CN101008350A - 燃气轮机装置及其装配方法 - Google Patents

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CN101008350A CNA2007100018486A CN200710001848A CN101008350A CN 101008350 A CN101008350 A CN 101008350A CN A2007100018486 A CNA2007100018486 A CN A2007100018486A CN 200710001848 A CN200710001848 A CN 200710001848A CN 101008350 A CN101008350 A CN 101008350A
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Abstract

用于燃气轮机(10)的差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)，该燃气轮机(10)包括高压压缩机(14)，高压涡轮(18)和连接在高压缩机机和高压涡轮之间的第一轴(31)，风扇装置(12)，低压涡轮(20)和连接在风扇装置和低压涡轮之间的第二轴(32)，所述涡轮使用第一轴。差动挤压膜阻尼器轴承装置包括连接到可在第一方向上旋转的第一轴的内圈(52)，连接到可在相反的第二方向上旋转的第二轴上的外圈(54)和连接在所述内圈和外圈之间的多个轴承(56)。

Description

燃气轮机装置及其装配方法
技术领域
本发明通常涉及燃气轮机，并且尤其涉及燃气轮机装置及其装配方法。
背景技术
至少一些已知的燃气轮机包括风扇装置，中心发动机和连接到风扇装置上的动力涡轮。该中心发动机包括至少一个压缩机，燃烧器，高压涡轮，它们以串联流关系结合在一起。更具体的，压缩机和高压涡轮通过一轴结合以限定出高压转子装置，并且低压涡轮利用第二轴连接到风扇装置上。进入到中心发动机的空气与燃料混合并且被点燃以形成高能气流。高能气流流过高压涡轮，以可旋转地驱动高压涡轮，从而使得该轴接着可旋转地驱动压缩机。
为了最大化在高性能燃气轮机中的燃料燃烧，需要利用连接到相对小的中心燃气轮机上的高旁通比风扇。为了减少发动机成本，重量和复杂性，至少一个已知燃气轮机包括差动轴承，其被使用以从低压涡轮转子支撑中心转子。因此，在该利用中利用已知差动轴承对可能导致相对高的差动轴承负荷。
发明简述
在一个实施例中，提供一种装配燃气轮机的方法。该方法包括利用第一轴连接高压压缩机到高压涡轮上，利用第二轴连接风扇装置到低压涡轮上，和在第一和第二轴之间连接差动挤压膜阻尼器装置。
在另一个方面，提供一种差动挤压膜阻尼器装置。该差动挤压膜阻尼器装置包括连接到可在第一方向上旋转的第一轴上的内圈，和连接到可在相反的第二方向上旋转的第二轴上的外圈，和连接到内圈和外圈之间的多个轴承。
在又一个方面，提供一种燃气轮机装置。该燃气轮机装置包括中心燃气轮机(该中心燃气轮机包括高压压缩机，高压涡轮和连接在高压压缩机和高压涡轮之间的第一轴)，连接到中心燃气轮机上的风扇装置，在风扇装置和低压涡轮之间连接的第二轴，和连接在第一轴和第二轴之间的差动挤压膜阻尼器轴承装置。
附图说明
图1是示例的涡轮机装置的一部分的横剖面视图；
图2是如图1所示的包括差动轴承装置的燃气轮机装置一部分的放大横剖面视图；和
图3是如图2所示的差动轴承装置的放大的横剖面视图。
具体实施方式
参见附图，图1是燃气轮机10的示意图，该燃气轮机10包括风扇装置12和中心发动机13，该中心发动机13包括高压压缩机14，燃烧器16和高压涡轮18。发动机10还包括低压涡轮20和增压器22。风扇装置12包括从转子盘26向外径向延伸的一列风扇叶片24。发动机10具有进气侧28和排气侧30。风扇装置12和涡轮20通过第一转子轴31连接，并且压缩机14和涡轮18通过第二转子轴32连接。
在运行过程中，空气沿着中心轴34流过风扇装置12，并且压缩空气供给到高压压缩机14。高压缩空气被传送到燃烧器16中。从燃烧器16来的空气流(在图1中未示出)驱动涡轮18和20，并且涡轮20通过轴31驱动风扇装置12。在一个实施例中，轴31以第一方向40旋转并且轴32以相反的第二方向42旋转。可选择的，轴31和32每个以第一方向40或者第二方向42进行旋转。
图2是在图1中所示的燃气轮机10的一部分的横截面图，该燃气轮机10包括示例的差动轴承装置50，即连接在两个旋转轴之间的轴间轴承。图3是在图2中所示的差动轴承装置50的放大的横截面图。在示例的实施例中，差动轴承装置50连接在第一轴31和第二轴32之间。虽然在此描述的本发明是关于单个差动轴承50，需要理解的是在此描述的本发明可用于包括多个差动轴承50的燃气轮机。而且，在此描述的本发明还可与在燃气轮机10之内的多个滚子和/或球轴承装置一起利用。
在示例的实施例中，差动轴承装置50是差动挤压膜阻尼器轴承(DSFD)并且包括固定到轴32上的径向旋转的内圈52，该轴32在高压涡轮18和高压压缩机14之间延伸。差动轴承装置50还包括径向旋转外圈54，其通过外圈弹簧55和多个轴承56即滚动元件固定到轴31上，这些轴承56分别设置在内圈52和外圈54之间。在示例的实施例中，轴承56是滚柱轴承。在可选择的实施例中，轴承56是球轴承。在示例的实施例中，由于内圈52连接到轴32上并且外圈54连接到轴31(即在低压涡轮20和风扇装置12之间延伸的轴)上，内圈52以第一方向40旋转并且外圈54以相反的第二方向42旋转。
轴承装置50还包括：密封凸台60，其在第一端62处连接到轴32上；第一密封件64，其在密封凸台60的径向向内连接从而使得在密封凸台60和轴31之间限定出密封；第二密封件66，其在密封凸台60的径向向外连接，从而使得在密封凸台60和轴32之间限定出密封。同样的，腔68定义在凸台第一端62和密封件66之间。
轴承外圈54包括第一槽70，其设定尺寸以容纳活塞密封件72，和第二槽74，其设定尺寸以容纳活塞密封件76。更具体的，轴承外圈54被构造以径向向内和径向向外移动，从而使得在运行期间密封件72和76与轴31密封接触，如下所述的。
