一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置的制作方法

1.本发明总体涉及燃气轮机领域，特别地涉及一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置。


背景技术：

2.燃气轮机是将高温、高压燃烧气体的热能转化为机械能的装置，涡轮盘作为燃气轮机内部传递机械能的关键部件，其工作在高温、高速旋转环境，承受着很高的离心力和热应力。为了验证涡轮盘的极限强度储备和疲劳寿命、确保燃气轮机整机可靠性，需要对涡轮盘进行超转和疲劳考核试验。
3.由于整机试验成本过高，涡轮盘的试验通常在部件试验器上开展：通过模拟涡轮盘实际工作环境下的温度和转速，确保涡轮盘温度场、关键部位应力、应变与真实工作状态一致。在试验器环境下，如何保证模拟温度场、应力应变接近真实工作状态是试验过程的难点之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验的装置，确保涡轮盘试验件在试验器上的试验环境(结构接口、负载、温度场、关键位置应力应变)与燃机真实工作环境一致，可以适配燃气轮机涡轮盘的各类试验任务。
5.本发明提供的燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置包括：驱动主轴、温度加载系统及受试模拟转子组件，所述驱动主轴与旋转试验台腔体同轴线布置，驱动主轴通过电机驱动带动受试模拟转子组件升速；所述温度加载系统主要包括加热器、隔热挡板、水冷盘管、加热炉腔体，加热器安装于加热炉腔体内，水冷盘管安装于加热炉腔体底部，并与受试轮盘盘心匹配，通过调节加热器功率、冷却水流量及隔热挡板位置及数量实现受试轮盘目标温度梯度；受试模拟转子组件包括主要包括受试轮盘、盘轴转接盘、引线盘、转接芯轴、转接螺栓及模拟叶片。
6.进一步地，模拟叶片数量与受试轮盘所包含榫槽数目一致，通过榫连接方式将模拟叶片榫头安装于受试轮盘榫槽内，作为载荷用以模拟受试轮盘所受惯性力，通过扇形锁片限制模拟叶片轴向位移。
7.进一步地，盘轴转接盘与受试轮盘连接方式与连接位置视受试轮盘结构而定，通常应用但不限于焊接、螺栓连接、销钉连接等方式。
8.进一步地，引线盘在受试轮盘另一侧与受试轮盘通过连接螺栓连接，引线盘作用是为传感器引线提供必要支撑，实现旋转过程中受试轮盘应力监测。
9.进一步地，上述经过组合动平衡的受试模拟转子组件通过转接芯轴与驱动主轴法兰相连接。
10.进一步地，加热炉腔体通过加热炉吊装螺杆安装于腔体盖板预先开设的螺栓孔上，保证加热炉腔体与驱动主轴同轴线。
11.进一步地，安装温度探针，引线引出至试验装置外部温度显示装置。
12.本发明具备的有益效果：
13.本发明的高温旋转试验装置具有结构简单、成本低、操作方便等特点。能够避免在整机试验验证中轮盘高温旋转及循环疲劳破裂造成燃气轮机损毁的风险，准确模拟真实运行环境的涡轮盘温度梯度和旋转离心力问题，避免了高成本的整机运行环境的轮盘试验验证。
附图说明
14.图1为本发明的一种用于空心涡轮盘高温旋转试验装置的结构示意图；
15.图2为受试模拟转子组件剖面视图；
16.图3为受试模拟转子组件与驱动主轴连接示意图；
17.图4为温度加载系统结构示意图；
18.图中，1—驱动主轴，2—主轴-芯轴连接螺钉，3-转接芯轴，4—连接螺栓，5—引线盘，6—盘轴转接盘，7—盘轴锁紧套件，8—受试轮盘，9—轮盘配重套件，10—扇形锁紧件，11—模拟叶片，12—加热器，13—温度探针，14—隔热挡板，15—水冷盘管，16—加热炉腔体，17—加热炉吊装螺杆，18-加热炉安装座，19-螺母，20-加热炉定心块
具体实施方式
19.为避免因不必要的细节对本发明的理解造成误导，在申请文件中重点说明与本发明密切相关的装置结构和操作步骤。以下结合附图对本发明具体实施方案进行说明。
20.如图1所示，一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置包括驱动主轴1，主轴-芯轴连接螺钉2，转接芯轴3，连接螺栓4，引线盘5，盘轴转接盘6，盘轴锁紧套件7，受试轮盘8，轮盘配重套件9，扇形锁紧件10，模拟叶片11，加热器12，温度探针13，隔热挡板14，水冷盘管15，加热炉腔体16，加热炉吊装螺杆17，加热炉安装座18，螺母19，加热炉定心块20。
21.如图2所示，模拟叶片11通过纵树型榫连接方式安装于受试轮盘8中，然后分别在叶片前后两侧通过卡槽旋入扇形锁紧件10，限制模拟叶片11在榫槽中沿轴向移动。进而通过锥形盘轴锁紧套件7将受试轮盘8与盘轴转接盘6相连，锥形盘轴锁紧套件7起到定心与扭矩传递作用。引线盘5通过止口结构安装于盘轴转接盘6的内孔，再通过连接螺栓4将引线盘5、盘轴转接盘6及转接芯轴3共同连接，组成受试模拟转子组件，随后在动平衡机上通过调整轮盘配重套件9的位置及数量调整受试转子组件的动平衡量，以达到试验器稳定运行要求。
22.如图3所示，受试模拟转子组件通过主轴-芯轴连接螺钉2与驱动主轴1的法兰连接，轮盘关键位置应变测量点的引线在受试轮盘8以及引线盘5固定好，通过转接芯轴3及驱动主轴1通孔引到试验器外部，完成受试模拟转子组件在试验器上的安装工作。
23.如图4所示，根据受试轮盘8及模拟叶片11尺寸选择加热炉腔体16及加热器12的尺寸，加热器12固定安装于加热炉腔体16侧壁上，隔热挡板14固定于加热炉腔体16上壁及下壁上，用于调节受试轮盘8的温度梯度，挡板顶端结构随轮盘表面形状。在根据试验所需测量关键位置确定安装温度探针13的数量及位置，固定于加热炉腔体16的上盖或者下盖，用于监测加热过程中不同位置的温度变化。加热炉腔体16通过加热炉吊装螺杆17安装于试验
器腔体盖板上，通过加热炉定心块20将加热炉腔体16进行定位，加热炉腔体16坐于加热炉安装座18之上，通过调整螺母19的上下位置进而调整加热炉腔体16的上下位置。水冷盘管15通过加热炉腔体16下部的通孔安装于受试轮盘8的盘心位置。
24.通过调节加热器12的功率、水冷盘管15的流量及隔热挡板14的数量及位置，当受试轮盘8达到目标温度后，启动电机，正式开始试验。
25.如上内容是为方便理解本发明的技术方案而采取的实施方式，不用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明所解释的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做适当的改变，但本发明所限定的保护范围，仍需以权利要求书限定的范围为准。


