一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子
技术领域
本发明涉及一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，属于重型燃气轮机技术领域。
背景技术
重型燃气轮机是清效高洁的发电设备，其中转子是最主要的核心部件，由于工作在高温、高压、高转速及重载环境下，因此转子的设计难度极大。目前我国对于重型燃气轮机转子的设计制造处于起步阶段，少数发达国家对于此技术处于垄断地位。重型燃气轮机转子轴向、径向温度梯度大，各级耐高温及强度特性不同，而拉杆转子可以很好的满足上述需求。重型燃气轮机拉杆转子的设计难度极大，目前我国对于重型燃气轮机转子的设计制造处于起步阶段，国内没有成熟的模化模型及理论，少数发达国家对于此技术处于垄断地位。
现有的重型燃气轮机的的模化透平转子在使用过程存在如下缺点：
1、由于工作在高温、高压、高转速及重载环境下，因此使用过程中转子局部易产生裂痕；
2、加工成本高，加工难度大。
3、常规方式的轮盘中心加工有转子轴安装孔，长期使用时，转子轴、轮盘的配合安装处产生受力集中，出现不同程度的变形、断裂。
基于上述技术问题，亟需提出一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决现有重型燃气轮机的模化透平转子在高温、高压、高转速及重载环境下，局部易产生裂痕，加工成本高，难度大，转子轮盘易变形断裂，轮盘两两之间装配不稳定的问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，包括透平前端轴、第一级轮盘、中间盘、第二级轮盘、透平后端轴和短拉杆，所述透平前端轴、第一级轮盘和中间盘依次布置，透平前端轴、第一级轮盘和中间盘通过短拉杆连接，中间盘、第二级轮盘和透平后端轴依次布置，中间盘、第二级轮盘和透平后端轴通过短拉杆连接,透平前端轴、第一级轮盘、中间盘、第二级轮盘、透平后端轴和短拉杆连接后总长度为L1，L1＝995mm。
优选的：透平前端轴第一安装盘、第二安装盘、前端轴体、凸台环、圆锥台和轮盘定位凸起，第一安装盘安装在前端轴体的左端，圆锥台安装在前端轴体的右端，第二安装盘安装在圆锥台的右端，凸台环设置在第二安装盘的右端，圆锥台内部设有圆锥内凹槽，在圆锥内凹槽底部安装有轮盘定位凸起，第一安装盘和第二安装盘上分别上均匀分布有多个圆孔；
第一安装盘的厚度为L101，L101＝10mm，第一安装盘的外径为φ1，φ1＝210mm，第一安装盘中心位置加工有一个后端轴定位槽，后端轴定位槽的直径和深度分别为φ2和L101，φ2＝124，第一安装盘上均匀分布加工有18个第一安装孔，第一安装孔的直径为φ3，φ3＝11mm；
所述前端轴体为圆柱状，前端轴体的厚度为L102，L102＝150mm，前端轴体的外径为φ4，φ4＝150mm，前端轴体中心加工有一减重孔，减重孔的直径和深度分别为φ5和L102，φ5＝80mm；
所述圆锥台左侧端面外径为φ4，φ4＝150mm，圆锥台右侧端面外径为φ6，φ6＝200，圆锥台的厚度为L103，L103＝25mm，圆锥台右侧加工一个圆锥内凹槽，圆锥内凹槽的底部端面直径和深度分别为φ7和L104，φ7＝135mm，L104＝12.5mm；
所述轮盘定位凸起安装在圆锥内凹槽底部端面中心位置，轮盘定位凸起的厚度为L105，L105＝40.5，轮盘定位凸起的外径为φ8，φ8＝90mm，轮盘定位凸起右端面加工有一轮盘定位孔，轮盘定位孔的直径和深度分别为φ9和L106，φ9＝50mm，L106＝28mm；
所述第二安装盘的厚度为L107，L107＝10mm，第一安装盘的外径为φ10，φ10＝260mm，第二安装盘中心位置加工有一圆锥孔，圆锥孔右端面直径为φ11，φ11＝180mm，锥角为 90°，第二安装盘上均匀分布加工有15个第二安装孔，第二安装孔的直径为φ12，φ12＝11mm；
所述凸台环的厚度为L108，L108＝5mm，凸台环的内径为φ11，φ11＝180mm，凸台环的外径为φ13，φ13＝190mm；
