CN1195153C - 一种轴流风机 - Google Patents

Abstract

一种轴流风机，由进气道、进气装置、前机匣、中机匣、后机匣、前支承、中支承、后支承、风机转子、传动轴、后承力机匣等组件构成，其中支承组件内采用三排推力球轴承组成中支承轴向力承载装置，承载风机转子组件产生的巨大向前轴向力；后支承组件内使封严壳体与推力盘之间形成增压腔，引进风机排气道排出的高压空气组成后支承高压引气卸荷装置，推力盘产生向后的轴向力，平衡掉风机转子组件大部分向前的轴向力，两套装置联合作用，本发明轴流风机可承担巨大的轴向力，用于燃气轮机试验投资小、尺寸小、重量轻、易于操纵，用于空气系统气源机工作可靠性好，使用寿命长。

Description

一种轴流风机

所属技术领域

本发明属于流体机械设备领域，特别涉及一种既可用于燃气轮机试验，又可作为空气系统气源机，应用于冶炼鼓风、矿山通风，可承担足够大轴向力，工作可靠性好、使用寿命长的轴流风机。

背景技术

在燃气轮机性能试验领域，世界各国所采用的方法不尽相同，德国等采用水力测功器，美国GE公司采用发电机测功，俄罗斯采用发电机绕电阻丝测功，普遍存在的问题是：试验设备庞大、尺寸大、重量大、投资大，不易掌握和操作。采用轴流风机为负载进行燃气轮机性能试验是首创，可以克服上述存在的问题，但是现有轴流风机因其结构限制，所能承担的轴向力过小，工作可靠性差，使用寿命短，既使用于冶炼鼓风、矿山通风也存在这些问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能作为负载装置用于燃气轮机测功等性能试验，又能做为气源机，应用于冶金鼓风、矿山通风的可承担足够大的轴向力、工作可靠性好、使用寿命长的轴流风机。

本发明轴流风机由进气道、进气装置、前机匣、中机匣、风机转子、传动轴、前支承、后支承、后机匣、中支承、后承力机匣组件组成。前支承、后支承和中支承组件组成转子组件的支承系统，前支承和后支承组件只承担转子组件的径向力，中支承组件既承担转子组件的径向力也承担轴向力，主要承担轴向力。风机所需功率由转子组件后传动轴输入，带动风机转子组件高速旋转，转子组件上的工作叶片和静子上的整流叶片将能量转变成气流的压力能，由排气道输出。一排工作叶片和一排整流叶片组成一级，本风机共9级，输出的气流压力能使转子组件产生向前的轴向力，输出气流压力能愈大，产生的向前轴向力愈大。

本发明轴流风机的中支承轴向力承载装置设置在中支承组件中，由三排并列球轴承、中支承机匣、内隔环、外隔环、转接轴构成中支承组件组成，是风机转子的中支点，三排轴承支承转接轴，转换轴与转子后轴颈由销钉固定在一起，风机转子高速旋转，轴承同时承受转子的径向力和轴向力，三排轴承组主要受轴向力。

由于采用上述结构，本发明的优点是：

1、三排球轴承采用两半内圈、四点接触式的D1176720Q₁T₁向心推力球轴承，其接触角大，装球多，保持架为整体式，因而其强度高，承载能力高。

2、三排轴承之间设有内、外隔圈，选择不同厚度的外隔圈，可以调节轴承的游隙，使之均匀，从而使三排轴承所承受的轴向力均等，不会发生某排轴承因受力集中而损坏的现象。

3、轴承三排并列组合且受力均匀均等，故可承受足够大的轴向力。

本发明轴流风机的后支承高压引气卸荷装置设置在后支承组件中，由推力盘、封严壳体、篦齿环、空气管组成。风机传动轴喇叭状后端与推力盘由径向销固定在一起，推力盘上内外两道封严篦齿与封严壳体组件上的两个涂铝硅涂层的封严面相配合，推力盘随传动轴转动，同时封严壳体与推力盘间形成增压腔，此增压腔经空气管与风机排气道及排气涡壳相通。

