[发明专利]透平机械转子系统叶片组倾斜与自旋角度精准调节装置

说明书

本发明公开了一种透平机械转子系统叶片组倾斜与自旋角度精准调节装置，包括刹车电机、转子、转子驱动机构及叶片轴；转子至少一端设有刹车电机；刹车电机连接的减速轴上设有刚性凸轮，柔轮与电机连接座连接，柔轮朝向刚性凸轮端设有外齿圈，外齿圈与刚性凸轮之间设有柔性轴承；叶片轴通过轴承支撑在转子内；叶片轴上的减速半球形齿轮的端部设有内齿圈，内齿圈与柔轮上的外齿圈啮合；转子上装有多个叶片，叶片的内端设有与减速半球形齿轮啮合的调节半球形齿轮分别。本发明提出了叶片可倾斜设计、大减速比设计、半球形齿轮传动和叶片调节装置独立驱动等方法，能实现转子系统叶片组倾斜和高速运转过程中叶片组自旋角度的在线、精准调节。

技术领域

本发明属于透平机械领域，特别涉及一种透平机械转子系统叶片组倾斜与自旋角度精准调节装置。

背景技术

叶片是航空发动机、燃气轮机、空气压缩机等透平机械转子系统实现能量转换的核心部件，其在长周期、变工况、宽转速下的高效稳定运行对机组的安全服役意义重大。限制空间内热流固耦合工况下引发的叶片强非线性振动问题一直制约着透平机械向高参数、大容量、智能化发展，严重时会导致叶片疲劳断裂，引发机组自激振动，给企业造成重大的经济损失甚至人员伤亡，而同级转子叶片组自旋角度微小动态变化或不同级转子（压气机、燃气涡轮和动力涡轮转子之间）叶片组自旋角度微小动态变化的组合是影响透平机械在持续非平稳气流激励下振动响应和能量转换效率的重要因素，此外，叶片组承受突加外部激励产生轴向倾斜，也是导致透平机械转子系统振动超限的原因之一，如不加以早期诊断，则同样可能导致以上严重后果。

目前国内外对透平机械转子系统叶片角度调节的研究主要包括以下四种方法，第一种为停机后人工调节叶片角度，该方法造成机组运行效率下降，提高企业经济成本，且无法研究叶片角度变化对转子系统气动性能的动态连续影响，其缺点显而易见。第二种以丝杆螺母为传动机构，结合导向滑杆，将电机的旋转运动转换为平面移动，利用偏心原理实现叶片角度调节。第三种直接采用液压或气动结合导轨结构的方式生成输出运动，同样利用偏心原理实现叶片角度调节。第四种采用锥齿轮、面齿轮或蜗轮蜗杆机构实现将电机轴向的旋转运动转换为径向的叶片旋转运动实现角度调节。第二、三和四种方法虽能便捷达到调节叶片角度的目的，但直接采用电机作为动力输入的方式，无法实现叶片组自旋角度的精准调节和不同级转子叶片组自旋角度的组合调节，且以上方法均不能实现叶片组轴向倾斜调节，对于因叶片组轴向倾斜导致振动超限的故障无法进行有效诊断，导致应用场合受限。

因此，本发明结合叶片组可倾斜设计、大减速比设计、半球形齿轮传动、叶片调节装置独立驱动等方法，提出一种透平机械转子系统叶片组倾斜与自旋角度精准调节装置，可实现叶片组轴向倾斜调节，其叶片轴向倾斜最小角度为7°，自旋角度调节最小可达3°，不同级转子叶片组的角度可同步调节或根据实际需要任意组合调节，以研究叶片组疲劳损伤、装配微小自旋角度动态变化与转子系统气动性能之间的内在关联，对叶片组故障诊断、优化叶片组装配角度设计、改善叶片组在持续非平稳气流激励下的振动响应和提高透平机械转子系统能量转换效率具有工程意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种透平机械转子系统叶片组倾斜与自旋角度精准、同步或任意组合调节装置，以研究叶片组轴向倾斜故障诊断、叶片组装配微小自旋角度动态变化与转子系统气动性能之间的内在关联。

本发明所采用的技术方案是：一种透平机械转子系统叶片组倾斜与自旋角度精准调节装置，包括刹车电机、转子、转子驱动机构及叶片轴；所述的转子为筒状结构，转子至少一端设有刹车电机；所述的刹车电机的输出轴与减速轴连接，所述的减速轴上设有刚性凸轮，刚性凸轮与减速轴过盈配合，且通过轴肩轴向定位；柔轮通过螺栓与转子连接，柔轮朝向刚性凸轮端设有外齿圈，外齿圈位于刚性凸轮外侧，与刚性凸轮之间设有柔性轴承；所述的叶片轴通过轴承支撑在转子内，叶片轴上固定安装有减速半球形齿轮，减速半球形齿轮的端部设有内齿圈，内齿圈与柔轮上的外齿圈啮合；所述的转子上通过倾角调节装置安装有多个叶片，多个叶片位于同一截面内，且沿圆周方向均匀布置；叶片的内端设有调节半球形齿轮，多个叶片的调节半球形齿轮分别与减速半球形齿轮啮合。