第五章 总体结构.ppt

第五章 船舶燃气轮机总体结构,第五章 船舶燃气轮机总体结构,本章重点： 燃气轮机总体结构要求及特点本章难点： 能通过燃气轮机总图分析出各组成部件及设计特点第五章 船舶燃气轮机总体结构,,5.1 转子的支承结构,船舶燃气轮机轴承应用及原因燃气发生器：滚动轴承（与滑动轴承相比，滚动轴承的摩擦系数很小，在高转速下工作具有可靠的工作特性，轴向尺寸短，尤其是冷却、润滑油量较小）动力涡轮：滚动轴承和滑动轴承（滑动轴承的承载能力强，工作寿命长，减振和抗冲击性能好）,,,5.1 转子的支承结构,轴承分类,按功能分类,径向支持轴承：滚动轴承中滚棒和滚针轴承；滑动轴承中径向轴承轴向止推轴承：滑动轴承中推力轴承径向止推轴承：滚珠轴承,,,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承,船舶燃气轮机滚动轴承组成 轴承内环、外环、滚动体（滚珠或滚棒）、保持架燃气轮机滚动轴承轴承座结构单排滚珠轴承的支承结构双排滚珠轴承的支承结构中介轴承的支承结构涡轮前支承结构具有弹性支座的滚动轴承的支承结构具有油膜减振的滚动轴承支承结构,,,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承,,,,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—单排滚珠轴承的支撑结构,,,这是船舶燃气轮机燃气发生器中支承的典型结构形式。

上图为409机组压气机后支承的结构,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—双排滚珠轴承的支承结构,,当转子上的轴向力超过一个轴承所能允许的负荷极限时，可采用多排轴承如图为双排滚珠轴承结构,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—双排滚珠轴承的支承结构,,,为了改善轴承冷却、润滑，以延长使用寿命，407改型后的中支点如图,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—中介轴承的支承结构,,,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—涡轮前支承结构,,,早期的燃气涡轮前支承在轴承和涡轮之间安装可通气冷却的衬套，如上图,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—涡轮前支承结构,,,近代采用热节流措施，保证涡轮前支点具有较好的工作条件如图高压涡轮转子热节流结构,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—具有弹性支座的滚动轴承的支承结构,,常用的弹性支座有鼠笼式和拉杆式两种：,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—具有弹性支座的滚动轴承的支承结构,,如上采用鼠笼式弹性支座结构,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—具有弹性支座的滚动轴承的支承结构,,,如图采用拉杆式弹性支座,5.1.1燃气轮机所用的滚动轴承及其支承—具有油膜减振的滚动轴承支承结构,,,在振动较大的部位，采用油膜减振轴承,5.1.2 燃气轮机所用的滑动轴承,滑动轴承工作机理 滑动轴承靠轴颈旋转和注入压力滑油，使滑油在轴颈工作表面与轴承工作表面之间形成压力油膜，来承受轴颈的作用力把轴承与轴颈隔开，并使之呈液体摩擦状态。

分类,滑动轴承,径向轴承：1.圆柱形轴承2.椭圆轴承3.多油楔轴承4.摆动瓦轴承5.浮动轴承,推力轴承,,,5.1.2燃气轮机所用的滑动轴承—圆柱形轴承,,转子的工作面为圆柱形孔，结构简单，承载力强但工作转速高于转子的2倍的一阶临界转速时，不能应用5.1.2燃气轮机所用的滑动轴承—椭圆轴承,,5.1.2燃气轮机所用的滑动轴承—多油楔轴承,,5.1.2燃气轮机所用的滑动轴承—摆动瓦轴承,,5.1.2燃气轮机所用的滑动轴承—浮动轴承,,5.1.2 燃气轮机所用的滑动轴承—推力轴承,,推力轴承也是靠压力油膜来承载的目前船舶燃气轮机上广泛采用的为连锁均压推力轴承，其结构原理如下5.2 转子的连接结构（联轴器）,联轴器功用 连接增压涡轮和压气机转子，动力涡轮转子和轴系，以传递扭矩、轴向力和径向力传递负荷取决于转子支方案承）分类按功用可分为：传扭矩联轴器、传扭矩同时传递轴向力的联轴器、传扭矩同时传递轴向力和径向力的联轴器按结构可分为：简单形式的齿槽联轴器、带球形接头的齿槽联轴器,,,5.2.1 简单齿槽联轴器,,,在三支点支承结构方案的燃气发生器中，当压气机转子和涡轮转子的同心度较高、外负荷较小、支持刚性也较小时，可以采用简单齿槽联轴器。

