[發明專利]一種動力渦輪輸出軸系

無效

• 申請號: 201410174180.5
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103993916A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 謝輝;何冠璋
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01D25/00
• 分類號: F01D25/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗英

技術領域

本發明涉及動力渦輪，主要涉及動力渦輪輸出軸系。

背景技術

使用動力渦輪對熱工機械排氣余壓能量進行回收是當前在機外采取措施提高系統熱效率的方法之一。以柴油機為例，噴入氣缸的燃油能量有30％左右是通過排氣浪費掉，可以使用動力渦輪發電技術或者是動力渦輪機械耦合技術將廢熱中的能量部分轉化成電能或者機械能。轉化成的電能能夠并入整車的電網，滿足車載電動附件的能耗需求；動力渦輪的機械耦合是通過減速機構降速增扭，然后將動力耦合到發動機曲軸上抑或用來驅動水泵、風扇等附件。

發動機上與動力渦輪最為相近的是渦輪增壓器。渦輪增壓技術在一戰后從航空發動機逐漸進入車用發動機領域，目前已經成為現代柴油發動機的標準配置之一，在原理、硬件、使用方面都已經很成熟。國內外有很多著名的渦輪增壓器制造商為各大發動機和主機廠進行渦輪增壓器的設計、制造和匹配工作。渦輪增壓器本身是一個非常緊湊、精密的設備，工作環境由于伴隨著高溫、振動等環境而非常苛刻。最高達20萬轉每分鐘的轉速對其制造、動平衡以及復雜環境下的轉動穩定性、潤滑、隔熱等都提出了嚴峻的挑戰。當前成熟的渦輪增壓器技術已經為這些問題提供了詳盡可靠的解決方案并接受了實際使用的考驗。而動力渦輪作為一種相對較新的技術，由于其主要功能和目的的不同，在設計、使用等方面也出現了不同于傳統渦輪增壓器的特點。

動力渦輪輸出軸端需要連接高速發電機抑或是高速減速箱等機構，與軸端距離不遠便與被驅動機構的軸承相鄰，渦輪殼中的熱流體工質產生的熱輻射和沿軸向的熱傳導會對被驅動件動力輸入軸端的軸承產生附件的熱效應，這些附件的熱效應是處于被驅動件設計時所考慮的熱負荷之外，來自渦輪機的額外熱負荷會導致這些軸承的失效，對實驗安全及系統成本帶來巨大問題和損失。動力渦輪相比渦輪增壓器最大的區別在于渦輪機的負載是不同的，增壓器渦輪機負載為壓氣機，而動力渦輪的負載可以是高速發電機或者是減速機構(如高速減速箱)，這些負載相比壓氣機轉動慣量較大，且被驅動件在工作過程中軸系會沿軸向伸縮，對軸承產生一定的軸向和徑向力。此外，傳統的渦輪增壓器為了防止潤滑油沿軸向的竄油設置了相應的油封，而渦輪增壓器一般不會出現軸向竄油的另一個重要原因是渦端和壓端氣體壓力的平衡。兩端的氣壓平衡有效防止了潤滑油沿軸向的竄動。但是在動力渦輪系統中，由于其輸出軸端并不存在帶壓力的流體，而直接是大氣壓力。潤滑油兩端的壓力不平衡很容易造成潤滑油沿著軸向滲出動力輸出軸端。潤滑油的泄露不僅會造成潤滑油量的逐漸減少，泄露的潤滑油對實驗系統的安全等也會造成很大的隱患。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的不足，提供一種可以對軸承進行有效潤滑，同時能夠防止潤滑油沿軸向泄露以及有效隔熱的動力渦輪輸出軸系。

本發明的一種動力渦輪輸出軸系，它包括設置在渦輪機軸渦輪端處的浮動軸承和設置在渦輪機軸的輸出軸端的雙并列滾動軸承，在所述的浮動軸承和雙并列滾動軸承外套有中間體，套裝在渦輪機軸的輸出軸端處的背板緊密配合的固定在中間體位于電機側的端面上，固定雙并列滾動軸承用的軸承端蓋安裝在背板和中間體之間，在背板法蘭與電機殼體的法蘭之間安裝有兩端帶定位止口的套筒，背板法蘭、電機殼體的法蘭與套筒通過端面配合形成一個密閉的空氣室，在空氣室的下端安裝有一個機械放氣閥，所述的空氣室與氣源相連通，在所述的中間體上開有與供油路相連通的主油道、與回油管相連通的回油口以及與主油道相連通的雙并列滾動軸承潤滑油道，雙并列滾動軸承潤滑油道通過潤滑支路油道直接通向雙并列滾動軸承靠近渦輪機側的滾動軸承，浮動軸承潤滑油道與雙并列滾動軸承潤滑油道相連通并且出口直接通向浮動軸承的潤滑油入口以潤滑，所述的軸承端蓋上開有與雙并列滾動軸承潤滑油道連通的潤滑油入油孔以及與潤滑油入油孔連通的滾動軸承潤滑油道，滾動軸承潤滑油道從發電機側引導潤滑油到雙并列滾動軸承的發電機側滾動軸承端面，在背板渦輪機側上設置有多個散熱翅片。

本發明的優點：

(1)動力輸出端的雙并列滾動軸承能夠保證其連接的轉動慣量相對較大的發電機負載穩定運轉，具有較強的帶載能力。葉輪端的浮動軸承能夠以較大的潤滑油量帶走渦殼中的廢氣熱量。起到隔熱的第一道有效屏障的作用。

(2)非對稱潤滑油道的設計，根據不同軸承對潤滑油量的需求，特別充分考慮了潤滑油除潤滑之外的冷卻作用，在浮動軸承處進行潤滑同時帶走大部分的熱量。

(3)散熱加強型背板上的散熱翅片能夠進一步將從渦輪機端熱傳導和熱輻射帶來的熱量耗散掉。盡量減少熱量在動力渦輪機殼上的停留時間，減小軸承的熱負荷，保證系統熱安全。