ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК ДЛЯ СТАЦИОНАРНОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2016 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к гидравлическому подшипнику для стационарной газовой турбины, содержащему масляную ванну и сток для гидравлического масла.

Такой гидравлический подшипник для газовой турбины известен, например, из WO 02/02913 А1. Этот гидравлический подшипник должен обеспечивать в небольшом конструктивном пространстве надежный сток гидравлического масла. Для этого с помощью плавающего уплотнения создается разница давления между двумя потоками смазывающей текучей среды, которая обеспечивает возможность стока смазочного масла с повышенной скоростью в сточные трубы.

Для достижения непрерывного стока смазывающей текучей среды из ЕР 2163733 А3 известно направление смазочной текучей среды по касательной в сточную трубу. Однако для этой конструкции требуется сравнительно массивная масляная ванна, что рассматривается в качестве недостатка.

Задачей изобретения является создание альтернативного гидравлического подшипника для стационарной газовой турбины, который также при компактной конструкции и независимо от рабочего состояния газовой турбины и внутренних давлений подшипника всегда обеспечивает возможность надежного стока гидравлического масла масляной системы для приподнимания и смазки.

Положенная в основу изобретения задача решена с помощью гидравлического подшипника с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения гидравлического подшипника указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению предусмотрено, что указанный в начале гидравлический подшипник снабжен средствами, которые в стекающем гидравлическом масле вызывают в сточном трубопроводе кольцевой поток с центральным воздушным столбом. Другими словами, средства приводят к тому, что гидравлическое масло протекает с завихрением вдоль стенки сточного трубопровода, так что внутри сточного трубопровода может образовываться центральный воздушный столб, который предотвращает прерывистый сток и образование возвращающихся капель масла в сточном трубопроводе. За счет этого может происходить обмен воздухом между масляной ванной и последующим дренажем гидравлического подшипника, что надежно обеспечивает независимый от рабочего давления, соответственно, внутреннего давления подшипника газовой турбины и непрерывный сток гидравлического масла с повышенной скоростью. При этом обычно сточный трубопровод по меньшей мере на стороне масляной ванны выполнен в виде почти перпендикулярного горизонтальной плоскости стояка, так что воздействующая на рабочую жидкость сила тяжести вызывает сток. Увеличение поперечного сечения сточного трубопровода на основании изобретения не требуется.

Согласно первой предпочтительной модификации гидравлического подшипника средство содержит расположенные вокруг сточного отверстия направляющие элементы, которые расположены наклонно относительно радиального направления сточного отверстия. Направляющие элементы препятствуют, соответственно, в лучшем случае препятствуют направленному перпендикулярно сточному отверстию протеканию гидравлического масла. Они вынуждают вхождение по касательной потока гидравлического масла в сточное отверстие и приводят к входу с завихрением потока гидравлического масла по типу водоворота. Таким образом, направляющие элементы образуют завихритель, который придает стекающему гидравлическому маслу заданную тангенциальную составляющую скорости. За счет связанной с этим центробежной силы стекающее гидравлическое масло предпочтительно проходит по стенке сточного трубопровода, так что в его центре может образовываться воздушный столб для выравнивания давления. Таким образом, воздушный столб предотвращает возникновение прерывистого стока гидравлического масла. То же достигается, когда средство содержит альтернативно смещенные блокировки.

Согласно другой предпочтительной модификации направляющие элементы закреплены на нижней стороне шайбообразной пластины. За счет этого направляющие элементы всегда идентичным образом ориентированы относительно друг друга и защищены от относительных сдвигов. Тем самым обеспечивается надежная длительная работа. В этом случае направляющие элементы и пластина являются частями вставки, которая может быть установлена со стороны ванны в существующий гидравлический подшипник. Это облегчает дооборудование существующих гидравлических подшипников.

Особенно предпочтительным является вариант выполнения, в котором средство содержит проходящую внутрь сточного трубопровода коаксиальную сточному трубопроводу трубу. Эта труба образует полую ступицу, которая всегда создает соединение между воздухом в возвратном трубопроводе гидравлического масла и воздухом в масляной ванне. Это также предотвращает образование возвращающихся капель масла и тем самым связанный с этим прерывистый сток в, соответственно, через сточный трубопровод.