由于采用上述结构装置，本发明的优点是：

1、增压腔经空气管与风机排气道相通的排气涡壳中引入高压空气，在推力盘上形成向后的轴向力，此力可以平衡掉大部分风机转子产生并作用在传动轴上的向前轴向力，达到卸荷效果。

2、风机排气压力变大或变小，增压腔内空气压力也随之变大或变小，产生的平衡轴向力也随之变大或变小，可达到相同的卸荷效果。

3、增压腔在推力盘上形成的向后轴向力，有效地减轻了中支承组件内三排轴承的轴向负荷，改善了轴承的工作条件，从而提高了轴流风机的使用寿命，提高了风机的可靠性。

附图说明

图1是本发明的轴流风机纵剖面图；

图2是轴流风机进气道组件图；

图3是轴流风机进气装置图；

图4是轴流风机中机匣组件图；

图5是轴流风机后承力机匣组件、中支承组件及封严壳体组件图；

图6是轴流风机转子组件图；

图7是轴流风机传动轴组件图；

图8是本发明轴流风机中支承轴向力承载装置图；

图9是本发明轴流风机后支承高压引气卸荷装置图。

具体实施方式

如图1所示，本发明轴流风机由进气道组件1、进气装置2、前支承组件3、前机匣组件4、中机匣组件5、风机转子组件6、后机匣组件7、后承力机匣组件8、中支承组件9(含中支承轴向力承载装置)、传动轴组件10、后支承组件11(含后支承高压引片卸荷装置)组成。轴流风机传动轴组件10经与之固定的推力盘47，用连接螺栓58(47、58在图9中)经联轴器与燃气轮机主轴相联(图中未示出)，燃气轮机带动风机转子组件6高速旋转，空气自进气道组件1进入风机，进气装置2上的导流叶片将转子入口的气流角度导至最佳方向，转子组件6上的工作叶片和中机匣组件5和后机匣组件7组成的静子上的整流叶片在转子组件6高速旋转状态下将机械能转化为气流的压力能，本发明轴流风机共9级(一级工作叶片和一排整流叶片组成一级)，第5级整流叶片后开有放气窗口，需要时放气窗口打开可大大扩大风机的稳定工作区域，同时有效空气流量和压缩比将减少。风机稳定工作时，第1级工作叶片气流达跨音速，其余级为亚音速。转化为压力能的压缩空气由风机排气道B排出(至排气涡壳——图中未示出)。风机运行中气流压力能在逐级升高，气流压力能的综合作用使风机转子组件6产生很大的向前的轴向力，输出气流压力能愈大，产生向前轴向力愈大。

风机前支承组件3和后支承组件11只承受转子组件6和传动轴组件10的径向力，中支承组件9同时承受径向力和轴向力，风机内产生的所有径向力和轴向力集中到后承力机匣组件8，通过后承力机匣组件8传递给风机支撑组件和基础。

如图2所示，进气道组件由铝合金板材制造的进气道12和45号钢铸造件制造的转接段13组成。安装在轴流风机的最前端，与前机匣组件4端面用螺栓固定，用来收集空气并导入风机流道。进气道前端面唇口为双扭线形状，后部和圆柱段相接，这种设计可以使导入的空气流畅均匀并减少流阻损失。

转接段13上均布地开有4个静压孔和4个总压测孔，用来测量进气道内气流的总静压，也可在总压测孔中插入皮托管测量进气道内气流总静压差用来计算工作时风机的空气流量。

如图3所示，进气装置用以引导空气以最小的流动损失进入风机，由整流罩14和支座15组成。

整流罩14是双层椭圆体，由铝板焊接而成。整流罩包括内壁16、外壁17和圆筒18。外壁17前部铆有内表面具有数条径向凹槽的前缘，中央有螺钉安装孔。

支座15由铝合金板焊接而成，包括支座圆筒20和双层的支板19。

支座15通过支板19的外安装边和圆筒的内安装边固定在前机匣组件4上。整流罩14装在支座15上，并用螺钉固定在前机匣头部装置盖上。整流罩14与支座15的相对位置靠整流罩的定位销和支座圆筒上的凹槽保持。

