CN112302724A - 汽轮机及船用蒸汽动力推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种汽轮机及船用蒸汽动力推进装置，其中汽轮机包括汽缸以及贯穿汽缸的第一转轴和第二转轴，第一转轴可转动地同轴套接于第二转轴；第一转轴上设有至少一列第一旋转动叶，第二转轴上设有至少一列第二旋转动叶，第一旋转动叶和第二旋转动叶沿蒸汽流动的方向交错排列，以分别带动第一转轴和第二转轴输出相反的转动。该汽轮机通过取消传统轴流式汽轮机中的静叶，并采用反向旋转的动叶进行替代，提高了每一级的气动载荷，使得汽轮机体积大幅缩小，可以同时输出方向相反的转动。该船用蒸汽动力推进装置通过汽轮机的两个转轴输出相反的转动来直接驱动对转螺旋桨，无需设置换向齿轮箱，进一步缩小了推进系统体积。

Description

汽轮机及船用蒸汽动力推进装置

技术领域

本发明涉及船用动力设备技术领域，尤其涉及一种汽轮机及船用蒸汽动力推进装置。

背景技术

汽轮机是一种广泛应用于船用动力推进的透平机械，在典型的船用蒸汽动力推进装置中，锅炉产生的高温高压蒸汽进入汽轮机后，流经动叶通道时带动汽轮机转子旋转，转子的输出轴与推进器转轴直接相连或通过齿轮箱连接，从而带动推进器转子旋转，提供推进动力。作为船用推进动力的汽轮机通常采用多级轴流式设计，其特点在于内部沿蒸汽流动方向布置交错排列的多列静叶和动叶，相邻的一列静叶和一列动叶称为一级，其中静叶静止，动叶固定在汽轮机转子上并带动转子旋转，动叶转轴与蒸汽流动方向平行。为了提高船用蒸汽动力系统的热效率，汽轮机的进汽温度和压力不断提升，在转子转速一定的情况下，需要的叶片级数越来越多，使得汽轮机的体积不断增加，在船体空间有限时布置越来越困难。

对转螺旋桨是一种常用的船用推进器，其由同轴布置的两列旋转方向相反的螺旋桨构成。当采用单台汽轮机驱动对转螺旋桨时，通常需要在汽轮机输出轴与螺旋桨输入轴之间设置齿轮箱，通过齿轮箱将汽轮机的一部分输出动力转换为反向旋转的驱动力，从而同时驱动同轴反向旋转的两列螺旋桨。齿轮箱的设置使得推进系统体积进一步增加，在船体空间有限时布置更加困难。

发明内容

本发明实施例提供一种汽轮机及船用蒸汽动力推进装置，用以解决现有的船用蒸汽动力推进装置体积过大的问题。

本发明实施例提供一种汽轮机，包括汽缸以及贯穿所述汽缸的第一转轴和第二转轴，所述第一转轴可转动地同轴套接于所述第二转轴；所述第一转轴上设有至少一列第一旋转动叶，所述第二转轴上设有至少一列第二旋转动叶，所述第一旋转动叶和所述第二旋转动叶沿蒸汽流动的方向交错排列，以分别带动所述第一转轴和所述第二转轴输出相反的转动。

根据本发明一个实施例的汽轮机，所述第一旋转动叶的叶根固接于所述第一转轴；所述第二旋转动叶的数量为多列，多列所述第二旋转动叶的叶冠通过连接件连接为一体，且其中一列所述第二旋转动叶的叶根固接于所述第二转轴。

根据本发明一个实施例的汽轮机，所述连接件为沿所述第二转轴的周向设置的环形板状结构。

根据本发明一个实施例的汽轮机，所述第一转轴的内侧通过多个第一轴承连接于所述第二转轴。

根据本发明一个实施例的汽轮机，所述第一转轴的外侧通过第二轴承连接于外部支撑件，所述第二转轴的外侧通过第三轴承连接于所述外部支撑件。

根据本发明一个实施例的汽轮机，所述第一转轴和所述第二转轴在所述汽缸内的相接间隙处设有第一密封件，所述第一转轴和所述第二转轴在所述汽缸外的相接间隙处设有第二密封件。

根据本发明一个实施例的汽轮机，所述第一转轴穿过所述汽缸的部位设有第三密封件，所述第二转轴穿过所述汽缸的部位设有第四密封件。

根据本发明一个实施例的汽轮机，由所述第一旋转动叶和所述第二旋转动叶形成的流通通道的面积沿所述蒸汽流动的方向逐渐变大。

本发明实施例还提供一种船用蒸汽动力推进装置，包括如上述所述的汽轮机，还包括对转螺旋桨，所述第一转轴连接于所述对转螺旋桨中的一组螺旋桨，所述第二转轴连接于所述对转螺旋桨中的另一组螺旋桨。

