CN106150699B - 供油喷嘴、燃气轮机及为燃气轮机中轴承供油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种供油喷嘴，用于为多轴燃气轮机中相邻两个轴承提供滑油，所述供油喷嘴包括：法兰；进油孔；第一出油孔，通过所述第一出油孔引导从所述进油孔流入所述供油喷嘴的滑油，以使得滑油朝向所述相邻两个轴承中的所述一个轴承喷射；和第二出油孔，通过所述第二出油孔引导从所述进油孔流入所述供油喷嘴的滑油，以使得滑油朝向所述相邻两个轴承中的另一个轴承喷射。借助该结构，可以有效改善轴承的供油效果，简化发动机滑油系统结构，提高冷却效率及润滑效果，延长轴承的使用寿命，进而提高燃气轮机运行安全性。

Description

供油喷嘴、燃气轮机及为燃气轮机中轴承供油的方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机涡轮领域，尤其是航空发动机涡轮领域，更具体地说，是采用新结构改进涡轮机中传统轴承供油方式。

背景技术

现代燃气轮机的主要工作方式为，经压气机做功压缩后的高压空气，在燃烧室内混合油雾燃烧产生高温高压燃气，冲转涡轮做功，通过涡轮轴将功传递到压气机及其他耗功部件。在此连续工作过程中，压气机与涡轮始终处于高速旋转状态，因此轴承成为发动机必不可少的关键部件之一，其主要功能为对发动机中旋转部件起支撑作用，并承受一定的轴向力。

在轴承工作过程中，轴承随燃气轮机旋转部件进行高速旋转，滚珠或滚棒与轴承内外环摩擦，产生大量的热量，同时由于磨损产生细小的杂质颗粒。为保证轴承的正常运行，需要向其提供滑油，一方面减少摩擦及磨损，另一方面进行冷却并带走磨损杂质。尤其是对燃气轮机中透平起支撑作用的高压后轴承以及低压后轴承，由于整体工作环境温度较高，工作条件更为恶劣，如果滑油供应不足，将会导致轴承损伤，甚至损坏，有可能导致发动机事故。因此，确保燃气轮机，尤其是燃气轮机中透平部位的后轴承，得到有效润滑对于发动机的安全运行至关重要。

在以往的发动机中，通常的做法是根据轴承的布局方式，采取不同的供油方式。比如对高压后轴承以及低压后轴承分别布置供-回油系统，或者共用一套供-回油系统，但是设计单独的喷油结构，其系统结构相对较为复杂，供油效果有所局限，且不利于更换。

因此，在布置有多个轴承的燃气轮机中，在满足轴承供油需要，确保轴承正常工作的前提下，如何尽可能的简化供油系统，对于优化燃气轮机结构、提高燃气轮机性能尤为重要，也是未来燃气轮机的重要发展方向。

发明内容

本发明涉及一种用于多级(多轴)燃气轮机中相邻轴承的供油方法，通过采用新型结构，优化燃气轮机滑油系统，改善轴承润滑效果，达到简化燃气轮机结构，提高燃气轮机性能的目标。

为实现该目标，本发明采用的技术方案为：

燃气涡轮后轴承采用简支支承方式，即将轴承布置在燃气涡轮盘后侧，动力涡轮轴后轴承布置在动力涡轮前，动力涡轮采用悬臂支承方式，此时，燃气涡轮后轴承与动力涡轮后轴承分别位于燃气涡轮转子后与动力涡轮转子前，两轴承空间位置上相近，通过合理的布局安排及滑油系统的设计优化，可以采用同一套滑油系统。

