CN119514072A - 一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法 - Google Patents

一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法 Download PDF

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牛夕莹
何建元
张善科
刘宇
梁晨
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Abstract

本发明提供一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，包括以下步骤：S1，给定设计输入；S2，确定供油管数量n；S3，确定供油管直径φ；S4，确定喷口定位尺寸L及α；S5，确定喷口直径d和间距LK；S6，对滑油流量进行计算；S7，对符合设计的可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置进行加工。本发明设计方法方案合理，设计流程清晰，指导性强，大幅度提高了可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置的效率。本发明在国内可倒车燃机滑动轴承设计中为首次使用过程中总结得出，在今后燃气轮机滑动轴承的设计中具有非常重要的参考价值。

Description

一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法
技术领域
本发明属于燃气轮机及航空发动机领域，具体涉及一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法。
背景技术
滑动轴承相对于滚动轴承，滑动轴承更适用于大推力载荷，高速的工作环境；且滑动轴承对水、灰尘及杂质的损坏的敏感性也比较小；滑动轴承倾向于逐渐的磨损，使用寿命很长，即使滑动轴承失效了，还可以继续维持机器工作一段时间来避免由于突然停机造成的事故，滑动轴承制造精度、难度及成本均比滚动轴承具有优势。理论上，滑动轴承更适用于燃气轮机高速、大推力的工作环境，然而国内外燃气轮机却很少滑动轴承，这主要基于以下原因：一方面燃气轮机结构十分紧凑，并且工作温度极高，轴承区域的工作温度环境十分恶劣，在高温下滑动轴承极易导致损坏；另一方面燃气轮机在舰船上使用，工作载荷环境恶劣，经常遭受到海洋波浪的作用，产生纵摇、横摇、艏摇、横荡、纵荡、升沉等复杂的运行环境，使轴承承受复杂的交变载荷，导致其失效。可倒车燃气轮机中，滑动轴承不仅需要在高温、高速大载荷的工作条件下运行，而且还需要在正反转的条件下稳定运行，因此又增加了滑动轴承的设计难度，从而滑动轴承的设计成为可倒车燃气轮机设计的瓶颈之一。在可倒车燃气轮机滑动轴承设计和应用过程中出现了以下问题及难点：
应用于汽轮机、各种常见的机器的常规的滑动轴承载荷较小，通常不超过10吨的载荷，然而燃气轮机动力涡轮转子轴向推力通常无法在机内平衡消除，因此滑动轴承推力很大，中型燃气轮机推力基本在20多吨的量级，甚至达到40吨的量级。另一方面，燃气轮机功率大，结构紧凑，在高温高速下工作，滑动轴承工作环境非常恶劣在100℃以上，最高达到120℃，甚至更高。因此可倒车燃气轮机中滑动轴承设计难度较大。
现有技术改进方式：在燃气轮机轴承设计中，目前国内通常选用成熟的可倾瓦滑动轴承，并采用巴氏合金瓦块，巴氏合金的工作温度通常要低于80℃，其在100℃下工作导致融化失效；针对瓦块材料也进行过改进，使用铅青铜等材料，提高瓦块的工作温度；
现有技术改进不足之一：通过选用国内外常见的可倾瓦滑动轴承形式和结构，常见的滑动轴承在燃气轮机高温、高速大推力作用下，经常出现在瓦块边缘区域磨损，逐渐扩展到整个瓦块，导致轴承的失效的现象，其主要原因为常规轴承使用喷嘴或瓦块供油，供油区域只能覆盖到瓦块中部位置，如图1所示，边缘区域经常出现缺油现象，造成边缘位置的磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法。
一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，包括以下步骤：
S1，给定设计输入；
S2，确定供油管数量n；
S3，确定供油管直径φ；
S4，确定喷口定位尺寸L及α；
S5，确定喷口直径d和间距LK；
S6，对滑油流量进行计算；
S7，对符合设计的可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置进行加工。