根据本发明一个实施例的船用蒸汽动力推进装置，所述第一转轴穿过船舱的部位设有第五密封件。

本发明实施例提供的汽轮机及船用蒸汽动力推进装置，其中汽轮机通过取消传统轴流式汽轮机中的静叶，并采用反向旋转的动叶进行替代，提高了每一级的气动载荷，在转速不变的情况下能够减少汽轮机的级数，使得汽轮机体积大幅缩小，可以同时输出方向相反的转动。另一方面，该船用蒸汽动力推进装置通过汽轮机转轴直接驱动对转螺旋桨，无需设置齿轮箱进行换向，进一步缩小了推进系统体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种利用汽轮机的船用蒸汽动力推进装置的结构示意图。

附图标记：

1、汽缸； 11、进汽口； 12、排汽口；

2、第一转轴； 3、第二转轴； 4、第一旋转动叶；

5、第二旋转动叶； 51、叶冠； 52、连接件；

61、第一轴承； 62、第二轴承； 63、第三轴承；

71、第一密封件； 72、第二密封件； 73、第三密封件；

74、第四密封件； 75、第五密封件； 81、第一螺旋桨；

82、第二螺旋桨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供的一种汽轮机，包括汽缸1以及贯穿汽缸1的第一转轴2和第二转轴3，第一转轴2可转动地同轴套接于第二转轴3。第一转轴2上设有至少一列第一旋转动叶4，第二转轴3上设有至少一列第二旋转动叶5，第一旋转动叶4和第二旋转动叶5沿蒸汽流动的方向交错排列，以分别带动第一转轴2和第二转轴3输出相反的转动。

具体地，第一转轴2和第二转轴3为同轴套接结构，且第一转轴2和第二转轴3可沿轴向相对转动。更具体地，第二转轴3的中部沿周向开设有环形槽，第一转轴2安装于该环形槽内。

第一转轴2上设有至少一列第一旋转动叶4，第二转轴3上设有至少一列第二旋转动叶5，第一旋转动叶4和第二旋转动叶5沿蒸汽流动的方向交错排列，每一列旋转动叶均包含沿圆周方向均匀布置的多个叶片，且相邻叶片的转向相反。本实施例中以四列叶片为例进行说明，其中从右至左，奇数列叶片为第一旋转动叶4，偶数列叶片为第二旋转动叶5。当高温高压蒸汽通过进汽口11进入汽轮机的汽缸1后，沿转轴方向依次通过各列叶片，温度压力逐渐降低，最后从排汽口12排出汽轮机的汽缸1。在蒸汽的作用力下，第一旋转动叶4带动第一转轴2正向旋转(或反向旋转)，第二旋转动叶5带动第二转轴3反向旋转(或正向旋转)，从而输出方向相反的转动。

本实施例提供的汽轮机，通过取消传统轴流式汽轮机中的静叶，并采用反向旋转的动叶进行替代，提高了每一级的气动载荷，在转速不变的情况下能够减少汽轮机的级数，使得汽轮机体积大幅缩小，可以同时输出方向相反的转动。

进一步地，如图1所示，第一旋转动叶4的叶根均固接于第一转轴2。第二旋转动叶5的数量为多列，多列第二旋转动叶5的叶冠51通过连接件52连接为一体，且其中一列第二旋转动叶5的叶根固接于第二转轴3。具体地，本实施例中以四列叶片为例进行说明，第一旋转动叶4和第二旋转动叶5的数量均为两列。其中，两列第一旋转动叶4的叶根均固接于第一转轴2。两列第二旋转动叶5的叶片顶部均带有整周相连的叶冠51，且相邻叶冠51之间通过连接件52相连。连接件52穿过了左侧的第一旋转动叶4的叶顶与汽轮机的汽缸1之间的间隙，使得两列第二旋转动叶5连接为一个整体，并通过左侧的第二旋转动叶5的叶根固定在第二转轴3上。

更进一步地，如图1所示，连接件52可以为沿第二转轴3的周向设置的环形板状结构。连接件52可以通过固接或者可拆卸连接的方式连接于相邻两个第二旋转动叶5的叶冠51之间。另外，连接件52还可以为连杆结构或者其他的形状连接结构。

进一步地，如图1所示，第一转轴2的内侧通过多个第一轴承61连接于第二转轴3。通过多个第一轴承61来提供转轴之间的径向和轴向支撑。

更进一步地，如图1所示，第一转轴2的外侧通过第二轴承62连接于外部支撑件(图中未示出)，第二转轴3的外侧通过第三轴承63连接于外部支撑件。外部支撑件可以为汽轮机的安装基座等固定支撑结构，通过第二轴承62和第三轴承63来提供对转轴的径向和轴向支撑。

