一种通过双向平衡减小轴向推力的透平结构的制作方法

1.本实用新型属于透平结构，具体涉及一种通过双向平衡减小轴向推力的透平结构。


背景技术：

2.随着透平设备的大型化发展，气流在透平动叶上产生的轴向气流推力随着设备大型化也随之增大。由于转子承受总的轴向推力，一般在转子上设计推力盘，通过推力轴承来承载轴向推力，提高机组的安全可靠运行。但是，随着透平设备大型化发展，推力盘和推力轴承的尺寸也需要设计的更大，增加了推力轴承的功耗和润滑油耗量，导致机组能耗提升、润滑油站选型增大，同时，也增加了投资成本。


技术实现要素：

3.本实用新型为解决目前随着透平设备大型化发展，通过在转子上设计推力盘，利用推力轴承承载轴向推力的方法中，推力盘和推力轴承的尺寸也需要设计的更大，导致推力轴承的功耗和润滑油耗量增加、机组能耗提升、润滑油站选型增大，以及投资成本增加的技术问题，提供一种通过双向平衡减小轴向推力的透平结构。
4.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
5.一种通过双向平衡减小轴向推力的透平结构，包括进气蜗室、排气蜗室、进气侧轴端密封、排气侧轴端密封、动叶和转子轴，所述转子轴的两端设有多个台阶；其特殊之处在于，还包括第一平衡管道和第二平衡管道；
6.所述进气侧轴端密封与转子轴靠近进气侧一端的一个台阶面之间留有间隙，形成进气侧环形腔；
7.所述排气侧轴端密封与转子轴靠近出气侧一端的一个台阶面之间留有间隙，形成排气侧环形腔；所述第一平衡管道进口端与进气侧环形腔连通，出口端与排气蜗室内部连通；
8.所述第二平衡管道进口端与进气蜗室内部连通，出口端与排气侧环形腔连通。
9.进一步地，所述第二平衡管道上设有调节阀。
10.进一步地，所述排气蜗室的顶部开设有排气口，所述第一平衡管道出口端与排气口相连，且第一平衡管道经由进气蜗室和排气蜗室的顶部连通至排气口。
11.进一步地，所述进气蜗室的顶部开设有进气口，所述第二平衡管道入口端与进气口相连，且第二平衡管道经由进气蜗室和排气蜗室的顶部连通至进气口。
12.进一步地，所述转子轴承受的轴向推力f为：
13.f＝f1+f2+f3-f4-f5
14.其中，f1为介质在动叶上产生的轴向推力；f2为介质在转子轴位于进气侧轴端密封末端处台阶面的轴向推力；f3为介质在进气侧环形腔内对转子轴台阶面的轴向推力；f4为介质在转子轴位于排气侧轴端密封前端处台阶面的轴向推力；f5为介质在排气侧环形腔
内对转子轴台阶面的轴向推力。
15.进一步地，
[0016][0017][0018][0019]
其中，p1为进气蜗室内压力，p2为排气蜗室内压力，d1为转子轴中部外径，d2为转子轴位于进气侧环形腔后侧的外径，d3为转子轴位于进气侧环形腔处的外径，d4为转子轴位于排气侧环形腔前侧的外径，d5为转子轴位于排气侧环形腔处的外径。
[0020]
进一步地，所述转子轴两端的台阶对称设置，且所述进气侧环形腔与排气侧环形腔关于转子轴延伸方向的中间截面对称设置。
[0021]
进一步地，所述第二平衡管道位于第一平衡管道的下方。
[0022]
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0023]
1.本实用新型通过双向平衡减小轴向推力的透平结构中，第一平衡管道能够将进气侧轴端密封处泄流至进气侧环形腔内的高压气体，排入排气蜗室，用以减小进气侧环形腔由高压气体产生的轴向推力，减小转子轴在进气侧环形腔内台阶处的轴向推力。同时，第二平衡管道能够将高压介质引入至排气侧环形腔内转子轴台阶处，为转子轴施加一个指向转子轴前侧的力，从而减小转子轴承受的总的指向转子轴后侧的力。
[0024]
2.本实用新型中第二平衡管道上设有调节阀，能够通过调节阀，根据需要调节进入排气侧环形腔内的介质压力，控制向转子轴施加的指向转子轴前侧的力。
[0025]
3.本实用新型中第一平衡管道和第二平衡管道均设置在进气蜗室和排气蜗室的顶部，布局合理，能够最大程度降低对现有透平结构的影响。
[0026]
4.本实用新型能够对转子轴承受的轴向推力进行计算，可根据实际需要调整各处受力。
附图说明
[0027]
图1为本实用新型通过双向平衡减小轴向推力的透平结构实施例的剖视图(仅示出透平结构的一半结构)。
[0028]
图2为图1实施例中转子轴的示意图(仅示出转子轴的一半结构)
[0029]
其中，1-进气蜗室、2-排气蜗室、3-进气侧轴端密封、4-排气侧轴端密封、5-动叶、6-转子轴、7-进气侧环形腔、8-排气侧环形腔、9-调节阀、10-排气口、11-进气口、12-第一平衡管道、13-第二平衡管道、14-第一台阶、15-第二台阶、16-第三台阶、17-第四台阶、18-第五台阶、19-第六台阶。
具体实施方式
[0030]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0031]
