CN207906294U - 一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，包括鼠笼轴承座、阻尼器壳体、套筒、弹性环、锁紧螺母、滚珠轴承、密封环和喷油环；弹性环装夹于阻尼器壳体和套筒之间，弹性环两端装有用于控制端部泄油的密封环；鼠笼轴承座的法兰端和阻尼器壳体的法兰端通过周向均布的螺栓与燃气轮机的静子机匣连接固定，鼠笼轴承座的悬臂端内装有用以支撑转子及轴颈的滚珠轴承；锁紧螺母用以拧紧并固定套筒及滚珠轴承的轴向位置，套筒与鼠笼轴承座悬臂端接触配合。提高了油膜阻尼器的稳定性；使燃气轮机转子‑支撑系统能够平稳地通过各阶临界转速，并在主要工作状态下平稳运行。

Description

一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统

技术领域：

本实用新型属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统。

背景技术：

挤压油膜阻尼器是20世纪60年代发展起来的一种新技术，由于其减振效果显著、结构简单、占用空间小、制造相对容易，在80年代受到了高度重视，并先在航空发动机上得到应用，目前已经成为减小舰船及工业燃气轮机振动、提高稳定性、延长寿命的典型设计。转子-支撑系统在通过及接近临界转速附近时，其振幅正相关于不平衡量和转子的临界角速度，反相关于转子-支撑系统的阻尼系数。而在发动机总体结构设计已确定的情况下，通过改变转子结构（轴的直径、支点距离等）调节临界转速往往十分困难，最有效和可行的方法是设计出最佳支撑和最佳支撑阻尼，耦合弹支挤压油膜阻尼器轴承系统便是这样一种结构。

传统的挤压油膜阻尼器在静偏心较大以及受到较大载荷的瞬态冲击时体现出较强的非线性，使得系统出现双稳态，非协调进动等非线性行为，从而危害转子系统的稳定运行。通过简易的改造在传统阻尼器中加入特殊设计的弹性环式结构，可使耦合弹支油膜阻尼器具备一定的自调心能力，还可有效的改善传统阻尼器的非线性，提高燃气轮机转子系统的稳定性，使油膜阻尼器在燃气轮机的型号研制及装备供货中得到更广泛的应用。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，工作过程中，鼠笼轴承座可对转子-支撑系统实现调频功能，使整个转子系统的工作转速尽可能地避开临界转速，减少弯曲振型；油膜阻尼器内的弹性环可适应转子的振动发生相应变形，吸收振动能量从而加强其抗冲击的能力，提高油膜阻尼器的稳定性；此外弹性环与挤压油膜阻尼器内、外环之间的摩擦作用，弹性环上通流小孔的节流损失等，均可以提高阻尼器的阻尼性能，使燃气轮机转子-支撑系统能够平稳地通过各阶临界转速，并在主要工作状态下平稳运行。

本实用新型采用的技术方案为：一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，包括鼠笼轴承座、阻尼器壳体、套筒、弹性环、锁紧螺母、滚珠轴承、密封环和喷油环；所述弹性环装夹于阻尼器壳体和套筒之间，弹性环两端装有用于控制端部泄油的密封环；构成弹性环式挤压油膜阻尼器，再与鼠笼轴承座并联组成定心型耦合弹支油膜阻尼器系统；所述鼠笼轴承座的法兰端和阻尼器壳体的法兰端通过周向均布的螺栓与燃气轮机的静子机匣连接固定，鼠笼轴承座的悬臂端内装有用以支撑转子及轴颈的滚珠轴承，并通过预偏心设计来保证转子与耦合弹支油膜阻尼器系统的同心状态。所述锁紧螺母用以拧紧并固定套筒及滚珠轴承的轴向位置，套筒与鼠笼轴承座悬臂端接触配合。

进一步地，所述弹性环为内外凸台交错且均匀分布的筒状结构，其内凸台与阻尼器壳体的外表面接触配合，外凸台与套筒的内表面接触配合，弹性环上设有节流孔；弹性环的内、外凸台在阻尼器内的表面配合可采用过渡配合，也可以采用间隙配合，同时需要通过设置止转定位螺钉限制弹性环与阻尼器内、外环的相对转动。