Особенно предпочтительным является вариант выполнения, в котором шайбообразная пластина имеет центральное отверстие, от которого труба проходит в сточное отверстие. Образованную так вставку можно также просто устанавливать в качестве дооборудования в существующие гидравлические подшипники.

Когда круглое сточное отверстие расположено в плоском дне масляной ванны и сточный трубопровод проходит от него сначала вниз, то можно создавать компактный гидравлический подшипник с локальной коллекторной зоной.

Целесообразно, масляная ванна является частью корпуса подшипника, который служит для размещения и опоры ротора газовой турбины. Особенно предпочтительным является применение в стационарной газовой турбине, в которой сточный трубопровод проходит через опорную распорку.

Другие преимущества и признаки изобретения поясняются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг.1 - частичный продольный разрез газовой турбины;

Фиг.2 - часть продольного разреза гидравлического подшипника газовой турбины;

Фиг.3 - продольный разрез масляной ванны гидравлического подшипника с установленной в сточное отверстие вставкой;

Фиг.4 - разрез вставки по линии IV-IV на фиг.3; и

Фиг.5 - аналогичный фиг.4 разрез, но с измененным расположением направляющих элементов.

На фиг.1 в частичном продольном разрезе показана газовая турбина 10. Газовая турбина 10 имеет внутри установленный с возможностью вращения вокруг оси 12 вращения ротор 14, который называется также турбинным ротором. Вдоль ротора 14 следуют друг за другом корпус 16 всасывания, осевой турбокомпрессор 18, торообразная кольцевая камера 20 сгорания с несколькими расположенными с зеркальной симметрией относительно друг друга горелками 22, турбинный блок 24 и корпус 26 отходящих газов. Вместо кольцевой камеры 20 сгорания газовая турбина может быть также снабжена несколькими трубными камерами сгорания с одной или несколькими горелками.

Осевой турбокомпрессор 18 содержит кольцеобразно выполненный компрессорный канал 25 с каскадно следующими друг за другом компрессорными ступенями из венцов рабочих лопаток и направляющих лопаток. Расположенные на роторе 14 рабочие лопатки 27 лежат напротив стенки компрессорного канала 25. Компрессорный канал 25 входит через выходной диффузор 36 компрессора в форкамеру 38. В ней предусмотрена камера 20 сгорания со своим пространством 28 сгорания, которое соединено с кольцеобразным каналом 30 горячего газа турбинного блока 24. В турбинном блоке 24 расположены четыре включенные друг за другом турбинные ступени 32. С ротором 14 соединен генератор или рабочая машина (не изображены). Однако количество турбинных ступеней 32 не имеет значения для изобретения.

При работе газовой турбины 10 осевой турбокомпрессор 18 всасывает через корпус 16 всасывания в качестве подлежащей сжиманию среды окружающий воздух 34 и сжимает его. Сжатый воздух направляется через выходной диффузор 36 компрессора в форкамеру 38. Через горелку 22 в пространство 28 сгорания попадает также топливо. Там топливо с добавлением сжатого воздуха сгорает с образованием горячего газа М. Горячий газ М проходит затем в канал 30 горячего газа, где он расширяется с отдачей энергии на турбинных лопатках турбинного блока. Высвобождаемая при этом энергия передается на ротор 14 и используется, с одной стороны, для привода осевого турбокомпрессора 18 и, с другой стороны, для привода рабочей машины или электрического генератора.

Ротор 14 газовой турбины 10 на своем расположенном на стороне турбины конце опирается через несколько распределенных вдоль окружности опорных распорок 42 на корпус 26. Для этого согласно одному примеру выполнения в центре опорных распорок 42 установлен гидравлический подшипник 44. Гидравлический подшипник 44 выполнен в виде радиального подшипника с соответствующими вкладышами подшипника, в которых установлен гидродинамически с возможностью скольжения ротор 14 с помощью гидравлического масла. Вкладыши подшипника расположены внутри корпуса 46 подшипника (см. фиг.2), при этом корпус 46 подшипник в своей нижней, относительно горизонтальной плоскости 49 зоне образует масляную ванну 48. Другими словами, масляная ванна 48 является частью корпуса 46 подшипника.

