘制变形与载荷曲线图，可以利用该图和燃气轮机运行时转子轴轴向位移的数值计算出转子轴向力的方向和数值。

本发明所述方案的有益效果是在于通过安置在推力瓦块下面的专用弹簧片组件减少分块式滑动可倾主副止推轴承瓦块载荷的不均匀，同时利用其完成燃气轮机运行时轴向力的确定和轴瓦负荷的监测，不影响原推力可倾瓦设计性能及特点，结构简单，易于实现，可提高推力轴承的使用寿命。

附图说明

图1是本发明弹簧组件结构示意图。

图2是本发明在燃气轮机转子轴上应用示意图。

图中1燃气轮机，2燃机机匣，3转子部件，4转子轴，5轴承机匣，6径向滑动轴承，7推力瓦背面圆弧形型面，8主推力瓦，9推力盘，10副推力瓦，11弹簧瓦组件。

具体实施方式

由图1可知，燃气轮机(1)由压气机、燃烧室和透平组成，透平发出的功率除带动压气机外剩余功率用来带动发电机或其它工作母机，其中压气机机匣、燃烧室和透平机匣(2)在燃气轮机上是静止不动的，而压气机和透平转动部分由若干个盘，轴和叶片组成，设置在一个共同的转子部件(3)上，转子上的所有件均围绕转子旋转轴线高速旋转。

燃气轮机的转子前后端有轴(4)，转子通过前后轴上的径向滑动轴承(6)和轴承机匣(5)支撑在燃气轮机的静止机匣上，用以传递转子质量力和旋转不平衡力给静止机匣。

燃气轮机转子的前轴上固定有推力盘(9)，转子上的轴向力通过它传递给装在轴承机匣(5)上的主推力瓦(8)或副推力瓦(10)。主副推力瓦是分块式可倾瓦，各有若干块瓦片组成，推力瓦的正面浇铸有耐磨的巴氏合金，背面加工成圆弧形型面(7)，瓦块圆弧型面支撑在弹簧片组件(11)上。主副推力瓦背面都放置有弹簧片组件，弹簧片组件的一个面与瓦块圆弧形型面接触，其另一面与轴承机匣(5)相应的支承面接触，中间留有弹簧组件变形空间。

通过燃气轮机的介质流量随着燃气轮机功率增加而增大，作用在燃气轮机转子上的轴向力可达数吨或数十吨，燃气轮机工作时转子上的轴向力要通过高速旋转的推力盘传递给静止不动推力瓦块，再把它传到静止的机匣上去，尽管在推力盘和瓦块之间有润滑油膜隔开，推力瓦的工作条件仍极其恶劣，其负荷是相当高的，再之推力盘和瓦块等零件的加工和装配误差，它们之间会产生不希望的倾斜和不平，这些都将影响瓦块载荷的大小，使得这些瓦块件承受的载荷的不均匀。

通过在主副推力瓦背面设置弹簧片组件，可以减少由于加工误差造成的倾斜与不平产生的瓦块间载荷不均匀，弹簧片组件是由若干块薄钢板积叠而成，推力盘和瓦块间的倾斜和不平通过弹簧片组件不同的压缩量来吸收，此时瓦片间的载荷差取决于弹簧片组件的刚度，弹簧片刚度小时吸吸同样的倾斜和不平载荷差会小些反之则大，因此，在决定弹簧片组件刚度时需考虑上述倾斜和不平的大小，也要考虑刚性不能太小避免燃气轮机工作时转子产生较大的轴向位移。

专用的弹簧片组件若干件配成一组，预先测定该组弹簧片的综合刚度，燃气轮机组装时在推力盘的两侧各放一组，燃气轮机试车前在转子轴端安放一支轴位移传感器，通过测量不同工况轴位移，根据弹簧片组的综合刚性可计算出燃气轮机轴向力的数值和方向。

Claims (3)

1、一种燃气轮机用可倾瓦弹簧片组件，包含有高速旋转的转子件支撑在径向滑动轴承上，转子上承受的气体轴向力通过转子上的推力盘传递到静止的瓦块上，其特征在于在分块式主副可倾瓦的背面设置有专用的弹簧片组件，用以减少推力瓦块间载荷不均匀。

2、根据权利要求1所述的燃气轮机用可倾瓦弹簧片组件，其特征在于所说的弹簧片组件是由若干块弹簧钢板积叠而成并具有一定的刚度。

3、根据权利要求1、2所述的燃气轮机用可倾瓦弹簧片组件，其特征是弹簧片配成成组的弹簧片组件后具有固定的综合刚度，在燃气轮机转子轴端上设有轴位移传感器，依弹簧片组综合刚度可测定燃气轮机转子的轴向力的数值和方向。

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