如图，扭矩由齿槽传递，轴向力由大螺钉8承受5.2.2 球形接头的齿槽联轴器,,407机组燃气发生器联轴器是典型的球形接头的齿槽联轴器，如上图,5.2.3 四点支承总体结构方案中的最简单联轴器,,,对于四点支承方案，联轴器仅起传扭作用，联轴器变成一个简单齿套5.2.4双转子燃气发生器的联轴器,,,双转子燃气发生器的联轴器的基本形式和单转子相似，双转子燃气发生器的低压轴很长时，有时采用中介轴中介轴的前端与低压压气机的后轴颈相联，后端则与低压涡轮轴相联，两端都有联轴器5.3 转子的支承方案,,转子的支承方案表示方法： 通常以前后排列的横线分别代表压气机和涡轮转子，用横线的前、中、后的数字表示相应位置间的支点数目如1-2-0方案表示压气机前有一个支点；压气机后及涡轮前有两个支点；而涡轮后没任何支点数字总和3，表示为三支点总体支承方案5.3.1 燃气发生器的单转子支轴方案,1.双支点支承方案 双支点支承方案只适用于压气机和涡轮转子作刚性连接的场合，有1-1-0、1-0-1两种方案可以简化结构，特别是可使滑油系统变得简单，如下图5.3.1 燃气发生器的单转子支承方案,3.三支点支承方案 单转子燃气发生器广泛采用的一种结构。

压气机转子和涡轮转子之间不再使用刚性连接，而用带球头得齿槽联轴器连接，1-2-0应用最多，1-1-1方案有少量采用5.3.1 燃气发生器的单转子支承方案,,3.四支点支承方案 若转子的轴向尺寸很长，使用三转子支点不足以保证转子的横向刚性，应当采用四支点结构1-2-1的涡轮后支点的工作条件很差，所以使用中的四支点方案最多为1-3-0.,5.3.2 燃气发生器的双转子支轴方案,,通常为分析方便，可分解成两个单独的转子看待，并利用单转子支承分析方法对双转子中的每个转子的支承进行结构分析如下为7支点支承方案高压转子可看作1-2-0，低压转子可看作1-2-1低压压气机和低压涡轮转子间采用中介轴承5.3.2 燃气发生器的双转子支承方案,,如下图，取消了中介轴承，采用加大轴径的方法来增强轴的刚性，减少转子支点数目高压转子1-1-0，低压转子1-1-1.,5.3.3 动力涡轮转子的支承方案,,动力涡轮皆为单转子结构当动力涡轮级数较少、转子质量较轻时，可采用前伸悬臂式结构支承单级和双级动力涡轮常采用这种方案，并由滚珠轴承承受轴向力和径向力5.3.3 动力涡轮转子的支承方案,,,有些长寿命的动力涡轮采用滑动轴承来支承转子。

5.4 静子承力系统,,燃气轮机静子上的各种负荷要通过静子机匣和一些专门设置的传力构件传递到燃气轮机安装节或机座上转子上的各种负荷也由支承并通过一些专门的承力构件传到静子机匣上，最后传至燃气轮机安装节或机座上承受和传递转子、静子上的各种负荷的这些机匣，以及专门构件构成了燃气轮机静子承力系统5.4.1 内外混合传力方案,,内外混合传力方案是让涡轮机匣上的负荷和涡轮轴上传来的负荷分别由燃烧室外壳和涡轮机匣共同来承受和传递至位于压气机的安装节上的传力方案5.4.2 外传力方案,,多级涡轮的燃气发生器，为了减少涡轮转子的悬臂弯矩，常将涡轮转子的支点放在涡轮后面，后支点上的负荷只能通过外壳传出5.4.3 内外平行传力方案,,对于带有环形燃烧室的燃气发生器，由于在高温的环形燃气区通过承力构件比较困难，涡轮支点的负荷可通过涡轮轴机匣传出，而燃烧室机匣（外壳）只传递涡轮静子的负荷，从而形成了内外平行承力、传力的方案5.4.4 双转子燃气发生器的承力、传力方案,,在双转子燃气发生器的静子承力系统中，涡轮前静子部件的承力和传力与单转子大体相同一般，除中介支点的负荷外，均通过专门的承力构件直接传至发动机外壳。

涡轮支点上负荷的传递路线，仍分为内外混合、内外平行和外传力几种方案。