В масляной ванне 48 для приподнимания ротора 14 и для гидродинамической опоры ротора 14 во время работы газовой турбины 10 между вкладышами подшипника и поверхностью качения ротора собирается вдавливаемое гидравлическое масло. При этом гидравлическое масло на основании воздействующей на него силы тяжести стекает в масляную ванну 48. В дне 47 масляной ванны 48 расположено круглое сточное отверстие 50, к которому примыкает вертикальный, т.е. ведущий к фундаменту, сточный трубопровод 52. В показанном примере выполнения сточный трубопровод 52 расположен с небольшим наклоном относительно радиального направления газовой турбины и проходит через расположенную в нижней половине газовой турбины 10 опорную распорку 42 (не изображена на фиг.2).

Для предотвращения образования возвращающихся капель масла в сточном трубопроводе 52 и обусловленного этим прерывистого стока масла предусмотрена вставка 55. Вставка 55 схематично показана лишь на фиг.2 и содержит шайбообразную пластину 56 с центральным отверстием 58 и отходящей от отверстия трубой 60. Труба 60 проходит вниз в сточное отверстие 52. Дополнительно к этому, вставка 55 содержит на нижней стороне пластины 56, т.е. на обращенной к сточному отверстию 50 стороне пластины 56, равномерно распределенные по окружности сточного отверстия опоры (см. фиг.4), которые стоят на дне 47 ванны. Вставка 55, а также ее составляющие части показаны в продольном разрезе лишь на фиг.2.

Выполнение масляной ванны 48 с расположенной на, соответственно, в сливном отверстии 50 вставкой 55 схематично показано на фиг.3. Используемое для смазки гидравлического подшипника 44 гидравлическое масло необходимо после его применения надежно отводить из гидравлического подшипника 44. Для обеспечения непрерывного стока гидравлического масла из масляной ванны 48 с повышенным расходом с помощью вставки 55 предусмотрены два обеспечивающих это средства. С одной стороны, опоры выполнены в качестве направляющих элементов 54. Они предотвращают прохождение стекающего гидравлического масла главным образом радиально к круглому сточному отверстию 50. Направляющие элементы 54 направляют стекающее гидравлическое масло по касательной (см. фиг.4, 5) в сточное отверстие 50, так что гидравлическое масло затем стекает в сточное отверстие 52 с завихрением. Это приводит к тому, что гидравлическое масло прилегает к стенке сточного отверстия 52. На основании этого в центре 62 сточного отверстия 52 может образовываться центральный воздушный столб, который соединяет масляную ванну 48 с примыкающим к сточному трубопроводу 52 дренажу. Образование центрального воздушного столба достигается, соответственно, поддерживается, с другой стороны, также за счет предусмотрения трубы 60. Это средство также предотвращает образование в центре сточного отверстия 50 полностью заполняющего сточный трубопровод 52 потока гидравлического масла, который может приводить к образованию возвращающихся капель масла с временно уменьшенным количеством стока.

Направляющие элементы 54 согласно показанному на фиг.5 варианту выполнения отличаются от направляющих элементов 54 согласно показанному на фиг.4 варианту выполнения лишь тем, что они расположены не наклонно, а параллельно, соответственно, перпендикулярно осям прямоугольной системы координат и одновременно ориентированы со смещением. С помощью таких средств также обеспечивается возможность получения кольцеобразного сточного потока с тангенциальной составляющей потока.

Направляющие элементы 54 имеют высоту Н, которая больше ожидаемого в масляной ванне 48 во время работы максимального уровня масла. За счет этого обеспечивается вход потока гидравлического масла не через центральное, расположенное в пластине 56 отверстие 58, а затем через трубу 60 в сточный трубопровод 52. Возможно также, что труба 60 выступает дальше вверх в пространство. С помощью такой проходящей через пластину 56 трубы особенно эффективно предотвращается сток гидравлического масла через трубу.

