一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳论文和设计-郁顺旺

全文摘要

一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，涉及能源动力设备。现有的排气通道密封性差，容易通过排气内壳泄露到动力涡轮轴所处的空间内，同时排气装置在承受高温高压的燃气时，容易受热变形不协调，导致排气装置的损坏。本涡壳包括排气外壳和排气内壳，排气外壳为弯折形结构，排气外壳的外弯折侧上开有一个圆孔，排气内壳包括转接筒和连接筒，连接筒的两端向内凹陷形成环形插筒，环形插筒的轴线与连接筒本体的轴线重合，连接筒的一端插到转接筒的一端筒口内，转接筒的另一端筒口处与圆孔的孔口相对设置并固定连接，动力涡轮的支撑环内设置有内罩壳，内罩壳的一端设有环形插槽，连接筒另一端的环形插筒插接到环形插槽内。本涡壳用于动力涡轮的排气。

主设计要求

1.一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，包括排气外壳(1)和排气内壳(2)，排气外壳(1)为弯折形结构，并且排气外壳(1)包括内弯折侧(10)和外弯折侧(11),排气外壳(1)的外弯折侧(11)上开有一个圆孔，排气内壳(2)为圆柱形筒，排气内壳(2)的一端通过圆孔与排气外壳(1)固定连接，且排气内壳(2)的轴线与涡壳进气口的轴线重合；其特征在于：所述的排气内壳(2)包括转接筒(2-1)和连接筒(2-2)，连接筒(2-2)的两端向内凹陷形成环形插筒(2-2-1)，环形插筒(2-2-1)的内径小于连接筒(2-2)本体的内径，且环形插筒(2-2-1)的轴线与连接筒(2-2)本体的轴线重合，连接筒(2-2)的一端插到转接筒(2-1)的一端筒口内，转接筒(2-1)的另一端筒口处与圆孔的孔口相对设置并固定连接，动力涡轮的支撑环(8)内设置有内罩壳(7)，内罩壳(7)的一端设有环形插槽(7-1)，连接筒(2-2)另一端的环形插筒(2-2-1)插接到环形插槽(7-1)内。

设计方案

其特征在于：所述的排气内壳(2)包括转接筒(2-1)和连接筒(2-2)，连接筒(2-2)的两端向内凹陷形成环形插筒(2-2-1)，环形插筒(2-2-1)的内径小于连接筒(2-2)本体的内径，且环形插筒(2-2-1)的轴线与连接筒(2-2)本体的轴线重合，连接筒(2-2)的一端插到转接筒(2-1)的一端筒口内，转接筒(2-1)的另一端筒口处与圆孔的孔口相对设置并固定连接，

动力涡轮的支撑环(8)内设置有内罩壳(7)，内罩壳(7)的一端设有环形插槽(7-1)，连接筒(2-2)另一端的环形插筒(2-2-1)插接到环形插槽(7-1)内。

2.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的转接筒(2-1)的一端筒口处径向均匀开有多个螺栓孔，所述的连接筒(2-2)的一端筒口处径向均匀开有多个螺栓孔，且转接筒(2-1)上的螺栓孔与连接筒(2-2)上的螺栓孔数量相同并一一相对设置，转接筒(2-1)与连接筒(2-2)通过螺栓固定连接,且螺栓孔的孔径大于螺栓中螺杆的直径。

3.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的排气外壳(1)包括锥形筒(1-1)、转接段筒体(1-2)和过渡段筒体(1-3)，锥形筒(1-1)的进气口与转接段筒体(1-2)的出气口固定连接，转接段筒体(1-2)的进气口与过渡段筒体(1-3)的出气口固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的过渡段筒体(1-3)的进气口设置有法兰盘(1-3-1)，过渡段筒体(1-3)与动力涡轮的支撑环(8)通过法兰连接。

5.根据权利要求4所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的锥形筒(1-1)为多棱形锥筒，锥形筒(1-1)的进气口为四边形,锥形筒(1-1)的出气口为圆形,且锥形筒(1-1)的进气截面大于锥形筒(1-1)的出气截面，

