一种转子及其轮盘、动平衡方法涡轮及机械装置与流程

1.本文涉及但不限于转子动平衡技术，尤指一种转子及其轮盘、动平衡方法、涡轮及机械装置。


背景技术：

2.燃气轮机是一种利用燃气能量来产生动力的机械装置，如图1所示。在燃气轮机中，燃气经过压气机1压缩后，与空气混合，在燃烧室2内高温下燃烧。燃烧产生的高温气体会流过涡轮3，使涡轮3转动，从而通过主轴4带动整个转子的转动。涡轮3转子为旋转运动的零部件。由于材质不均、工艺误差、叶轮叶片6不均匀分布、不均匀磨损等因素的影响，涡轮3转子上总是存在着不平衡。转子不平衡是设备主要的激振源；不平衡还可以引起转子振动，加速轴承、轴封等部件的磨损，降低机器的使用寿命和效率。因此对涡轮转子进行动平衡是非常重要的。
3.在传统设计中，通常在涡轮3转子轮盘5的辐板部位设计有去重结构54，通过打磨或铣削去重结构54进行动平衡。但是打磨或铣削可能会在结构表面造成伤害形成表面微裂纹，有可能对整个涡轮3转子的寿命产生影响。与此同时，在设计初期就要保证涡轮3转子盘上有足够的去重结构54，以保证在动平衡过程去重结构54有足够的质量进行去除，但是这不利于结构的减重设计。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种转子及其轮盘、动平衡方法、涡轮及机械装置，通过在转子轮盘上设增重槽，可以通过增重的方法实现转子动平衡，从而有利于转子的减重设计，且不会对轮盘造成表面损伤；且增重槽沿轮盘的周向延伸，尺寸较大，有利于进一步减重，且有利于提高响应材料布置位置的灵活性。
5.本技术实施例提供了一种转子的轮盘，所述轮盘设有增重槽，所述增重槽沿所述轮盘的周向延伸，所述增重槽设置成填充响应材料以实现转子动平衡。
6.本技术实施例提供的转子的轮盘，通过在轮盘上设置增重槽，在进行动平衡的过程中可以根据需要将响应材料填充在增重槽的相应位置处以实现转子动平衡。相较于现有采用减重方式实现转子动平衡的方案(即：通过先设置去重结构再根据动平衡需要对去重结构进行打磨或铣削)，本方案无需提前在轮盘上设置足够多的去重结构来满足动平衡需求，因而省去了现有的去重结构，并进一步在轮盘上设置了增重槽，这进一步减少了轮盘的重量，因而本方案有利于转子的减重设计。
7.并且，由于本方案是通过增重进行动平衡，与传统通过减重进行动平衡的方法相比，新方法由于是增重不是减重，所以对轮盘原始设计尺寸的限制较小，轮盘设计可以有更大的自由度。此外，增重也不会对轮盘表面产生损伤，保证了轮盘结构的完整性，从而有利于提高轮盘的性能及寿命。
8.另外，对于沿轮盘周向间隔设置多个平衡孔，根据需要在相应平衡孔内安装平衡
螺钉或配重块的方案，由于轮盘质量分布受平衡孔分布位置的影响，动平衡可操作的灵活性较低。而本方案中，增重槽沿轮盘的周向延伸，在轮盘周向上的尺寸相对较大，增重槽内的任何位置都可以根据动平衡需求填充响应材料，且响应材料的填充量也可以灵活变化。这样，至少在增重槽所在的相位范围内，可以根据需要实现响应材料的无死角填充，因而动平衡可操作的灵活性较高。
9.在一种示例性的实施例中，所述轮盘包括依次相连的轮心、辐板和轮缘，所述增重槽设于所述轮缘。
10.在一种示例性的实施例中，所述轮缘的外侧壁设有叶片固定区，所述增重槽与所述叶片固定区沿所述轮盘的轴向错开设置。
11.在一种示例性的实施例中，所述增重槽沿所述轮盘的周向延伸形成环形槽。
12.在一种示例性的实施例中，所述增重槽设于所述轮盘的轴向端面上。
13.在一种示例性的实施例中，所述轮盘的外侧壁设有叶片固定区，所述轮盘的轴向两端面均设有所述增重槽。
14.本技术实施例还提供了一种转子，包括如上述实施例中任一项所述的转子的轮盘。
15.在一种示例性的实施例中，所述转子还包括固定于所述轮盘的叶片，所述叶片与所述轮盘为一体式结构。
16.在一种示例性的实施例中，所述转子还包括：所述响应材料，所述响应材料设置成通过激光熔融技术固定于所述增重槽。
17.在一种示例性的实施例中，所述响应材料与所述轮盘的材料相同。
18.本技术实施例还提供了一种如上述实施例中任一项所述的转子的动平衡方法，包括：
19.在动平衡试验过程中，确定所述轮盘需要增重的位置；
20.将所述响应材料填充在所述增重槽的对应位置处，使所述转子实现动平衡。
21.本技术实施例还提供了一种涡轮，包括如上述实施例中任一项所述的转子。
