一种应用于热电涡轮机的迷宫密封水路冷却装置及方法与流程

本发明涉及一种应用于金属燃料蒸汽轮机的迷宫密封水路冷却装置及冷却方法。

背景技术：

蒸汽轮机通过涡轮将高温蒸汽的可用焓转变为旋转机械能，可应用于航空飞行器以及鱼雷潜艇等多种水下航行器，是一种高功率密度、大功率输出的动力装置。针对金属燃料热电联合蒸汽轮机样机，要求蒸汽初温尽可能高以提高蒸汽涡轮的功率及效率。但同时后端电机采用水润滑轴承支撑方案，不允许温度和压力较高的乏汽进入后端电机。

因此，样机的迷宫密封需要采用阶梯式多密封齿数的方案，同时需要对迷宫密封进行更充分的冷却，传统的表面局部冷却的方式无法满足迷宫密封散热要求，需要更有效的冷却方案来增大迷宫密封的换热效率，使乏汽到达后端时的温度和压力满足水润滑轴承耐受要求。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：本发明针对金属燃料热电联合蒸汽轮机样机，要求蒸汽初温尽可能高以提高蒸汽涡轮的功率及效率。但同时后端电机采用水润滑轴承支撑方案，不允许温度和压力较高的乏汽进入后端电机而提出。为了克服现有金属燃料蒸汽轮机乏汽温度、压力较高，后端电机无法正常工作的问题，采用组合式冷却方案对多级、阶梯式迷宫密封进行冷却，使乏汽到达后端时的温度和压力满足水润滑轴承耐受要求。

本发明的技术方案是：一种应用于热电涡轮机的迷宫密封水路冷却装置，包括前壳体、喷嘴、涡轮盘、迷宫密封铜环和后壳体；所述前壳体和后壳体同轴固连，固连后内部形成空腔体；涡轮盘位于空腔体内，且涡轮盘轴线与后壳体轴线相互重合；涡轮盘大径端与前壳体内壁为间隙配合；迷宫密封铜环套在涡轮盘轴上，外壁与后壳体接触并通过后壳体进行径向定位，通过喷嘴进行轴向定位；喷嘴与前壳体通过止口相互连接，并通过前壳体对其进行轴向定位；

所述迷宫密封铜环整体为空腔柱状体，外壁为多阶状，多阶状外壁和后壳体内壁相互接触，其中定义迷宫密封铜环外壁和后壳体内壁之间形成的一个环形腔为e腔；迷宫密封铜环内壁周向开有若干环形槽，且环形槽与环形槽之间相互不接触；

所述后壳体为一环形件，环形体上分别设有b腔、c腔和g腔三个冷却腔，且这三个腔体同轴环状分布，定义后b腔的轴向长度为hb、c腔的轴向长度为hc，g腔的轴向长度为hg，且hb＞hg＝hc；b腔内壁上分别开有通孔d和通孔f，且两个通孔之间周向夹角不大于20度；

后壳体径向开口通孔，分别作为进水口a和出水口h，其中进水口a与腔体b相连通，出水口h与水路g相连通；冷却水通过进水口a进入后进入腔体b，当冷却水充满腔体b后溢出，进入腔体c；腔体c中的冷却水通过通孔d进入腔体e，环绕一周后，通过开孔f进入g腔，并通过出水口h进入前壳体(1)的水路。

本发明的进一步技术方案是：一种热电涡轮机的迷宫密封水路冷却装置的方法，包括以下步骤：

步骤一：冷却水通过进水口a进入b腔体；

步骤二：当冷却水充满腔体b后溢出，进入腔体c；

步骤三：腔体c中的冷却水通过通孔d进入腔体e；

步骤四：腔体e中的冷却水经开孔f进入腔体g；

步骤五：腔体g中的冷却水通过通过出水口h进入前壳体(1)的水路，完成对迷宫密封铜环的冷却。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明为应用于水下金属燃料蒸汽轮机的迷宫密封冷却装置及冷却方法，可使迷宫密封处的换热效率大大提高，能充分带走迷宫密封各空腔中的热能，使乏汽到达后端时的温度和压力满足水润滑轴承耐受要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的冷却水路方案示意图(左视图)

附图标记说明：1—前壳体；2—喷嘴；3—涡轮盘；4—后壳体；5—迷宫密封铜环

具体实施方式

参见图1—图2，从结构布置图看，整个发动机的水路布置主要在件4(后壳体)、件5(迷宫密封铜环)、件1(前壳体)上。

冷却水从外路海水泵进行到a水路，然后进入腔体b，在腔体b中回转一圈，用于冷却喷嘴与后壳体之间密封燃气的o形圈；然后从腔体b中进入c腔，c腔中的冷却水再通过件4(后壳体)中的开孔d进入件5(迷宫密封铜环)的内部环腔e；在e腔环绕一周后，再通过件4(后壳体)中的开孔f进入g腔，并通过h通路进入件1(前壳体)的水路。在水路设计方案中，轴向布置三次进出口相近的环道，使冷却水在整个周向能够冷却充分，同时，所有的冷却水不设旁路，都能经过迷宫密封铜环，使此处的换热效率大大提高，能充分带走迷宫密封各空腔中的热能，达到降低乏汽温度和压力的目的。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种应用于金属燃料蒸汽轮机的迷宫密封水路冷却装置及冷却方法。本发明轴向布置三次进出口相近的环道，使冷却水在整个周向能够冷却充分，同时，所有的冷却水不设旁路，都能经过迷宫密封铜环，使此处的换热效率大大提高。该技术具有冷却效率高、功能组件少、结构简单、布局空间小等优点，可在现有材料技术指标的基础上，使乏汽到达后端电机时的温度和压力满足水润滑轴承耐受要求。

技术研发人员：宋文;封启玺;赵磊;高爱军
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0五研究所
技术研发日：2018.10.24
技术公布日：2019.03.01