进一步地，如图1所示，第一转轴2和第二转轴3在汽缸1内的相接间隙处设有第一密封件71，第一转轴2和第二转轴3在汽缸1外的相接间隙处设有第二密封件72。具体地，第一密封件71和第二密封件72可以采用旋转密封。通过设置第一密封件71可以防止蒸汽进入转轴之间，通过设置第二密封件72可以防止外界的水或者其他杂质进入转轴之间。

更进一步地，如图1所示，第一转轴2穿过汽缸1的部位设有第三密封件73，第二转轴3穿过汽缸1的部位设有第四密封件74。具体地，第三密封件73和第四密封件74可以采用轴端密封，如迷宫密封、蜂窝密封或者刷式密封等。通过设置第三密封件73和第四密封件74一方面可以防止空气进入汽轮机的汽缸1内，另一方面防止汽缸1内的蒸汽泄漏到汽轮机外部。

进一步地，如图1所示，由第一旋转动叶4和第二旋转动叶5形成的流通通道的面积沿蒸汽流动的方向逐渐变大，提高蒸汽利用效率。

如图1所示，本发明实施例还提供一种船用蒸汽动力推进装置，包括如上述的汽轮机，还包括位于船舱以外的对转螺旋桨，第一转轴2连接于对转螺旋桨中的第一螺旋桨81，第二转轴3连接于对转螺旋桨中的第二螺旋桨82。通过第一转轴2和第二转轴3输出相反的转动，分别带动第一螺旋桨81和第二螺旋桨82沿相反方向旋转，从而实现汽轮机对对转螺旋桨的直接驱动，无需再使用齿轮箱进行转向调整。

进一步地，如图1所示，第一转轴2穿过船舱的部位设有第五密封件75，用于防止水进入船舱内。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的汽轮机及船用蒸汽动力推进装置，其中汽轮机通过取消传统轴流式汽轮机中的静叶，并采用反向旋转的动叶进行替代，提高了每一级的气动载荷，在转速不变的情况下能够减少汽轮机的级数，使得汽轮机体积大幅缩小，可以同时输出方向相反的转动。另一方面，该船用蒸汽动力推进装置通过汽轮机两个转轴直接驱动对转螺旋桨，无需设置齿轮箱进行换向，进一步缩小了推进系统体积。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种汽轮机，其特征在于，包括汽缸以及贯穿所述汽缸的第一转轴和第二转轴，所述第一转轴可转动地同轴套接于所述第二转轴；所述第一转轴上设有至少一列第一旋转动叶，所述第二转轴上设有至少一列第二旋转动叶，所述第一旋转动叶和所述第二旋转动叶沿蒸汽流动的方向交错排列，以分别带动所述第一转轴和所述第二转轴输出相反的转动。

2.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，所述第一旋转动叶的叶根固接于所述第一转轴；所述第二旋转动叶的数量为多列，多列所述第二旋转动叶的叶冠通过连接件连接为一体，且其中一列所述第二旋转动叶的叶根固接于所述第二转轴。

3.根据权利要求2所述的汽轮机，其特征在于，所述连接件为沿所述第二转轴的周向设置的环形板状结构。

4.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，所述第一转轴的内侧通过多个第一轴承连接于所述第二转轴。

5.根据权利要求4所述的汽轮机，其特征在于，所述第一转轴的外侧通过第二轴承连接于外部支撑件，所述第二转轴的外侧通过第三轴承连接于所述外部支撑件。

6.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，所述第一转轴和所述第二转轴在所述汽缸内的相接间隙处设有第一密封件，所述第一转轴和所述第二转轴在所述汽缸外的相接间隙处设有第二密封件。

7.根据权利要求6所述的汽轮机，其特征在于，所述第一转轴穿过所述汽缸的部位设有第三密封件，所述第二转轴穿过所述汽缸的部位设有第四密封件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的汽轮机，其特征在于，由所述第一旋转动叶和所述第二旋转动叶形成的流通通道的面积沿所述蒸汽流动的方向逐渐变大。

9.一种船用蒸汽动力推进装置，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的汽轮机，还包括对转螺旋桨，所述第一转轴连接于所述对转螺旋桨中的一组螺旋桨，所述第二转轴连接于所述对转螺旋桨中的另一组螺旋桨。

10.根据权利要求9所述的船用蒸汽动力推进装置，其特征在于，所述第一转轴穿过船舱的部位设有第五密封件。

Images