一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承的制作方法

1.本发明涉及火电、核电等汽轮机旋转机械技术领域，尤其是一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承。


背景技术：

2.随着火电、核电等领域机组容量的不断提高，对汽轮机的安全性、经济性也提出了更高的要求。轴承作为汽轮机的关键零部件之一，其在运转过程由于摩擦而产生的损失直接影响汽轮机的功率，同时摩擦引起的损失会引起转子局部表面的温升，进一步影响高速旋转转子的稳定性和安全性。随着汽轮机组容量的不断增加，轴颈直径增大，转子外径的旋转线速度也随之增大，同时转子与轴承之间由于摩擦引起的损耗也越大。为了降低高速旋转的转子与相对静止的轴承之间的摩擦损失，在转子和轴承接触的间隙内注入润滑油，同时起到密封以及冷却转子表面温升的作用，降低汽轮机的轴承功率损失、保护转子以及系统的安全性。高速旋转的转子与轴承之间形成因润滑油的作用在间隙处形成油膜，直接影响转子表面的温升以及动静部件间的润滑作用。而油膜的形成厚度和油膜压力的大小受转子的转速、润滑油黏度、轴承间隙以及轴承负荷和轴承结构等多种因素的影响。
3.润滑油粘度相对较大，由于润滑油粘度较大，在轴承壳体内部润滑油分布并不均匀，摩擦会引起轴瓦温度升高，导致轴承表面局部区域温度高，功耗显著增加，机组效率降低，甚至影响机组安全稳定运行，因此由油膜黏性损失引起的摩擦功耗在汽轮机轴承损耗中不容忽视。针对大容量、高参数汽轮机组，确保轴承能够安全经济运行显得愈来愈重要。在保证机组安全性的基础上，亟需寻找一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构进一步降低轴承功耗，提升汽轮机组的经济性。


