CN110056431A - 减少滑油泄漏的密封系统 - Google Patents

Abstract

减少燃气轮机滑油泄漏的密封系统，涉及燃气轮机技术领域，为解决现有燃气轮机低工况时滑油泄漏，耗油量大，严重时造成滑油温度过高、变质和焦化；且主轴承无法得到保护，润滑系统无法正常工作的问题，密封系统包括滑油密封装置本体和增压引气系统，增压引气系统的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管与滑油密封装置本体的封严空气腔连通，且二者之间的通路上设有一个单向阀，还包括空气增压系统，空气增压系统的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管与封严空气腔连通，本发明用于燃气轮机运行于低工况作用下以防止滑油泄漏。

Description

减少滑油泄漏的密封系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及防滑油泄漏技术。

背景技术

自二十世纪七十年代以来，由于燃气轮机的优越性能，同时具有体积小、功率密度大、启动快、维护方便等特点，在工业调峰发电、压缩天然气输送管路、海上平台和燃-蒸联合循环电站等领域得到了广泛的应用。

无论燃气轮机是作为机械驱动，还是作为发电用，它都是由压气机、燃烧室、涡轮、以及附属系统所组成，它可以看成是空气在压气机中连续压缩，流入燃烧室中加热后不断产生具有一定压力和温度的燃气，再流入涡轮中膨胀做功，把部分热能转换为机械能的高速动力旋转机械；任何高速旋转的单个转子均由至少2个主轴承来支承，以保持高速旋转的转子处于正常工作状态，主轴承工作时产生了大量的热量，通常都是采用喷射滑油润滑的方法把这些热量带走；因此，燃气轮机的可靠运行在很大程度上取决于润滑系统的好坏。

润滑系统的作用是由滑油供油泵向主轴承和啮合齿轮的工作表面泵送滑油，带走由于高速转动下产生的摩擦热以及周围高温零件传来的热量，以维持主轴承和啮合齿轮的正常温度状态，并在主轴承的滚道与滚子间、相啮合的齿面间形成连续的油膜，从而起到液体润滑的作用，再由滑油回油泵抽吸主轴承腔内润滑过的滑油，减少这些工作面的磨损和摩擦损失，并防止它们的腐蚀和表面硬化，同时还带走工作面间形成的硬夹杂物；与此同时，总是伴随着有一定量的滑油被消耗掉；燃气轮机滑油消耗的主要途径有：1)通过轴承腔滑油密封装置的泄漏；2)滑油的热耗损失；3)主轴承腔内滑油随滑油通风系统排到大气中的损失。针对由于密封装置不严密导致的滑油泄漏为本申请主要研究的内容；

中国发明专利CN105143610 B于2015年12月9日公开了《用于防止燃气涡轮中的润滑油泄漏的方法和系统》，在燃气涡轮发动机运行时，利用压缩空气源，将足够的压缩空气提供给涡轮轴承容纳的油底壳，对油腔进行加压；若在燃气涡轮发动机的某些运行状况，从发动机上的压缩空气源供给的压力不足时，利用外部压缩空气源供给压缩空气，使燃气涡轮发动机运行，但是燃气涡轮发动机的控制；但该专利仅提出了工作方法，未公开压缩空气系统的具体结构。

现有燃气轮机轴承腔的滑油密封装置如图2所示，采用两级密封结构，由此形成了主轴承腔7和封严空气腔5两个腔室；为了保证燃气轮机在整个运行工况下可靠运行，包括增压引气系统20、主轴承腔的滑油密封3和封严空气腔的空气密封2等；

主轴承腔7由滑油密封3、主轴承腔壁6、主轴承腔通气管8、滑油供油管9、主轴承10和主轴承腔排油管13形成；主轴承腔壁6为主轴承腔7的外围壁，主轴承腔壁6上设置有多个滑油密封3用于密封，主轴承腔通气管8穿透主轴承腔壁6，使得主轴承腔7与外部空间连通，两个滑油供油管9穿透主轴承腔壁6，使得主轴承腔7与外部空间连通，主轴承腔7内设置有主轴承10，主轴承腔排油管13用于将主轴承腔7内的污油排出；

