燃气轮机、防止转子热弯曲装置及其原动装置的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种燃气轮机、防止转子热弯曲装置及其原动装置。


背景技术：

2.航空发动机停车后，由于发动机内部热分布的不均匀性，会造成上部热、下部冷，从而造成发动机转子由于热胀冷缩而产生弯曲变形。弯曲的转子在工作时，会造成发动机的振动增加，甚至造成机械损伤。在发动机起动之前，可以进行数次冷运转，使发动机内部被强制冷却，降低转子热弯曲的程度，但会增加发动机的起动时间。
3.也可以采用其他方法减缓转子热弯曲的程度，使发动机可以直接起动。例如公开号为us20180306065a1，发明名称为“auxiliary rotation device for a gas turbine engine and a method of cooling a rotor of a gas turbine engine using an auxiliary rotation device”，公开日为2018年10月25日的专利文献公开了一种用于燃气涡轮发动机的辅助旋转装置。该辅助旋转装置包括：被配置为耦合到燃气涡轮发动机的转子的电机；以及耦合到电机的专用电存储装置。在燃气轮机发动机运行期间，电机被配置为充当发电机，以便为专用电存储设备充电。在燃气轮机发动机停车之后，电机被配置为充当马达，通过专用电存储装置为其供电，从而使转子旋转一段时间，以使转子围绕其圆周均匀地冷却。
4.但在发动机上额外安装电机增加了成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种燃气轮机、防止转子热弯曲装置及其原动装置，采用少量结构简单的部件替代电机及其传动装置，有效减缓或者消除发动机停机后的转子热弯曲问题，成本较低。
6.为实现所述目的防止转子热弯曲装置用的原动装置,包括：磁性体；电磁铁，与所述磁性体相对设置；弹簧，连接所述电磁铁和所述磁性体；直线运动输出件，与所述电磁铁或所述磁性体之一随动连接；以及蓄电池，与所述电磁铁电连接，以使所述电磁铁产生电磁力，与所述磁性体相互吸引；其中，所述弹簧设置成抵抗所述电磁铁和所述磁性体之间的吸引力。
7.在所述的原动装置的一个或多个实施方式中，所述磁性体为铁材安装座并固定设置，所述电磁铁固定在所述直线运动输出件的一端。
8.在所述的原动装置的一个或多个实施方式中，所述直线运动输出件为齿条。
9.在所述的原动装置的一个或多个实施方式中，所述原动装置还包括开关装置，其设置在所述电磁铁和所述蓄电池之间，以控制所述电连接。
10.为实现所述目的防止转子热弯曲装置，包括：任一前述的原动装置；旋转运动输出件，与所述直线运动输出件连接，受所述直线运动输出件驱动，并将所述直线运动输出件的
直线运动转化为旋转运动；以及超越离合器，用于连接所述旋转运动输出件以及转子的转动轴。
11.在所述的防止转子热弯曲装置的一个或多个实施方式中，所述直线运动输出件为齿条，所述旋转运动输出件包括针对不同类型发动机的具有不同传动比的齿轮组，其中的任一齿轮组选择性地设置在所述原动装置和所述超越离合器之间。
12.为实现所述目的燃气轮机，包括转子，还包括：任一前述的防止转子热弯曲装置，与所述转子的转动轴通过超越离合器连接；以及控制装置，在所述燃气轮机停机后触发所述防止转子热弯曲装置的所述原动装置，以驱动所述转子进行转动。
13.在所述的燃气轮机的一个或多个实施方式中，所述转子为所述燃气轮机的高压转子。
14.本发明采用少量结构简单的部件替代电机及其传动装置，使发动机停车后，转子缓慢旋转，保证转子部件不会长时间停留在发动机上部或下部，以使转子围绕其圆周均匀地冷却，有效减缓或者消除发动机停机后的转子热弯曲问题，可以使发动机起动前的冷运转次数得到缩减或完全取消，降低了操作复杂性，缩短了起动时间，提高了发动机的安全性，且成本较低，不但适用于航空发动机，也适用于地面燃气轮机和船用燃气轮机。
附图说明
15.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
16.图1是根据一个或多个实施方式的防止转子热弯曲装置的框图。
17.图2是根据一个或多个实施方式的防止转子热弯曲装置的结构示意图。
18.图3是根据一个或多个实施方式的防止转子热弯曲装置的电磁铁和蓄电池之间电连接的示意图。
19.图4是根据一个或多个实施方式的防止转子热弯曲装置的弹簧弹力曲线与电磁铁磁力曲线示意图。
20.图5是根据一个或多个实施方式的防止转子热弯曲装置的转子转动角度与弹簧压缩量关系示意图。
具体实施方式
21.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
22.参照图1和图2，防止转子热弯曲装置包括原动装置1，旋转运动输出件2和超越离合器3。