22.本技术实施例还提供了一种机械装置，包括如上述实施例中任一项所述的转子或涡轮。
23.在一种示例性的实施例中，所述机械装置为燃气轮机。
24.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
25.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
26.图1为相关技术中燃气轮机的结构示意图；
27.图2为相关技术中燃气轮机转子的局部剖视结构示意图；
28.图3为本技术一个实施例提供的轮盘的局部剖视结构示意图；
29.图4为本技术一个实施例提供的涡轮转子的立体结构示意图；
30.图5为图4所示涡轮转子的局部剖视结构示意图。
31.其中，附图标记如下：
32.1压气机，2燃烧室，3涡轮，4主轴；
33.5轮盘，51轮心，52辐板，53轮缘，532叶片固定区，54去重结构，55增重槽；
34.6叶片，61叶根部。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
36.如图3所示，本技术实施例提供了一种转子的轮盘5。轮盘5设有增重槽55，增重槽55沿轮盘5的周向延伸。增重槽55设置成填充响应材料以实现转子动平衡。
37.本技术实施例提供的转子的轮盘5，通过在轮盘5上设置增重槽55，在进行动平衡的过程中可以根据需要将响应材料填充在增重槽55的相应位置处以实现转子动平衡。相较于现有采用减重方式实现转子动平衡的方案(即：通过先设置去重结构54再根据动平衡需要对去重结构54进行打磨或铣削)，本方案无需提前在轮盘5上设置足够多的去重结构54来满足动平衡需求，因而省去了现有的去重结构54，并进一步在轮盘5上设置了增重槽55，这进一步减少了轮盘5的重量，因而本方案有利于转子的减重设计。
38.并且，由于本方案是通过增重进行动平衡，与传统通过减重进行动平衡的方法相比，新方法由于是增重不是减重，所以对轮盘5原始设计尺寸的限制较小，轮盘5设计可以有更大的自由度。此外，增重也不会对轮盘5表面产生损伤，保证了轮盘5结构的完整性，从而有利于提高轮盘5的性能及寿命。
39.另外，对于沿轮盘5周向间隔设置多个平衡孔，根据需要在相应平衡孔内安装平衡螺钉或配重块的方案，由于轮盘5质量分布受平衡孔分布位置的影响，动平衡可操作的灵活性较低。而本方案中，增重槽55沿轮盘5的周向延伸，在轮盘5周向上的尺寸相对较大，增重槽55内的任何位置都可以根据动平衡需求填充响应材料，且响应材料的填充量也可以灵活变化。这样，至少在增重槽55所在的相位范围内，可以根据需要实现响应材料的无死角填充，因而动平衡可操作的灵活性较高。
40.在一种示例性的实施例中，增重槽55沿轮盘5的周向延伸形成环形槽，如图4所示。
41.换言之，增重槽55沿轮盘5的周向延伸形成360
°
的环形槽。这样增重槽55在360
°
相位范围内，可以根据需要实现响应材料的360
°
无死角填充，进一步提高了动平衡可操作的灵活性。
42.另一方面，环形槽也提高了轮盘5周向质量分布的均匀性，因而也有利于转子动平衡。
43.在其他实施例中，增重槽55也可以不是环形槽，比如也可以是弧形槽，环形槽的位置和长度可以根据经验总结进行合理设计，比如在轮盘5质量经常不平衡的部位设置合适尺寸的增重槽55。
44.弧形槽的数量也可以根据需要合理设计，可以是一个，也可以是多个。
45.在一种示例性的实施例中，轮盘5包括依次相连的轮心51、辐板52和轮缘53，如图3
和图5所示。增重槽55设于轮缘53，如图3和图5所示。
46.轮盘5径向靠内的部位为轮心51，轮心51可以呈圆柱形或空心的圆柱形。圆柱形的轮心51可以直接作为转轴与其他结构(如轴承)进行配合。空心的圆柱形可以作为轴套，用于与转轴进行配合。轮盘5径向上的中部为轮盘5的辐板52，相对较薄，这样有利于减轻轮盘5的重量。轮盘5径向靠外的部位为轮缘53，轮缘53可以用于支撑并固定叶片6。
47.在一个示例中，辐板52的轴向尺寸小于轮缘53的轴向尺寸，如图3和图5所示，且辐板52的轴向尺寸小于轮心51的轴向尺寸。
48.将增重槽55设在轮盘5的轮缘53，可以利用较小重量的响应材料实现较大的转矩变化，因而也有利于转子的轻量化。
49.另一方面，轮盘5轮缘53的应力相对较低，在该部位设置增重槽55，对转子性能产生的影响较小，甚至可以忽略不计。