所述的转接段筒体(1-2)的出气口为四边形，转接段筒体(1-2)的进气口为圆形，且转接段筒体(1-2)出气口所处平面与进气口所处平面垂直设置，转接段筒体(1-2)是由多块板体焊接而成，

所述的过渡段筒体(1-3)为圆台形筒体，进气口的内径小于出气口的内径。

6.根据权利要求5所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的锥形筒(1-1)的出气口设置有法兰盘。

7.根据权利要求5所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的锥形筒(1-1)与转接段筒体(1-2)之间的连接处焊接有第一加强筋(3)，转接段筒体(1-2)与过渡段筒体(1-3)之间的连接处焊接有第二加强筋(5),转接段筒体(1-2)本体的多块板体的连接处焊接有第三加强筋。

8.根据权利要求3至7任一项权利要求所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的排气外壳(1)的外表面上设置有第四加强筋(6)，第四加强筋(6)的中间部分向外凸起并与排气外壳(1)的外表面之间形成封闭腔室(4)，排气外壳(1)的外表面上还钻有多个透气孔(1-1-1)，透气孔(1-1-1)与封闭腔室(4)相对设置，封闭腔室(4)通过透气孔(1-1-1)与燃气通道进行连通。

9.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的转接筒(2-1)的外表面和排气外壳(1)的外表面分别设置有保温层(9)。

10.根据权利要求9所述的一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳，其特征在于：所述的保温层(9)包括硅酸铝棉针刺毯和高硅氧玻璃纤维套，硅酸铝棉针刺毯置于高硅氧玻璃纤维套内，高硅氧玻璃纤维套的套口由无碱玻璃纤维线缝合。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于能源动力设备行业，具体涉及一种燃气轮机动力涡轮排气涡壳的结构。

背景技术

燃气轮机从诞生之日起，便因功率密度大、反应迅速快等特点，受到各国海军青睐，成为水面大型舰艇的主要动力设备。美国、英国和俄罗斯纷纷研制了多型装备燃气轮机的水面舰艇，燃气轮机设计技术日臻完善。我国经过引进先进的舰船燃气轮机技术，并通过国产化研制工作，大大提高了我国舰船燃气轮机的技术水平，但燃气轮机前沿科学技术要落后于前述的发达国家。作为海军主要动力装置之一的燃气轮机，虽有许多重要的优点，然而它不能直接倒车仍是一大缺陷。西方国家从70年代就开始研究燃气轮机直接倒车涡轮技术，目前俄罗斯已经实船应用。我国还没有开展燃气轮机直接倒车涡轮技术研究工作。

可倒车燃气轮机是指燃气轮机本身无需变距桨即可实现直接倒车，具有起航快、反应时间快、制动距离短、加速快、倒航性和回转性好，可实现无级调控等优势，能够显著提升船舶的机动性指标。可避免变距桨构造复杂，部件尺寸大、重量大，造价昂贵，维修难度大的缺点。因此，燃气轮机推广前景广阔，具有重要的国防和社会经济效益。

排气系统是燃气轮机的重要辅助系统，对燃气轮机效率及正常工作有很大影响。它的主要功能是维持排气压力确保燃气轮机效率；密闭燃气并引导排气走向；将高温螺旋状尾气进行扩容降压并导流为有一定规律的紊流气体；减少能量损失；控制燃气的排放速度，使燃机排放满足船舶排放要求。