封严空气腔5由空气密封2、封严空气腔壁4、封严空气腔供气管11、封严空气腔排油管12和气流流路14形成；封严空气腔壁4为封严空气腔5的外围壁，封严空气腔壁4上设置有多个空气密封2用于密封，封严空气腔供气管11穿透封严空气腔壁4，使得封严空气腔5与气流流路14连通，封严空气腔排油管12用于将封严空气腔5内的污油排出；增压引气系统20是指从压气机级间流道抽取所需的压缩空气并将其引入封严空气腔5供气管的系统；

由于从增压引气系统20提供空气的压力是随着燃气轮机的运行工况而变化的，封严空气腔5与主轴承腔7和气流流路14之间的压力差也是随着运行工况的不同而变化的；但是，当燃气轮机在起动、慢车、过渡状态及停机等较低工况下运行时，封严空气腔5与主轴承腔7内的压力差低于设计允许值，使得主轴承腔7内的滑油或油气混合物沿着滑油密封3流向封严空气腔5泄漏，造成滑油消耗量有所增大；严重情况下，当气流流路14上高温气体的压力偏高时，这部分高温气体经过空气密封2和滑油密封流入主轴承腔7内，造成滑油温度过高、变质和焦化等现象。

因此现有的用于预防燃气轮机滑油泄漏的增压引气系统20存在如下问题：

1、当燃气轮机在起动、慢车、过渡状态、停机等较低工况下运行时，由于封严空气腔5与主轴承腔7内的压力差低于设计允许值，造成滑油泄漏，使得耗油量增大，严重情况下造成滑油温度过高、变质和焦化等现象；

2、滑油泄漏使得燃气轮机主轴承无法得到保护，润滑系统无法正常工作。

发明内容

本发明旨在解决现有燃气轮机低工况作用下无法保证封严空气腔与主轴承腔内的压力值的稳定，造成了滑油泄漏，使得耗油量大，严重情况下造成滑油温度过高、变质和焦化；以及主轴承无法得到保护，润滑系统无法正常工作的问题。

为解决上述问题，技术方案如下：

减少滑油泄漏的密封系统，包括滑油密封装置本体，所述密封系统还包括增压引气系统20，

增压引气系统20的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管11与滑油密封装置本体的封严空气腔5连通，且二者之间的通路上设有一个单向阀21，

还包括空气增压系统，

空气增压系统的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管11与封严空气腔5连通。

本申请具有如下优势：

1、当燃气轮机在起动、慢车、过渡状态、停机等较低工况下运行时，由于封严空气腔5与主轴承腔7内的压力差低于设计允许值，由控制系统发出打开阀门组的指令，直接启动空气增压系统，储气罐18内压缩空气经过阀门组后进入封严空气腔5内，保证封严空气腔5和主轴承腔7之间的压力差在设计允许值范围内，可以大大减小主轴承腔7内的滑油泄漏，还能隔离气流流路14高温气体的流入；

2、燃气轮机采用双空气增压系统，更能保证燃气轮机系统的稳定，不同工况下更换空气增压方式，使得燃气轮机滑油消耗量低、燃气轮机的运行成本低，且工作效率较高；

3、此工作模式使得主轴承得到有效保护，润滑系统可正常工作。

附图说明

图1是密封系统的结构示意图；

图2是现有燃气轮机轴承腔的滑油密封装置本体的结构示意图；

图3是燃气轮机轴承腔的结构示意图；

图中：1.转轴；2.空气密封；3.滑油密封；4.封严空气腔壁；5.封严空气腔；6.主轴承腔壁；7.主轴承腔；8.主轴承腔排气管；9.滑油供油管；10.主轴承；11.封严空气腔供气管；12.封严空气腔排油管；13.主轴承腔排油管；14.气流流路；15.油气分离器；16.调节阀；17.减压阀；18.储气罐；19.空气压缩机；20.增压引气系统；21.单向阀。

