[发明专利]螺纹杆、连接组件、燃气涡轮发动机以及用于改进螺纹疲劳寿命的组装方法

说明书

技术领域

本发明特别地但非排他地涉及具有中心螺栓安装的压缩机和动力涡轮盘的燃气涡轮或涡轮机器，其中，中心螺栓或张力螺柱在其端部具有螺纹。本发明还适用于不同类型的机器，还适用于叶片与转子成为一体的涡轮机器或者非涡轮机器。

背景技术

在一个已知的燃气涡轮发动机构造中，数个盘被设置以形成转子，一些盘包括被插到这些盘的径向延伸的叶片。存在用于压缩机叶片的盘组以及用于涡轮机叶片的盘组。各自的盘组分别通过作用到一个或两个张力螺柱的涡轮机螺母和压缩机螺母保持，该螺母和螺柱通常还用以施加预负载以拧紧装置，以保证在涡轮机工作期间所有的旋转部分都是牢固的。

在现今的涡轮机中，转子可由一对张力螺柱被保持在一起。在下文中，以简化的方式解释如何组装压缩机和涡轮机的一种可能方法。第一螺柱的第一螺纹端部可接合到转子的轴元件中的螺纹孔中。压缩机盘可随后被轴向推到位置中，并被锁定到轴元件。另一压缩机盘可另外被推到位置中。最后，带螺纹的压缩机螺母可被接合到第一螺柱的第二螺纹端部，并被拧紧，使得所有的压缩机盘和轴元件都彼此被固定。对于涡轮机盘，第二螺柱的第一螺纹端部可接合在轴元件的另一个端部的螺纹孔中。随后涡轮机盘可从相对侧被轴向推到位置中，带螺纹的涡轮机螺母可被用到第二螺柱的第二螺纹端部并被拧紧，使得所有涡轮机盘可被锁定到轴元件。

在燃气涡轮发动机的操作期间，可在螺柱中经受应力。此外，应力可能在螺柱和螺母的所有螺纹上不是均匀分布，结果是，局部峰值负载可能导致受影响螺纹的疲劳，结果导致潜在失效。

在图1A中，带螺纹的压缩机螺柱（CS）被旋转到带螺纹接合体中，然后被旋转到中间轴（INTS）中的螺纹孔中，压缩机盘（CD）在组装期间在压缩机螺柱（CS）上从左滑动到右。进口轴（IS）随后被安装到压缩机螺柱（CS）上，压缩机预负载螺母（CN）被拧到压缩机螺柱端部上。为了组装，可能使用液压工具以拉伸螺柱（CS），压缩机螺母（CN）被拧紧以在工具被移除之前接合进口轴（IS）。这样保持了通过螺母（CN）被施加到压缩机螺柱（CS）的预负载，其也可被称作预张力。所需的拉伸可受到螺柱（CS）及夹持部件，例如压缩机盘（CD）在不同的工作条件处的相对的热及机械膨胀和收缩的影响。

图1B示出了被拧到中间轴（INTS）的另一个轴向端部中的涡轮机螺柱（TS）。然后（未在图1B中示出），下一阶段是从右到左将涡轮机盘（TD）组装到涡轮机螺柱（TS）上，涡轮机螺母（TN）被拧到涡轮机螺柱（TS）的另一端部上，如在图1C中所示。液压工具被使用以拉伸涡轮机螺柱（TS），螺母（TN）被拧紧以当工具被移除时保持预负载或预张力。

将意识到的是，这是复杂的装置，其需要细致的加工和组装，以便实现满足需要的操作及长的使用寿命。必须考虑螺柱的材料、螺柱的尺寸、螺柱的拉伸量等，以保证在燃气涡轮发动机的所有工作条件中的足够的旋转负载。特别地，螺纹连接和螺柱可能经受应力。

应该注意到，“负载”指的是由螺柱施加到盘的沿轴向方向（或至少具有沿轴向方向的矢量分量）的夹持力。

用“负载”还描述了一种作用在螺柱端部上的由于预负载或由于旋转运动而产生的力。“负载”被认为是与由螺母作用在螺柱端部上的力的矢量的轴向分量方向相反的矢量。

“预负载”被认为是当所有部分都组装好时存在于非旋转状态中的力。当多个转子部分被连接或固定或夹持在一起时，预加载力是存在的。

本发明的目标是减少螺柱和螺纹的应力和疲劳。

发明内容

本发明寻求缓解这些缺点。

这个目标是由独立权利要求实现的。从属权利要求描述了本发明的有利改进和修改。

根据本发明，螺纹杆被设置为用于与带有螺纹的另一部件接合。螺纹杆可特别地被布置在涡轮机器中，甚至更特别地布置在涡轮机器转子中。

该另一部件包括圆柱形第一螺纹，所述第一螺纹沿着第一螺纹的轴向延伸范围具有一致的第一螺距和一致的第一螺纹角。“圆柱形”表示第一螺纹的较大直径可位于假想的圆柱体上，并且/或者第一螺纹的较小直径可位于另一个假想的圆柱体上。

螺纹杆包括第二螺纹和第三螺纹，所述第二螺纹沿着第二螺纹的轴向延伸范围具有一致的第二螺距和一致的第二螺纹角，所述第三螺纹沿着所述第三螺纹的轴向延伸范围具有一致的第三螺距和一致的第三螺纹角，第一螺纹角和第二螺纹角和第三螺纹角基本相等，并且第一螺距和第二螺距和第三螺距基本相等。