一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构

技术领域

本发明涉及燃气涡轮技术领域，具体涉及一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构。

背景技术

燃气涡轮转子转速高，当转子不平衡时便产生振动，为保证发动机的安全可靠运行，需要通过轴承的弹性支座来避免将振动传递到发动机的支撑受力件。

传统的燃气涡轮轴承弹性支座主要有鼠笼式及拉杆式，其主要缺点：

1、传统鼠笼或拉杆式弹性支座在受转子不平衡力时均产生径向变形，为防止径向变形量过大需另外配置限幅器或阻尼器来控制，当径向变形量(振动幅度)达到限幅阈值时弹性支座的功能失效，振动通过刚性接触传递出去，会对发动机造成损坏。

2、为降低支撑刚度，传统的弹性支座安装边与轴承之间要求满足一段较长的距离，导致发动机长度增加，成本增加。

3、传统弹性支座还需另外搭配限幅器或阻尼器结构，受限于传统加工制造工艺，零件繁多，结构复杂。

基于上述情况，本发明提出了一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构，可有效解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构。本发明的燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构结构简单，使用方便，通过肋条、外环球齿和内环球齿的配合设置，实现了减少转子不平衡时产生的振动传递到发动机的支撑受力件的情况，既节约了成本，又提高了发动机的使用寿命。

本发明通过下述技术方案实现：

一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构，其特征在于：包括内筒和外筒，所述内筒呈圆台状，所述外筒呈圆柱状；

所述内筒设于外筒内，且内筒和外筒之间通过支撑管连接，所述内筒的内壁上环设有倾斜的肋条，且所述肋条从内筒的内壁顶部向右下方倾斜；

所述肋条下方环设有内环球齿，所述内环球齿朝向外侧，所述内筒的内壁上与内环球齿交错设置有外环球齿，所述外环球齿朝向内侧，每个所述内环球齿均与相邻一侧的外环球齿相切，与相邻另一侧的外环球齿之间具有间隙s2。

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构。本发明的燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构结构简单，使用方便，通过肋条、外环球齿和内环球齿的配合设置，实现了减少转子不平衡时产生的振动传递到发动机的支撑受力件的情况，既节约了成本，又提高了发动机的使用寿命。

优选的，所述内环球齿和外环球齿的直径d1均为8～16mm。

优选的，相邻的所述内环球齿和外环球齿的中心之间的水平距离s1为4～8mm。

优选的，所述间隙s2为1～3mm。

优选的，所述内环球齿和外环球齿的壁厚δ1均为0.8～1.5mm。

优选的，所述肋条长L1为20～60mm。

优选的，所述肋条宽w1为3～10mm。

优选的，所述肋条厚度δ为1～4mm。

优选的，所述肋条扭转角度θ1为15～40°。

优选的，所述肋条数量为10～26个。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明的燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构结构简单，使用方便，通过肋条、外环球齿和内环球齿的配合设置，实现了减少转子不平衡时产生的振动传递到发动机的支撑受力件的情况，既节约了成本，又提高了发动机的使用寿命，具体有益效果如下：

1、特殊的球齿结构使弹性支座受径向振动力产生的径向位移转变为周向角位移，且球齿之间的摩擦及逆向扭转肋条起减缓振动的阻尼效果，无需限幅器，无径向振幅值过大的问题；

2、倾斜设置肋条可以在有限的长度空间内满足一定的肋条长度要求，缩短发动机的长度；

3、通过3D打印增材制造，各部件可设计成一体结构，结构简单，零件少。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的仰视结构示意图；

图4为本发明的剖面结构示意图；

图5为本发明所述内环球齿和外环球齿的截面结构示意图；

图6为本发明所述肋条的俯视截面结构示意图；

图7为本发明所述肋条的侧视截面结构示意图；

图8为本发明应用在发动机中的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1至8所示，本发明提供了一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构，包括内筒1和外筒2，所述内筒1呈圆台状，所述外筒2呈圆柱状；