具体实施方式

应当理解到，尽管在下文中详细的说明了本发明的实施方式的示例性实现方案，但是所公开的组成可以使用当前已知或者尚未存在的任何其它合适的技术来实现。因此，本发明绝不应当仅限于在下文中描述的示例性实施方案，而是可以在随附权利要求及其等同方案的范围内进行适当修改。现在将参照附图更加完全地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施方式。但是，本发明可按照更多不同的形式实现，并且不应该被理解为限制于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开变得彻底和完整，并将本发明的构思完全传递给本领域技术人员。

具体实施方式一、下面结合图1-3说明本实施方式，本实施方式提供了减少滑油泄漏的密封系统，密封系统应用于燃气轮机的结构原理图如图1所示；包括滑油密封装置本体，所述密封系统还包括增压引气系统20，

增压引气系统20的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管11与滑油密封装置本体的封严空气腔5连通，且二者之间的通路上设有一个单向阀21，

还包括空气增压系统，

空气增压系统的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管11与滑油密封装置本体的封严空气腔5连通；

空气增压系统和增压引气系统20均能够保证燃气轮机的封严空气腔5和主轴承腔7之间的压力差在标准值内；

空气增压系统包括空气压缩机19、储气罐18和阀门组，

空气压缩机19的进气端与外部空间连通，

空气压缩机19的出气端与储气罐18的进气端连通；

储气罐18的出气端与阀门组的进气端连通；

阀门组的出气端与燃气轮机的封严空气腔供气管11的入口连通，

阀门组包括相互串联连接的节流元件和控制元件，

控制元件为调节阀16，

储气罐18的出气端与调节阀16的进气端连通；

减压阀17的出气端与燃气轮机的封严空气腔供气管11连通；

节流元件为减压阀17；

工作过程及原理：

现有燃气轮机轴承腔的滑油密封装置如图2和背景技术所介绍，

轴承腔的结构示意图如图3所示，燃气轮机轴承腔采用两级密封结构，形成了封严空气腔5和主轴承腔7两个腔室，

封严空气腔5包括空气密封2、封严空气腔壁4、封严空气腔供气管11、封严空气腔排油管12和气流流路14；

主轴承腔7包括滑油密封3、主轴承腔壁6、主轴承腔通气管8、滑油供油管9、主轴承10和主轴承腔排油管13；

燃气轮机主轴承腔7采用滑油密封3和空气密封2，滑油密封3密封封严空气腔5内的空气，从滑油密封3泄漏的空气、滑油的蒸发及空气被飞溅的滑油及环境所加热形成油气混合物通过主轴承腔排气管8进入通风系统的油气分离器15，实现燃气轮机主轴承腔7的油气分离和通风；

而空气密封2把气流流路14的高温气体隔开，防止气流流路14中高温气体进入主轴承腔7；

当燃气轮机在起动、慢车、过渡状态、停机等较低工况下运行时，增压引气系统20供给封严空气腔5内空气的压力低于设计值，造成封严空气腔5和气流流路14之间、封严空气腔5和主轴承腔7之间的压差低于设计允许值，主轴承腔7中的滑油和油气混合物会通过滑油密封3流出，造成滑油向外泄漏的增加；严重情况下，在气流流路14上高温气体的压力偏高时，这部分高温气体经过空气密封2和滑油密封3流入主轴承腔7内，造成滑油温度过高、变质和焦化等现象；

