CN107567536A - 涡轮机轴承的封闭套筒和配备有所述套筒的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机轴承(22)的封闭套筒(23)，封闭套筒(23)包括本体，本体限定构造成支承涡轮机轴承(22)的表面(23A)和开在所述表面(23A)上的至少第一孔(25A)和第二孔(25B)，所述第一孔(25A)和第二孔(25B)设置成收集从所述轴承排出的润滑/冷却流体，本体进一步限定设置在所述表面(23A)的相对的侧处的第一凹槽(27A)和第二凹槽(27B)、使所述第一孔(25A)与所述第一凹槽(27A)流通地连接的第一通道(30A)和使所述第二孔(25B)与所述第二凹槽(27B)流通地连接的第二通道(30B)，第一通道和第二通道开在表面(23A)上且由壁(31)分开，所述壁(31)至少具有为所述表面(23A)的一部分的轴承支承表面(31A)。

Description

涡轮机轴承的封闭套筒和配备有所述套筒的涡轮机
技术领域
本文公开的主题的实施例对应于涡轮机轴承的封闭套筒和配备有所述封闭套筒的涡轮机。
背景技术
涡轮机特别是燃气涡轮通常被定义为旋转热机，旋转热机使用由燃烧直接提供的气体将热量转化成功并对旋转轴供应机械功率。其大体上包括压缩机或涡轮压缩机(通常为轴流式类型)，在所述压缩机内在压力下运送来自外部的空气。另外，多个喷射器供应燃料，燃料与空气混合以便形成空气-燃料喷射混合物。
轴流式压缩机由专门的涡轮驱动，涡轮将机械功率供应至利用器，从而在燃烧室内转化燃料的焓。
专门的涡轮、涡轮压缩机、燃烧室(或锅炉)、机械功率输出轴、控制系统和启动系统组成燃气涡轮设备的主要部分。
关于燃气涡轮的运行，要注意的是，流通过一系列入口管道而穿入压缩机中。在这个引导中，气体呈现低压和低温的特性，而在穿过压缩机时，气体被压缩且其温度升高。
经压缩的气体又穿入燃烧室(或锅炉室)中，在此其经历温度的进一步升高。用于升高气体温度而需要的热量由通过喷射器被引入锅炉室中的燃料的燃烧供应，所述燃料可为液体。
在启动机器时，可通过火花塞而实现燃料的点燃。
在离开燃烧室时，处于高压和高温下的气体通过适当的管道到达涡轮，在此其释放在压缩机和燃烧室中积累的部分能量并然后通过排气通道流至外部。
由气体传递至涡轮的功大于在压缩机中吸收的功。因此，一定量的能量仍然可用于机器的轴上。这个量的能量减去由附件和机械构件在运动中的被动阻力吸收的功组成设备的有用功。
从设计的角度看，轴流式压缩机和涡轮的叶片可安装在单个轴上，轴可由两个涡轮机轴承支承，涡轮机轴承大体上以在水平平面上连结的两个半壳制成。
轴承的常见布置提供位于压缩机的入口处的第一轴承，而第二轴承位于轴流式压缩机和涡轮之间；该设计非常可靠和坚固。
US 6,893,208-B2描述了由封闭套筒围绕和支承的涡轮机轴承。封闭套筒提供形状设置成通过与轴承的外表面联接而支承轴承的圆柱形表面和连接至设计成将离开轴承的润滑/制冷流体排出的管道的两个孔。其进一步包括在圆柱形表面的侧部处设置的第一室和第二室，在圆柱形表面的侧部处，离开轴承的润滑剂可聚集和排到孔中。
在圆柱形表面上设置十字形的凹槽以便同时连接第一孔和第二孔以及第一室和第二室。这样润滑剂可从第一室和第二室流至第一孔和第二孔。
在该构造的情况下，可从轴承排出足够量的润滑剂，但十字型凹槽影响轴承支承件的刚度。
应注意的是，在小的涡轮机中，设计成容纳封闭套筒和第二涡轮轴承的在压缩机和涡轮之间的空间是非常有限的。
这是由于存在燃烧室和许多服务连接件诸如润滑油在其中流动的管道和密封器件。
在这种涡轮机中，可使用较小的轴承，但由于由封闭套筒的设计产生的刚度问题，所以封闭套筒的大小不会对应地减小。
发明内容
因此，大体需要提供改进的刚度的封闭套筒，其进一步允许从轴承排出足够量的润滑剂。
特别需要提供保持足够刚度以支承轴承的整体尺寸减小的封闭套筒。
重要的构思是在封闭套筒的位于排出孔之间的部分中形成用于轴承的连续支承壁。
