一种蒸汽透平机.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104018891 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 1 8 8 9 1 A (21)申请号 201410222451.X (22)申请日 2014.05.23 F01D 15/12(2006.01) F01D 25/16(2006.01) F01D 17/10(2006.01) (71)申请人武汉船用机械有限责任公司 地址 430084 湖北省武汉市青山区武东街九 号 (72)发明人万晓红 杜方鑫 肖志远 (74)专利代理机构北京三高永信知识产权代理 有限责任公司 11138 代理人徐立 (54) 发明名称 一种蒸汽透平机 (57。

2、) 摘要 本发明公开了一种蒸汽透平机，属于船用机 械领域。所述蒸汽透平机包括：油箱、齿轮箱、蒸 汽透平箱，油箱和蒸汽透平箱分别位于齿轮箱的 上下两侧；蒸汽透平箱的排汽缸内设有动叶轮； 齿轮箱包括箱体、高速齿轮轴和低速齿轮轴，高速 齿轮轴和低速齿轮轴可转动地安装在箱体内部， 高速齿轮轴上设有高速齿轮，低速齿轮轴上设有 低速齿轮，高速齿轮与低速齿轮相互啮合；箱体 的底部和顶部上分别设有第二通孔和第三通孔， 高速齿轮轴的一端安装在箱体的底部上，高速齿 轮轴的另一端依次穿过设于第三通孔和第一通 孔，并与动叶轮固定连接，低速齿轮轴的一端固定 在箱体的顶部上，低速齿轮轴的另一端依次穿过 设于底部上的第二通。

3、孔、以及油箱后与货油泵的 传动轴连接。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104018891 A CN 104018891 A 1/2页 2 1.一种蒸汽透平机，适用于驱动油船上的货油泵，所述蒸汽透平机包括：油箱、设置在 所述油箱上的齿轮箱、以及设置在所述齿轮箱上的蒸汽透平箱，所述蒸汽透平箱包括连通 的进汽缸和排汽缸，其特征在于，所述油箱和所述蒸汽透平箱分别位于所述齿轮箱的上下 两侧； 所述排汽缸上设有第一通孔，所述排汽缸内设有动叶轮；所述齿轮。

4、箱包括内部空心的 箱体、高速齿轮轴和低速齿轮轴，所述箱体包括与所述蒸汽透平箱连接的顶部和与所述油 箱连接的底部，所述高速齿轮轴和所述低速齿轮轴可转动地安装在所述箱体内部且平行设 置，所述高速齿轮轴上设有高速齿轮，所述低速齿轮轴上设有低速齿轮，所述高速齿轮与所 述低速齿轮位于所述箱体中且相互啮合； 所述箱体的底部和顶部上分别设有第二通孔和第三通孔，所述高速齿轮轴的一端安装 在所述箱体的底部上，所述高速齿轮轴的另一端依次穿过设于所述第三通孔和所述第一通 孔，并与所述动叶轮固定连接，所述低速齿轮轴的一端固定在所述箱体的顶部上，所述低速 齿轮轴的另一端依次穿过设于所述底部上的所述第二通孔、以及所述油箱。

5、后与所述货油泵 的传动轴连接。 2.根据权利要求1所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述进汽缸内安装有喷嘴叶栅，所 述排汽缸内安装有导向叶栅，所述动叶轮包括第一级叶栅和第二级叶栅，所述喷嘴叶栅处 于所述第一级叶栅的正上方，所述导向叶栅处于所述第一级叶栅和所述第二级叶栅之间。 3.根据权利要求1所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述箱体的底部和顶部上对应设 置有一对第一滑动轴承和一对第二滑动轴承，所述高速齿轮轴通过所述一对第一滑动轴承 可转动的安装在所述箱体内部，所述低速齿轮轴通过所述一对第二滑动轴承可转动的安装 在所述箱体内部。 4.根据权利要求1所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述排汽缸还包括汽封结构。