进一步地，所述S1中根据燃气轮机滑动轴承空间布置和燃机主轴的尺寸，给出瓦块供油装置保持架的最大外径D0和大螺母最小内径Di。
进一步地，所述S2中根据供油装置结构特点，供油管数量与滑动轴承瓦块数量相等。
进一步地，所述S3中供油管直径受以下参数约束：
根据滑动轴承设计参数的包角，确定两个瓦块之间间距L0，瓦块之间间距与供油管宽度B之间存在以下关系式：
L0＝B+2δ (1)
φ＝B-2t (2)
其中δ为保持架与瓦块之间间隙，通常0.3mm≤δ≤0.5mm，该间隙既可保证瓦块在保持架中自由摆动，又能保证瓦块之间滑油可以及时排出；
t为供油管壁厚，通常为保证保持架足够强度，t≥3mm。
进一步地，所述S4中根据供油装置工作原理，孔口直径方向应正对瓦块的进油侧及出油侧的缘板，在设计中利用三维模型定位可准确快速的确定孔口的位置尺寸和角度尺寸。
进一步地，所述S5中为保证喷口的喷射效果，喷口孔K直径0.7mm≤d≤3mm，
孔喷射的工作角度大于60°，为保证瓦块沿进油边上能够得到均匀充分润滑，喷口间距存在以下关系式。
LL≤2*S*tan30° (3)
其中，S为喷口到瓦块边缘的距离。
进一步地，所述S6中通过调整喷口孔径及喷油孔间距等措施对滑油流量进行调整，使其满足滑动轴承设计需求。
进一步地，所述S7中加工时，孔径d应按设计最小值加工或留量加工，在装机前应进行滑油流量试验测量，通过调整喷口孔径d使其满足设计要求。
本发明的有益效果在于：
1.本发明设计的供油装置结构简单，加工方便，在能够实现复杂供油的功能前提下，极大节省了加工成本。
2.本发明设计的供油装置，相比于传统的供油装置，防止瓦块边缘供油不足导致瓦块边缘磨损导致的轴承失效，并且改善工作过程中瓦块油膜的形成及提高了瓦块的冷却效果，降低了瓦块问题，提高了轴承适用问题；同时该发明能够适应可倒车燃气轮机正反转条件下滑动轴承稳定供油。
3.本发明设计方法方案合理，设计流程清晰，指导性强，大幅度提高了可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置的效率。
4.本发明在国内可倒车燃机滑动轴承设计中为首次使用过程中总结得出，在今后燃气轮机滑动轴承的设计中具有非常重要的参考价值。
附图说明
图1为现有技术瓦块开槽供油、喷嘴供油不充分区域图；
图2为本发明燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置整体结构图；
图3为本发明燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置剖面图；
图4为本发明瓦块供油装置三维模型图；
图5为本发明供油路线图；
图6为本发明喷油口结构图；
图7为本发明供油隔离环喷嘴结构图；
图8为本发明喷口喷油覆盖范围图；
图9为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明首先通过其特有的结构形式实现其功能，采用了供油隔离环结构，如图2-图4所示，主要由保持架、大螺母、销钉、堵头四个部件组成。通过对瓦块供油控制，实现瓦块润滑更加充分，同时明显降低了瓦块工作温度。该装置结构简单，加工方便，同时能形成复杂供油油路，具有完善的供油功能。
其次，一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置，其工作供油原理如图5所示，滑油首先通过供油隔离环进油口进入隔离环第一个供油管内，然后通过第一个供油管进入内环的环形油腔，滑油通过环腔进入其余7个供油管，每个供油管两侧沿半径方向上均匀设置有喷油口，如图,6所示，通过调整喷油口的角度通过调整供油管两侧喷油孔的角度α和位置尺寸L，如图7所示，使一侧滑油刚好直接喷入瓦块进油侧，直接参与瓦块油膜的形成，这样极大的提高了瓦块在启停及复杂交变载荷工作环境下的成膜稳定性；另一侧喷油口出来的滑油刚好喷到瓦块的边缘及出油口的油膜位置，该位置为每个瓦块及油膜温度最高位置，这样极大的提高了瓦块冷却效果，使燃气轮机滑动轴承的瓦块工作温度大幅度降低。在燃气轮机反转时，瓦面进油侧和出油侧的孔作用互换，保证了燃气轮机正反转时滑动轴承进油均匀和冷却充分的问题。常见的滑动轴承中喷嘴、及瓦块开槽等供油方式，只在瓦块进油口的中间位置设置喷嘴或进油口，导致瓦块边缘角落位置会产生滑油供给不足，容易磨损，瓦块边缘的磨损导致整个瓦块铸件损伤并导致失效。相对于传统的供油结构，瓦块进油口沿半径方向上均设置有喷油口，使瓦块进油成膜更加稳定可靠，同时瓦块的出油口位置沿半径方向也设置有冷却的滑油直接喷淋，这样极大了提高了瓦块冷却效果，明显的降低了瓦块的工作温度。从而能够适应燃气轮机高温的工作环境及可正反转的工作需求。
