[发明专利]动力涡轮机的输出轴系

说明书

本发明公开了一种动力涡轮机的输出轴系，包括中间体、双并列滚动轴承、浮动轴承以及轴承端盖。中间体包括第一润滑油道、第二润滑油道、第一轴承孔位于远离动力涡轮机的一端以及第二轴承孔位于靠近动力涡轮机的一端；第一润滑油道与第一轴承孔连通，第二润滑油道与第二轴承孔连通，第一润滑油道的直径小于第二润滑油道的直径；双并列滚动轴承设置于第一轴承孔内；浮动轴承设置在第二轴承孔内；轴承端盖设置在双并列滚动轴承的外端，轴承端盖包括第三润滑油道，其同时连通第一轴承孔连通和第一润滑油道；其中动力涡轮机的输出轴从浮动轴承、双并列滚动轴承以及轴承端盖的轴孔中穿过。借此，浮动轴承处润滑油量较大可带走大部分的热量。

技术领域

本发明是关于动力涡轮，特别是关于一种动力涡轮机的输出轴系。

背景技术

使用动力涡轮对热工机械排气余压能量进行回收是当前在机外采取措施提高系统热效率的方法之一。以柴油机为例，喷入气缸的燃油能量有30％左右是通过排气浪费掉，可以使用动力涡轮发电技术或者是动力涡轮机械耦合技术将废热中的能量部分转化成电能或者机械能。转化成的电能能够并入整车的电网，满足车载电动附件的能耗需求；动力涡轮的机械耦合是通过减速机构降速增扭，然后将动力耦合到发动机曲轴上抑或用来驱动水泵、风扇等附件。

发动机上与动力涡轮最为相近的是涡轮增压器。涡轮增压技术在一战后从航空发动机逐渐进入车用发动机领域，目前已经成为现代柴油发动机的标准配置之一，在原理、硬件、使用方面都已经很成熟。国内外有很多著名的涡轮增压器制造商为各大发动机和主机厂进行涡轮增压器的设计、制造和匹配工作。涡轮增压器本身是一个非常紧凑、精密的设备，工作环境由于伴随着高温、振动等环境而非常苛刻。最高达20万转每分钟的转速对其制造、动平衡以及复杂环境下的转动稳定性、润滑、隔热等都提出了严峻的挑战。当前成熟的涡轮增压器技术已经为这些问题提供了详尽可靠的解决方案并接受了实际使用的考验。而动力涡轮作为一种相对较新的技术，由于其主要功能和目的的不同，在设计、使用等方面也出现了不同于传统涡轮增压器的特点。

动力涡轮输出轴端需要连接高速发电机，抑或是高速减速箱等机构，与轴端距离不远便与被驱动机构的轴承相邻，涡轮壳中的热流体工质产生的热辐射和沿轴向的热传导会对被驱动件动力输入轴端的轴承产生附件的热效应，这些附件的热效应是处于被驱动件设计时所考虑的热负荷之外，来自涡轮机的额外热负荷会导致这些轴承的失效，对实验安全及系统成本带来巨大问题和损失。动力涡轮相比涡轮增压器最大的区别在于涡轮机的负载是不同的，增压器涡轮机负载为压气机，而动力涡轮的负载可以是高速发电机或者是减速机构(如高速减速箱)，这些负载相比压气机转动惯量较大，且被驱动件在工作过程中轴系会沿轴向伸缩，对轴承产生一定的轴向和径向力。此外，传统的涡轮增压器为了防止润滑油沿轴向的窜油设置了相应的油封，而涡轮增压器一般不会出现轴向窜油的另一个重要原因是涡端和压端气体压力的平衡。两端的气压平衡有效防止了润滑油沿轴向的窜动。但是在动力涡轮系统中，由于其输出轴端并不存在带压力的流体，而直接是大气压力。润滑油两端的压力不平衡很容易造成润滑油沿着轴向渗出动力输出轴端。润滑油的泄露不仅会造成润滑油量的逐渐减少，泄露的润滑油对实验系统的安全等方面也会造成很大的隐患。

现有的技术方案主要存在以下缺点：

1.对于两端采用与普通涡轮增压器相同的浮动轴承的支撑方案，未能考虑动力涡轮的带载情况带来的轴系动平衡对支撑形式稳定性的要求，不利于输出轴系的高速稳定性。对于两侧均采用滚动轴承的方案，轴系成本较高，且最高转速会受到限制。

2.轴承润滑沿用原涡轮增压器压力润滑方案，两侧油道对称，不能根据两侧不同的轴承支撑形式考虑供油系统的设计。

3.未充分考虑涡轮侧向电机侧散热的隔热措施，对电机输入轴承及永磁体寿命缺少设计上的考虑。

4.未充分考虑润滑油延轴系轴向由于压差的带来的泄露风险。