23.原动装置1包括磁性体11、弹簧12、电磁铁13、直线运动输出件14和蓄电池15。其中，磁性体11与电磁铁13相对设置，二者之间通过弹簧12连接，弹簧12设置成抵抗磁性体11与电磁铁13之间的吸引力，直线运动输出件14与磁性体11或电磁铁13之一随动连接，蓄电池15与电磁铁13电连接，以使电磁铁13产生电磁力，与磁性体11相互吸引。
24.旋转运动输出件2与直线运动输出件14连接，受直线运动输出件14驱动，用于将直线运动输出件14的直线运动转化为旋转运动，以驱动发动机转子的转动轴4旋转。
25.超越离合器3用于连接旋转运动输出件2以及发动机转子的转动轴4，超越离合器3被设置为当旋转运动输出件2的转速大于转动轴4的转速时，旋转运动输出件2与转动轴4通过超越离合器3啮合，带动转动轴4旋转，使转子在发动机停机后继续旋转一段时间，以使转子围绕其圆周均匀地冷却；当旋转运动输出件2的转速小于转动轴4的转速时，旋转运动输出件2与转动轴4脱开，发动机独立工作。
26.在一些实施方式中，如图3所示，原动装置1还包括开关装置16，其设置在电磁铁13和蓄电池15之间，以控制二者之间的电连接，以及蓄电池15的充电和放电。当开关装置16接通电源17时，蓄电池15充电，电磁铁13处于断开状态；当开关装置16接通电磁铁13时，蓄电池15放电，电磁铁13开始工作。开关装置16的例子包括但不限于单刀双掷开关或单刀三掷开关。当采用单刀双掷开关时，蓄电池15的充电和放电模式是互斥的；当采用单刀三掷开关时，除充电和放电模式外，还可使蓄电池15处于断开状态。
27.在一些实施方式中，磁性体11为铁材安装座，并固定设置，电磁铁13设置在直线运动输出件14的一端，当蓄电池15与电磁铁13之间的电路接通时，电磁铁13与铁材安装座之间产生电磁力，该电磁力拉动电磁铁13和直线运动输出件14向铁材安装座移动，并压缩弹簧12。随着电磁铁13与铁材安装座之间的距离缩短，电磁力增加，压缩导致的弹簧12的弹力也增加，最终达到电磁力与弹力平衡的状态。
28.参照图4，图中横坐标x为弹簧12的压缩量，纵坐标为电磁铁13与铁材安装座的电磁力f
m
或弹簧12的弹力f
k
，曲线100、200、300分别为蓄电池15的电量为100％、50％和20％时的电磁力f
m-压缩量x曲线，曲线400为弹力f
k-压缩量x曲线。当蓄电池15的电量为100％时，弹力与电磁力在压缩量为x
100
时达到力平衡；当蓄电池15的电量减少时，电磁力f
m-压缩量x曲线发生变化，但弹力f
k-压缩量x曲线不变，电磁力f
m
与弹力f
k
的平衡点所对应的弹簧12的压缩量随着发生变化。
29.本发明采用一种放电时间较短的蓄电池15，放电时间选择范围10min-3h。当蓄电池15与电磁铁13之间的电路接通时，电磁铁13开始工作，带动直线运动输出件14向铁材安装座移动，将弹簧12压缩至初始压缩量，即压缩量最大值x
100
。随着蓄电池15的电量减少，电磁力减少，弹簧12的压缩量减小，电磁铁13带着直线运动输出件14向远离铁材安装座的方向移动，并通过旋转运动输出件2带动转子的转动轴4及其相连的叶片、盘转动，保证转子部件不会长时间停留在发动机上部或下部，以使转子围绕其圆周均匀地冷却，从而减少或消除受热不均匀带来的转子热弯曲。
30.在一些实施方式中，直线运动输出件14为齿条，旋转运动输出件2包括针对不同类型的发动机的具有不同传动比的齿轮组，该防止转子热弯曲装置可以用于对多种不同类型
的发动机进行试验。由于转动轴4的转动角θ与弹簧12的压缩量x成反比，如图5所示，而θ-x曲线的斜率由齿轮组的传动比决定，试验时，针对不同类型的发动机，选择其中一组齿轮组安装在原动装置1和超越离合器3之间，并至少保证θ最大值超过360
°
。
31.在一些实施方式中，直线运动输出件14也可以设置为蜗杆或螺杆，旋转运动输出件2对应设置为蜗轮或螺母。
32.在一些实施方式中，采用本发明的防止转子热弯曲装置的燃气轮机还包括控制装置(未图示)，用于在燃气轮机停机后触发原动装置1，以驱动转子进行转动。
33.在一些实施方式中，本发明的防止转子热弯曲装置用于燃气轮机的高压转子。高压转子的工作温度较高，更容易出现热弯曲现象。
34.本发明采用少量结构简单的部件替代电机及其传动装置，使发动机停车后，转子缓慢旋转，保证转子部件不会长时间停留在发动机上部或下部，以使转子围绕其圆周均匀地冷却，有效减缓或者消除发动机停机后的转子热弯曲问题，可以使发动机起动前的冷运转次数得到缩减或完全取消，降低了操作复杂性，缩短了起动时间，提高了发动机的安全性，且成本较低，不但适用于航空发动机，也适用于地面燃气轮机和船用燃气轮机。
35.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。