进一步地，所述节流孔为普通型、渐缩型或渐扩型；在相邻两个凸台间形成的单个油膜段内，弹性环上可布置1-4个节流孔，孔型参数、分布根据阻尼器系统的工作参数进行设计。

进一步地，鼠笼轴承座为悬臂式，法兰端固定在燃气轮机的静子机匣上，悬臂端内装置滚珠轴承、锁紧螺母及套筒；套筒固定在鼠笼中部，滚珠轴承外环固定在鼠笼尾部，内环装套在转子轴颈上，与转轴一同旋转。

进一步地，鼠笼轴承座设计为具有预偏心的结构，组成定心型耦合弹支油膜阻尼器系统；根据实际工作参数，通过鼠笼笼条结构尺寸改变耦合弹支油膜阻尼器轴承系统的支撑刚度，实现调频功能。

进一步地，当燃气轮机工作时，滑油进入弹性环与阻尼器壳体之间的间隙，建立内油膜，通过弹性环上若干个经过优化设计的通流小孔流入弹性环与套筒之间的间隙，建立外油膜。当燃气轮机工作时，弹性环吸收部分转子振动能量，产生周期性变形，挤压内外油膜，滑油通过通流小孔在内外油膜的多个油腔中流动产生更多的节流阻尼，改善油膜的润滑状况，从而提高弹性支撑挤压油膜阻尼器系统的阻尼。

进一步地，鼠笼轴承座的悬臂端加工中心线略高于法兰端定位面的中心线，在转子静止时，鼠笼轴承座悬臂端的预偏心量可以补偿转子的重力作用导致的下沉量，保证转子定心状态及阻尼器内油膜的均匀性；鼠笼轴承座的刚度决定了支撑系统刚度的量级，在耦合弹性支撑结构中起到主要的调频及支撑作用。

进一步地，当燃气轮机工作时，滑油从阻尼器壳体的供油槽为阻尼器提供润滑油，两侧沟槽安装金属密封环用以控制阻尼器两端的泄油量，同时为滚珠轴承喷油润滑；在套筒、喷油环上也布置了给滚珠轴承提供润滑的供油孔。

进一步地，将两种传统挤压油膜阻尼器通过结构改进设计，并联组成定心型耦合弹支油膜阻尼器系统，并通过优化设计弹性环表面的通流小孔，改善内外油膜的通流状况，不仅改善了系统的阻尼，提高阻尼器的工作稳定性，又具有很好的调频功能。

本实用新型的有益效果：

（1）、针对传统挤压油膜阻尼器存在的阻尼小，工作不稳定等问题，提出了一种将传统弹性支撑结构通过并联改进设计组成定心型耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，并通过优化其中弹性环通流孔的孔型及分布，有效改善支撑系统的阻尼特性，从而提高油膜阻尼器的工作稳定性，并具备较好的调频能力；

（2）、提出的通过在弹性环表面增加具有异型孔结构和分布的通流小孔，可以有效改善阻尼器内油膜的润滑状况，从而提高弹性环式挤压油膜阻尼器工作的稳定性；另一方面，经过优化设计的孔型以及小孔分布可以有效增加节流阻尼，从而提高阻尼器的性能；

（3）、可应用于对支撑系统的稳定性和可靠性要求较高的工业、舰船及航空航天等燃气轮机，也可通过结构改进替换现有燃气轮机的支撑结构，有效减少机组振动超限的发生，提高机组工厂试车试验成功率；

（4）、中对弹性支撑的改进设计能够使转子-支撑系统更平稳地通过各阶临界转速，在工作状态下平稳运行，也可为其它具有特殊要求的高速旋转机械领域，包括军事、能源、电力、交通、环保等方面的挤压油膜阻尼器参数设计提供借鉴。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中弹性环的结构示意图；

图3是弹性环式挤压油膜阻尼器的原理示意图。

具体实施方式：

参照各图，一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，包括鼠笼轴承座1、阻尼器壳体2、套筒3、弹性环4、锁紧螺母5、滚珠轴承6、密封环7和喷油环8；所述弹性环4装夹于阻尼器壳体2和套筒3之间，为内外凸台交错且均匀分布的筒状结构，其内凸台11与阻尼器壳体2的外表面过渡配合，阻尼器壳体2外表面设置周向供油槽并开有供油孔为油膜阻尼器供油；其外凸台9与套筒3的内表面间隙配合；弹性环4表面具有特殊设计的异型小孔结构，该小孔为节流孔10；油膜阻尼器的油腔两端装有密封环7，用以控制端部泄油，构成弹性环式挤压油膜阻尼器，再与鼠笼轴承座1通过法兰连接在机匣上，并联组成定心型耦合弹支油膜阻尼器。