现有的涡轮排气系统结构设计不合理，由于共振或强度不够而失效，导致排气系统产生大位移，燃气轮机燃气不能够通畅排出而影响燃气轮机正常工作，从而降低燃气轮机效率甚至导致燃气轮机故障；而且近年来，燃气轮机被要求大功率和高效率，涡轮进口的燃气温度变的越来越高，对排气系统的设计提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是：排气通道密封性差，容易通过排气内壳泄露到动力涡轮轴所处的空间内，同时排气装置在承受高温高压的燃气时，容易受热变形不协调，导致排气装置的损坏，进而提供一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案是：可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳包括排气外壳和排气内壳，排气外壳为弯折形结构，并且排气外壳包括内弯折侧和外弯折侧,排气外壳的外弯折侧上开有一个圆孔，排气内壳为圆柱形筒，排气内壳的一端通过圆孔与排气外壳固定连接，且排气内壳的轴线与涡壳进气口的轴线重合；所述的排气内壳包括转接筒和连接筒，连接筒的两端向内凹陷形成环形插筒，环形插筒的内径小于连接筒本体的内径，且环形插筒的轴线与连接筒本体的轴线重合，连接筒的一端插到转接筒的一端筒口内，转接筒的另一端筒口处与圆孔的孔口相对设置并固定连接，动力涡轮的支撑环内设置有内罩壳，内罩壳的一端设有环形插槽，连接筒另一端的环形插筒插接到环形插槽内。

进一步的,所述的转接筒的一端筒口处径向均匀开有多个螺栓孔，所述的连接筒的一端筒口处径向均匀开有多个螺栓孔，且转接筒上的螺栓孔与连接筒上的螺栓孔数量相同并一一相对设置，转接筒与连接筒通过螺栓固定连接。

进一步的,所述的排气外壳为弯折形结构，排气外壳包括锥形筒、转接段筒体和过渡段筒体，锥形筒的进气口与转接段筒体的出气口固定连接，转接段筒体的进气口与过渡段筒体的出气口固定连接。

进一步的,所述的过渡段筒体的进气口设置有法兰盘，过渡段筒体与动力涡轮支撑环通过法兰连接。

进一步的,所述的锥形筒为多棱形锥筒，锥形筒的进气口为四边形,锥形筒的出气口为圆形,且锥形筒的进气截面大于锥形筒的出气截面，所述的转接段筒体的出气口为四边形，转接段筒体的进气口为圆形，且转接段筒体出气口所处平面与进气口所处平面垂直设置，转接段筒体是由多块板体焊接而成，所述的过渡段筒体为圆台形筒体，进气口的内径小于出气口的内径。

进一步的,所述的锥形筒的出气口设置有法兰盘。

进一步的,所述的锥形筒与转接段筒体之间的连接处焊接有第一加强筋，转接段筒体与过渡段筒体之间的连接处焊接有第二加强筋,转接段筒体本体的多块板体的连接处焊接有第三加强筋。

进一步的,所述的排气外壳的外表面上均设置有第四加强筋，第四加强筋的中间部分向外凸起并与排气外壳的外表面之间形成封闭腔室，排气外壳的外表面上还钻有多个透气孔，透气孔与封闭腔室相对设置，封闭腔室通过透气孔与燃气通道进行连通。

进一步的,所述的转接筒和排气外壳的外表面分别设置有保温层。

进一步的,所述的保温层包括硅酸铝棉针刺毯和高硅氧玻璃纤维套，硅酸铝棉针刺毯置于高硅氧玻璃纤维套内，高硅氧玻璃纤维套的套口由无碱玻璃纤维线缝合。

本实用新型的有益效果是：

1、排气涡壳设计成中间中空的结构，满足了动力涡轮轴从中间伸出与后面的负载连接做功的条件。

2、本实用新型设计成弯形的结构，能够使燃气流出方向改变90度方向，有利于涡轮轴从排气涡壳伸出后连接后端的负载。

3、本实用新型将排气内壳分成两部分，并相互之间设计成可相对小位移的滑动连接；排气内壳与内罩壳之间通过插式连接结构，这种结构既有密封的作用，使燃气不能泄露到内部，动力涡轮轴处在正常的工作环境中，同时在承受高温高压的燃气时，能够对热膨胀的膨胀量进行补偿，起到变形协调的作用。

4、本实用新型保温层采用硅酸铝棉针刺毯材料，表面采用高硅氧玻璃纤维布包敷，边缘采用无碱玻璃纤维线进行缝合；重量轻，耐高温，热稳定性好，隔热温度在1050℃-14500℃，隔热效果高于其他隔热材料，且成本低廉，降低了生产成本。

