[發(fā)明專利]螺紋桿、連接組件、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及用于改進(jìn)螺紋疲勞壽命的組裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380029647.0
• 申請(qǐng)日: 2013-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104364472A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T.米爾恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門(mén)子公司
• 主分類號(hào): F01D5/06
• 分類號(hào): F01D5/06;F16B35/04;F16B39/284;F01D25/24
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李晨;傅永霄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明特別地但非排他地涉及具有中心螺栓安裝的壓縮機(jī)和動(dòng)力渦輪盤(pán)的燃?xì)鉁u輪或渦輪機(jī)器，其中，中心螺栓或張力螺柱在其端部具有螺紋。本發(fā)明還適用于不同類型的機(jī)器，還適用于葉片與轉(zhuǎn)子成為一體的渦輪機(jī)器或者非渦輪機(jī)器。

背景技術(shù)

在一個(gè)已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造中，數(shù)個(gè)盤(pán)被設(shè)置以形成轉(zhuǎn)子，一些盤(pán)包括被插到這些盤(pán)的徑向延伸的葉片。存在用于壓縮機(jī)葉片的盤(pán)組以及用于渦輪機(jī)葉片的盤(pán)組。各自的盤(pán)組分別通過(guò)作用到一個(gè)或兩個(gè)張力螺柱的渦輪機(jī)螺母和壓縮機(jī)螺母保持，該螺母和螺柱通常還用以施加預(yù)負(fù)載以擰緊裝置，以保證在渦輪機(jī)工作期間所有的旋轉(zhuǎn)部分都是牢固的。

在現(xiàn)今的渦輪機(jī)中，轉(zhuǎn)子可由一對(duì)張力螺柱被保持在一起。在下文中，以簡(jiǎn)化的方式解釋如何組裝壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的一種可能方法。第一螺柱的第一螺紋端部可接合到轉(zhuǎn)子的軸元件中的螺紋孔中。壓縮機(jī)盤(pán)可隨后被軸向推到位置中，并被鎖定到軸元件。另一壓縮機(jī)盤(pán)可另外被推到位置中。最后，帶螺紋的壓縮機(jī)螺母可被接合到第一螺柱的第二螺紋端部，并被擰緊，使得所有的壓縮機(jī)盤(pán)和軸元件都彼此被固定。對(duì)于渦輪機(jī)盤(pán)，第二螺柱的第一螺紋端部可接合在軸元件的另一個(gè)端部的螺紋孔中。隨后渦輪機(jī)盤(pán)可從相對(duì)側(cè)被軸向推到位置中，帶螺紋的渦輪機(jī)螺母可被用到第二螺柱的第二螺紋端部并被擰緊，使得所有渦輪機(jī)盤(pán)可被鎖定到軸元件。

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間，可在螺柱中經(jīng)受應(yīng)力。此外，應(yīng)力可能在螺柱和螺母的所有螺紋上不是均勻分布，結(jié)果是，局部峰值負(fù)載可能導(dǎo)致受影響螺紋的疲勞，結(jié)果導(dǎo)致潛在失效。

在圖1A中，帶螺紋的壓縮機(jī)螺柱（CS）被旋轉(zhuǎn)到帶螺紋接合體中，然后被旋轉(zhuǎn)到中間軸（INTS）中的螺紋孔中，壓縮機(jī)盤(pán)（CD）在組裝期間在壓縮機(jī)螺柱（CS）上從左滑動(dòng)到右。進(jìn)口軸（IS）隨后被安裝到壓縮機(jī)螺柱（CS）上，壓縮機(jī)預(yù)負(fù)載螺母（CN）被擰到壓縮機(jī)螺柱端部上。為了組裝，可能使用液壓工具以拉伸螺柱（CS），壓縮機(jī)螺母（CN）被擰緊以在工具被移除之前接合進(jìn)口軸（IS）。這樣保持了通過(guò)螺母（CN）被施加到壓縮機(jī)螺柱（CS）的預(yù)負(fù)載，其也可被稱作預(yù)張力。所需的拉伸可受到螺柱（CS）及夾持部件，例如壓縮機(jī)盤(pán)（CD）在不同的工作條件處的相對(duì)的熱及機(jī)械膨脹和收縮的影響。

圖1B示出了被擰到中間軸（INTS）的另一個(gè)軸向端部中的渦輪機(jī)螺柱（TS）。然后（未在圖1B中示出），下一階段是從右到左將渦輪機(jī)盤(pán)（TD）組裝到渦輪機(jī)螺柱（TS）上，渦輪機(jī)螺母（TN）被擰到渦輪機(jī)螺柱（TS）的另一端部上，如在圖1C中所示。液壓工具被使用以拉伸渦輪機(jī)螺柱（TS），螺母（TN）被擰緊以當(dāng)工具被移除時(shí)保持預(yù)負(fù)載或預(yù)張力。

將意識(shí)到的是，這是復(fù)雜的裝置，其需要細(xì)致的加工和組裝，以便實(shí)現(xiàn)滿足需要的操作及長(zhǎng)的使用壽命。必須考慮螺柱的材料、螺柱的尺寸、螺柱的拉伸量等，以保證在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的所有工作條件中的足夠的旋轉(zhuǎn)負(fù)載。特別地，螺紋連接和螺柱可能經(jīng)受應(yīng)力。

應(yīng)該注意到，“負(fù)載”指的是由螺柱施加到盤(pán)的沿軸向方向（或至少具有沿軸向方向的矢量分量）的夾持力。

用“負(fù)載”還描述了一種作用在螺柱端部上的由于預(yù)負(fù)載或由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的力。“負(fù)載”被認(rèn)為是與由螺母作用在螺柱端部上的力的矢量的軸向分量方向相反的矢量。

“預(yù)負(fù)載”被認(rèn)為是當(dāng)所有部分都組裝好時(shí)存在于非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中的力。當(dāng)多個(gè)轉(zhuǎn)子部分被連接或固定或夾持在一起時(shí)，預(yù)加載力是存在的。

本發(fā)明的目標(biāo)是減少螺柱和螺紋的應(yīng)力和疲勞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明尋求緩解這些缺點(diǎn)。

這個(gè)目標(biāo)是由獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利改進(jìn)和修改。

根據(jù)本發(fā)明，螺紋桿被設(shè)置為用于與帶有螺紋的另一部件接合。螺紋桿可特別地被布置在渦輪機(jī)器中，甚至更特別地布置在渦輪機(jī)器轉(zhuǎn)子中。

該另一部件包括圓柱形第一螺紋，所述第一螺紋沿著第一螺紋的軸向延伸范圍具有一致的第一螺距和一致的第一螺紋角。“圓柱形”表示第一螺紋的較大直徑可位于假想的圓柱體上，并且/或者第一螺紋的較小直徑可位于另一個(gè)假想的圓柱體上。

螺紋桿包括第二螺紋和第三螺紋，所述第二螺紋沿著第二螺紋的軸向延伸范圍具有一致的第二螺距和一致的第二螺紋角，所述第三螺紋沿著所述第三螺紋的軸向延伸范圍具有一致的第三螺距和一致的第三螺紋角，第一螺紋角和第二螺紋角和第三螺紋角基本相等，并且第一螺距和第二螺距和第三螺距基本相等。