[發明專利]輪盤間端面齒接觸的燃氣輪機拉桿轉子預緊力設計校核方法

有效

• 申請號: 201410234823.0
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104018887A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 袁奇;劉昕;劉洋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術領域】

本發明涉及燃氣輪機設計技術領域，特別涉及一種輪盤間端面齒接觸的燃氣輪機拉桿轉子預緊力設計校核方法。

【背景技術】

重型燃氣輪機拉桿轉子是一種典型的組合式轉子，由一根中心拉桿或者多根周向拉桿穿過各級輪盤，通過對拉桿施加預緊力并把緊兩端軸頭的拉桿螺栓，將輪盤壓緊以將組合轉子結合為一體。由于這種結構的轉子重量輕、易于裝配且具有良好的冷卻效果，在燃氣輪機輪機和航空發動機中得到了廣泛應用。此時轉子不再是連續的整體，在多種工作載荷作用下，拉桿預緊力太小時轉子將不能正常連接和運轉；預緊力太大時拉桿螺栓和其他部件的強度安全儲備將降低。拉桿預緊力大小的確定一直是拉桿轉子設計中極為重要的問題。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種輪盤間端面齒接觸的燃氣輪機拉桿轉子預緊力設計校核方法，其通過控制定義的關鍵參數：彎曲剛度無量綱系數的數值來設置合適的拉桿預緊力，同時校核扭轉剛度無量綱系數，保證燃氣輪機輪機轉子的安全運行。

為達到上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

輪盤間端面齒接觸的燃氣輪機拉桿轉子預緊力設計校核方法，包括以下步驟：

1)計算燃氣輪機在靜態軸承支承時其重力彎矩沿軸向的分布，得到燃氣輪機的轉子所受的最大重力彎矩M_b及其位置，同時確定燃氣輪機運行時傳遞的扭矩M_t；

2)計算轉子受重力彎矩最大處接觸界面的截面參數，計算截面參數時將端面齒接觸面近似為平面圓環，該截面參數包括截面對直徑的軸慣性矩I_d和截面面積A；

3)計算轉子受重力彎矩最大接觸界面處重力產生的最大脫開應力σ和拉桿預緊力F產生的壓應力P_a，其公式如下：

σ＝M_bR_out/I_d???????????????(1)

式中：R_out為接觸面外半徑；

P_a＝F/A??????????(2)

定義彎曲剛度無量綱系數為γ_b，其公式如下：

γ_b＝σ/P_a?????????????(3)

確定彎曲剛度無量綱系數的數值，對于實際的燃氣輪機拉桿轉子，設置拉桿預緊力F，使彎曲剛度無量綱系數小于1.0；

4)計算端面齒接觸面上扭矩產生的軸向脫開力F_va，公式如下：

F_va＝4M_t×tan(α/2)/(R_in+R_out)??????????(4)

式中：α為齒形角，R_in為截面內半徑；

定義扭轉剛度無量綱系數為γ_t：

γ_t＝F_va/F???????????(5)

校核扭轉剛度無量綱系數γ_t的數值，調整拉桿預緊力F，確保彎曲剛度無量綱系數和扭轉剛度無量綱系數均小于1.0；

當彎曲和扭轉剛度無量綱系數均小于1.0時，燃氣輪機拉桿轉子預緊力能夠確保輪盤之間接觸面不脫開。

本發明進一步改進在于，步驟1)中，采用有限元方法計算重力彎矩，燃氣輪機運行時傳遞的扭矩M_t為燃氣輪機的額定扭矩。

本發明進一步改進在于，步驟2)中，計算截面為轉子輪盤之間的接觸面，即受重力彎矩最大的輪盤接觸面。

本發明進一步改進在于，步驟3)中，當彎曲剛度無量綱系數小于1.0時，輪盤之間接觸面接觸良好；當彎曲剛度無量綱系數大于等于1.0時，輪盤之間接觸面開始發生脫離。

本發明進一步改進在于，彎曲剛度無量綱系數取0.1。

本發明進一步改進在于，步驟4中)，當扭轉剛度無量綱系數小于1.0時，輪盤之間接觸面接觸良好；當扭轉剛度無量綱系數大于等于1.0時，輪盤之間接觸面開始發生滑移。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明定義了物理意義明確的彎曲和扭轉剛度無量綱系數，確定了輪盤之間通過端面齒連接的重型燃氣輪機拉桿轉子拉桿預緊力的設計方法和校核準則，為燃氣輪機輪機拉桿轉子拉桿預緊力的設置提供了依據，為以后燃氣輪機的自主設計打下了基礎，具有廣泛的工程應用前景。

【附圖說明】

圖1是某燃機典型結構示意圖；