一種多級整體式軸流對轉渦輪結構的製作方法

2023-06-17 11:31:36 2

本發明涉及軸流式原動透平機械領域，特別涉及一種多級整體式軸流對轉渦輪結構。

背景技術：

與反覆式原動機相比，蒸汽輪機和燃氣輪機作為軸流式原動機，由於其工質在其通流部分中連續高速流動，所以能夠產生更高的功率且具有更高的熱效率，廣泛應用於發電、分布式能源、艦船動力和戰車動力等軍民領域。

對於目前的蒸汽輪機和燃氣輪機，高溫工質進入渦輪以後，在導葉流道內膨脹並獲得很高的速度，然後通過動葉把工質的能量轉換為渦輪的功以帶動轉子旋轉。在這個過程中，由於導葉不參與旋轉，所以渦輪單級焓降較小，使得渦輪級數較多，體積較大。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種多級整體式軸流對轉渦輪結構，以提高渦輪單級做功能力，縮小渦輪體積。

為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種多級整體式軸流對轉渦輪結構，包括內轉子、外轉子、太陽齒輪、外齒圈和行星架；外轉子設置在內轉子外周；內轉子和太陽齒輪同軸設置且固定連接；外轉子和外齒圈共軸且固定連接；陽齒輪和行星架設置於外齒圈內；外齒圈通過行星架上的若干行星輪與太陽齒輪嚙合。

進一步的，內轉子的外周設有若干排沿軸向延伸的左旋動葉槽，若干排左旋動葉的葉根卡在對應的左旋動葉槽中；外轉子的內壁上設有若干排沿軸向延伸的右旋動葉槽，若干排右旋動葉的葉根卡在對應的右旋動葉槽中。

進一步的，每級右旋動葉葉片和對應的左旋動葉葉片的安裝角相反且錯位布置。

進一步的，內轉子和外轉子的轉速和行星齒輪的齒數相匹配：其中n1為外轉子的轉速，n2為內轉子的轉速，z1為外齒圈的齒數，z3為太陽齒輪的齒數。

進一步的，工質作用於各級右旋動葉葉片和左旋動葉葉片，從而推動外轉子和內轉子沿著相反的方向轉動，形成對轉。

進一步的，沿軸向，葉片由末級左旋動葉/右旋動葉至第一級右旋動葉/左旋動葉沿工質進入方向依次進行軸向裝配。

通過將裝配右旋動葉的外轉子套裝在裝配動葉的內轉子上，從而使得當高溫工質流進渦輪時，能推動內外轉子旋轉，並通過行星齒輪將兩股動力合成後輸出。

其中，內轉子和外轉子均採用整體式，葉片採用軸向裝配的方式。

多級右旋動葉和左旋動葉採用相反的安裝角，從而實現內轉子和外轉子的對轉。

外轉子和外齒圈裝配在一根軸上，內轉子和太陽齒輪裝配在一根軸上，合成動力通過內轉子的軸進行輸出。

相對於現有技術，本發明具有以下效果：

將原本靜止的導葉部件設計成動力部件(右旋動葉)，通過行星齒輪將動葉和外轉子形成的兩股動力合成後對外輸出功，增大了渦輪單級焓降，提高了渦輪做功能力，使得渦輪體積大幅縮小；行星齒輪調節的動力輸出結構能夠有效地調整以匹配渦輪各級的最佳速比，從而提高渦輪的輪周效率。

附圖說明

圖1為本發明一種多級整體式軸流對轉渦輪結構的爆炸視圖；

圖2為本發明一種多級整體式軸流對轉渦輪結構的簡圖；

圖3為本發明一種多級整體式軸流對轉渦輪結構的葉片裝配示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1所述，本發明一種多級整體式軸流對轉渦輪結構，包括：內轉子1、外轉子4、太陽齒輪5、外齒圈6和行星架7；內轉子1的外周設有若干排沿軸向延伸的左旋動葉槽A，若干排左旋動葉的葉根卡在對應的左旋動葉槽A中；外轉子4的內壁上設有若干排沿軸向延伸的右旋動葉槽B，若干排右旋動葉的葉根卡在對應的右旋動葉槽B中。

內轉子1、左旋動葉葉片2、右旋動葉葉片3和外轉子4構成了渦輪的動力生成系統，太陽齒輪5、外齒圈6和行星架7構成了渦輪的動力合成系統。

多級整體式軸流對轉渦輪結構的簡圖如圖2所示，外轉子4和外齒圈6裝配在一根軸上且固定連接，內轉子1和太陽齒輪5以及負載裝配在一根軸上且固定連接，合成動力通過內轉子1的軸進行輸出。多級整體式軸流對轉渦輪結構的葉片裝配如圖3所示，虛線部分為葉片的葉根，右旋動葉葉片3和左旋動葉葉片2的葉根以及對應的葉片槽均採用可軸向裝配的類型，葉片由末級左旋動葉f至第一級右旋動葉a沿工質進入方向依次進行軸向裝配。

又如圖3所示，每級右旋動葉和左旋動葉都有獨立的葉高和相反的安裝角。當高溫工質從工質入口進入渦輪內部後，會分別依次經過第一級右旋動葉、第一級左旋動葉、第二級右旋動葉、第二級左旋動葉……末級右旋動葉以及末級左旋動葉，最終通過工質出口C流出；這一過程中，高溫工質會作用於右旋動葉葉片3和左旋動葉葉片2，從而推動外轉子4和內轉子1沿著相反的方向轉動，形成對轉。

內轉子1帶動太陽齒輪5進行旋轉，外轉子4帶動外齒圈6進行旋轉，外齒圈6作用於行星架7的行星輪，從而通過行星輪又作用於太陽齒輪5。在合成的過程中，由行星齒輪機構的性質可知，內轉子和外轉子的轉速必須和行星齒輪的齒數相匹配，即其中n1為外轉子4的轉速，n2為內轉子1的轉速，z1為外齒圈6的齒數，z3為太陽齒輪5的齒數。從而實現了動力的合成，並通過內轉子1的軸進行輸出。

採用這種新型多級整體式軸流對轉渦輪結構，將原本靜止的導葉部件設計成動力部件(右旋動葉)，通過行星齒輪將動葉和外轉子形成的兩股動力合成後對外輸出功，增大了渦輪單級焓降，提高了渦輪做功能力，使得渦輪體積大幅縮小；行星齒輪調節的動力輸出結構能夠有效地調整以匹配渦輪各級的最佳速比，從而提高渦輪的輪周效率。