CN116624271B - 一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，包括右挡环、中间挡环和左挡环；中间挡环固定于右挡环的左侧，并在两者之间形成截油腔；左挡环固定于中间挡环的左侧，在左挡环与中间挡环之间形成有增压气腔；在右挡环、中间挡环和左挡环的内环侧均嵌装有密封环，密封环的内环侧贴近于涡轮轴上并形成密封；增压气腔与空气腔之间、增压气腔与截油腔以及截油腔与润滑油腔之间形成压力差。利用燃气轮机内部空气对轴承挡油组件内的空腔进行增压，显著减少轴承滑油的泄露，轴承挡油组件上形成润滑油的通路，大大减少了润滑油的流失；密封环、甩油环部与截油环部等结构的配合，有效防止外部杂质和异物的侵入。

Description

一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件。

背景技术

燃气轮机由燃气发生器和动力涡轮组成，其动力涡轮的作用是将高温高压燃气中的能量转变为机械功，用于驱动其他装置。动力涡轮尺寸较大，重量也较重，所以常选用滑动轴承来配合其输出机械功的输出轴。滑动轴承往往需要润滑油来减少轴承内部的摩擦及磨损，防止异物入侵和防止生锈或腐蚀等。

为了保证润滑油对轴承的润滑，往往需要在轴承的润滑油腔处设置密封装置来防止滑油泄露至其他部件。现有的轴承密封方式主要包括接触式密封和非接触式密封两种；其中，接触式密封形式需要密封件和配合件直接接触，在转动中容易出现磨损，摩擦生热，从而导致密封效果下降等问题，所以不适用于高速旋转的动力涡轮轴承。而非接触式密封工作时，密封装置与配合件不接触，在轴承转动中几乎不产生摩擦热，比较适用于高温高速的工作环境。其中常用的非接触式密封包括间隙密封、甩油环密封和迷宫密封等。间隙密封存在间隙，不能完全阻止泄露的缺点。甩油环密封存在转速不高时作用不明显的缺点。迷宫式密封存在加工和装配难度极高的缺点。

因此，有必要设计一种新的密封装置，在动力涡轮高转速高温的条件下，来满足轴承的润滑油腔的密封需求。

发明内容

为了解决现有涡轮轴的轴承的润滑油腔密封的问题，本方案提供了一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件。

本发明所采用的技术方案为：

一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，包括右挡环、中间挡环和左挡环；右挡环毗邻于涡轮轴与涡轮机匣之间的轴承的润滑油腔；中间挡环固定于右挡环的左侧，并在两者之间形成截油腔；左挡环固定于中间挡环的左侧，在左挡环与中间挡环之间形成有增压气腔，左挡环的左侧具有空气腔；在右挡环、中间挡环和左挡环的内环侧均嵌装有密封环，密封环的内环侧贴近于涡轮轴上并形成密封；所述增压气腔连通具有一定空气压力的气源，以使增压气腔与空气腔之间形成压力差，也使增压气腔与截油腔之间形成压力差，还使截油腔与润滑油腔之间形成压力差。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：所述涡轮轴对应于截油腔的位置设置有截油环部，该截油环部沿涡轮轴的径向向外凸起，截油环部用于将沿涡轮轴渗漏至截油环部处的润滑油离心甩入截油腔内。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：所述涡轮轴上设置有径向向外凸起的甩油环部，所述甩油环部位于润滑油腔内并靠近于右挡环；该甩油环部靠近右挡环的一侧倾斜，以将润滑油推向右挡环。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：所述右挡环的右侧设置有涡盘部，涡盘部的右端面倾斜。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：在中间挡环的右环面上设置有第三油槽，所述第三油槽呈圆环状，在第三油槽的内环侧设置有放油孔，在该放油孔的左右侧均设置有密封环。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：在中间挡环的内环侧设置有空气间隙腔，所述空气间隙腔的外环壁上设置有连通气孔，空气间隙腔通过连通气孔与增压气腔连通；在空气间隙腔左侧部位上也设置有一个密封环。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：在右挡环的左环面和右环面上分别设置有第二油槽和第一油槽；第二油槽和第一油槽均呈圆环形，在第二油槽和第一油槽的内环侧均设置有放油孔。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：在右挡环的内环侧设置有三个密封环，第二油槽和第一油槽内环侧的放油孔分别位于不同密封环之间；在第二油槽与第一油槽之间设置有连通两者的排油孔。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：轴承挡油组件分为前挡油组件和后挡油组件，涡轮轴与涡轮机匣之间的轴承包括径向轴承和止推轴承，所述径向轴承位于止推轴承的左侧；在径向轴承的左侧设置所述前挡油组件，在止推轴承的右侧设置所述后挡油组件。