本实施方式为了解决这个技术问题，优化后本实施方式的结构原理图如图1所示，

当正常运行时，参考现有技术中汽轮机的工作原理，由增压引气系统20提供压缩空气，且压力是随着燃气轮机的运行工况而变化的，封严空气腔5与主轴承腔7和气流流路14之间的压力差也是随着运行工况的不同而变化的，当封严空气腔5与主轴承腔7的压力差控制在设计允许值范围内，保证主轴承腔7内的滑油不向外泄漏，而从滑油密封3泄漏的空气、滑油的蒸发及空气被飞溅的滑油及环境所加热形成油气混合物通过主轴承腔通气管8进入通风系统的油气分离器15，实现燃气轮机主轴承腔7的油气分离和通风；

燃气轮机在起动、慢车、过渡状态、停机等较低工况下运行时，由于增压引气系统20中的空气压力低于设计允许值，

连接关系如上文所述，在现有的增压引气系统20上并联一套用于燃气轮机低工况下提供辅助的空气增压系统，新增的空气增压系统包括调节阀16、减压阀17、储气罐18及空气压缩机19；

由控制系统发出打开调节阀16的指令，直接启动辅助空气增压系统，这时单向阀21自动关闭，储气罐18内压缩空气先经过调节阀16调节流量，再通过减压阀17减压后进入封严空气腔5内，保证封严空气腔5和主轴承腔7之间的压力差在设计允许值范围内，可以大大减小主轴承腔7内的滑油泄漏，还能隔离气流流路14高温气体的流入；

燃气轮机在较低工况下运行时，由空气增压系统提供压缩空气给封严空气腔5，这样不仅可以减少燃气轮机滑油消耗量和节省燃气轮机的运行成本，而且还避免造成滑油温度过高、变质和焦化等现象；

燃气轮机在较高工况运行时，增压引气系统20的空气压力能够保证气流流路14的高温气体和封严空气腔5之间、封严空气腔5和主轴承腔7之间的压力差在设计值范围内，由控制系统发出关闭调节阀16的指令，从空气增压系统转换到增压引气系统20，封严空气由增压引气系统20直接引入封严空气腔5内；

在正常情况下，储气罐18内的空气是由空气压缩机19自动补充，并保持在设定的压力值范围内；

当储气罐18内压缩空气的压力下降到压力下限值时，空气压缩机19自动补气；

当储气罐18内压缩空气的压力上升到压力上限值时，空气压缩机19自动停机；

采用这种装置能够有效地减少燃气轮机在全工况范围内的滑油泄漏；

因此通过采用改进后的空气密封装置，可以有效保证储气罐18内的压力处于一个预先设定的标准压力值范围内，使其保证了封严空气腔5和主轴承腔7之间的压力差在允许值的范围内，故可有效地减少燃气轮机运行时的滑油泄漏；

图1和图2中的箭头表示滑油、油气混合物和空气的流动方向。

因此，本发明绝不应当仅限于在上文中描述的具体实施方式，而是可以在随附权利要求及其等同方案的范围内进行适当修改；

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.减少滑油泄漏的密封系统，包括滑油密封装置本体，其特征在于：所述密封系统还包括增压引气系统(20)，

增压引气系统(20)的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管(11)与滑油密封装置本体的封严空气腔(5)连通，且二者之间的通路上设有一个单向阀(21)，

还包括空气增压系统，

空气增压系统的出气端通过滑油密封装置本体的封严空气腔供气管(11)与封严空气腔(5)连通。

2.根据权利要求1所述的减少滑油泄漏的密封系统，其特征在于：空气增压系统包括空气压缩机(19)、储气罐(18)和阀门组，

空气压缩机(19)的进气端与外部空间连通，

空气压缩机(19)的出气端与储气罐(18)的进气端连通；

储气罐(18)的出气端与阀门组的进气端连通；

阀门组的出气端与燃气轮机的封严空气腔供气管(11)的入口连通，

阀门组包括相互串联连接的节流元件和控制元件，

控制元件为调节阀(16)，

储气罐(18)的出气端与调节阀(16)的进气端连通；

减压阀(17)的出气端与燃气轮机的封严空气腔供气管(11)连通。

3.根据权利要求2所述的减少滑油泄漏的密封系统，其特征在于：节流元件为减压阀(17)。