所述第一安装盘、第二安装盘、前端轴体、凸台环、圆锥台和轮盘定位凸起为一体成型加工，第一安装盘、第二安装盘、前端轴体、凸台环、圆锥台和轮盘定位凸起总长度为L109，L109＝213mm。
优选的：所述第一级轮盘的直径为L201,L201＝φ360mm,第一级轮盘的宽度为L203,L203＝60mm，第一级轮盘的左右两端对称加工有第一阶梯轴，第一级轮盘与第一阶梯轴同轴线，第一阶梯轴的直径为L202，L202＝φ260mm，第一阶梯轴的宽度为L209， L209＝20mm，第一阶梯轴的同轴线加工有第一端口，第一端口的直径为L206,L206＝φ 190+0.046-0mm，第一端口的宽度为L209，L209＝20mm，第一端口的外侧加工有第一倒角，第一倒角的尺寸为L207，L207＝2×45°，第一级轮盘同轴线加工有第一中心端口，第一中心端口的直径为L205，L205＝φ50mm，第一中心端口的宽度为L208，L208＝20mm，第一阶梯轴上加工有第一拉杆孔，第一拉杆孔是直径为L210的通孔，L210＝11mm，第一拉杆孔的数量为N，N个第一拉杆孔以第一级轮盘(2)的轴线为轴心圆周阵列在第一阶梯轴上， N＝15，第一拉杆孔的圆周阵列直径为L204，L204＝φ230mm。
优选的：所述中间盘的直径为L304，L304＝φ260mm，中间盘的宽度为L305，L305＝60mm，中间盘上加工有中间拉杆孔，中间拉杆孔的数量为N，中间拉杆孔为通孔，N个中间拉杆孔以中间盘的轴线为轴心圆周阵列在中间盘上，N＝15，中间拉杆孔的圆周阵列直径为L313，L313＝φ230mm，中间盘的两端对称加工有中间阶梯轴，中间盘与中间阶梯轴同轴线，中间阶梯轴的厚度为L310，L310＝5mm，中间阶梯轴的直径为L303，L303＝φ190-00.029mm，中间阶梯轴的两端外径上加工有中间倒角，中间倒角的尺寸为L306,L306＝2×45°mm，中间阶梯轴的外径连接处上加工有中间倒圆角，中间倒圆角的尺寸为L307，L307＝R0.5，中间盘两端对称加工有中间凹口，中间盘与中间凹口同轴线，中间凹口的直径为L302，L302＝φ170，中间凹口的宽度为L312，L312＝20mm，中间盘同轴线加工有中间中心通孔，中间中心通孔的直径为L301，L301＝φ110mm，中间中心通孔的宽度为L309，L309＝20mm，中间盘的外壁中心处加工有中间环形凹槽，中间环形凹槽的宽度为L308，L308＝30mm，中间环形凹槽的底部直径为L303，L303＝φ190mm。
优选的：所述第二级轮盘的直径为L401,L401＝φ310mm,第二级轮盘的宽度为L403， L403＝60mm，第二级轮盘的左右两端对称加工有第二阶梯轴，第二级轮盘与第二阶梯轴同轴线，第二阶梯轴的直径为L402，L402＝φ260mm，第二阶梯轴的宽度为L409，L409＝20mm，第二阶梯轴的同轴线加工有第二端口，第二端口的直径为L406,L406＝φ190-+00.046mm，第二端口的宽度为L409，L409＝20mm，第二端口的外侧加工有第二倒角，第二倒角的尺寸为 L407，L407＝2×45°，第二级轮盘同轴线加工有第二中心端口，第二中心端口的直径为 L405，L205＝φ50mm，第二中心端口的宽度为L408，L408＝20mm，第二阶梯轴上加工有第二拉杆孔，第二拉杆孔是直径为L404的通孔，L404＝11mm，第二拉杆孔的数量为N，N个第二拉杆孔以第二级轮盘的轴线为轴心圆周阵列在第二阶梯轴上，N＝15，第二拉杆孔的圆周阵列直径为L410，L410＝φ230mm。
优选的：所述所述透平后端轴包括圆锥环体、长轴、固定盘和圆环体，圆锥环体的端面外侧设有固定盘，固定盘的左端面上加工有圆环体，圆锥环体的右端具有长轴，固定盘上均匀分布有拉杆孔，圆锥环体内部设有圆锥内凹槽，圆锥内凹槽的锥角为90°；