5、本实用新型采用加强筋结构，能够在高温高压状态下保持原来形状，并且涡壳本身可以根据压力的大小调整结构的强度；在排气外壳的外表面采用Π型结构加强筋，并且在Π型结构加强筋连接的筒壁上钻有圆孔，这样既能增加结构的强度又能起到Π型结构与筒壁之间具有相同的热变形，避免加强筋与筒壁由于变形不协调而容易损坏。

附图说明

图1为排气涡壳的剖视图；

图2为排气涡壳的主视图；

图3为排气涡壳与涡轮轴结合使用的结构示意图；

图4为排气涡壳的立体图；

图5为图1中第四加强筋的局部放大图；

图6为图3中转接筒和连接筒插接的局部放大图；

图7为排气涡壳隔热层包敷图；

图8为连接筒的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案：

具体实施方式一：如图3所示，本实施方式所述的可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳包括排气外壳1和排气内壳2，排气外壳1为弯折形结构，并且排气外壳1包括内弯折侧10和外弯折侧11,排气外壳1的外弯折侧11上开有一个圆孔，排气内壳2为圆柱形筒，排气内壳2的一端通过圆孔与排气外壳1固定连接，且排气内壳2的轴线与涡壳进气口的轴线重合；排气外壳1的内表面和排气内壳2的外表面之间形成气流流道；

如图1、图3、图7和图8所示，所述的排气内壳2包括转接筒2-1和连接筒2-2，连接筒2-2的两端向内凹陷形成环形插筒2-2-1，环形插筒2-2-1的内径小于连接筒2-2本体的内径，且环形插筒2-2-1的轴线与连接筒2-2本体的轴线重合，连接筒2-2的一端插到转接筒2-1的一端筒口内，转接筒2-1的另一端筒口处与圆孔的孔口相对设置并焊接在一起，

如图3和图6所示，动力涡轮的支撑环8与排气涡壳的进气口固定连接，支撑环8内设置有内罩壳7，内罩壳7的一端设有环形插槽7-1，连接筒2-2另一端的环形插筒2-2-1插接到环形插槽7-1内。

排气内壳与排气外壳形成封闭的燃气通道，而排气内壳内部是中空结构，动力涡轮轴从中间穿过，满足了动力涡轮轴从中间伸出与后面的负载连接做功的条件；排气内壳分成两部分，并相互之间设计成可滑动式连接；排气内壳的前端与内罩壳之间通过插式连接结构，这种结构具有密封的作用，密封住了排气涡壳内的燃气使之不能泄露到排气内壳的内部，使动力涡轮轴处在正常的工作环境中，同时排气内壳在承受燃气通道内的高温高压的燃气时，能够起到变形协调的作用，并且有很好的密封性。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式所述的转接筒2-1的一端筒口处径向均匀开有多个螺栓孔，所述的连接筒2-2的一端筒口处径向均匀开有多个螺栓孔，且转接筒2-1上的螺栓孔与连接筒2-2上的螺栓孔数量相同并一一相对设置，转接筒2-1与连接筒2-2通过螺栓固定连接,且螺栓孔的孔径大于螺栓中螺钉的直径。

连接筒与转接筒直径通过螺栓固定,防止连接筒与转接筒在振动过程中脱离,且螺栓孔的孔径大于螺栓中螺钉的直径,螺栓和孔配合之间有微小的间隙，连接筒与转接筒之间产生相对小位移的滑动连接，用来抵消热膨胀的伸长量。

其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1和图4所示，本实施方式所述的排气外壳1为弯折形结构，排气外壳1包括锥形筒1-1、转接段筒体1-2和过渡段筒体1-3，锥形筒1-1的进气口与转接段筒体1-2的出气口焊接在一起，转接段筒体1-2的进气口与过渡段筒体1-3的出气口焊接在一起。

涡轮排气涡壳设计成弯形的结构，能够使燃气流出方向改变90度方向，有利于涡轮轴从排气涡壳伸出后连接后端的负载。

其他组成及连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式所述的过渡段筒体1-3的进气口设置有法兰盘1-3-1，过渡段筒体1-3与动力涡轮的支撑环8通过法兰连接。

