一种用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的制作方法

1.本发明属于技术燃气轮机技术领域，具体涉及一种用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构。


背景技术：

2.燃气轮机是一种将燃气的能量转变为有用功的内燃式动力机械，被广泛应用于民用发电领域或作为动力装置应用于飞机或大型船舶中。燃气轮机的工作过程是：压气机连续地从大气中吸入空气并对空气进行压缩；压缩前的空气进入燃烧室，与燃烧室中喷入的燃气混合前燃烧，进而成为高温燃气，随即高温燃气流入到燃气涡轮处膨胀做功，并利用高温燃气推动涡轮带着压气机一起旋转；燃气轮机是一种清洁性好、效率高的装置，具有体积小、重量低等优点。
3.核心机是航空发动机的心脏，起着压缩空气、燃烧生热和能量转换的重要作用，同时也是整个发动机工作环境最为恶劣的部分和发动机系统中温度最高、压力最大、转速最高的部分，因此，为了保证发动机的稳定性和可靠性，进行核心机试验是至关重要的。据统计，发动机研制过程中80%以上的技术问题都与核心机密切相关，所以核心机的掌握程度是新发动机研制能否成功的关键。通过核心机试验，不仅能够大幅降低整机的研制风险，而且能够大大缩短整机的研制周期。
4.核心机主要包括高压压气机部件、燃烧室和高压涡轮部件，工作温度极高，承受载荷巨大。在进行燃气轮机核心机试验时，涡轮部件往往将会保留高压涡轮转子和涡轮支点框架，而去掉低压涡轮转子。但是由于国内燃气轮机核心机试验数据较少，目前普遍采用只去掉低压涡轮转子，并采用改装的低压轴筒与涡轮支点框架相连接的方法对核心机进行简单处理，即开始进行核心机试验，如此方式将会保留诸多封严结构和低压轴承，而这些结构在试验时容易因为复杂的结构而降低了运行的稳定性和可靠性，且核心机只有高压压气机压缩空气，其内部引气压力远小于整机，因此这些封严结构光靠内部引气无法达到封严要求，此时又需要连接管路进行外部引气；这样不仅不可避免的产生结构复杂、成本增加、加工和安装困难等一系列问题，还会对试验中的核心机性能参数造成不可预知的干扰。因此，有必要设计一种结构简单、密封可靠的高压涡轮转子轴承腔封严结构。


技术实现要素：

5.为了解决低压涡轮转子在核心机试验时拆卸后，对各个轴承油腔进行封严并使得核心机试验时的结构形式更接近于低压涡轮转子保留时的状态，本方案提供了一种用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构。
6.本发明所采用的技术方案为：一种用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构，用于替代低压涡轮转子与核心机相连；所述核心机包括有涡轮支点框架、高压涡轮轴、长篦齿环和轴承喷油环；所述涡轮
支点框架作为涡轮转子的支撑结构，用于在高压涡轮转子与低压涡轮转子之间进行连接和支撑；在涡轮支点框架与高压涡轮轴之间设置有高压转子轴承；在高压转子轴承靠向高压涡轮转子的一侧连通有第一油腔；在高压转子轴承背向高压涡轮转子的一侧设置有第三油腔；所述封严结构包括封严轴筒和油腔封严衬套；所述封严轴筒包括有后轴段、安装盘部和前轴段；所述后轴段、安装盘部和前轴段沿核心机的从后向前的方向布置；所述前轴段能够伸入长篦齿环内，使长篦齿环与高压涡轮轴形成篦齿封严；所述安装盘部外沿的前侧具有前抵压面，该前抵压面能够抵压到轴承喷油环后侧的端面上，使得第三油腔封闭；所述油腔封严衬套呈锥环形，该油腔封严衬套的后侧和前侧分别密封连接后轴段和涡轮支点框架，并在油腔封严衬套、涡轮支点框架和封严轴筒之间形成有与第一油腔连通的第二油腔。
7.上述结构能够使得核心机在试验时更加接近于低压涡轮转子未拆卸时的结构形式，当低压涡轮转子拆卸后，利用所述封严轴筒替代于低压涡轮轴；所述油腔封严衬套替代于低压静篦齿环；第二油腔替代于所述低压转子轴承后侧的第四油腔；保证所述长篦齿环内的支撑；保证所述第三油腔的封闭；保证所述第二油腔替代第四油腔与第一油腔进行连通。第一油腔、第三油腔和第四油腔是为原有的轴承腔，第一油腔、第二油腔和第三油腔是为封严结构封严后的轴承腔。
8.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述油腔封严衬套的后侧设置有环形内沿部，所述环形内沿部的套设在后轴段的后端外侧，且在两者之间通过密封圈密封。