所述圆锥环体、长轴和圆环体为一体成型加工，圆锥环体、长轴和圆环体的总长度为 L501，L501＝635mm；所述固定盘的厚度为L502，L502＝10mm，固定盘的外径为L504，L504＝φ260mm，固定盘上均匀分布有N个拉杆孔，拉杆孔的直径为L511，L511＝φ11mm,N个中间拉杆孔以固定盘的轴线为轴心圆周阵列在固定盘上，N＝15，拉杆孔的圆周阵列直径为L513，L513＝φ230mm；所述圆环体的内径为L506，L506＝φ180mm，圆环体的外径为L505，L505＝φ190mm，圆环体的长度为L503，L503＝5mm；所述圆锥内凹槽的圆锥顶点至圆锥环体的端面的距离为L510，L510＝90mm；所述长轴的直径为L509，L509＝φ40mm，长轴右侧端部倒角为L508，L508＝0.7×45°；所述圆锥环体左侧外廓直径为L507，L507＝φ200mm。
优选的：所述短拉杆的长度为L601，L601＝52mm，短拉杆的直径为L602，L602＝φ10mm，短拉杆的两端对称加工有螺纹,螺纹的长度为L603，L603＝20mm，螺纹为M10-6g，螺纹端部加工有倒角，螺纹端部倒角的尺寸为L604，L604＝0.5×45°，短拉杆依次穿过第二安装孔、第一拉杆孔和中间拉杆孔，螺纹与螺母连接，短拉杆和螺母将短拉杆将第二安装孔、第一拉杆孔和中间拉杆孔连接拧紧固定，短拉杆依次穿过中间拉杆孔、第二拉杆孔和固定盘上的拉杆孔，螺纹与螺母连接，短拉杆和螺母将中间拉杆孔、第二拉杆孔和固定盘上的拉杆孔连接拧紧固定。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的结构简单，加工成本低，装配方便，在模拟高速、重载等工况下安全可靠性高，可较好的模拟反映重型燃气轮机透平转子的结构特征及其特有的动力学特性；转盘的外轮廓更方便与转子叶片配合；
2.基于本发明的结构，可在圆环椎体薄壁结构处制造加工裂纹，模拟转子裂纹故障特性，获取裂纹故障试验数据库；
3.本发明易于安装和拆卸，结构设计合理，适于推广使用。
附图说明
图1是一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子的主视图；
图2是第一级轮盘的结构主视图；
图3是第一级轮盘的结构侧视图；
图4是中间盘的结构主视图；
图5是中间盘的结构侧视图；
图6是第二级轮盘的结构主视图；
图7是透平后端轴的结构主视图；
图8是透平后端轴的结构侧视图；
图9是短拉杆的结构示意图；
图10是重型燃气轮机模化转子结构的示意图；
图11是透平前端轴的结构主视图；
图12是透平前端轴的结构侧视图；
图中1-透平前端轴，11-第一安装盘，111-第一安装孔，12-第二安装盘，121-第二安装孔，13-前端轴体，14-凸台环，15-圆锥台，151-圆锥内凹槽，16-轮盘定位凸起，17- 减重孔，18-轮盘定位孔，2-第一级轮盘，21-第一拉杆孔，22-第一端口，23-第一中心端口，24-第一倒角，25-第一阶梯轴，3-中间盘，31-中间凹口，32-中间中心通孔，33-中间阶梯轴，34-中间环形凹槽，35-中间拉杆孔，36-中间倒角，37-中间倒圆角，4-第二级轮盘，41-第二拉杆孔，42-第二端口，43-第二中心端口，44-第二倒角，45-第二阶梯轴，5- 透平后端轴，51-圆锥环体，52-长轴，53-固定盘，54-圆环体，55-圆锥内凹槽，6-短拉杆， 61-螺纹。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接(即为不可拆卸连接) 包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
具体实施方式一：结合图1-图12说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，包括透平前端轴1、第一级轮盘2、中间盘3、第二级轮盘4、透平后端轴5和短拉杆6，所述透平前端轴1、第一级轮盘2和中间盘3依次布置，透平前端轴1、第一级轮盘2和中间盘3通过短拉杆6连接，中间盘3、第二级轮盘4和透平后端轴5依次布置，中间盘3、第二级轮盘4和透平后端轴5通过短拉杆6连接,透平前端轴1、第一级轮盘2、中间盘3、第二级轮盘4、透平后端轴5和短拉杆6连接后总长度为 L1，L1＝995mm，结构简单，加工成本低，装配方便，在模拟高速、重载等工况下安全可靠性高，可较好的模拟反映重型燃气轮机透平转子的结构特征及其特有的动力学特性。