如图1，本实用新型提出了一种通过双向平衡减小轴向推力的透平结构，包括进气蜗室1、排气蜗室2、进气侧轴端密封3、排气侧轴端密封4、动叶5和转子轴6，转子轴6的两端设有多个台阶，转子轴6两端的台阶设置情况在本实施例中相同，也可根据实际情况设置为不同的形式，通过设置第一平衡管道12和第二平衡管道13有效降低了轴向推力。进气侧轴端密封3与转子轴6靠近进气侧一端的一个台阶面之间留有间隙，形成进气侧环形腔7。排气侧轴端密封4与转子轴6靠近出气侧一端的一个台阶面之间留有间隙，形成排气侧环形腔8。在本实施例中，进气侧环形腔7与排气侧环形腔8关于转子轴6延伸方向的中线对称设置，在本发明的其他实施例中，可根据转子轴6两端的台阶设置情况进行调整。第一平衡管道12进口端与进气侧环形腔7连通，出口端与排气蜗室2内部连通，将进气侧轴端密封3泄漏至进气侧环形腔7处的高压气体，通过第一平衡管道12排入排气蜗室2，减小进气侧环形腔7内转子轴6台阶受高压气体产生的轴向推力，尽可能减小转子轴6台阶处的轴向推力。第二平衡管道13进口端与进气蜗室1内部连通，出口端与排气侧环形腔8连通，从进气蜗室1将高压介质，通过第二平衡管道13，引入到排气侧环形腔8内的排气侧(低压侧)转子轴6台阶处，增加指向转子轴6前端的力,从而减小转子轴6受到的总的指向转子轴6后端的轴向力。另外，在第二平衡管道13上设有一个调节阀9，可以根据需要调节引入排气侧环形腔8处的介质压力，来控制排气侧环形腔8内转子轴6台阶收到轴向推力的大小。
[0032]
在第一平衡管道12和第二平衡管道13的布局上，排气蜗室2的顶部开设有排气口10，第一平衡管道12出口端与排气口10相连，且第一平衡管道12设置在进气蜗室1和排气蜗室2的顶部。进气蜗室1的顶部开设有进气口11，第二平衡管道13入口端与进气口11相连，且第二平衡管道13设置在进气蜗室1和排气蜗室2的顶部，在本实施例中第二平衡管道13位于第一平衡管道12下方。
[0033]
转子轴6承受的轴向推力f为：f＝f1+f2+f3-f4-f5
[0034]
f1为介质在动叶5上产生的轴向推力；
[0035]
f2为介质在转子轴6位于进气侧轴端密封3末端处台阶面的轴向推力；f3为介质在进气侧环形腔7内对转子轴6台阶面的轴向推力；
[0036]
f4为介质在转子轴6位于排气侧轴端密封4前端处台阶面的轴向推力；f5
[0037]
为介质在排气侧环形腔8内对转子轴6台阶面的轴向推力。
[0038]
其中，
[0039][0040][0041][0042]
p1为进气蜗室1内压力；
[0043]
p2为排气蜗室2内压力；
[0044]
d1为转子轴6中部外径；
[0045]
d2为转子轴6位于进气侧环形腔7后侧的外径；
[0046]
d3为转子轴6位于进气侧环形腔7处的外径；
[0047]
d4为转子轴6位于排气侧环形腔8前侧的外径；
[0048]
d5为转子轴6位于排气侧环形腔8处的外径。
[0049]
如下是本实用新型的一个具体实施例，用以对本实用新型对的方案进行详细说明：(以进气侧为前，排气侧后)
[0050]
如图1和图2所示，转子轴6的两端沿转子轴6轴向均设置有三个台阶，位于转子轴6前端的三个台阶由前至后分别为第一台阶14、第二台阶15和第三台阶16，位于转子轴6后端的三个台阶由前至后分别为第四台阶17、第五台阶18和第六台阶19。进气侧轴端密封3和排气侧轴端密封4均为两段式柱状，进气侧轴端密封3前部直径小于后部，排气侧轴端密封4前部直径大于后部。转子轴6位于第一台阶14和第二台阶15之间的外圆与进气侧轴端密封3前部内壁配合，进气侧轴端密封3前部直径较小部分和后部直径较大部分间过渡面，与第二台阶15之间
②
处的间隙，形成进气侧环形腔7。转子轴6位于第五台阶18和第六台阶19之间的外圆与排气侧轴端密封4后部内壁配合，排气侧轴端密封4前部直径较大部分和后部直径较小部分间过渡面，与第五台阶18之间
④
处的间隙，形成排气侧环形腔8。通过第一平衡管道12，减小了作用在第二台阶15上的轴向力f3，通过第二平衡管道13，引入了作用在第五台阶18上指向转子轴6前侧的轴向力f5。进气侧轴端密封3后端面与第三台阶16之间的
①
处，第三台阶16受到轴向力f2，排气侧轴端密封4前端面与第四台阶17之间的
③
处，第四台阶17受到轴向力f4。对应的在该实施例中，d2为转子轴6位于第二台阶15和第三台阶16之间的外径，d3为转子轴6位于第一台阶14和第二台阶15之间的外径，d4为转子轴6位于第四台阶17和第五台阶18之间的外径，d5为转子轴6位于第五台阶18和第六台阶19之间的外径。
[0051]
目前，通过推力盘和推力轴承改善轴向推力的方案中，推力盘和推力轴承需要设计的比较大，增加了推力轴承的功耗及润滑油耗量，导致机组能耗提升及润滑油站选型增大，增加了投资成本。通过本实用新型的优化结构，同时设置第一平衡管道12和第二平衡管道13，能够最大限度减小机组的轴向推力，从而减小主机推力盘和推力轴承的尺寸。
[0052]
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。