为达到该目的，本发明采用一种可称之为“供油喷嘴”的新型结构，实现两个轴承的共腔，以及供油管路的共用。

借助该结构，可以有效改善轴承的供油效果，简化发动机滑油系统结构，提高冷却效率及润滑效果，延长轴承的使用寿命，进而提高燃气轮机运行安全性。

较优地，供油喷嘴具有一个进油孔，通过该进油孔接受燃气轮机外部通过滑油系统提供的冷却滑油；

可选择地，该供油孔的截面形状可以为圆形、方形及其他任意形式；

可选择地，该供油孔沿轴线截面积可以相同，也可以发生变化，以调节供油喷嘴内滑油的静压以及流动速度，确保最优的供油效果；

较优地，供油嘴进油孔外端面为安装平面，通过与相配件端面配合，保证滑油系统的密封，以及供油压力的稳定；

可选择地，该进油孔的轴线与径向方向的夹角为30°-60°；

可选择地，在进油孔的进口或者中间位置可以布置油滤，以过滤上游滑油管路中可能产生的杂质；

较优地，供油喷嘴具有两个分离的出油孔，用于向燃气涡轮后轴承以及动力涡轮后轴承，或者燃气轮机中其他部位的两个相邻的轴承分别提供滑油；

较优地，进油孔的截面积不小于两个出油孔的截面积之和，确保足够的滑油供油流量、滑油供油压力以及滑油供油效果；

较优地，两个出油孔设计为圆形，也可设计为其他任意形式；

可选择地，两个出油孔的截面尺寸可以不相同，根据两个需要被润滑的轴承的实际需求进行设计；

可选择地，两个出油孔沿轴线截面积可以相同，也可以发生变化，以达到最优的滑油喷射效果，确保轴承正常工作；

较优地，两个出油孔的轴线方向(与径向或轴向的夹角)与实际出油方向应根据需要被润滑的两个相邻轴承与供油喷嘴的相对位置关系确定，其原则保证滑油可以准确地喷射到轴承工作部位上或兜油槽内；

较优地，两个出油孔的出口截面与出油孔轴线垂直，以确保出油孔的喷射滑油不会发生散射或其他不利于轴承最终润滑效果的变化；

可选择地，在两个出油孔的出口或中间部位可以布置油滤，以过滤上游滑油系统管路中可能产生的杂质，确保滑油清洁；

较优地，两个出油孔的内壁面应保持光滑，一方面避免产生不期望的杂质，另一方面减少对滑油可能产生的不期望的干扰而影响到轴承的最终润滑效果；

可选择地，两个出油孔可以设计为全螺纹孔；

较优地，通过重新设计单独的出油喷嘴，可以将其装配到螺纹孔上；

可选择地，单独设计的出油喷嘴的出油孔可以设计为圆形、方形及其他任意形式；

较优地，单独设计的出油喷嘴出油孔尺寸可以不同，根据两个需要被润滑的轴承的实际需求进行设计；

可选择地，单独设计的出油喷嘴出油孔轴线可以与供油喷嘴供油螺纹孔的轴线不重合，可以平行或者有一定夹角，其方向应根据需要被润滑的两个相邻轴承与供油喷嘴的相对位置关系确定，其原则保证滑油可以准确地喷射到轴承或兜油槽内；

较优地，单独设计的两个出油喷嘴的内壁面应保持光滑；

较优地，供油喷嘴的进油孔与出油孔的外表面可以设计为任意形状，但应确保进油孔与出油孔的壁面厚度不小于1mm；

较优地，供油喷嘴沿周向布置有不少于三个法兰孔，用于固定在其他相配零件上；

通过采用供油喷嘴结构，对燃气轮机中两个相邻的轴承提供冷却滑油，与现有的技术方案相比，具有以下优势：

1)采用供油喷嘴结构，可以实现两个相邻轴承的共腔布局，简化发动机结构；

2)采用供油喷嘴结构，通过一个单独的结构实现滑油的分流，避免了多个零件的配合，有利于滑油系统的密封；

3)通过设计单独的出油孔，其角度方向可以任意设计，尺寸也可以较为方便的调整，对于燃气轮机的研发实验过程较为有利；

4)采用螺栓与相邻零部件配合连接，便于零件的分解、维修以及替换；

5)出油孔可以设计为螺纹孔，通过单独设计出油喷嘴的方式向两个被润滑的轴承提供滑油。此时，仅通过更换不同的出油喷嘴就可实现对两个轴承的供油效果的调节以及零件损坏的更换，大大降低了加工、使用和维修成本。