具体实施方式二：结合图1、图10、图11、图12说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，所述透平前端轴包括第一安装盘11、第二安装盘12、前端轴体13、凸台环14、圆锥台15和轮盘定位凸起16，第一安装盘11安装在前端轴体13的左端，圆锥台15安装在前端轴体13的右端，第二安装盘12安装在圆锥台 15的右端，凸台环14设置在第二安装盘12的右端，圆锥台15内部设有圆锥内凹槽151，在圆锥内凹槽151底部安装有轮盘定位凸起16，第一安装盘11和第二安装盘12上分别上均匀分布有多个圆孔，第一安装盘11与压气机后端轴进行连接安装，第二安装盘12 与第一级轮盘2进行连接安装；
所述第一安装盘11的厚度为L101，L101＝10mm，第一安装盘11的外径为φ1，φ 1＝210mm，第一安装盘11中心位置加工有一个后端轴定位槽，后端轴定位槽的直径和深度分别为φ2和L101，φ2＝124，第一安装盘11上均匀分布加工有18个第一安装孔111，第一安装孔111的直径为φ3，φ3＝11mm，第一安装孔111用来通过螺栓与压气机后端轴进行连接，后端轴定位槽实现与压气机后端轴的轴向定位；
所述前端轴体13为圆柱状，前端轴体13的厚度为L102，L102＝150mm，前端轴体13的外径为φ4，φ4＝150mm，前端轴体13中心加工有一减重孔17，减重孔17的直径和深度分别为φ5和L102，φ5＝80mm，减重孔17使前端轴体13在保证强度的同时能够实现减重；
所述圆锥台15左侧端面外径为φ4，φ4＝150mm，圆锥台15右侧端面外径为φ6，φ6＝200，圆锥台15的厚度为L103，L103＝25mm，圆锥台15右侧加工一个圆锥内凹槽151，圆锥内凹槽151的底部端面直径和深度分别为φ7和L104，φ7＝135mm，L104＝12.5mm；
所述轮盘定位凸起16安装在圆锥内凹槽151底部端面中心位置，轮盘定位凸起16的厚度为L105，L105＝40.5mm，轮盘定位凸起16的外径为φ8，φ8＝90mm，轮盘定位凸起 16右端面加工有一轮盘定位孔18，轮盘定位孔18的直径和深度分别为φ9和L106，φ9＝50mm，L106＝28mm，轮盘定位孔18用来实现第一级轮盘2连接中心的轴向定位；
所述第二安装盘12的厚度为L107，L107＝10mm，第一安装盘11的外径为φ10，φ10＝260mm，第二安装盘12中心位置加工有一圆锥孔，圆锥孔右端面直径为φ11，φ 11＝180mm，锥角为90°，第二安装盘12上均匀分布加工有15个第二安装孔121，第二安装孔121的直径为φ12，φ12＝11mm，第二安装孔121通过拉杆与第一级轮盘2固定安装；
所述凸台环14的厚度为L108，L108＝5mm，凸台环14的内径为φ11，φ11＝180mm，凸台环14的外径为φ13，φ13＝190mm，凸台环14用来实现与第一级轮盘2的轴向和径向定位；
所述第一安装盘11、第二安装盘12、前端轴体13、凸台环14、圆锥台15和轮盘定位凸起16为一体成型加工，第一安装盘11、第二安装盘12、前端轴体13、凸台环14、圆锥台15和轮盘定位凸起16总长度为L109，L109＝213mm。
具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，所述第一级轮盘2的直径为L201,L201＝φ360mm,第一级轮盘2 的宽度为L203,L203＝60mm，第一级轮盘2的左右两端对称加工有第一阶梯轴25，第一级轮盘2与第一阶梯轴25同轴线，第一阶梯轴25的直径为L202，L202＝φ260mm，第一阶梯轴25的宽度为L209，L209＝20mm，第一阶梯轴25的同轴线加工有第一端口22，第一端口22的直径为L206,