所述内筒1设于外筒2内，且内筒1和外筒2之间通过支撑管3连接，所述内筒1的内壁上环设有倾斜的肋条11，且所述肋条11从内筒1的内壁顶部向右下方倾斜；

所述肋条11下方环设有内环球齿12，所述内环球齿12朝向外侧，所述内筒1的内壁上与内环球齿12交错设置有外环球齿13，所述外环球齿13朝向内侧，每个所述内环球齿12均与相邻一侧的外环球齿13相切，与相邻另一侧的外环球齿13之间具有间隙s2。

实施例2：

如图1至8所示，本发明提供了一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构，包括内筒1和外筒2，所述内筒1呈圆台状，所述外筒2呈圆柱状；

所述内筒1设于外筒2内，且内筒1和外筒2之间通过支撑管3连接，所述内筒1的内壁上环设有倾斜的肋条11，且所述肋条11从内筒1的内壁顶部向右下方倾斜；

所述肋条11下方环设有内环球齿12，所述内环球齿12朝向外侧，所述内筒1的内壁上与内环球齿12交错设置有外环球齿13，所述外环球齿13朝向内侧，每个所述内环球齿12均与相邻一侧的外环球齿13相切，与相邻另一侧的外环球齿13之间具有间隙s2。

进一步地，在另一个实施例中，所述内环球齿12和外环球齿13的直径d1均为8～16mm。

进一步地，在另一个实施例中，相邻的所述内环球齿12和外环球齿13的中心之间的水平距离s1为4～8mm。

进一步地，在另一个实施例中，所述间隙s2为1～3mm。

进一步地，在另一个实施例中，所述内环球齿12和外环球齿13的壁厚δ1均为0.8～1.5mm。

通过以上内环球齿12和外环球齿13的尺寸，可以将轴振动径向变形位移转换为周向角位移，降低对发动机的损害。

进一步地，在另一个实施例中，所述肋条11长L1为20～60mm。

进一步地，在另一个实施例中，所述肋条11宽w1为3～10mm。

进一步地，在另一个实施例中，所述肋条11厚度δ为1～4mm。

进一步地，在另一个实施例中，所述肋条11扭转角度θ1为15～40°。

肋条11扭转方向与转子20旋转方向相反，内环球齿12受力产生变形时，与相切的外环球齿13产生摩擦力，同时扭转肋条11顺航向逆时针偏转将产生抗扭矩，起到了减缓振动的阻尼效果。同时，肋条11扭转设置可以保证一定径向弹性的前提下，缩短发动机的长度。

进一步地，在另一个实施例中，所述肋条11数量为10～26个。

可根据实际需要设置肋条11的数量，以满足不同的工作场景。

需要注意的是：

1、本发明采用的外环球齿13可以替换为凹坑，通过内环球齿12与凹坑进行配合；

2、本发明采用的内环球齿12和外环球齿13均可以替换为弹簧，通过内外两个弹簧进行配合；

3、本发明采用的内环球齿12和外环球齿13均可以替换为异性曲面，通过内外两个曲面进行配合；

4、本发明采用的内环球齿12和外环球齿13均可以替换为长方体或正四面体等一系列形状。

本发明一个实施例的工作原理如下：

一种燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构，当发动机工作时，转子20和转轴30高速顺航向顺时针旋转，因转子系统质量或偏心距使转轴30发生不平衡振动，一定数量的肋条11沿顺航向逆时针扭转角度。其一端连接受力机匣50，另一端连接内筒1，使内筒1可产生弹性变形。内环球齿12与外环球齿13为内外两层周向布置的半球，受径向力时内环球齿12可同内筒1一起弹性变形，外环球齿13布置在刚性受力机匣50上，其中内外环接触的两个半球相切，球中心偏差一定角度。转子20振动时的径向振动力通过轴承10传递到内筒1上，内环球齿12受力产生顺时针周向角位移变形，而不是径向位移变形。当发动机到达临界转速时，增加的振幅转换为周向的角位移，故本发明的结构不需要如传统弹性支座的限幅器，避免了传统弹性支撑当振幅达到限幅阈值时的振动传递。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的燃气涡轮用球齿阻尼式弹性支撑结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”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；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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。