其他组成及连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图1和图4所示，本实施方式所述的锥形筒1-1为多棱形锥筒，锥形筒1-1的进气口为四边形,锥形筒1-1的出气口为圆形,且锥形筒1-1的进气截面大于锥形筒1-1的出气截面，

所述的转接段筒体1-2的出气口为四边形，转接段筒体1-2的进气口为圆形，且转接段筒体1-2出气口所处平面与进气口所处平面垂直设置，转接段筒体1-2是由多块板体焊接而成，

所述的过渡段筒体1-3为圆台形筒体，进气口的内径小于出气口的内径。

排气涡壳的出气口设计成渐缩的圆形结构，这样的结构可以使排气速度更快，有利于气体快速排出设备，排气效果好。

其他组成及连接方式与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式所述的锥形筒1-1的出气口设置有法兰盘。

其他组成及连接方式与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：如图1所示，本实施方式所述的锥形筒1-1与转接段筒体1-2之间的连接处焊接有第一加强筋3，转接段筒体1-2与过渡段筒体1-3之间的连接处焊接有第二加强筋5,转接段筒体1-2本体的多块板体的连接处焊接有第三加强筋。

通过设置加强筋，可以增强结构的强度，满足高温高压的条件。

其他组成及连接方式与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式八：如图1、图2、图5和图7所示，本实施方式所述的排气外壳1的外表面上均设置有第四加强筋6，第四加强筋6的中间部分向外凸起并与排气外壳1的外表面之间形成封闭腔室4，排气外壳1的外表面上还钻有多个透气孔1-1-1，透气孔1-1-1与封闭腔室4相对设置，封闭腔室4通过透气孔1-1-1与燃气通道进行连通。

所述的锥形筒1-1的外表面上周向焊接有多根第四加强筋6，所述的多根第四加强筋6处于同一水平面上并首尾相连形成一个多棱形的环体；这样可以增强锥形筒1-1的强度。

所述的转接段筒体1-2前端的外表面上并排焊接有多根第四加强筋6，所述的多根第四加强筋6竖直设置在转接段筒体1-2的外表面上；

所述的过渡段筒体1-3的外表面上周向焊接有多根第四加强筋6，

所述的第四加强筋6为Π型加强筋，排气涡壳的大部分材料都是板材拼装焊接而成，由于承受高温高压的燃气，板材的强度无法满足使用要求，因此在排气外壳的外表面铺设了Π型加强筋，由于高温高压的作用，Π型加强筋焊接后容易开裂，因此在Π型加强筋焊接后的封闭腔室内部与燃气通道表面钻孔进行联通，这样既能增加结构的强度又能起到Π型结构与筒壁之间具有相同的热变形。

其他组成及连接方式与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式九：如图7所示，本实施方式所述的转接筒2-1的外表面和排气外壳1的外表面分别设置有保温层9。

本实施方式所述的可倒车动力涡轮排气涡壳在工作中，由于内部的燃气温度高，使得排气装置的外表面温度同样很高，过高的温度对工作人员和周围的物品都有潜在的危险，所以在可倒车动力涡轮排气装置外表面进行隔热包敷。

其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式所述的保温层9包括硅酸铝棉针刺毯和高硅氧玻璃纤维套，硅酸铝棉针刺毯置于高硅氧玻璃纤维套内，高硅氧玻璃纤维套的套口由无碱玻璃纤维线缝合。

保温材料采用硅酸铝棉针刺毯材料，保温材料表面采用高硅氧玻璃纤维布包敷，边缘采用无碱玻璃纤维线进行缝合。重量轻，耐高温，热稳定性好，隔热温度在1050℃-1450℃，隔热效果高于其他隔热材料，且成本低廉，降低了生产成本。

其他组成及连接方式与具体实施方式九相同。

设计图

一种可倒车燃气轮机动力涡轮的排气涡壳论文和设计

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