6、，所述 汽封结构设于所述第一通孔内，且位于所述高速齿轮轴和所述排汽缸之间。 5.根据权利要求14任一项所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述蒸汽透平机还包括 调速阀组，所述调速阀组包括传动机构、调速器、调速连杆机构和调节阀，所述调速器的输 入轴通过所述传动机构与所述低速齿轮轴连接，所述调速连杆机构分别与所述调速器的输 出轴和所述调节阀的阀芯连接，所述调节阀设于所述进汽缸上。 6.根据权利要求5所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述箱体的顶部开设有第四通孔， 所述低速齿轮轴伸出所述第四通孔且在所述低速齿轮轴伸出部分上设置小齿轮，所述箱体 的顶部向外开设有凹槽，所述传动机构设于所述凹槽内，所述传动机构包括。

7、小齿轮轴系，所 述小齿轮轴系包括相互啮合的中间齿轮和末端齿轮，所述中间齿轮与所述小齿轮啮合，所 述末端齿轮的传动轴与所述调速器连接。 7.根据权利要求6所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述传动机构还包括盖板，所述盖 板设置在所述凹槽上方，所述调速器设置在所述盖板上。 8.根据权利要求6所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述蒸汽透平机还包括用于为所 述蒸汽透平机的润滑系统提供压力油的齿轮泵，所述齿轮泵与所述中间齿轮的传动轴连 接。 9.根据权利要求14任一项所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述蒸汽透平机还包 括开关阀组，所述开关阀组包括：安装在所述低速齿轮轴上的危急遮断器、危急遮断滑阀、 权 利 要 求。

8、 书CN 104018891 A 2/2页 3 速关油缸和与所述速关油缸配合的速关阀，所述危急遮断器与所述危急遮断滑阀的阀芯接 触，所述危急遮断滑阀设置在所述速关油缸的回油油路上，所述速关阀的进口用于连接至 船舱内的锅炉蒸汽管道。 10.根据权利要求14任一项所述的蒸汽透平机，其特征在于，所述油箱和所述齿轮 箱上对应设置有相互连通的油孔，且所述油孔对应所述高速齿轮轴设置。 权 利 要 求 书CN 104018891 A 1/5页 4 一种蒸汽透平机 技术领域 0001 本发明涉及船用机械领域，特别涉及一种蒸汽透平机。 背景技术 0002 蒸汽透平机是用于将蒸汽中的热能与压力能转化为机械能从而驱。

9、动交流发电机、 泵或其他任何回转机械的设备。在工业领域具有广泛应用，例如在大型油船上，蒸汽透平机 可以应用在货油系统中。 0003 具体地，蒸汽透平机安置在机舱内，货油泵位于泵舱内，而由于目前传统的工业蒸 汽透平机，特别是大功率工业透平机中的蒸汽透平箱、齿轮箱等属于卧式结构，也就是说蒸 汽透平机中齿轮箱的输出轴呈横向布置，而货油泵的传动轴呈垂直布置，需要在两者之间 增加一套伞形齿换向器装置，蒸汽透平机齿轮箱的输出轴才能驱动货油泵的传动轴。 0004 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题： 0005 卧式结构蒸汽透平机，体积庞大、占地面积广；蒸汽透平机和货油泵之间需要布置 伞。

10、形齿换向器装置，进一步增加了整台蒸汽透平机的体积和成本，同时由于油船内空间有 限，很难使用这种结构的蒸汽透平机。 发明内容 0006 为了解决现有技术中卧式蒸汽透平机难以在油船内使用的问题，本发明实施例提 供了一种蒸汽透平机。所述技术方案如下： 0007 本发明实施例提供了一种蒸汽透平机，适用于驱动油船上的货油泵，所述蒸汽透 平机包括：油箱、设置在所述油箱上的齿轮箱、以及设置在所述齿轮箱上的蒸汽透平箱，所 述蒸汽透平箱包括连通的进汽缸和排汽缸，所述油箱和所述蒸汽透平箱分别位于所述齿轮 箱的上下两侧； 0008 所述排汽缸上设有第一通孔，所述排汽缸内设有动叶轮；所述齿轮箱包括内部空 心的箱体、高。