附图说明

图1是本发明的供油喷嘴装配图；

图2是本发明的供油喷嘴主视图；

图3是本发明的供油喷嘴A-A旋转剖视图；

图4是本发明供油喷嘴进油孔橡胶圈密封方式示意图；

图5是本发明供油喷嘴进油孔橡胶圈密封方式的F向视图；和

图6是本发明采用出油喷嘴的供油喷嘴示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

图1为本发明供油喷嘴的装配图，如图1所示，动力涡轮轴7与燃气涡轮轴8不同速度转动，所以需要两个轴承，燃气涡轮轴8的一部分为中空套筒形状，动力涡轮轴7的一部分插入燃气涡轮轴8的中空套筒的腔中。

在燃气涡轮轴8上设置有燃气涡轮后轴承2，燃气涡轮后轴承2通过燃气涡轮后轴承压紧螺母3被轴向地压紧。在燃气涡轮后轴承2和燃气涡轮后轴承压紧螺母3中都设置有油孔，附图1中显示了燃气涡轮后轴承压紧螺母3中设置的油孔301。在燃气涡轮轴8与燃气涡轮后轴承压紧螺母3之间的油孔301的进油口处设置有兜油槽801。

在动力涡轮轴7上设置有动力涡轮后轴承5，动力涡轮后轴承5通过压紧螺母4被轴向地压紧。动力涡轮后轴承5设置在动力涡轮轴7和动力涡轮后轴承轴承座6之间。在动力涡轮后轴承轴承座6中设置有滑油孔输油孔601。

本发明的供油喷嘴1通过固定螺栓9固定到动力涡轮后轴承轴承座6。

图1中带有方向指示箭头的虚线为滑油系统供油路线示意图。如图1所示，滑油从动力涡轮后轴承轴承座6中的滑油孔输油孔601注入供油喷嘴1的进油孔，供油喷嘴1设置有两个出油孔，滑油从供油喷嘴1的其中一个出油孔流向动力涡轮后轴承5，滑油从供油喷嘴1的其中另一个出油孔流向燃气涡轮后轴承压紧螺母3，然后通过设置在燃气涡轮后轴承压紧螺母3中的油孔301流向燃气涡轮后轴承2。

图2为本发明供油喷嘴主视图，图3为本发明供油喷嘴A-A旋转剖视图。如图2中所示，在供油喷嘴1的法兰上，沿其周向布置有多个法兰孔107。在一个实施方式中，供油喷嘴1沿周向均匀地布置有六个法兰孔107。本领域技术人员应该知道，根据需要可以设置其他数量的法兰孔107。

如图3中所示，供油喷嘴1设置有一个供油喷嘴进油孔101和两个供油喷嘴出油孔，在附图中分别地显示为前出油孔102和后出油孔103。

供油喷嘴1的进油孔101的进口端面104是与相配合零件接合时的安装平面，供油喷嘴1的前出油孔102设置有出口端面105，供油喷嘴1的后出油孔103设置有出口端面106。

在燃气轮机中，固定螺栓9穿过周向布置的法兰孔107将供油喷嘴1固定安装在动力涡轮后轴承轴承座6上，并且依靠进口端面104进行密封。

在燃气轮机实际运行过程中，滑油系统提供的滑油通过设置在动力涡轮后轴承轴承座6中的输油孔601流入供油喷嘴1的供油喷嘴进油孔101，并且滑油被保持有一定的滑油压力。

然后，滑油经过出油孔102与103分别地流向燃气涡轮后轴承2和动力涡轮后轴承5，以提供润滑。

通过前出油孔102喷射出的滑油进入设置在燃气涡轮轴8与燃气涡轮后轴承压紧螺母3之间的兜油槽801内。燃气涡轮后轴承压紧螺母3跟随燃气涡轮轴8共同高速旋转，在兜油槽801内积聚的滑油在离心力以及燃气涡轮后轴承压紧螺母两侧油压差的作用下，通过燃气涡轮后轴承压紧螺母3中设置的油孔301提供给燃气涡轮后轴承2。