本文公开的主题的第一实施例对应于涡轮轴承的封闭套筒。
本文公开的主题的第二实施例对应于涡轮机，尤其是燃气涡轮。
附图说明
并入本文中并组成说明书的一部分的附图例示了本发明的示范性实施例，且与具体实施方式一起解释这些实施例。在附图中：
图1为涡轮机特别是燃气涡轮的在压缩机和涡轮之间包括的部分中的简化的轴向截面；
图2为沿图1的线II-II截取的简化的截面；
图3为沿图2的线III-III截取的简化的截面；
图4为沿图2的线IV-IV截取的简化的截面；
图5为沿线V-V截取的简化的截面，其中轴20未被示出；以及
图6示出涡轮机的简化的部分截面。
具体实施方式
示范性实施例的以下描述参照附图。
以下描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。
遍及说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用指的是与实施例结合描述的具体特征、结构或特性被包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，在贯穿说明书的多个位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指相同的实施例。而且，具体特征、结构或特性可以任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。
具体参照图 6，其示出涡轮机，特别是燃气涡轮。
涡轮机包括由具有多个叶片52的涡轮51驱动的轴流式空气压缩机50，所述压缩机50和所述涡轮叶片52被安装在由涡轮机轴承22、22’支承的公共轴20上。可以单个零件或以在扭矩方面连接的不同部分实现轴20。
轴20可由可定位在轴流式压缩机50的入口53处的第一涡轮机轴承22’和定位在所述轴流式压缩机50和所述涡轮51之间的第二涡轮机轴承22支承。
本描述将主要专注于第二涡轮机轴承22和设计成支承第二涡轮机轴承22的其封闭套筒23。事实上，在涡轮机的该部分中，用于轴承的可用空间是非常有限的，因为存在许多构件例如燃烧器、油供给和排出管道等。无论如何应当注意的是，第二轴承22和其封闭套筒23的设计特征也可应用于第一涡轮轴承22’和其封闭套筒。
纵使本描述涉及燃气涡轮，但由此描述的轴承可用于任何种类的涡轮机上。
具体参照图1-5，以20指示涡轮机1的中心轴。轴在固定于壳体上的一系列轴颈(stud)21上旋转。壳体和轴颈形成涡轮机轴承22。
壳体为轴颈21提供支承。其也提供与轴20协作的横向密封件26(可为浮动环)以限制靠近轴20的润滑/冷却流体。
涡轮机轴承22由封闭套筒23包围并支承，封闭套筒23可由第一部件23B和第二部件23C(半壳体)形成。套筒23与润滑剂/冷却剂流体供给系统24和润滑剂/冷却剂流体排出系统25连接。
在压力下通过设置在封闭套筒23中的供给管道240和通道而将润滑剂/冷却剂流体供给至室28，室28定位于由轴颈21支承的轴20的部分中。
当轴20旋转时，部分润滑剂/冷却剂流体通过横向密封件26而泄漏并在第一凹槽27A和第二凹槽27B中积累，第一凹槽27A和第二凹槽27B由封闭套筒23限定并关于表面23A设置在相对的侧处，表面23A设计成在涡轮机轴承外表面22A上支承涡轮机轴承22。
表面23A可具有圆柱形形状以便与涡轮轴承外表面22A联接。凹槽27A和27B可采用环形形状以包围轴20，以与轴20、轴承和其密封件26和设置在套筒23上的另外的密封件40一起形成两个用于润滑/冷却流体的封闭室。
在构造成支承涡轮机轴承22的表面23A上，开有第一孔25A和第二孔25B。孔分别连接(见图5)到为排出系统25的部分的第一排出管道250A和第二排出管道250B。
第一孔25A和第二孔25B设置在表面23A上以接收主要通过重力而从第一凹槽27A和第二凹槽27B排出的润滑/冷却流体。为此，封闭套筒23限定使第一孔25A与第一凹槽27A流通地连接的第一通道30A和使第二孔25B与所述第二凹槽27B流通地连接的第二通道30B。