前机匣组件4于中机匣组件5与进气装置2之间，前后均以安装边螺栓相互固定，前机匣组件4内设空心整流支板和可调导流叶片，用以将转子组件6入口的气流导至最佳方向。

如图4所示，中机匣组件是轴流风机主要承力件之一。由前、后整流舱21、22组成。前整流舱21用镁合金制造，内装第一级到第五级整流叶片23。后整流舱22用合金结构钢制成，内装第六级到第八级整流叶片23。为了便于装配和分解，中机匣分为左右两部分。

第一、二、五、六、七、八级为钢整流叶片，其余两级是铝整流叶片，但为了增加结构的刚性和强度也有部分叶片是钢的。整流叶片23靠上部的矩形衬板和带螺纹的圆柱段固定在中机匣上，靠下部的光滑圆柱段与前、后半环24、25连接，第一至八级前、后半环24、25全部采用了钢制材料。前后半环用螺栓固定。中机匣前后整流舱21、22的接合处有一排放气窗口，外面盖有可操纵开闭的放气带。

中机匣组件5前安装边的圆柱形定位面与前机匣组件4安装边的定位凸台相配。后安装边的定位凸台与后机匣组件7安装边的圆柱形定位面相配。中机匣与前、后机匣组件靠螺栓及紧固螺栓连接。

如图5所示，为后承力机匣组件和中支承组件、封严壳体组件。后承力机匣组件由后机匣组件7、承力机匣26、后支撑机匣27和支撑圆筒28组件组成，是轴流风机的主要承力部件。

后机匣组件7由后机匣内、外环29、30第九级整流叶片31和后机匣封严环32组成，后机匣内、外环29、30为不锈钢锻件机械加工而成，内、外环通过68个不锈钢铸造而成的第九级整流叶片连接成一体，形成气流通道，后机匣封严环32用17个径向销固定在后机匣内环29上。

后机匣组件7与承力机匣26用螺栓固定，承力机匣26是轴流风机的主承力件，风机产生的轴向力、径向力均由它通过支撑组件和主支撑组件传递到安装基础上。

承力机匣26为锈钢铸造件，机匣内、外环用八个翼形支板相连，内外环表面均为锥形，内外环形成扩压的气流通道。承力机匣26内环前安装边有18个螺栓孔用来固定中支承机匣33，螺栓组将承力机匣26和后支承机匣27固定在一起。

后支承机匣27由不锈钢铸造件制造，其前安装边与承力机匣26内安装边相连，后安装边用来固定后轴承机匣34和封严壳体组件35。

如图6所示，风机转子组件为全钢结构，由一至九级轮盘36、前、后轴颈37、38和工作叶片39组成。各级轮盘36之间都有封严篦齿40与中机匣组件5内半环表面配合形成间隙密封，各轮盘36之间及轮盘与轴颈的连接是靠圆柱面定位压合在一起并用径向销子固定。

转子前轴颈上有两道封严圈，与前机匣组件4形成密封。滚子轴承41与其支架、封严圈形成前支承组件3，承受转子组件前部径向力。

后轴颈38的锥形表面有一排封严篦齿，与后机匣封严环32配合形成间隙密封。后轴颈38后端连有转接轴42，由三排球轴承43支承，转接轴42与后轴颈38用两排各九个径向销钉固定。后轴颈38内有联轴器44，传动轴的外花键插入后轴颈38的内花键后联轴器44限制其轴向移动，联轴器44靠后轴颈上的销键45止动。

转子各级工作叶片39都具有气动型面，第一级工作叶片在1/2叶片高度以上为超音速翼型，使风机进气轴向速度和加功量增加。叶片39靠“燕尾”型榫头固定在轮盘36上，1～7级用卡环轴向固定，8、9级用特种锁片轴向固定。

如图7所示，传动轴组件由传动轴46、推力盘47和篦齿环48等组成。传动轴组件用来传递驱动机的功率给风机转子组件6，传动轴46支承在三排轴承43和后支承滚子轴承56中旋转，前端靠联轴器44与风机转子后轴颈连接。