最后，一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法通过以下步骤实现的：
S1：给定设计输入。根据燃气轮机滑动轴承空间布置和燃机主轴的尺寸，给出瓦块供油装置保持架的最大外径DO和大螺母最小内径Di。
S2：确定供油管数量n。根据供油装置结构特点，供油管数量与滑动轴承瓦块数量相等；
S3：确定供油管直径φ。为保证滑油管路中的流动阻力，供油管直径φ理论上越大越好，但供油管直径受以下参数约束。
根据滑动轴承设计参数的包角，可以确定两个瓦块之间间距L0，瓦块之间间距与供油管宽度B之间存在以下关系式：
L0＝B+2δ (1)
φ＝B-2t (2)
其中δ为保持架与瓦块之间间隙，通常0.3mm≤δ≤0.5mm，该间隙既可以保证瓦块在保持架中自由摆动，又能保证瓦块之间滑油可以及时排出。
t为供油管壁厚，通常为保证保持架足够强度，t≥3mm。
S4：确定喷口定位尺寸L及α。根据供油装置工作原理，理论上孔口直径方向应正对瓦块的进油侧及出油侧的缘板。在设计中利用三维模型定位可准确快速的确定孔口的位置尺寸和角度尺寸。
S5：确定喷口直径d和间距LK。通常为保证喷口的喷射效果，通常喷口孔K直径0.7mm≤d≤3mm。
一般孔喷射的工作角度大于60°，为保证瓦块沿进油边上能够得到均匀充分润滑，喷口间距存在以下关系式，如图8所示。
LL≤2*S*tan30° (3)
其中S为喷口到瓦块边缘的距离。
S6：一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置完成以上设计后，对滑油流量进行计算。通过调整喷口孔径及喷油孔间距等措施对滑油流量进行调整，使其满足滑动轴承设计需求。
S7：一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置加工时，孔径d应按设计最小值加工或留量加工，在装机前应进行滑油流量试验测量，通过调整喷口孔径d使其满足设计要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，给定设计输入；
S2，确定供油管数量n；
S3，确定供油管直径φ；
S4，确定喷口定位尺寸L及α；
S5，确定喷口直径d和间距LK；
S6，对滑油流量进行计算；
S7，对符合设计的可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置进行加工。
2.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S1中根据燃气轮机滑动轴承空间布置和燃机主轴的尺寸，给出瓦块供油装置保持架的最大外径Do和大螺母最小内径Di。
3.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S2中根据供油装置结构特点，供油管数量与滑动轴承瓦块数量相等。
4.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S3中供油管直径受以下参数约束：
根据滑动轴承设计参数的包角，确定两个瓦块之间间距L0，瓦块之间间距与供油管宽度B之间存在以下关系式：
L0＝B+2δ (1)
φ＝B-2t (2)
其中δ为保持架与瓦块之间间隙，通常0.3mm≤δ≤0.5mm，该间隙既可保证瓦块在保持架中自由摆动，又能保证瓦块之间滑油可以及时排出；
t为供油管壁厚，通常为保证保持架足够强度，t≥3mm。
5.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S4中根据供油装置工作原理，孔口直径方向应正对瓦块的进油侧及出油侧的缘板，在设计中利用三维模型定位可准确快速的确定孔口的位置尺寸和角度尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S5中为保证喷口的喷射效果，喷口孔K直径0.7mm≤d≤3mm，
孔喷射的工作角度大于60°，为保证瓦块沿进油边上能够得到均匀充分润滑，喷口间距存在以下关系式。
LL≤2*S*tan30° (3)
其中，S为喷口到瓦块边缘的距离。
7.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S6中通过调整喷口孔径及喷油孔间距等措施对滑油流量进行调整，使其满足滑动轴承设计需求。
8.根据权利要求1所述的一种可倒车燃气轮机滑动轴承瓦块供油装置设计方法，其特征在于，所述S7中加工时，孔径d应按设计最小值加工或留量加工，在装机前应进行滑油流量试验测量，通过调整喷口孔径d使其满足设计要求。
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