[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

说明书

本发明公开了一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，包括转轴，正负压一体化多功能泵等；其中，转轴鼓风段中部开设有环形凹槽；轴承及推力负载传感器背靠在鼓风段两侧端壁；转轴鼓风段端壁侧及凹槽侧均布置有密封齿；机组壳体为剖分式壳体；转轴与机组壳体之间构成轴承腔室、鼓风腔室和轴向平衡腔室；推力平衡臂端壁上布置有密封齿并将平衡腔室分为左、右两个腔室；密封环布置于机组壳体及转轴鼓风段凹槽内，并通过销块固定；压力传感器布置于鼓风腔室，用于实时监测压力，正负压一体式多功能泵的抽气口布置于鼓风腔室，喷气口布置于左、右轴向平衡腔室内。本发明可应用于极端条件，其结构简单、经济可靠，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种透平机械转轴结构，特别涉及一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构。

背景技术

转轴作为透平机械能量转换过程的核心部件之一，工作时不仅需要传递扭矩，还需承受工作区域与非工作区域压差导致的轴向推力等干扰，其动力学特性对系统安全、稳定、高效运行具有重要意义。近年来随着工业领域对于动力系统要求的不断提高，透平机械设备向着大型化、智能化、高转速、高能量密度方向发展。对于转轴而言，其工作负荷不断增加，高转速不仅对于其临界转速、不平衡响应、稳定性方面带来了挑战，同时导致了转系鼓风损失的增加，不利于系统性能的提高。此外，大型化、高能量密度的透平机械也使得转轴所受轴向推力增大，传统转轴材料及平衡轴力的结构设计难以满足日渐增长的轴向推力的要求，这对转轴材料的选取以及运行的安全性带来了新的考验。

尽管以前在降低转轴损失、平衡轴向推力方面取得了很大的成就，但目前新的能源形势对透平机械提出了更高的要求，转轴运行条件更加恶劣，提高转轴效率及运行安全性对于透平机械设备高效、稳定运行至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种运行稳定、损失小、可平衡轴向推力的低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，是一种可应用于高负荷极端运行条件、结构简单、安全性和经济性高的转轴结构，具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

一种低鼓风损失可平衡轴向推力的透平机械转轴结构，包括转轴，轴承，机组壳体，密封齿，推力平衡臂，密封环，销块，压力传感器，正负压一体化多功能泵，以及推力负载传感器；其中，转轴为阶梯状轴，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；转轴的两侧轴承段分别安装有轴承及推力负载传感器，轴承及推力负载传感器成套使用，并背靠在鼓风段两侧端壁；转轴鼓风段端壁侧及凹槽侧均布置有密封齿；机组壳体为剖分式壳体，包括可拆卸的上盖板及下座两部分，并通过外部螺栓装配；转轴与机组壳体(3)之间构成轴承腔室、鼓风腔室和轴向平衡腔室；

推力平衡臂固定于机组壳体上并伸入轴向平衡腔室内，用于将轴向平衡腔室分为左、右两个腔室，推力平衡臂端壁上布置有密封齿；密封环布置于机组壳体及转轴鼓风段凹槽内，并通过销块固定；

压力传感器通过机组壳体上的通孔布置于鼓风腔室，用于实时监测鼓风腔室内压力，正负压一体式多功能泵的抽气口通过机组壳体上的通孔布置于鼓风腔室，喷气口通过推力平衡臂上的通孔布置于左、右轴向平衡腔室内，正负压一体式多功能泵能够实现定向抽气及鼓气。

本发明进一步的改进在于，密封齿为圆形齿、三角形齿、抛物线齿、高低齿、纵树齿或斜齿。

本发明进一步的改进在于，密封齿布置个数为3～8个，密封齿的齿厚与齿高之比在0.2～1之间。

本发明进一步的改进在于，密封环齿数与密封齿齿数相对应，齿厚与齿高之比在0.2～1之间。

本发明进一步的改进在于，密封环与密封齿齿形交错排列，共同构成错齿式迷宫密封单元，在密封环和密封齿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。

本发明进一步的改进在于，推力平衡臂为圆形构件。