11、速齿轮轴和低速齿轮轴，所述箱体包括与所述蒸汽透平箱连接的顶部和与所 述油箱连接的底部，所述高速齿轮轴和所述低速齿轮轴可转动地安装在所述箱体内部且平 行设置，所述高速齿轮轴上设有高速齿轮，所述低速齿轮轴上设有低速齿轮，所述高速齿轮 与所述低速齿轮位于所述箱体中且相互啮合； 0009 所述箱体的底部和顶部上分别设有第二通孔和第三通孔，所述高速齿轮轴的一端 安装在所述箱体的底部上，所述高速齿轮轴的另一端依次穿过设于所述第三通孔和所述第 一通孔，并与所述动叶轮固定连接，所述低速齿轮轴的一端固定在所述箱体的顶部上，所述 低速齿轮轴的另一端依次穿过设于所述底部上的所述第二通孔、以及所述油箱后与所述货 油泵。

12、的传动轴连接。 0010 在本发明实施例的一种实现方式中，所述进汽缸内安装有喷嘴叶栅，所述排汽缸 内安装有导向叶栅，所述动叶轮包括第一级叶栅和第二级叶栅，所述喷嘴叶栅处于所述第 一级叶栅的正上方，所述导向叶栅处于所述第一级叶栅和所述第二级叶栅之间。 说 明 书CN 104018891 A 2/5页 5 0011 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述箱体的底部和顶部上对应设置有一对 第一滑动轴承和一对第二滑动轴承，所述高速齿轮轴通过所述一对第一滑动轴承可转动的 安装在所述箱体内部，所述低速齿轮轴通过所述一对第二滑动轴承可转动的安装在所述箱 体内部。 0012 在本发明实施例的另一种实现方式中，。

13、所述排汽缸还包括汽封结构，所述汽封结 构设于所述第一通孔内，且位于所述高速齿轮轴和所述排汽缸之间。 0013 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述蒸汽透平机还包括调速阀组，所述调 速阀组包括传动机构、调速器、调速连杆机构和调节阀，所述调速器的输入轴通过所述传动 机构与所述低速齿轮轴连接，所述调速连杆机构分别与所述调速器的输出轴和所述调节阀 的阀芯连接，所述调节阀设于所述进汽缸上。 0014 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述箱体的顶部开设有第四通孔，所述低 速齿轮轴伸出所述第四通孔且在所述低速齿轮轴伸出部分上设置小齿轮，所述箱体的顶部 向外开设有凹槽，所述传动机构设于所述凹槽内，所述传动。

14、机构包括小齿轮轴系，所述小齿 轮轴系包括相互啮合的中间齿轮和末端齿轮，所述中间齿轮与所述小齿轮啮合，所述末端 齿轮的传动轴与所述调速器连接。 0015 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述传动机构还包括盖板，所述盖板设置 在所述凹槽上方，所述调速器设置在所述盖板上。 0016 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述蒸汽透平机还包括用于为所述蒸汽透 平机的润滑系统提供压力油的齿轮泵，所述齿轮泵与所述中间齿轮的传动轴连接。 0017 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述蒸汽透平机还包括开关阀组，所述开 关阀组包括：安装在所述低速齿轮轴上的危急遮断器、危急遮断滑阀、速关油缸和与所述速 关油缸配合。

15、的速关阀，所述危急遮断器与所述危急遮断滑阀的阀芯接触，所述危急遮断滑 阀设置在所述速关油缸的回油油路上，所述速关阀的进口用于连接至船舱内的锅炉蒸汽管 道。 0018 在本发明实施例的另一种实现方式中，所述油箱和所述齿轮箱上对应设置有相互 连通的油孔，且所述油孔对应所述高速齿轮轴设置。 0019 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是： 0020 通过将齿轮箱设置在油箱上，将蒸汽透平箱设置在齿轮箱上，动叶轮设置在排汽 缸内，且固定在高速齿轮轴的一端，高速齿轮轴上的高速齿轮与低速齿轮轴上的低速齿轮 啮合，从而使得动叶轮可以带动低速齿轮轴转动，低速齿轮轴下端与货油泵的传动轴连接， 从而完成传动，。