传动轴46是空心的，其后端喇叭接合盘的外径压入推力盘47前端内圆柱面内，并以19个径向销子将它们固定在一起。

如图8所示，中支承轴向力承载装置设置在中支承组件内，由三排轴承43、中支承机匣33、内隔圈49、外隔圈50、转接轴42等组成。

向心推力球轴承(型号D1176720Q₁T₁)43(三排)内圈支承风机转接轴42，风机转子组件6后轴颈38与转接轴42经销钉固定在一起，轴承承受转子的轴向力和径向力：三排轴承之间设有外隔圈50、内隔圈49，用以调节轴承游隙，使游隙均匀；轴承外圈装于风机中支承机匣33内，由止动垫片51限位。中支承机匣33上设有前后润滑油喷嘴52与甩油环53配合对三排轴承43进行强制润滑；螺钉将中支承机匣33与后承力机匣组件8固定在一起，将所承受的径向力和轴向力传递给后承力机匣组件8。传动轴46前端的渐开线花键与风机转子组件6后轴颈38内花键相啮合传递扭矩；内、外花键由定位块54周向定位；传动轴46前端有4个凸部与联轴器44配合用来传递推力盘47产生的向后轴向力。

如图9所示，后支承高压引气卸荷装置由设置在后支承组件内，由推力盘47、封严壳体35、篦齿环48、空气管55组成。

滚子轴承56及其支承组成后支承组件，承受传动轴组件10的径向力，传动轴46与推力盘47由19个销钉57固定在一起，推力盘47上设计内外两道封严篦齿及篦齿环48与封严壳体35组件上的两个涂铝硅涂层的封严面相配合，形成转动付密封，这样就使推力盘47和封严壳体35之间形成了增压腔A，增压腔A经空气管55与风机排气道B及排气涡壳相通引入轴流风机排出的高压空气，在推力盘47上产生向后轴向力，平衡掉转子组件6产生的大部分向前轴向力。推力盘47上的连接螺钉58经联轴器与燃气轮机主轴相联，经传动轴组件10给风机转子组件6输入功率。封严壳体35与封严壳体前安装边59用螺栓固联，同时用连接螺栓螺母60固联在后支撑机匣27和后承力机匣组件8上。

图8所示中支承轴向力承载装置和图9所示后支承高压引气卸荷装置的联合作用，使轴流风机可承担足够大的轴向力，提高了轴流风机的工作可靠性和使用寿命，实现了本发明的目的。

本发明中支承轴向力承载装置可承担10倍于普通同类轴流风机的轴向力；后支承高压引气卸荷装置将风机转子的轴向力卸荷掉60％，使其轴向力减至原来的40％。

采用本发明轴流风机进行燃气轮机试验，具有尺寸小、重量轻、投资小、易于操作操纵、工作可靠等优点。

本发明轴流风机用做气源机，应用于冶炼鼓风、矿山通风等场所，与普通同类轴流风机相比，可大大提高其工作可靠性和使用寿命。

Claims (4)

1、一种轴流风机，由进气道组件、进气装置、前机匣组件、中机匣组件、后机匣组件、风机转子组件、传动轴组件、前支承组件、中支承组件、后支承组件、后承力机匣组件构成，其特征在于该轴流风机的中支承组件设置有中支承轴向力承载装置，后支承组件设置有后支承高压引气卸荷装置，中支承轴向力承载装置在风机中支承组件内由三排球轴承、中支承机匣、内隔环、外隔环、转接轴组成，三排推力球轴承之间设有内隔环和外隔环，轴承内圈支承风机转子的转接轴和传动轴，轴承外圈装于风机中支承机匣内，轴承内外圈分别由甩油环、止动垫片、螺母形成轴向约束；后支承高压引气卸荷装置在风机后支承组件内由推力盘、封严壳体、篦齿环、空气管组成，风机传动轴后端与推力盘固联，推力盘上内外两道封严篦齿与篦齿环、封严壳体组件的封严面相配合，推力盘与封严壳体间形成增压腔，空气管连通增压腔和风机排气道及排气涡壳。

2、根据权利要求1所述的轴流风机，其特征在于中支承轴向力承载装置及中支承机匣固定在风机后承力机匣组件上。

3、根据权利要求1所述的轴流风机，其特征在于中支承轴向力承载装置中三排轴承实行强制润滑。

4、根据权利要求1所述的轴流风机，其特征在于后支承高压引气卸荷装置经封严壳体前安装边与风机后支撑机匣及后承力机匣组件固联。

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