作为上述轴承挡油组件的备选结构或补充设计：在左挡环的外沿设置有向右凸起的环部，在该环部上设置有进气孔，所述进气孔连通至低压压气机主气流通道最前一级的腔室。

本发明的有益效果为：

1、本方案中的结构，利用燃气轮机内部空气对轴承挡油组件内的空腔进行增压，显著减少轴承滑油的泄露，从而有利于实现间隙密封。

2、此外，在该轴承挡油组件上形成润滑油的通路，形成迷宫密封效果，大大减少了润滑油的流失，从而使润滑的效果得到大幅提升。

3、密封环、甩油环部与截油环部等结构的配合，有效防止外部杂质和异物的侵入，减少了杂质、有害气体等进入轴承内腔的几率，同时也减少了因为杂质侵害而形成的各种损伤，从这方面来说也就相对提高了轴承的使用寿命。

4、本方案的结构能够满足先进高性能燃气轮机涡轮转子轴润滑的需求，且具有较好的工程实现性和较高的工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是轴承挡油组件的整体结构图；

图2是轴承挡油组件的爆炸图；

图3是轴承挡油组件剖视的局部图；

图4是轴承挡油组件与涡轮轴配合的局部图；

图5是轴承挡油组件在燃气轮机上的使用状态图。

图中：1-右挡环；11-涡盘部；12-第一油槽；13-第二油槽；14-排油孔；2-中间挡环；21-空气间隙腔；22-截油腔；23-第三油槽；24-连通气孔；3-左挡环；31-进气孔；32-增压气腔；5-密封环；6-涡轮轴；61-截油环部；62-甩油环部；7-供气气路；8-涡轮机匣；9-放油孔；A-前挡油组件；B-后挡油组件；C-径向轴承；D-止推轴承。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。

实施例1

由于燃气轮机的动力涡轮的尺寸较大，重量也较重，所以在安装时，往往在动力涡轮的涡轮轴6上安装轴承，通过安装轴承实现涡轮轴6有涡轮机匣8之间的转动连接，能够有效的降低涡轮轴6转动使的阻力，例如：图5中安装的径向轴承C和止推轴承D，所述径向轴承C位于止推轴承D的左侧（参考图5中的左右方向），而在径向轴承C和止推轴承D转动过程中，往往需要润滑油来减少轴承内部的摩擦及磨损，并防止异物入侵和防止生锈或腐蚀等情况发发生，因此需要将在径向轴承C的前侧和止推轴承D后侧等位置设置润滑油腔。润滑油腔形成于涡轮轴6与涡轮机匣8，并用于向径向轴承C或止推轴承D补充润滑油。

为了实现润滑油腔的封闭，并避免润滑油泄露至其他部件，往往需要在润滑油腔处安装轴承挡油组件，在图5所示的结构中，轴承挡油组件分为前挡油组件A和后挡油组件B，所述前挡油组件A设置在径向轴承C的左侧，所述后挡油组件B设置在止推轴承D的右侧。

如图1至图5所示，为了实现保证轴承挡油组件对润滑油腔的密封效果，本实施例的轴承挡油组件包括右挡环1、中间挡环2和左挡环3等部件。

该左挡环3呈圆环形，并采用两半拼接式的结构，从而方便于该中间挡环在涡轮轴6上的安装。左挡环3固定于中间挡环2的左侧，在左挡环3与中间挡环2之间形成有增压气腔32，左挡环3的左侧具有空气腔，该空气腔能够连通到燃气轮机的其他腔室内，从而实现气流压力的利用；在左挡环3的外沿设置有向右凸起的环部，该环部使得左挡环3呈罩子状，在该环部上设置有若干进气孔31，所述进气孔31连通至低压压气机主气流通道最前一级的腔室，该腔室作为增压气腔32的气源应当具有一定空气压力，此外，其他满足空气压力条件的腔室也可以作为增压气腔32的气源；将低压压气机处的高压空气引入到轴承挡油组件的进气孔31内，并使得增压气腔32中的气压增加，同时在增压气腔32与空气腔之间形成压力差。而在左挡环3的内环侧嵌装有多个密封环5（具体可为两个），左挡环3上的密封环5内环侧贴近于涡轮轴6的外周壁，利用增压气腔32与空气腔之间形成压力差形成间隙密封，使得空气腔中的杂质颗粒不容易进入到增压气腔32内，也更不容易经过中间挡环2和左挡环3进入到润滑油腔中。

