[发明专利]一种燃气轮机转子装置及应力调整方法

说明书

本发明提供了一种燃气轮机转子装置，包括彼此啮合的第一和第二轮盘组件，各轮盘组件包括：轮盘；位于轮盘一侧的轴头；位于轮盘另一侧的整体轴段和端面齿；第一，第二轮盘组件通过端面齿的相互啮合传递压力与扭矩，整体轴段与端面齿之间还设有用于调节端面齿形表面应力的应力调整轴段，应力调整轴段的外径大于整体轴段的外径。本发明通过减小结构调整区域范围，基于尺寸的调整对象、调整范围与应力降低程度的关系，实现对端面齿的齿形表面应力的最佳调节效果。

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，具体而言，涉及燃气轮机转子装置及应力调整方法。

背景技术

轮盘端面齿具有刚度大、自对中性能，在重型燃气轮机转子连接和传扭中具有重要应用。具体来说，燃气轮机结构中，端面齿依靠压紧力连接相邻级轮盘，以达到使转子不分离和传递压力与扭矩的作用。通常，基于端面齿齿形表面应力安全的压紧力需求和基于转子不分离的压紧力需求是矛盾的，即为了满足端面齿齿形表面应力安全要求，需要较低的端面齿压紧力；而为了满足转子不分离的安全要求，需要较高的压紧力。调整压紧力的方式通常还易出现调整安全裕度不足的情况。

现有技术中，在满足转子不分离的情况下，调整端面齿齿形表面应力的方法一般采用调整轮盘与端面齿之间整体轴段的内外径尺寸的方式。该方式的缺点在于整体轴段的尺寸变化导致结构变化区域大，质量变化大，影响燃气轮机轮盘强度与转子动力学特性，且无法针对性的调整端面齿齿形表面应力。

目前，中国期刊《热力透平》2013年第1期第42卷发表的“周向拉杆转子轮盘端面齿接触应力分析”中公开了基于某周向拉杆转子模型，理论分析轮盘端面齿连接段在预紧力和扭矩作用下的齿面应力，提出了冲压模型模拟齿面接触应力分布，并通过有限元方法对此方法进行对比验证。该期刊全篇未提及通过调整转子内外径尺寸进行端面齿齿形表面应力调节的方案。

还有专利如CN208397163U公开了一种易替换的耐磨楔形单向传动装置，包括第一轴件和第二轴件，在楔形块磨损失效时，将第一轴件或第二轴件单独更换，即将齿与轴制造成两个可拆装的独立零件，降低成本，是一种延长使用寿命的结构设计方案。该专利中全篇亦未提及对端面齿齿形表面应力进行调节的方案。综上所述，目前需要一种减小结构调整区域范围，以降低质量和刚度对强度与转子动力学影响，并达到最佳的降低端面齿齿形表面应力的方法。

鉴于上述技术问题，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃气轮机转子装置及应力调整方法，以解决现有技术中的缺陷，通过减小结构调整区域范围，基于尺寸的调整对象、调整范围与应力降低程度的关系，实现对端面齿的齿形表面应力的最佳调节效果，同时增大抗弯界面系数，降低齿啮合分离的风险。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃气轮机转子装置，包括彼此啮合的第一和第二轮盘组件，各轮盘组件包括：轮盘；位于轮盘一侧的轴头；位于轮盘另一侧的整体轴段和端面齿；第一、第二轮盘组件通过端面齿的相互啮合传递压力与扭矩，整体轴段与端面齿之间还设有用于调节端面齿的齿形表面应力的应力调整轴段，应力调整轴段的外径大于整体轴段的外径。

进一步地，应力调整轴段的内径与应力调整轴段的外径的第一比值小于整体轴段的内径与整体轴段的外径的第二比值。

进一步地，第一比值的范围为0.5～0.9。

进一步地，第一比值的范围为0.7～0.9。

进一步地，应力调整轴段的内径与整体轴段的内径相等。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了应力调整轴段的轴向宽度小于整体轴段的轴向宽度。

进一步地，应力调整轴段的轴向宽度与整体轴段的轴向宽度的比值范围为0.1～0.25。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了轮盘的直径、应力调整轴段的外径和整体轴段的外径依次减小。