[发明专利]透平机械及其机械式轴向位移保护系统

说明书

本发明公开了一种透平机械及其轴向位移保护系统，该系统包括机械式轴向位移保护装置、速关油路及透平机械控制装置；机械式轴向位移保护装置，与转子相对且同轴地固定于透平机械转子的轴承座上，所述轴承座上设置有通孔，该通孔与润滑油路连通；包括与油源连通的第一油孔及可根据位置变化情况与轴承座连通的泄油通道；速关油路，包括第一阀门及与其连接的第一阀门控制部件；所述第一阀门设置于流体源和透平机械的流体输送通道上；该系统可在转子轴向位移超过阈值时，触发关闭透平机械的流体源，从而触发透平机械停机，避免轴向位移对透平机械的损害。

技术领域

本发明涉及一种机械式轴向位移保护系统，该系统可应用于汽轮机、压缩机和鼓风机等高速旋转的透平机械中，属于机组安全保护系统的一部分。

背景技术

在透平机械运行过程中，由于转子和流体的相互作用，会产生轴向的作用力(以下简称：“轴向力”)，这一轴向作用力会增大推力轴承的负荷，还有可能会使转子向流体作用力的反方向窜动，导致出现轴向位移，造成设备轴承、密封零件等的寿命减损甚至直接损坏，还会对动静间隙相对较小的叶轮和隔板造成极大的破坏。现有技术中为解决这一问题一般采用如下两种解决方案：

一种是提供相应的平衡推力来抵消轴向力，从而避免轴向位移的发生；具体的说，是采用一个压差式推力平衡装置来抵消大部分的推力，保持一定量的残余轴向力，减小推力轴承的负荷，从而减少轴向位移的产生；如公开号为CN1749573A的中国专利申请文件公开了一种用于旋转透平机械的压差式推力平衡装置，该装置通过调节流过流体通道的流量，来调节平衡盘前后的压差，从而根据轴向力调节平衡推力，该方案可以在一定程度上降低轴向位移发生的可能性，但由于其在应用过程中，存在明显的滞后效应，平衡推力不能根据当时的轴向力立即做出反应，因而其灵敏度低，不能完全杜绝轴向位移的发生。

另一种是当轴向位移发生时，对设备进行停机处理，以避免设备在继续运行过程中，轴向位移对设备造成损伤；其具体的工作原理是：在汽轮机在运行过程中，当轴向位移或窜动过大时，轴向位移保护装置通过泄放速关油(E)触发第一阀门和调节汽阀快速关闭而迫使机组紧急停机。目前透平机械中通常只有电子式轴向位移报警装置，而在工业领域电子式报警跳闸装置存在一定的风险，而一旦发生轴向位移过大，不但会烧毁推力轴承，而且对动静间隙相对较小的叶轮和隔板造成极大的破坏。

综上，现有的技术方案可以在一定程度上降低轴向位移出现的可能性，但当轴向位移出现后，其停机保护系统还存在一定的技术缺陷，不能从根本上避免轴向位移对设备造成损害。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一目的在于：提供一种机械式轴向位移保护系统，当转子出现轴向位移或转子的轴向位移超出阈值时，该系统可触发透平机械停机，从而避免轴向位移对透平机械的损害。

本发明的第二目的在于：提供一种应用上述机械式轴向位移保护系统的透平机械。

基于上述目的，本发明的一个方面，提供一种机械式轴向位移保护系统，该系统包括机械式轴向位移保护装置及速关油路；

所述机械式轴向位移保护装置，与转子相对且同轴地固定于透平机械的转子的轴承座上，所述轴承座上设置有通孔，该通孔与润滑油路连通；该机械式轴向位移保护装置包括与速关油路连通的第一油孔及可根据位置变化情况与轴承座的通孔连通的泄油通道：当转子的轴向位移低于阈值时，泄油通道与轴承座不连通，机械式轴向位移保护装置及速关油路内的油压保持不变；当转子的轴向位移超过阈值时，泄油通道与轴承座的通孔连通，机械式轴向位移保护装置内的油经由所述泄油通道及轴承座的通孔泄放至润滑油路中，从而其内部油压迅速降低；

所述速关油路，包括第一阀门和第一阀门控制油缸，其中，所述第一阀门控制油缸的控制端与所述机械式轴向位移保护装置的第一油孔连通，动作端与所述第一阀门连接，所述第一阀门设置于连接流体源与透平机械的流体输送通道上；当所述机械式轴向位移保护装置内油压降低时，该速关油路控制关闭第一阀门，从而关闭流体源的流体输送通道。