中间挡环2固定于左挡环3和右挡环1之间，该中间挡环采用两半拼接式的结构，从而方便于该中间挡环在涡轮轴6上的安装，中间挡环2位于左挡环3的右侧且两者之间通过螺钉进行固定，中间挡环2位于右挡环1的左侧且两者之间也通过螺钉进行固定；在中间挡环2与右挡环1之间形成截油腔22，在所述涡轮轴6对应于截油腔22的位置设置有截油环部61，该截油环部61沿涡轮轴6的径向向外凸起，在涡轮轴6高速转动过程中，该截油环部61会将沿涡轮轴6渗漏至截油环部61处的润滑油离心甩入截油腔22内，然后通过右挡环1的环面上的排油孔14返送到润滑油腔内。

此外，在中间挡环2的右环面上设置有第三油槽23，该第三油槽23连通于截油腔22，所述第三油槽23呈圆环状，在第三油槽23的内环侧设置有放油孔9，在该放油孔9的左右侧均设置有密封环5，这两个密封环5的贴近于涡轮轴6的外周壁；通过截油腔22进入到第三油槽23中的润滑油，能够通过第三油槽23处的放油孔9渗入到这两个密封环5之间，从而实现密封环5与涡轮轴6之间的润滑。同时，通过将低压压气机处的高压空气引入到增压气腔32的方式，使得增压气腔32中的气压大于截油腔22中的压力，从而在增压气腔32与截油腔22之间形成压力差，进而在中间挡环2内环侧的密封环5处实现间隙密封。

在中间挡环2的内环侧设置有空气间隙腔21，该空气间隙腔21呈环槽状，所述空气间隙腔21的外环壁上设置有连通气孔24，连通气孔24位于空气间隙腔21的槽底处，空气间隙腔21通过连通气孔24与增压气腔32连通，在空气间隙腔21左侧部位上也设置有一个密封环5，该密封环5能够降低空气间隙腔21内的气流流动，从而使得空气间隙腔21中的气压能够与增压气腔32中的气压相同，同时减少空气间隙腔21中的压力稳定性。

右挡环1呈圆环形，并采用两半拼接式的结构，从而方便于该右挡环1在涡轮轴6上的安装。右挡环1螺钉固定在中间挡环2的右侧，并毗邻于润滑油腔；在右挡环的左环面和右环面上分别设置有第二油槽13和第一油槽12。第二油槽13和第一油槽12均呈圆环形，在第二油槽13和第一油槽12的内环侧均设置有放油孔9，在右挡环的内环侧设置有三个密封环5，三个密封环5同轴并列设置，第二油槽13内环侧的放油孔9位于相对左侧的两个密封环5之间，第一油槽12内环侧的放油孔9位于相对右侧的两个密封环5之间；第二油槽13连通截油腔22，通过截油腔22进入到第二油槽13中的润滑油，能够通过第二油槽13处的放油孔9渗入到相对左侧的两个密封环5之间，从而实现润滑；第一油槽12连通润滑油腔，通过润滑油腔进入到第一油槽12中的润滑油，能够通过第一油槽12处的放油孔9渗入到相对右侧的两个密封环5之间，以实现润滑。

在第二油槽13与第一油槽12之间设置连通两者的排油孔14，从而使得第二油槽13中的润滑油也能够流入到第一油槽12内。

所述右挡环1的右侧设置有涡盘部11，涡盘部11的兜状，涡盘部11的右端面朝涡轮轴6倾斜；所述涡轮轴6上设置有径向向外凸起的甩油环部62，所述甩油环部62位于润滑油腔内并靠近于右挡环1；该甩油环部62靠近右挡环1的一侧倾斜，当甩油环部62旋转过程中，利用离心力将润滑油和杂质甩起到润滑油腔的周壁上，并引起润滑油腔内的空气流动，在甩油环部62倾斜的侧面的离心力作用下，将会使得空气和部分润滑油沿涡轮轴6的轴向流动到右挡环1内环侧的密封环5处，从而有利于防止润滑油腔外部的润滑油及异物从密封环5处侵入到润滑油腔中，将润滑油推向右挡环，并由涡盘部11右侧锥面的导向至右挡环内环侧的密封环5处。而增压气腔32中的空气将会进入到截油腔22，从而使得截油腔22中的压力略高于润滑油腔，从而在润滑油腔与截油腔22之间形成压力差，进而在右挡环内环侧的密封环5处实现间隙密封。