9.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述后轴段的后端连接有紧固螺钉；所述紧固螺钉径向于封严轴筒安装，并能够将环形内沿部压紧到所述后轴段上。
10.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述涡轮支点框架的内侧设置管筒状的架座部；在架座部的后端螺纹连接有大螺母，所述大螺母能够抵紧安装盘部外沿后侧的后抵压面，以使前抵压面与轴承喷油环之间形成密封。
11.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述前轴段的后端外侧设置有第一凸部，该第一凸部与长篦齿环的后端内侧过盈配合；在前轴段的前端外侧设置有第二凸部，该第二凸部与长篦齿环的前端内侧过盈配合。
12.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述前轴段的前端外侧还设置有可拆卸的卡环；在安装盘部与前轴段的连接处设置有台阶面；所述长篦齿环能够限位于卡环与台阶面之间。
13.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述高压涡轮轴呈锥盘状；该高压涡轮轴内沿的后部向后延伸并与长篦齿环的后部篦齿封严；该高压涡轮轴内沿的前部向前延伸并与长篦齿环的前部篦齿封严。
14.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述高压涡轮轴向后延伸部分的内侧设置有高压动篦齿环，在涡轮支点框架上设置有高压静篦齿环；所述高压动篦齿环与高压静篦齿环形成篦齿封严以封严所述第一油腔。
15.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：所述前轴段呈管状，在前轴段中部的内壁上设置有中心盘部，在中心盘部的中心处设置有引气孔，所述引气孔的前侧具有引气通道，所述引气通道能够将空气引气至第一油腔的篦齿封严部位。在封严轴筒的中心处进行开孔，以方便于向核心机内进行引气，利用气压使得第一油腔的封严效果更好。
16.作为上述用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的备选结构或补充设计：低压涡轮转子包括有低压涡轮轴、低压动篦齿环和低压静篦齿环；所述低压涡轮轴穿过涡轮支点框架的中心并伸入高压涡轮轴内；所述低压静篦齿环固定在涡轮支点框架的后侧，且封严配合于低压动篦齿环，低压动篦齿环连接在低压涡轮轴上；在低压涡轮轴与涡轮支点框架之间设置有低压转子轴承；所述低压涡轮转子拆卸后，所述封严轴筒替代于低压涡轮轴；所述油腔封严衬套替代于低压静篦齿环；第二油腔替代于所述低压转子轴承后侧的第四油腔。
17.本发明的有益效果为：1.本方案中的结构在使用时能够使得核心机更接近于低压涡轮转子未拆卸时的结构形式，当低压涡轮转子拆卸后，利用所述封严轴筒替代于低压涡轮轴；所述油腔封严衬套替代于低压静篦齿环；第二油腔替代于所述低压转子轴承后侧的第四油腔；保证所述长篦齿环内的支撑；保证所述第三油腔的封闭；保证所述第二油腔替代第四油腔与第一油腔进行连通；2.本方案的封严结构能够更加适配于核心机的本身结构，具有结构简单（主要体现在：取消了封严环外环、低压涡轮轴、低压转子轴承及其下方一系列结构）、工艺性好（主要体现在：由于篦齿和螺纹加工复杂，工艺难度大，取消长篦齿环的前螺母，并用卡环替代，后轴段篦齿封严改为胶圈封严，加工简单方便）、成本低的优点，能显著改善现有技术结构复杂，工艺难度大的问题，提高了系统的稳定性和可靠性，在核心机试验时具有很高的实用价值和应用前景；3.本方案中的使用利用核心机的原有结构（长篦齿环）实现与高压涡轮轴的篦齿密封，同时通过密封圈代替低压动篦齿环与低压静篦齿环的密封方式，通过不同密封相结合的封严方式，在降低封严难度的同时，减少了对核心机原始结构的改变，充分利用现有轴承框架结构，在改动不大的前提下保持密封；4.本方案中的封严轴筒结构能够有效的代替低压涡轮轴的作用，能够有效的平衡载荷，增加稳定性；此外，在封严轴筒的中心处进行开孔，以方便于向核心机内进行引气，利用气压使得第一油腔的封严效果更好。
附图说明
18.为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
19.图1是本方案中用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构的爆炸结构图；图2是封严结构的局部剖面结构示意图；图3是图2中局部a的结构图；图4是封严结构的使用状态图；