鼠笼轴承座1的悬臂端内装有用以支撑转子及轴颈的滚珠轴承6、锁紧螺母5及套筒3，并通过预偏心设计来保证转子与耦合弹支油膜阻尼器系统的同心状态；套筒3、滚珠轴承6与鼠笼轴承座1悬臂端紧配连接，锁紧螺母5用以拧紧并固定套筒3及滚珠轴承6外环的轴向位置，滚珠轴承6的内环过盈装套在转子的轴颈上并一同旋转；喷油环8、阻尼器壳体2以及套筒3上均设计有为滚珠轴承6供油孔。

当燃气轮机工作时，滑油从阻尼器壳体2进入弹性环4与阻尼器壳体2之间的间隙，建立内油膜，通过弹性环4表面的阻尼孔流入弹性环4与套筒3之间的间隙，建立外油膜。当燃气轮机工作时，弹性环4产生周期性变形吸收部分转子振动应变能，挤压内外油膜使油膜吸收一部分转子振动能量，同时节流孔10带来一定的节流损失，使储存在弹性环4中的应变能以缓慢的速度释放出来，外传至机匣，而该部分振动能量经历了一个时间平均过程，降低了振动峰值，减小了转子振动向外机匣的传递力；滑油在弹性环4内外油膜间的流动产生阻尼，是轴颈偏心率的非线性增函数，随着不平衡量增大或转速的升高，阻尼相应增大，对临界转速区域的强烈振动起到重要抑制作用。

鼠笼轴承座1悬臂端的加工中心线略高于其安装定位面的中心线，用来保证转子定心；笼条的截面应接近于矩形，使笼条的径向刚度大于周向刚度；鼠笼轴承座1的刚度一般大于弹性环4的刚度，在耦合弹支结构中起主要的支撑作用，而弹性环4的刚度会影响弹性环式挤压油膜阻尼器的阻尼；因此，优先设计鼠笼轴承座1的刚度以及弹性环式挤压油膜阻尼器的阻尼，再校核弹性环4的刚度，确保系统支撑刚度在设计值范围内。

在弹性环4的设计中应遵循外油膜厚度不小于内油膜厚度、内外凸台数量保持一致、沿圆周均匀交错排列的原则；滑油可从阻尼器壳体2的喷油孔、套筒3的通油孔、转轴上的通油孔、喷油环8等多方位地喷射到滚珠轴承6上，高效实现润滑降温，增加轴承系统的工作可靠性。

燃气轮机可转导叶控制系统驱动联动环组件1绕燃气轮机轴线周向转动，由于转臂2与可转导叶3在定位螺钉4的连接作用下构成一体，在联动环组件1带动下转臂2和可转导叶3将共同可绕可转导叶3轴颈转动；可转导叶3转动时，滑块1-4在转臂2开口槽内自由滑动，转臂2开口槽的尺寸根据可转导叶3的转动范围确定。弹性垫片6和调整垫圈7布置于转臂2底部与机匣5之间，用以调整可转导叶3的径向位置，保证可转导叶3沿轴颈方向无法窜动，提高可转导叶转动精度。

Claims (3)

1.一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，其特征在于：包括鼠笼轴承座（1）、阻尼器壳体（2）、套筒（3）、弹性环（4）、锁紧螺母（5）、滚珠轴承（6）、密封环（7）和喷油环（8）；所述弹性环（4）装夹于阻尼器壳体（2）和套筒（3）之间，弹性环（4）两端装有用于控制端部泄油的密封环（7）；所述鼠笼轴承座（1）的法兰端和阻尼器壳体（2）的法兰端通过周向均布的螺栓与燃气轮机的静子机匣连接固定，鼠笼轴承座（1）的悬臂端内装有用以支撑转子及轴颈的滚珠轴承（6）；所述锁紧螺母（5）用以拧紧并固定套筒（3）及滚珠轴承（6）的轴向位置，套筒（3）与鼠笼轴承座（1）悬臂端接触配合。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，其特征在于：所述弹性环（4）为内外凸台交错且均匀分布的筒状结构，其内凸台（11）与阻尼器壳体（2）的外表面接触配合，外凸台（9）与套筒（3）的内表面接触配合，弹性环（4）上设有节流孔（10）。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机用耦合弹支油膜阻尼器轴承系统，其特征在于：所述节流孔（10）为普通型、渐缩型或渐扩型。