Одновременно направляющие элементы 54 могут быть выполнены также в качестве распорок, с помощью которых расположенная коаксиально сточному отверстию 52 труба 60 может быть закреплена над кольцеобразной пластиной 56.

В частности, за счет одновременного применения обоих средств для образования кольцевого потока из гидравлического масла с центральным воздушным столбом в сточном трубопроводе 52 гидравлического подшипника 44 особенно надежно достигается, что независимо от рабочего состояния газовой турбины 10 и независимо от разницы давления между внутренним пространством подшипника и дренажом масляной системы при вертикальном стоке масла всегда обеспечивается требуемый расход гидравлического масла.

В целом изобретение относится к гидравлическому подшипнику, содержащему масляную ванну 48, в которой предусмотрен сток гидравлического масла, при этом сток содержит расположенное в масляной ванне 48 сточное отверстие 50 и примыкающий к сточному отверстию 50 сточный трубопровод 52. Для обеспечения возможности надежного и вызываемого лишь силой тяжести стока гидравлического масла предусмотрены средства, которые приводят к стоку гидравлического масла в сточном трубопроводе 52 в виде кольцевого потока с центральным воздушным столбом.

Изобретение относится к гидравлическому подшипнику для стационарной газовой турбины, содержащему масляную ванну, в которой предусмотрен сток для гидравлического масла, при этом сток содержит расположенное в масляной ванне сточное отверстие и примыкающий к сточному отверстию сточный трубопровод, при этом предусмотрены средства, которые в стекающем гидравлическом масле вызывают в сточном трубопроводе кольцевой поток с центральным воздушным столбом. Технический результат изобретения - обеспечение надежного стока гидравлического масла масляной системы для приподнимания и смазки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гидравлический подшипник (44) для стационарной газовой турбины (10), содержащий масляную ванну (48), в которой предусмотрен сток для гидравлического масла, при этом сток содержит расположенное в масляной ванне (48) сточное отверстие (50) и примыкающий к сточному отверстию (50) сточный трубопровод (52), отличающийся тем, что предусмотрены средства, которые в стекающем гидравлическом масле вызывают в сточном трубопроводе (52) кольцевой поток с центральным воздушным столбом.

2. Гидравлический подшипник (44) по п. 1, в котором кольцевой поток имеет тангенциальную составляющую потока.

3. Гидравлический подшипник (44) по любому из пп. 1 или 2, в котором средство содержит расположенные вокруг сточного отверстия (50) направляющие элементы (54), которые расположены наклонно относительно радиального направления сточного отверстия (50).

4. Гидравлический подшипник (44) по п. 3, в котором направляющие элементы (54) расположены на нижней стороне шайбообразной пластины (56).

5. Гидравлический подшипник (44) по любому из пп. 1 или 2, в котором средство содержит альтернативно смещенные блокировки.

6. Гидравлический подшипник (44) по любому из пп. 1 или 2, в котором средство содержит проходящую внутрь сточного трубопровода (52), коаксиальную сточному трубопроводу (52) трубу (60).

7. Гидравлический подшипник (44) по п. 4, в котором средство содержит проходящую внутрь сточного трубопровода (52), коаксиальную сточному трубопроводу (52) трубу (60), причем шайбообразная пластина (56) имеет центральное отверстие (58), к которому примыкает труба (60).

8. Гидравлический подшипник (44) по п. 7, в котором труба (60) проходит через пластину (56).

9. Гидравлический подшипник (44) по любому из пп. 1 или 2, в котором масляная ванна (48) является частью корпуса подшипника, который служит для размещения и опоры ротора (14) газовой турбины (10).

10. Гидравлический подшипник (44) по любому из пп. 1 или 2, в котором сточное отверстие (50) выполнено круглым и расположено в дне (47) масляной ванны (48), при этом примыкающий к сточному отверстию (50) сточный трубопровод (52) проходит вниз.

11. Газовая турбина (10) с гидравлическим подшипником (44) по любому из пп. 1-10, в котором сток проходит через опорную распорку (42).