技术实现要素：

4.本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承，结构简单，易于安装加工，具有较好的实用性，能够保障推力轴承壳体内的润滑油具有较好的润滑性和流动特性，并且对转子及时进行冷却，进而进一步保证机组安全性。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，包括壳体，所述壳体内设有回转孔，所述回转孔的外侧设有环形空腔，所述环形空腔内沿周向布置若干导流叶片，所述导流叶片将环形空腔内划分出多个导流的流道。
7.可供选择的，所述导流叶片沿转子的旋转方向从径向向外倾斜设置。
8.可供选择的，所述环形空腔的外侧上开设有回油口。
9.可供选择的，所述回油口的轴线沿转子的旋转方向从径向向外倾斜设置。
10.可供选择的，所述回油口的延伸轴线与壳体内润滑油速度方向平行。
11.可供选择的，所述壳体上开设有进油口。
12.可供选择的，所述回转孔为阶梯孔，所述阶梯孔包括大径部和小径部，所述环形空腔设于大径部的外侧。
13.可供选择的，所述小径部的外端部还设有挡油部。
14.可供选择的，所述若干导流叶片沿径向的宽度小于环形空腔沿径向的宽度。
15.一种轴承，包括轴瓦和如上所述的壳体，所述轴瓦设于壳体内。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17.1、本发明所公开的一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承，通过导流叶片，可以改善轴承壳体空腔内的温度场，提高机组使用寿命；加速润滑油在空腔内的流动，改善了润滑油对转子的冷却性能，提高机组安全性；有效控制润滑油温升，降低轴承摩擦损耗，提高机组经济性。
18.2、本发明所公开的一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承，通过与润滑油速度方向匹配的回油管道结构，进一步提升流动效率，减小润滑油在回油口的局部滞留所导致的局部温升，提升轴承结构的安全性和经济性。
附图说明
19.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
20.图1是轴承的物理模型立体结构示意图。
21.图2是轴承的物理模型流动示意图。
22.图3是本发明导流结构的剖面示意图。
23.图4是本发明导流结构下半剖面局部示意图。
24.图5是本发明导流结构上半剖面局部示意图。
25.图中标记：1-回油口，2-轴瓦间隙，3-壳体，4-导流叶片，5-轴瓦，6-进油口，7-转子。
具体实施方式
26.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
27.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
28.本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
29.一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承，如图1-5所示，包括壳体3，所述壳体3内设有回转孔，所述回转孔的外侧设有环形空腔，所述环形空腔内沿周向布置若干导流叶片4，所述导流叶片4将环形空腔内划分出多个导流的流道。
30.具体的，通过导流叶片4，能够引导润滑油流向改善其在壳体3空腔内的流动特性，使润滑油在环形空腔内的流场更稳定，保证温度场分、热应力稳定，提高机组的使用寿命。还能够增加润滑油与轴承壳体3的换热面积，进而增加了换热量，改善润滑油性能，提高机组运行的经济性。并且能够加速润滑油在腔室内的流动，增强润滑油的冷却作用，提高机组安全性。此外，还能够改变润滑油的速度方向，有效地将润滑油从壳体3排出至回油系统，控
制润滑油温升，降低轴承摩擦损耗，提高机组经济性。
31.作为另一具体的实施方式，所述导流叶片4沿转子7的旋转方向从径向向外倾斜设置。参见图3所示，壳体3与转子7之间存在较大的环形空腔，润滑油粘度较大，在此空腔内流速较低，温度场分布不均匀，导流叶片4按转子7旋转方向安装，将壳体3的空腔划分成多个流道，通流面积减小，使得润滑油流速增加，同时，导流叶片4具有一定的安装角度，能够改变润滑油的速度方向，有利于润滑油从回油口1排出，能够有效控制润滑油油温，降低轴承损耗。
32.作为另一具体的实施方式，所述环形空腔的外侧上开设有回油口1。当润滑油在壳体3内流动不均匀时，难以顺利排出，导致油温升高。通过设于环形空腔的外侧的回油口1，润滑油通过导流叶片4所划分的流道后，从回油口1排出，能够有效优化润滑油的流动路线。
33.作为另一具体的实施方式，所述回油口1的轴线沿转子7的旋转方向从径向向外倾斜设置。轴承功耗的影响的原因除了由于润滑油粘度较大，在轴承壳体3内部润滑油分布并不均匀，导致油温升高外，还在于传统在壳体3侧开径向出口或切向出口的设计，不利于润滑油从壳体3排出，流场内部不顺畅的流动现象进一步导致油温升高。通过开设与润滑油流动速度方向匹配的回油口1，以减小润滑油在回油口1的局部滞留所导致的局部温升。
34.作为另一具体的实施方式，所述回油口1的延伸轴线与壳体3内润滑油速度方向平行。流体在流动方向进行变化时，将发生变形，产生阻碍流体运动的局部阻力。通过与壳体3内润滑油速度方向匹配的润滑油回油口1，能够减小局部阻力，使润滑油回油更加顺畅。
35.作为另一具体的实施方式，所述壳体3上开设有进油口6。通过进油口6能够使得润滑油进入到转子7与轴承的间隙内，进而降低高速旋转的转子7与相对静止的轴承之间的摩擦损失，同时起到密封以及冷却转子7表面温升的作用，降低汽轮机的轴承功率损失、保护转子7以及系统的安全性。
36.作为另一具体的实施方式，所述回转孔为阶梯孔，所述阶梯孔包括大径部和小径部，所述环形空腔设于大径部的外侧。由于汽轮机的推力轴承主要承担转子7的轴向推力，确定转子7在汽缸的轴向位置，因此需要阶梯孔对轴向进行定位。具体的，阶梯孔与转子7上的轴肩进行匹配，所述进油口6设于与小径部相连。值得说明的是，本实施例只是作为推力轴承的示意，当轴承为其他轴承时，如支持轴承，也可以为其它结构，仅需要提供环形的空腔，没有具体的结构限制。
