[发明专利]一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构

权利要求书

1.一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，包括转轴(1)，轴承(2)，机组壳体(3)，密封齿(6)，推力平衡臂(7)，密封环(9)，销块(10)，压力传感器(11)，正负压一体化多功能泵(12)，以及推力负载传感器(14)；其中，

转轴(1)为阶梯状轴，包括两侧轴承段及中间鼓风段三部分，鼓风段中部开设有环形凹槽；转轴(1)的两侧轴承段分别安装有轴承(2)及推力负载传感器(14)，轴承(2)及推力负载传感器(14)成套使用，并背靠在鼓风段两侧端壁；转轴(1)鼓风段端壁侧及凹槽侧均布置有密封齿(6)；机组壳体(3)为剖分式壳体，包括可拆卸的上盖板及下座两部分，并通过外部螺栓装配；转轴(1)与机组壳体(3)之间构成轴承腔室(4)、鼓风腔室(5)和轴向平衡腔室(8)；

推力平衡臂(7)固定于机组壳体(3)上并伸入轴向平衡腔室(8)内，用于将轴向平衡腔室(8)分为左、右两个腔室，推力平衡臂(7)端壁上布置有密封齿(6)；密封环(9)布置于机组壳体(3)及转轴(1)鼓风段凹槽内，并通过销块(10)固定；

压力传感器(11)通过机组壳体(3)上的通孔布置于鼓风腔室(5)，用于实时监测鼓风腔室(5)内压力，正负压一体式多功能泵(12)的抽气口(13)通过机组壳体(3)上的通孔布置于鼓风腔室(5)，喷气口(15)通过推力平衡臂(7)上的通孔布置于左、右轴向平衡腔室(8)内，正负压一体式多功能泵(12)能够实现定向抽气及鼓气。

2.根据权利要求1所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，密封齿(6)为圆形齿、三角形齿、抛物线齿、高低齿、纵树齿或斜齿。

3.根据权利要求1所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，密封齿(6)布置个数为3～8个，密封齿(6)的齿厚与齿高之比在0.2～1之间。

4.根据权利要求1所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，密封环(9)齿数与密封齿(6)齿数相对应，齿厚与齿高之比在0.2～1之间。

5.根据权利要求4所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，密封环(9)与密封齿(6)齿形交错排列，共同构成错齿式迷宫密封单元，在密封环(9)和密封齿(6)之间形成多个依次排列的环形气室，增加工质通过该区域的流动阻力。

6.根据权利要求1所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，推力平衡臂(7)为圆形构件。

7.根据权利要求1所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，转轴(1)运行中，采用压力传感器(11)实时监测鼓风腔室(5)压力值，当鼓风腔室(5)压力值大于设定值时，正负压一体化多功能泵(12)通过抽气口(13)进行抽气，保证鼓风腔室(5)压力值始终维持较低的状态，转轴(1)始终保持较低的鼓风损失。

8.根据权利要求1所述的一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，其特征在于，转轴(1)工作过程中，通过推力负载传感器(14)获得转轴所受轴向推力大小及方向，随后正负压一体化多功能泵(12)通过喷气口(15)调节轴向平衡腔室(8)左右两侧腔室的压力，利用轴向平衡腔室(8)左右两侧压差平衡转轴(1)所受轴向推力，使其小于许用轴向推力，其满足关系式如下：

其中，F₀为转轴许用轴向推力，为轴向平衡腔室未工作时，转轴所受轴向推力，为轴向平衡腔室平衡力，π为圆周率，r₂为鼓风段半径，r₁为鼓风段凹槽内半径，P_l为轴向平衡腔室左侧腔室压力，P_r为轴向平衡腔室右侧腔室压力。