50.在一种示例性的实施例中，轮缘53的外侧壁设有叶片固定区532，如图3中的虚线之间的区域。增重槽55与叶片固定区532沿轮盘5的轴向错开设置，如图3和图5所示。
51.叶片固定区532用于固定叶片6的叶根部61。叶片6与轮盘5可以通过整体铸造一体成型。
52.这样有利于提高叶片6与轮盘5的连接可靠性，避免增重槽55的设置对叶片6的固定和可靠性产生不利影响。
53.在一种示例性的实施例中，增重槽55设于轮盘5的轴向端面上，如图3和图5所示。
54.这样，增重槽55的槽口朝向轮盘5的轴向侧，既便于增重槽55的加工设计，也便于响应材料的填充与固定；也可以避免转动过程中离心力对响应材料的不利影响，有利于提高响应材料在增重槽55内的稳定性；也便于提高叶片6固定在轮盘5外侧壁上的可靠性。
55.在其他实施例中，叶片6也可以固定在轮盘5的轴向端面上，增重槽55也可以设在轮盘5的外侧壁上。
56.在一种示例性的实施例中，轮盘5的外侧壁设有叶片固定区532，如图3中两条虚线之间的区域。轮盘5的轴向两端面均设有增重槽55，如图3和图5所示。
57.这样有利于提高轮盘5轴向质量分布的均匀性，因而也有利于实现转子动平衡。
58.如图4和图5所示，本技术实施例还提供了一种转子，包括如上述实施例中任一项的转子的轮盘5，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。
59.在一种示例性的实施例中，转子还包括固定于轮盘5的叶片6，叶片6与轮盘5为一体式结构，如图5所示。
60.这样有利于提高叶片6与轮盘5的连接强度和连接可靠性，并有利于减少因装配误差导致的不平衡。
61.在其他实施例中，叶片6与轮盘5也可以采用分体式装配结构。
62.在一种示例性的实施例中，转子还包括：响应材料(图中未示出)，响应材料设置成通过激光熔融技术固定于增重槽55。
63.响应材料通过激光熔融技术(也可以叫激光熔覆3d打印技术)固定在增重槽55内，可以与轮盘5紧密连接形成一体式结构，从而避免响应材料在转动过程中脱出增重槽55。
64.并且，响应材料的形状、尺寸不受限制，进一步提高了转子动平衡操作的灵活性。
65.在其他实施例中，响应材料也可以通过其他方式固定在减重槽内，比如焊接等。
66.在一种示例性的实施例中，响应材料与轮盘5的材料相同。
67.这样有利于提高响应材料与轮盘5的结合力，从而提高响应材料在增重槽55内的稳定性。
68.在其他实施例中，响应材料与轮盘5的材料也可以不同。
69.本技术实施例还提供了一种如上述实施例中任一项所述的转子的动平衡方法，包括：
70.在动平衡试验过程中，确定所述轮盘需要增重的位置；
71.将所述响应材料填充在所述增重槽的对应位置处，使所述转子实现动平衡。
72.本技术实施例提供的转子的动平衡方法，通过增重的方法实现转子动平衡，从而有利于转子的减重设计，且不会对轮盘造成表面损伤；且增重槽沿轮盘的周向延伸，尺寸较大，有利于进一步减重，且有利于提高响应材料布置位置的灵活性。
73.至于确定轮盘需要增重位置的具体方法，为本领域的常规设计，在此不再赘述。
74.本技术实施例还提供了一种涡轮3，包括如上述实施例中任一项的转子，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。
75.本技术实施例还提供了一种机械装置，包括如上述实施例中任一项的转子或涡轮，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。
76.可以理解的是，本技术实施例提供的转子，可以为涡轮3转子，也可以为其他需要进行动平衡的机械装置的转子，如压气机1转子等。
77.本技术实施例提供的机械装置，可以为燃气轮机，也可以为其他需要进行动平衡的机械装置，如压气机1、蒸汽轮机等。
78.下面以燃气轮机(如微燃机)的涡轮3转子为例，介绍一个具体实施例，并与现有设计进行对比。
79.如图2所示，微燃机涡轮3转子，传统设计中通常在盘辐板部位设计有减重结构，通过打磨或铣削去重结构54进行动平衡。但是打磨或铣削可能会在结构表面造成伤害形成表面微裂纹，有可能对整个涡轮3转子的寿命产生影响。与此同时，在设计初期就要使涡轮3转子盘上有足够的去重结构54，以保证在动平衡过程去重结构54有足够的重量进行去除。但是这不利于结构的减重设计。