后出油孔103喷射出的滑油直接喷射到动力涡轮后轴承5上。

在一个实施例中，为了保证滑油的出射效果，后出油孔103的出口端面106与后出油孔103的轴线垂直；前出油孔102的出口端面105与前出油孔102的轴线垂直。

在另一个实施例中，为了增加供油喷嘴进油孔端面的密封效果，可采用如图4所示的橡胶圈10进行密封。

图5为供油喷嘴1的进油孔101的橡胶圈10的密封方式的F向视图，图5中显示了环绕供油喷嘴1的进油孔101设置的橡胶圈密封槽108。在动力涡轮后轴承轴承座6上相应地也设置有同样设计的密封槽以安装橡胶密封圈。

图6示意性地示出本发明的一种替代方案。在该替代方案的实施例中，采用了两个出油喷嘴。通过分别地在前出油孔102和后出油孔103中加工内螺纹，将加工有相应外螺纹的前出油喷嘴11与后出油喷嘴12分别地安装在前出油孔102和后出油孔103中，并且保证供油喷嘴1的喷射滑油效果。这种设计有利于零件的调节、修改、维修和更换，供油喷嘴1的出油喷射效果以及供油量可以通过设计一组具有不同尺寸的前出油喷嘴11与后出油喷嘴12来进行调整。

综上所述，本发明通过设计具有双出油孔的供油喷嘴结构实现对相邻的两个轴承的供油，结构简单，可以实现相邻两个轴承的共腔布局，简化发动机的滑油系统结构，且利于更换，维修，可以在现代发动机结构中进行推广，对于发动机性能的提高具有积极地推动作用。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种供油喷嘴，用于为多轴燃气轮机中相邻两个轴承提供滑油，所述供油喷嘴包括：

法兰，通过所述法兰将所述供油喷嘴固定到所述相邻两个轴承中的一个轴承的轴承座上；

进油孔，来自所述轴承座中的滑油通过所述进油孔流入所述供油喷嘴；

第一出油孔，通过所述第一出油孔引导从所述进油孔流入所述供油喷嘴的滑油，以使得滑油朝向所述相邻两个轴承中的所述一个轴承喷射；

其特征在于，所述供油喷嘴还包括：

第二出油孔，通过所述第二出油孔引导从所述进油孔流入所述供油喷嘴的滑油，以使得滑油朝向所述相邻两个轴承中的另一个轴承喷射；

其中所述进油孔的轴线与所述多轴燃气轮机的轴线方向的夹角为30°-60°°：

通过第二出油孔喷射出的滑油进入设置在燃气轮机的燃气涡轮轴与所述另一个轴承的压紧螺母之间的兜油槽内，所述另一个轴承的压紧螺母跟随燃气涡轮轴旋转，在兜油槽内积聚的滑油在离心力以及所述另一个轴承的压紧螺母两侧油压差的作用下，通过在所述另一个轴承的压紧螺母中设置的油孔提供给所述另一个轴承。

2.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，所述进油孔的截面积不小于所述第一出油孔和所述第二出油孔的截面积之和。

3.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，所述出油孔的出口处的端面与所述出油孔的轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，所述进油孔的进口处的端面为平面，所述供油喷嘴通过所述平面与所述轴承座密封。

5.根据权利要求4所述的供油喷嘴，其特征在于，所述供油喷嘴通过橡胶密封圈与所述轴承座密封。

6.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，在所述进油孔的进口位置处还设置有过滤装置。

7.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，在所述进油孔的中间位置处还设置有过滤装置。

8.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，在所述第一出油孔和所述第二出油孔的出口位置处还设置有过滤装置。

9.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，在所述第一出油孔和第二出油孔中加工内螺纹，以与具有相应外螺纹的出油喷嘴接合。

10.根据权利要求1所述的供油喷嘴，其特征在于，沿着所述法兰的周向布置有不少于3个的固定用法兰孔。

11.一种燃气轮机，其特征在于：包括根据权利要求1所述的供油喷嘴。

12.一种为燃气轮机中轴承供油的方法，其特征在于：采用根据权利要求1所述的供油喷嘴。