根据本发明的一个方面，第一通道30A和第二通道30B开在表面23A上并由至少具有轴承支承表面31A的壁31分开，轴承支承表面31A为所述表面23A的一部分。
轴承支承表面31A也在封闭套筒23的中心部分中为轴承提供刚性支承，从而提高其刚度。
参照图5，要注意的是，壁31在第一孔25A和第二孔25B之间以及在第一凹槽27A和第二凹槽27B之间延伸。
壁31可从接近所述第一凹槽27A的第一孔的一侧延伸至接近所述第二凹槽27B的第二孔25B的一侧。
改进了封闭套筒23的刚度的壁31的存在可允许套筒23的尺寸进一步减小(都是相对于描述于US 6,893,208-B2中的套筒)；因此套筒的轴向长度进一步减小至最小值是可行的。
描述了本发明的一个实施例，但要清楚，存在许多可被实现的其它变型，而不脱离在本发明的构思中的创新性原理的本质，因为还要清楚，在本发明的实践应用中，任何材料、尺寸和形状可根据需求而被使用且可由技术上相当的其它材料、尺寸和形状所代替。

Claims (10)

1.一种涡轮机轴承(22)的封闭套筒(23)，所述封闭套筒(23)包括套筒本体，所述套筒本体限定构造成支承涡轮机轴承(22)的表面(23A)和开在所述表面(23A)上的至少第一孔(25A)和第二孔(25B)，所述第一孔(25A)和第二孔(25B)设置成收集从所述轴承排出的润滑/冷却流体，所述套筒本体进一步限定设置在所述表面(23A)的相对的侧处的第一凹槽(27A)和第二凹槽(27B)、使所述第一孔(25A)与所述第一凹槽(27A)流通地连接的第一通道(30A)和使所述第二孔(25B)与所述第二凹槽(27B)流通地连接的第二通道(30B)，所述第一通道和所述第二通道开在所述表面(23A)上且由壁(31)分开，所述壁(31)至少具有为所述表面(23A)的一部分的轴承支承表面(31A)。
2.根据前一权利要求所述的封闭套筒(23)，其特征在于，所述套筒本体由在其中设置所述第一孔(25A)和所述第二孔(25B)的第一部件(23B)和构造成与所述第一部件协作而形成所述表面(23A)和所述凹槽(27A，27B)的第二部件(23C)形成，所述表面(23A)为圆柱形且所述凹槽(27A，27B)为环形。
3.根据前述权利要求中的一个或多个所述的封闭套筒(23)，其特征在于，所述壁(31)在所述第一孔(25A)和第二孔(25B)之间和/或在所述第一凹槽(27A)和第二凹槽(27B)之间延伸。
4.根据前述权利要求中的一个或多个所述的封闭套筒(23)，其特征在于，所述壁(31)从所述第一孔(25A)的接近所述第一凹槽(27A)的一侧延伸至所述第二孔(25B)的接近所述第二凹槽(27B)的一侧。
5.一种涡轮机，其至少包括容纳在根据权利要求1-4中的一个或多个所述的封闭套筒(23)中的涡轮机轴承(22)。
6.根据前一权利要求所述的涡轮机，其特征在于，包括安装在公共轴(20)上的轴流式压缩机(50)和燃气涡轮(51)，其中所述涡轮机轴承(22)定位在所述轴流式压缩机(50)和所述涡轮(51)之间。
7.根据前一权利要求所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮机轴承(22)包括多个与所述轴(20)协作的轴颈(21)和具有与所述封闭套筒(23)的所述表面(23A)联接的外表面(22A)的壳体。
8.根据前述权利要求中的一个或多个所述的涡轮机，其特征在于，所述壳体包括与所述轴(20)协作的横向密封件(26)。
9.根据前述权利要求中的一个或多个所述的涡轮机，其特征在于，第一排油管道(250A)和第二排油管道(250B)连接至所述第一孔(25A)和所述第二孔(25B)。
10.根据前述权利要求中的一个或多个所述的涡轮机，其特征在于，所述封闭套筒(23)具有与所述轴协作的另外的横向密封件(40)。
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