在右挡环1、中间挡环2和左挡环3的内环侧设置的密封环5均采用嵌装安装方式，保证密封环5的内环侧贴近于涡轮轴6上并形成间隙密封即可，在右挡环1、中间挡环2和左挡环3上可以开设平行于涡轮轴6的轴向的冲压孔，冲压工具可以从冲压孔伸入并将密封环5冲压变形，从而保证密封环5与右挡环1、中间挡环2和左挡环3等部件的固定。

本实施例中的轴承挡油组件结构，利用低压压气机处引出的高压空气使得增压空气腔增压，从而使得增压气腔32与空气腔之间形成压力差、增压气腔32与截油腔22之间也形成压力差、截油腔22与润滑油腔之间也形成压力差，从而显著减少轴承滑油的泄露，从而有利于实现间隙密封；此外，在该轴承挡油组件上的第一油腔、第二油腔、第三油腔等位置通过排油孔14和放油孔9的设置，形成润滑油的通路，形成迷宫密封效果，大大减少了润滑油的流失，从而使润滑的效果得到大幅提升。另外，密封环5、甩油环部与截油环部等结构的配合，有效防止外部杂质和异物的侵入，减少了杂质、有害气体等进入轴承内腔的几率，同时也减少了因为杂质侵害而形成的各种损伤，从这方面来说也就相对提高了轴承的使用寿命。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：包括右挡环（1）、中间挡环（2）和左挡环（3）；右挡环（1）毗邻于涡轮轴（6）与涡轮机匣（8）之间的轴承的润滑油腔；中间挡环（2）固定于右挡环（1）的左侧，并在两者之间形成截油腔（22）；左挡环（3）固定于中间挡环（2）的左侧，在左挡环（3）与中间挡环（2）之间形成有增压气腔（32），左挡环（3）的左侧具有空气腔；在右挡环（1）、中间挡环（2）和左挡环（3）的内环侧均嵌装有密封环（5），密封环（5）的内环侧贴近于涡轮轴（6）上并形成密封；所述增压气腔（32）连通具有一定空气压力的气源，以使增压气腔（32）与空气腔之间形成压力差，也使增压气腔（32）与截油腔（22）之间形成压力差，还使截油腔（22）与润滑油腔之间形成压力差。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：所述涡轮轴（6）对应于截油腔（22）的位置设置有截油环部（61），该截油环部（61）沿涡轮轴（6）的径向向外凸起，截油环部（61）用于将沿涡轮轴（6）渗漏至截油环部（61）处的润滑油离心甩入截油腔（22）内。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：所述涡轮轴（6）上设置有径向向外凸起的甩油环部（62），所述甩油环部（62）位于润滑油腔内并靠近于右挡环（1）；该甩油环部（62）靠近右挡环（1）的一侧倾斜，以将润滑油推向右挡环（1）。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：所述右挡环（1）的右侧设置有涡盘部（11），涡盘部（11）的右端面倾斜。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：在中间挡环（2）的右环面上设置有第三油槽（23），所述第三油槽（23）呈圆环状，在第三油槽（23）的内环侧设置有放油孔（9），在该放油孔（9）的左右侧均设置有密封环（5）。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：在中间挡环（2）的内环侧设置有空气间隙腔（21），所述空气间隙腔（21）的外环壁上设置有连通气孔（24），空气间隙腔（21）通过连通气孔（24）与增压气腔（32）连通；在空气间隙腔（21）左侧部位上也设置有一个密封环（5）。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：在右挡环的左环面和右环面上分别设置有第二油槽（13）和第一油槽（12）；第二油槽（13）和第一油槽（12）均呈圆环形，在第二油槽（13）和第一油槽（12）的内环侧均设置有放油孔（9）。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：在右挡环的内环侧设置有三个密封环（5），第二油槽（13）和第一油槽（12）内环侧的放油孔（9）分别位于不同密封环（5）之间；在第二油槽（13）与第一油槽（12）之间设置有连通两者的排油孔（14）。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：轴承挡油组件分为前挡油组件（A）和后挡油组件（B），涡轮轴（6）与涡轮机匣（8）之间的轴承包括径向轴承（C）和止推轴承（D），所述径向轴承（C）位于止推轴承（D）的左侧；在径向轴承（C）的左侧设置所述前挡油组件（A），在止推轴承（D）的右侧设置所述后挡油组件（B）。

10.根据权利要求9所述的燃气轮机涡轮轴的轴承挡油组件，其特征在于：在左挡环（3）的外沿设置有向右凸起的环部，在该环部上设置有进气孔（31），所述进气孔（31）连通至低压压气机主气流通道最前一级的腔室。