燃气轮机10还包括油分配环80，其连接到轴31上并且大体上环绕轴承装置50。在一个实施例中，油分配环80连接到轴31上并且从轴31径向向外延伸，从而使得腔82定义在油分配环80的径向内表面和低压涡轮轴延伸件84之间，该延伸件84从轴31轴向向前延伸。可选择的，油分配环80与轴31整体形成。旋转油盖90被提供以便于将润滑液通向轴承装置50。具体来说，油盖90从低压涡轮轴31径向向内地连接，并且包括利用来在油盖90的前端和低压涡轮轴31之间形成密封的第一密封件92，在第一密封件92的轴向向后的第二密封件94，和在第二密封件94的轴向向后的第三密封件96。在示例的实施例中，第一腔98定义在油盖90和轴31之间。具体来说，第一腔98由油盖90，轴31，密封件92和从油盖90径向向外延伸的突出部分100限定边界。
油盖90还包括从油盖90径向向内延伸的延伸部分102，并且包括穿过该延伸部分12限定出的开口104。燃气轮机10还包括压力系统110，其被构造为引导液压流体(例如润滑液)例如流入轴承装置50中以便于运行轴承装置50。具体来说，系统110包括供给歧管112，其连接到泵(未示出)上。燃气轮机10还包括润滑系统120，其被构造为润滑轴承装置50。润滑系统120包括多个喷口122，其供给润滑油到轴承装置50上。
在运行期间，操作密封装置50的高压液压流体通过歧管112，通过延伸通过延伸件102的开口104，并且进入到腔132中。在示例的实施例中，腔132由轴31，密封件94，密封件96和旋转油盖90限定边界。由于其在高压下，液压流体被强制径向向外通过开口134，该开口134定义为至少部分通过轴31。开口134定义了在腔132和腔82之间的通道，从而使得腔132与腔82流体连通，从而使得从歧管112引导的液压流体被供给到轴承装置50中。具体来说，液压流体从腔82通过，并且通过至少一个开口136，从而使得液压流体在轴承外圈54和分离的阻尼器环55之间施加机械力。另外，设置在活塞环槽70中的两个活塞环72设置在轴承外圈54中，以确保在预定的发动机转速下的发动机运行期间，环72被强制压出并且密封阻尼器环55。
由于上述的结果，任意轴不平衡的径向力分量由在腔82中保持的液压流体施加在轴承装置50上的液压力所抵消。同样的，在压力区域，即腔82中的加压液压流体的反作用提供了在反向旋转的轴31和32之间的阻尼和刚度。
在润滑系统120的运行期间，从多个喷口122排出的润滑液被通入腔140中，该腔140从旋转的油盖90径向向内限定。更具体的，由于燃气轮机10正在旋转，润滑液相对旋转的油盖90被强制径向向外。于是，润滑油以向前的方向沿着油盖90的外表面通过延伸通过油盖90的开口142，通入到腔98中。然后，润滑液通过延伸通过轴31的开口144引导到腔或者贮槽146中，该腔或者贮槽146容纳在轴承装置50中。润滑液的第一部分通过延伸穿过密封凸台60的开口148，并且进入到腔68中，该腔68大体上环绕轴承装置50。然后，油液从腔68中通过开口150，该开口150延伸通过轴32，以便于润滑轴承装置50。在润滑轴承装置50之后，润滑液被排出到腔152中，该腔152大体上环绕油分配环80。然后润滑液从腔152中排出，通过形成为穿过轴31的开口154，并且返回到润滑净化系统(未示出)。
在此描述的燃气轮机包括差动挤压膜阻尼器轴承装置，其连接在燃气轮机中的两个旋转轴之间。轴承装置包括附装到并且与低压涡轮转子一起旋转的外圈，和附装到并且与高压涡轮一起旋转的内圈。在示例的实施例中，内圈和外圈以相反的方向旋转。可选择的，内圈和外圈以相同的方向旋转。
在运行期间，包括软簧附件的轴承装置便于增加反向旋转轴之间的阻尼和刚度。具体来说，挤压膜阻尼器轴承装置位于从轴承装置外圈径向向外，该外圈以较低的低压涡轮速度旋转。液压油从后部贮槽盖提供，通过旋转的即动态的油密封到中心油管。该中心油管引导液压油向前到设置在低压涡轮轴内的分配环中。在分配环和低压涡轮轴之间的密封件使得油越过边界时其油压得到保持。然后液压油被引导通过在低压涡轮轴内的开口。在示例的实施例中，开口设置在低压涡轮轴后侧，在那里发生从气缸到凸缘的过渡。这通常是低压涡轮轴的较低应力位置。液压油从低压涡轮轴的前侧排出，并且通过盖向前行进到挤压膜阻尼器轴承装置中，该轴承装置包括分离阻尼器环和两个用于密封的活塞环。活塞环槽设置在轴承外圈中，以确保快速发生密封。在运行期间，环被强制压出并且密封阻尼环。
可选择的，燃气轮机包括润滑供给系统，其包括多个喷口，这些喷口被设置为沿着旋转的油盖将润滑液通入到差动轴承装置中。
虽然本发明已经就不同的具体实施例进行了描述，本领域技术人员应当认识到本发明可以利用在权利要求精神和范围内的修改进行实施。
部件目录表
10    燃气轮机
12    风扇装置
13    中心发动机
14    高压压缩机
16    燃烧器
18    高压涡轮
20    低压涡轮
22    增压器
24    风扇叶片
26    转子盘
28    进气侧
30    排气侧
31    第一转子轴
32    第二转子轴
34    中心轴
40    第一方向
42    第二方向
50    轴承装置
52    内圈
54    外圈
55    阻尼器环
56    轴承
60    密封凸台
62    第一端
64    第一密封
66    第二密封
68    腔
70    第一槽
70    活塞环槽
72    环
73     第二槽
76     活塞密封件
80     油分配环
82     腔
84     压力涡轮轴延伸件
90     油盖
92     第一密封件
94     第二密封件
96     第三密封件
98     腔
100    突出部分
102    延伸部分
104    开口
110    压力系统
112    歧管
120    润滑系统
122    喷口
132    腔
134    开口
136    开口
140    腔
142    开口
144    开口
146    腔或者贮槽
148    开口
150    开口
152    腔
154    开口