具体实施方式四：结合图1、图4、图5说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，所述中间盘3的直径为L304，L304＝φ260mm，中间盘3 的宽度为L305，L305＝60mm，中间盘3上加工有中间拉杆孔35，中间拉杆孔35的数量为 N，中间拉杆孔35为通孔，N个中间拉杆孔35以中间盘3的轴线为轴心圆周阵列在中间盘3上，N＝15，中间拉杆孔35的圆周阵列直径为L313，L313＝φ230mm，中间盘3的两端对称加工有中间阶梯轴33，中间盘3与中间阶梯轴33同轴线，中间阶梯轴33的厚度为L310，L310＝5mm，中间阶梯轴33的直径为L303，
具体实施方式五：结合图1、图6说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，所述第二级轮盘4的直径为L401,L401＝φ310mm,第二级轮盘4 的宽度为L403,L403＝60mm，第二级轮盘4的左右两端对称加工有第二阶梯轴45，第二级轮盘4与第二阶梯轴45同轴线，第二阶梯轴45的直径为L402，L402＝φ260mm，第二阶梯轴45的宽度为L409，L409＝20mm，第二阶梯轴45的同轴线加工有第二端口42，第二端口42的直径为L406,
具体实施方式六：结合图1、图7、图8说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，所述透平后端轴5包括圆锥环体51、长轴52、固定盘53 和圆环体54，圆锥环体51的端面外侧设有固定盘53，固定盘53的左端面上加工有圆环体54，圆锥环体51的右端具有长轴52，固定盘53上均匀分布有多个圆孔，圆锥环体51 内部设有圆锥内凹槽55，圆锥内凹槽55的锥角为90°。固定盘53用于后端轴与二级轮盘4连接，圆环体54用来实现后端轴与二级轮盘4的轴向和径向定位配合，圆锥环体51 与长轴52为一体加工成型，圆锥内凹槽55可以保证透平转子在保证强度的同时，减轻转子的重量，利于产品的运行与提速；
所述圆锥环体51、长轴52和圆环体54为一体成型加工，圆锥环体51、长轴52和圆环体54的总长度为L501，L501＝635mm；所述固定盘53的厚度为L502，L502＝10mm，固定盘53的外径为L504，L504＝φ260mm，固定盘53上均匀分布有N个拉杆孔，拉杆孔的直径为L511，L511＝φ11mm,N个中间拉杆孔以固定盘53的轴线为轴心圆周阵列在固定盘53 上，N＝15，如此设置，短拉杆6过固定盘53上的拉杆孔与二级轮盘4进行连接，均匀分布的拉杆孔使透平后端轴5在二级轮盘上固定的更加牢靠；拉杆孔的圆周阵列直径为 L513，L513＝φ230mm；所述圆环体54的内径为L506，L506＝φ180mm，圆环体54的外径为L505，L505＝φ190mm，圆环体54的长度为L503，L503＝5mm；所述圆锥内凹槽55的圆锥顶点至圆锥环体51的端面的距离为L510，L510＝90mm；所述长轴52的直径为L509，L509＝φ40mm，长轴52右侧端部倒角为L508，L508＝0.7×45°；所述圆锥环体51左侧外廓直径为L507，L507＝φ200mm，基于此圆锥环体51的机构，可在圆锥环体51的薄壁结构处制造加工裂纹，模拟转子裂纹故障特性，获取裂纹故障试验数据库。
具体实施方式七：结合图1-图10说明本实施方式，本实施方式的一种应用于重型燃气轮机的模化透平转子，所述所述短拉杆6的长度为L601，L601＝52mm，短拉杆6的直径为L602，L602＝φ10mm，短拉杆6的两端对称加工有螺纹61,螺纹61的长度为L603， L603＝20mm，螺纹61为M10-6g，螺纹61端部加工有倒角，螺纹61端部倒角的尺寸为L604， L604＝0.5×45°，短拉杆6依次穿过第二安装孔121、第一拉杆孔21和中间拉杆孔35，螺纹61与螺母连接，短拉杆6和螺母将短拉杆6将第二安装孔121、第一拉杆孔21和中间拉杆孔35连接拧紧固定，短拉杆6依次穿过中间拉杆孔35、第二拉杆孔41和固定盘 53上的拉杆孔，螺纹61与螺母连接，短拉杆6和螺母将中间拉杆孔35、第二拉杆孔41 和固定盘53上的拉杆孔连接拧紧固定，短拉杆6与透平前端轴1、第一级轮盘2、中间盘 3、第二级轮盘4和透平后端轴5的配合为间隙配合。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