37.作为另一具体的实施方式，所述小径部的外端部还设有挡油部。由于壳体3与转子7之间存在供润滑油通过的间隙，特别是在小径部和转子7之间具有流动间隙，但该间隙会导致润滑油泄漏。因此，通过挡油部能够挡住润滑油，减小从流动间隙向外流出的量。参见图4和图5所示，大径部的端部与转子7之间存在环形间隙a，小径部的端部与转子7之间存在环形间隙b，润滑油从进油口6进入，大部分都从润滑油回油口1流出，少量润滑油会从环形间隙a和b中漏出。
38.作为另一具体的实施方式，所述若干导流叶片4沿径向的宽度小于环形空腔沿径向的宽度。具体的，所述导流叶片4的径向内、外侧与环形空腔的径向内、外侧均具有间隙。当导流叶片4将环形空腔的各流道完全分隔时，润滑油不能在各个流道内连通，会导致流动差，难以带走局部热量，造成温升。因此通过两端不封死的结构，有利于润滑油的流通，保证温度场分布更均匀。
39.作为另一具体的实施方式，一种轴承，包括轴瓦5和如上所述的壳体3，所述轴瓦5设于壳体3内。
40.本发明所提供的一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承，其工作原理如下：
41.转子7逆时针方向高速旋转带动润滑油流动润滑转子7，减小动静部件之间的摩擦，同时对转子7进行冷却，这样使润滑油自身温度升高。由于压差作用，有少量的润滑油会从轴承与转子7之间的间隙流出，大部分的润滑油则流入壳体3中，通过壳体3上的回油口1流出排至回油系统。由于壳体3空腔环形面积较大，润滑油粘度较高，润滑油在壳体3内的流动阻力非常大，而转子7高速旋转造成搅拌功耗增加。针对这个问题，在壳体3环形空腔沿周向安装一定数量的导流叶片4，导流叶片4安装方向与转子7旋转方向一致，一方面可以增加润滑油与壳体3的接触面积，增加润滑油与壳体3侧的换热量，降低润滑油油温，保证机组运行的安全性。另一方面，导流叶片4将壳体3空腔划分成多个流道，润滑油按照导流叶片4方向流动，流动状况较好，流动损失小。由于导流叶片4具有一定的安装角度，润滑油流过导流叶片4，速度方向会发生变化，更有利于润滑油进行能量交换，保证温度场分布更均匀，并在壳体3一侧开设与润滑油流动速度方向匹配的回油口1，以减小润滑油在回油口1的局部滞留所导致的局部温升，提升轴承结构的安全性和经济性。
42.图1、图2为本发明的物理模型示意图，其中箭头指向为转子7旋转方向。从图中可以看出，壳体3上开设一个润滑油进油口6，润滑油由进油口6进入，在轴承的环形间隙内形成一定压力的油膜，油膜流过相邻两轴瓦5之间的间隙至壳体3中，壳体3内布置一定数量的导流叶片4，壳体3外侧上开设一个与壳体3内润滑油速度方向匹配的润滑油回油口1，并以曲线示意润滑油在轴承壳体3内的流动轨迹。
43.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
44.本发明所公开的一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承，应用于汽轮机轴承，能够改善环形空腔中润滑油的流动特性，即能够使轴承壳体3中润滑油流动稳定，温度场分布更均匀，又能改变润滑油在壳体3内的速度方向，改善壳体3内部润滑油流场分布，更利于润滑油及时从壳体3侧的回油口1排出，从而降低因局部温升过高所造成的烧瓦风险，减小轴承的摩擦损耗，提高汽轮机组运行的安全性和经济性。
45.以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：包括壳体(3)，所述壳体(3)内设有回转孔，所述回转孔的外侧设有环形空腔，所述环形空腔内沿周向布置若干导流叶片(4)，所述导流叶片(4)将环形空腔内划分出多个导流的流道。2.如权利要求1所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述导流叶片(4)沿转子(7)的旋转方向从径向向外倾斜设置。3.如权利要求1所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述环形空腔的外侧上开设有回油口(1)。4.如权利要求3所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述回油口(1)的轴线沿转子(7)的旋转方向从径向向外倾斜设置。5.如权利要求4所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述回油口(1)的延伸轴线与壳体(3)内润滑油速度方向平行。6.如权利要求1所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述壳体(3)上开设有进油口(6)。7.如权利要求1所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述回转孔为阶梯孔，所述阶梯孔包括大径部和小径部，所述环形空腔设于大径部的外侧。8.如权利要求7所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述小径部的外端部还设有挡油部。9.如权利要求1所述的适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构，其特征在于：所述若干导流叶片(4)沿径向的宽度小于环形空腔沿径向的宽度。10.一种轴承，其特征在于：包括轴瓦(5)和如权利要求1-9任一所述的壳体(3)，所述轴瓦(5)设于壳体(3)内。

技术总结
本发明公开了一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构及轴承。一种适用于汽轮机轴承内润滑油的导流结构包括壳体，所述壳体内设有回转孔，所述回转孔的外侧设有环形空腔，所述环形空腔内沿周向布置若干导流叶片，所述导流叶片将环形空腔内划分出多个导流的流道。一种轴承，包括轴瓦和如上所述的壳体，所述轴瓦设于壳体内。结构简单，易于安装加工，具有较好的实用性，能够保障推力轴承壳体内的润滑油具有较好的润滑性和流动特性，并且对转子及时进行冷却，进而进一步保证机组安全性。进而进一步保证机组安全性。进而进一步保证机组安全性。


技术研发人员：平艳 杨长柱 陈洪粉 钟主海 尹明艳 白昆仑 陶志坚 刘秋霞
受保护的技术使用者：东方电气集团东方汽轮机有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/5