图5是低压涡轮转子未拆卸时的结构图。
20.图中：1-卡环；2-密封圈；3-油腔封严衬套；31-环形内沿部；4-封严轴筒；41-前轴段；411-第二凸部；412-第一凸部；42-中心盘部；421-引气孔；43-安装盘部；431-前抵压面；432-后抵压面；433-台阶面；44-后轴段；441-第三凸部；5-紧固螺钉；6-长篦齿环；7-高压动篦齿环；8-高压涡轮转子；9-高压涡轮轴；10-高压静篦齿环；11-第一油腔；12-涡轮支点框架；13-轴承喷油环；14-第二油腔；15-第三油腔；16-高压转子轴承；17-第一大螺母；18-低压涡轮转子；19-低压动篦齿环；20-低压转子轴承；22-第四油腔；23-低压静篦齿环；24-封严环外环。
具体实施方式
21.下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。
22.实施例1核心机主要包括高压压气机部件、燃烧室和高压涡轮部件，工作温度极高，承受载荷巨大。在进行燃气轮机核心机试验时，涡轮部件往往将会保留高压涡轮转子8和涡轮支点框架12，而去掉低压涡轮转子18。现有技术中，拆卸低压涡轮转子18后，往往会并采用一种改装的低压轴筒与涡轮支点框架12相连接的方法对核心机进行简单处理，随即开始进行核心机试验，如此方式将会保留诸多封严结构和低压轴承，这些复杂的结构降低了运行的稳定性和可靠性，且核心机只有高压压气机压缩空气，其内部引气压力远小于整机，因此这些封严结构光靠内部引气无法达到封严要求，并且还需要连接管路进行外部引气；这样不仅不可避免的产生结构复杂、成本增加、加工和安装困难等一系列问题，还会对核心机性能参数试验中造成不可预知的干扰。
23.为了解决上述问题或其中的一部分问题，本实施例设计了一种用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构，如图1至图4所示，该封严结构包括封严轴筒4和油腔封严衬套3等部件，并用于替代低压涡轮转子18与核心机相连。
24.在本实施例的核心机结构中，所述低压涡轮转子18在拆卸前，为如图5所示的结构，图中包括涡轮支点框架12及其与高压涡轮转子8和低压涡轮转子18连接处的结构。
25.其中，高压涡轮转子8包括有高压涡轮轴9，该所述高压涡轮轴9呈锥盘状；该高压涡轮轴9内沿的后部向后延伸并与长篦齿环6的后部篦齿封严；该高压涡轮轴9内沿的前部向前延伸并与长篦齿环6的前部篦齿封严。所述高压涡轮轴9向后延伸部分的内侧设置有高压动篦齿环7，在涡轮支点框架12上设置有高压静篦齿环10；所述高压动篦齿环7与高压静篦齿环10形成篦齿封严以封严所述第一油腔11。在所述涡轮支点框架12的内侧设置管筒状的架座部；架座部与高压涡轮轴9向后延伸部分的内侧之间连接有高压转子轴承16，第一油腔11位于高压转子轴承16靠向高压涡轮转子8的一侧，并且该侧与第一油腔11连通，从而向高压转子轴承16提供润滑油。而在涡轮支点框架12的径向内侧设置有轴承喷油环13，该轴承喷油环13位于架座部中部的内侧，该轴承喷油环13的正内侧设置有第三油腔15，该第三油腔15同时也位于高压转子轴承16背向高压涡轮转子8的一侧；轴承喷油环13能够向第三油腔15喷入润滑油，从而保证高压转子轴承16转动的顺滑性。
26.低压涡轮转子18包括有低压涡轮轴、低压动篦齿环19和低压静篦齿环23等部件；其中，所述低压涡轮轴能够穿过涡轮支点框架12的中心并伸入高压涡轮轴9内，此时，长篦齿环6位于低压涡轮轴与高压涡轮轴9之间，低压涡轮轴对长篦齿环6提供径向向外的支撑，连接在低压涡轮轴前端的大螺母沿轴向方向向后抵紧到长篦齿环6的端面，从而保证长篦齿环6在转动过程中不会产生轴向位移。在涡轮支点框架12内侧的架座部的后部与低压涡轮轴之间设置有低压转子轴承20，该低压转子轴承20的前侧与第三油腔15相对，从而使得第三油腔15能够向低压转子轴承20提供润滑油；在架座部后端连接的一个大螺母轴向向前抵紧低压转子轴承20；在涡轮支点框架12的后侧固定的设置有低压静篦齿环23，在低压涡轮轴的后端外侧套接有低压动篦齿环19，该低压静篦齿环23呈锥环状，同时该低压静篦齿环23的后端与低压动篦齿环19配合实现篦齿封严；在低压静篦齿环23的内侧，配合低压涡轮轴和涡轮支点框架12形成有第四油腔22，该第四油腔22能够向低压转子轴承20提供润滑油，并且该第四油腔22通过涡轮支点框架12上的通孔与第一油腔11连通，该通孔位于架座部的径向外侧。