技术特征：
1.一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置主要由驱动主轴、温度加载系统、受试模拟转子组件组成；所述驱动主轴(1)底面设置一个凹的定位孔，通过主轴-芯轴连接螺钉(2)与转接芯轴(3)的止口定位连接，保证轴线一致；所述驱动主轴(1)沿轴向是空心的，用于将应变片引线引出至试验器腔体外部；所述受试模拟转子组件包括转接芯轴(3)、连接螺栓(4)、引线盘(5)、盘轴转接盘(6)、盘轴锁紧套件(7)、受试轮盘(8)、轮盘配重套件(9)、扇形锁紧件(10)和模拟叶片(11)。2.根据权利要求1中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述受试轮盘(8)的法兰面与盘轴转接盘(6)的一侧通过盘轴锁紧套件(7)连接，盘轴转接盘(6)的另一侧与引线盘(5)、转接芯轴(3)通过连接螺栓(4)连接。3.根据权利要求2中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述引线盘(5)设有止口，用于与盘轴转接盘(6)的内孔定位。4.根据权利要求2中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述转接芯轴(3)设有止口，用于与盘轴转接盘(6)的内孔定位。5.根据权利要求2中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述转接芯轴(3)沿轴向是空心的，用于将应变片引线引出至驱动主轴(1)通孔位置处。6.根据权利要求1中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述温度加载系统包括加热器(12)，温度探针(13)，隔热挡板(14)，水冷盘管(15)，加热炉腔体(16)，加热炉吊装螺杆(17)，加热炉安装座(18)，螺母(19)，加热炉定心块(20)。7.根据权利要求6中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述加热炉腔体(16)用于安装加热器(12)，温度探针(13)，隔热挡板(14)，水冷盘管(15)，并起到按设计轮盘温度场进行温度加载和持续保温的作用。8.根据权利要求6中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述加热炉腔体(16)通过加热炉定心块(20)进行定位，通过加热炉吊装螺杆(17)悬挂于试验腔体正下方，通过调整螺母(19)的旋入深度来调整加热炉安装座(18)的高度，进而调整加热炉腔体(16)的高度。9.根据权利要求6中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述水冷盘管(15)的流量可以调节，通过流量调节以达到盘心与盘缘的温度梯度要求。10.根据权利要求6中所述的一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，其特征在于：所述隔热挡板(14)的数量和位置根据试验条件而定，保证达到规定的受试轮盘(8)的径向温度梯度分布。

技术总结
本发明公开了一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置，它涉及燃气轮机技术领域。本发明解决了燃气轮机空心涡轮盘在超转、循环疲劳试验过程中，准确模拟真实运行环境的涡轮盘温度梯度和旋转离心力问题，避免了高成本的整机运行环境的轮盘试验验证。本发明提供的燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置主要包括：驱动主轴、温度加载系统及受试模拟转子组件。温度加载系统及受试模拟转子组件。温度加载系统及受试模拟转子组件。


技术研发人员：林枫 何建元 季晨 孙彦博 孙鹏 吕成林 刘勋 徐文燕 周克家
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/25