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机(10)的差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)，该燃气轮机包括高压压缩机(14)、高压涡轮(18)、连接在高压压缩机和高压涡轮之间的第一轴(31)、风扇装置(12)、低压涡轮(20)和连接在风扇装置和低压涡轮之间的第二轴(32)，所述涡轮使用第一轴；所述差动挤压膜阻尼器轴承装置包括：
连接到可在第一方向上旋转的第一轴的内圈(52)；
连接到可在相反的第二方向上旋转的第二轴上的外圈(54)；和
连接在所述内圈和外圈之间的多个轴承(56)。
2.如权利要求1所述的差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)，还包括连接在所述外圈(54)和所述第二轴(32)之间的弹簧。
3.如权利要求1所述的差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)，其中所述外圈(54)还包括：
构造为容纳第一密封件(64)的第一槽(70)；和
构造为容纳第二密封件(66)的第二槽。
4.如权利要求3所述的差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)，还包括：
连接到所述第二轴(32)的阻尼器环(55)，所述第一和第二密封件(64，66)被构造为便于在发动机运行期间在阻尼器环和轴承外圈(54)之间的密封。
5.一种燃气轮机装置(10)，其包括：
中心燃气轮机(13)，其包括高压压缩机(14)、高压涡轮(18)和连接在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间的第一轴(31)；
连接到所述中心燃气轮机的风扇装置(12)；
连接到所述中心燃气轮机上的低压涡轮(20)；
连接在所述风扇装置和所述低压涡轮之间的第二轴(32)；和
连接在所述第一轴和所述第二轴之间的差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)。
6.如权利要求5所述的燃气轮机装置(10)，其中所述第一轴(31)在第一方向(40)上旋转并且所述第二轴(32)在相反的第二方向(42)上旋转。
7.如权利要求6所述的燃气轮机(10)，其中所述差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)还包括：
连接到所述第一轴的内圈(52)；
连接到所述第二轴上的外圈(54)；和
连接在所述内圈和外圈之间的多个滚柱轴承(56)。
8.如权利要求6所述的燃气轮机(10)，其中所述差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)还包括连接在所述外圈(54)和所述第二轴(32)之间的弹簧。
9.如权利要求6所述的燃气轮机(10)，其中所述外圈(54)还包括：
构造为容纳第一密封件(64)的第一槽(70)；和
构造为容纳第二密封件(66)的第二槽。
10.如权利要求9所述的燃气轮机(10)，其中所述差动挤压膜阻尼器轴承装置(50)还包括：
连接到所述第二轴(32)的阻尼器环(55)，所述第一和第二密封件(64，66)构造为便于在发动机运行期间在阻尼器环和轴承外圈(54)之间的密封。
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