80.本实施例在涡轮3转子轮盘5的轮缘53设计有增重槽55，如图3、图4和图5所示。具体如下，在轮缘53两端各设有一个增重槽55，如图3和图5所示。由于轮缘53两端应力较低，所以在此部位设置增重槽55不会对涡轮3转子性能产生影响。在动平衡过程中，在增重槽55内填充响应材料来平衡涡轮3转子。填充材料可以为但不限于与涡轮3转子相同的材料。
81.如图3和图5所示，增重槽55设在轮盘5径向外部的轴向端面(即轮盘5的轮缘53部位的轴向两端)上，且增重槽55的槽底不超过叶片6的叶根区域。
82.响应材料通过激光熔融技术固定在增重槽55内。
83.本实施例通过在增重槽内填充响应材料以调整涡轮转子的质量分布，从而来进行涡轮转子的动平衡。这种方法不会对部件表面进行其他操作而造成表面损伤，从而使得转子力学性能降低。
84.本实施例涉及一种通过增重进行动平衡的方法。与传统通过减重进行动平衡方法相比，新方法由于是增重不是减重，所以对于原始设计尺寸限制较小，涡轮转子设计可以有
更大的自由度。此外增重不会对涡轮转子表面产生损伤，保证了涡轮转子结构的完整性，从而保证了涡轮转子的性能及寿命。
85.在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、
““
口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
86.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
87.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

技术特征：
1.一种转子的轮盘，其特征在于，所述轮盘设有增重槽，所述增重槽沿所述轮盘的周向延伸，所述增重槽设置成填充响应材料以实现转子动平衡。2.根据权利要求1所述的转子的轮盘，其特征在于，所述轮盘包括依次相连的轮心、辐板和轮缘，所述增重槽设于所述轮缘。3.根据权利要求2所述的转子的轮盘，其特征在于，所述轮缘的外侧壁设有叶片固定区，所述增重槽与所述叶片固定区沿所述轮盘的轴向错开设置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子的轮盘，其特征在于，所述增重槽沿所述轮盘的周向延伸形成环形槽。5.根据权利要求1至3中任一项所述的转子的轮盘，其特征在于，所述增重槽设于所述轮盘的轴向端面上。6.根据权利要求5所述的转子的轮盘，其特征在于，所述轮盘的外侧壁设有叶片固定区，所述轮盘的轴向两端面均设有所述增重槽。7.一种转子，其特征在于，包括：如权利要求1至6中任一项所述的转子的轮盘。8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，还包括固定于所述轮盘的叶片，所述叶片与所述轮盘为一体式结构。9.根据权利要求7或8所述的转子，其特征在于，还包括：所述响应材料，所述响应材料设置成通过激光熔融技术固定于所述增重槽。10.根据权利要求9所述的转子，其特征在于，所述响应材料与所述轮盘的材料相同。11.一种动平衡方法，应用于如权利要求7至10中任一项所述的转子，其特征在于，所述动平衡方法包括：在动平衡试验过程中，确定所述轮盘需要增重的位置；将所述响应材料填充在所述增重槽的对应位置处，使所述转子实现动平衡。12.一种涡轮，其特征在于，包括如权利要求7至10中任一项所述的转子。13.一种机械装置，其特征在于，包括如权利要求7至10中任一项所述的转子或如权利要求12所述的涡轮。14.根据权利要求13所述的机械装置，其特征在于，所述机械装置为燃气轮机。

技术总结
一种转子及其轮盘、动平衡方法、涡轮及机械装置。轮盘设有增重槽，增重槽沿轮盘的周向延伸，增重槽设置成填充响应材料以实现转子动平衡。本方案通过在转子轮盘上设增重槽，可以通过增重的方法实现转子动平衡，从而有利于转子的减重设计，且不会对轮盘造成表面损伤；且增重槽沿轮盘的周向延伸，尺寸较大，有利于进一步减重，且有利于提高响应材料布置位置的灵活性。活性。活性。


技术研发人员：段入柯 何家祥 李茂义 杨旭 于延科
受保护的技术使用者：清航空天（北京）科技有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/6/27