27.当低压涡轮转子18拆卸后，所述长篦齿环6内失去支撑；所述第三油腔15的后侧呈敞开状，无法储存润滑油；所述第四油腔22随低压涡轮转子18被拆掉而无法形成，进而造成第一油腔11与外部空气环境连通。因此，为了重新对这些位置进行封严并使得核心机在试验时更加接近于低压涡轮转子18未拆卸时的结构形式，设计了本实施例的用于核心机涡轮转子轴承腔的封严结构。低压涡轮转子18未拆卸时，涡轮支点框架12处的轴承腔分别为第一油腔11、第三油腔15和第四油腔22；低压涡轮转子18被拆卸且利用封严结构封严后，涡轮支点框架12处的轴承腔分别为第一油腔11、第二油腔14和第三油腔15。
28.所述封严轴筒4包括有后轴段44、安装盘部43和前轴段41；所述后轴段44、安装盘部43和前轴段41沿核心机的从后向前的方向布置；所述前轴段41能够伸入长篦齿环6内，使长篦齿环6与高压涡轮轴9形成篦齿封严；所述安装盘部43外沿的前侧具有前抵压面431，该前抵压面431能够抵压到轴承喷油环13后侧的端面上，使得第三油腔15封闭；所述油腔封严衬套3呈锥环形，该油腔封严衬套3的后侧和前侧分别密封连接后轴段44和涡轮支点框架12，并在油腔封严衬套3、涡轮支点框架12和封严轴筒4之间形成有与第一油腔11连通的第二油腔14。所述低压涡轮转子18拆卸后，利用所述封严轴筒4替代于低压涡轮轴；所述油腔封严衬套3替代于低压静篦齿环23；第二油腔14替代于所述低压转子轴承20后侧的第四油腔22。
29.在架座部的后端螺纹连接有大螺母（即是图4中的第一大螺母17），该大螺母能够抵紧安装盘部43外沿后侧的后抵压面432，以使前抵压面431与轴承喷油环13之间形成密封。
30.所述油腔封严衬套3的后侧设置有环形内沿部31，所述环形内沿部31的套设在后轴段44的后端外侧，且在两者之间通过密封圈2密封。后轴段44的后端外侧径向向外凸起，并形成第三凸部441。
31.所述后轴段44的后端连接有紧固螺钉5；所述紧固螺钉5径向于封严轴筒4安装，并能够将环形内沿部31压紧到所述后轴段44上。
32.所述前轴段41的后端外侧设置有第一凸部412，该第一凸部412与长篦齿环6的后端内侧过盈配合；在前轴段41的前端外侧设置有第二凸部411，该第二凸部411与长篦齿环6
的前端内侧过盈配合。
33.所述前轴段41的前端外侧还设置有可拆卸的卡环1；在安装盘部43与前轴段41的连接处设置有台阶面433；所述长篦齿环6能够限位于卡环1与台阶面433之间。
34.所述前轴段41呈管状，在前轴段41中部的内壁上设置有中心盘部42，在中心盘部42的中心处设置有引气孔421，所述引气孔421的前侧具有引气通道，所述引气通道能够将空气引气至第一油腔11的篦齿封严部位。在封严轴筒4的中心处进行开孔，以方便于向核心机内进行引气，利用气压使得第一油腔11的封严效果更好。
35.实施例2在封严结构不用于实施例1所述的高压涡轮转子8和低压涡轮转子18，而是应用于其他型号或结构的核心机进行封严时，也可以采用封严结构进行封严。
36.具体的，本实施例中的封严结构包括后轴段44、安装盘部43和前轴段41；所述后轴段44、安装盘部43和前轴段41沿核心机的从后向前的方向布置；所述安装盘部43外沿的前侧具有前抵压面431；所述油腔封严衬套3呈锥环形，该油腔封严衬套3的后侧分别密封连接后轴段44，并在油腔封严衬套3、封严轴筒4和核心机的原有结构之间形成有第二油腔14。
37.所述油腔封严衬套3的后侧设置有环形内沿部31，所述环形内沿部31的套设在后轴段44的后端外侧，且在两者之间通过密封圈2密封，从而简化密封方案。所述后轴段44的后端连接有紧固螺钉5；所述紧固螺钉5径向于封严轴筒4安装，并能够将环形内沿部31压紧到所述后轴段44上。
38.所述前轴段41的后端外侧设置有第一凸部412，该第一凸部412与核心机的对应部件过盈配合；在前轴段41的前端外侧设置有第二凸部411，该第二凸部411与核心机的对应部件过盈配合。
39.所述前轴段41的前端外侧还设置有可拆卸的卡环1；在安装盘部43与前轴段41的连接处设置有台阶面433；从而使得类似于长篦齿环6作用的环状部件能够限位于卡环1与台阶面433之间。
40.所述前轴段41呈管状，在前轴段41中部的内壁上设置有中心盘部42，在中心盘部42的中心处设置有引气孔421，所述引气孔421的前侧具有引气通道，从而引气至核心机的篦齿封严部位，提高封严效果。
41.上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。