16、齿轮箱呈立式结构并固定在油箱上方，不单独占用船舱安装平台，节约船舱 内宝贵空间，齿轮箱的输出轴呈立式布置，并穿过油箱内部直接驱动油箱下方货油泵的传 动轴，省去了伞形齿换向器装置，有利于透平机在船舱内进行布置；蒸汽透平箱内的动叶轮 直接安装在齿轮箱中的高速齿轮轴上，呈悬臂梁式的布置结构，该种结构省去了在蒸汽透 平箱内单独布置传动主轴与联轴器，同时也省去了蒸汽透平箱中主轴的上端汽封结构、滑 动轴承等部件，减少了透平的成本，充分优化了整个蒸汽透平箱的结构，节约了船舱空间。 附图说明 0021 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 说 明 书CN 104018891 。

17、A 3/5页 6 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。 0022 图1是本发明实施例提供的蒸汽透平机的主视结构示意图； 0023 图2是本发明实施例提供的蒸汽透平机的局部结构示意图； 0024 图3是本发明实施例提供的蒸汽透平机的侧视结构示意图； 0025 图4是本发明实施例提供的蒸汽透平机的俯视结构示意图。 具体实施方式 0026 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。 0027 实施例 0028 本发明。

18、实施例提供了一种蒸汽透平机，适用于驱动油船上的货油泵，参见图1-图 4，蒸汽透平机包括：油箱1、设置在油箱1上的齿轮箱2、以及设置在齿轮箱2上的蒸汽透平 箱3，油箱1和蒸汽透平箱3分别位于齿轮箱2的上下两侧，这里上下两侧是按照图1所示 方向设置的。 0029 蒸汽透平箱3包括连通的进汽缸31和排汽缸32，排汽缸32上设有第一通孔32c， 排汽缸32内设有动叶轮33。 0030 齿轮箱2包括内部空心的箱体21、高速齿轮轴22和低速齿轮轴23，箱体21包括 与蒸汽透平箱3连接的顶部和与油箱1连接的底部，高速齿轮轴22和低速齿轮轴23可转 动地安装在箱体21内部且平行设置，高速齿轮轴22上设有高速齿。

19、轮22a，低速齿轮轴23上 设有低速齿轮23a，高速齿轮22a与低速齿轮23a位于箱体21中且相互啮合。 0031 箱体21的底部和顶部上分别设有第二通孔21a和第三通孔21b，高速齿轮轴22的 一端安装在箱体21的底部上，高速齿轮轴22的另一端依次穿过第三通孔21b和第一通孔 32c，并与动叶轮33固定连接，低速齿轮轴23的一端固定在箱体21顶部上，低速齿轮轴23 的另一端依次穿过设于底部上的第二通孔21a、油箱1后与货油泵的传动轴10连接。 0032 具体地，上述箱体21的顶部和底部上对应设有一对第一滑动轴承24和一对第二 滑动轴承25，高速齿轮轴22通过一对第一滑动轴承24可转动的安装在。

20、箱体21内部，低速 齿轮轴23通过一对第二滑动轴承25可转动的安装在箱体21内部。 0033 在实施例中，如图1所示，油箱1包括底板、顶板、以及连接底板和顶板的侧板，油 箱1的底板和顶板中部均开设有通孔1a。低速齿轮轴23和传动轴10分别穿过油箱1的顶 板和底板上的通孔1a后连接。 0034 在实际应用中，油箱1安装在船舱内货油泵上方的平台上；齿轮箱2呈立式结构固 定在油箱1上方，不单独占用船舱安装平台，节约船舱内宝贵空间，齿轮箱2的输出轴呈立 式布置，并穿过油箱1中部的通孔1a直接驱动油箱1下方货油泵的传动轴10，省去了伞形 齿换向器装置；蒸汽透平箱3固定在齿轮箱2上方，蒸汽透平箱3内的动叶。

21、轮33直接安装 在齿轮箱2中的高速齿轮轴22上，呈悬臂梁式的布置结构，该种结构省去了在蒸汽透平箱 2内单独布置传动主轴与联轴器，同时也省去了蒸汽透平箱2中主轴的上端汽封结构、滑动 轴承等部件，充分优化了整个蒸汽透平箱的结构体积，节约了船舱空间。 说 明 书CN 104018891 A 4/5页 7 0035 参见图2，在本实施例中，进汽缸31内安装有喷嘴叶栅31a，排汽缸32包括导向 叶栅32a，排汽缸32内安装有导向叶栅32a，动叶轮33包括第一级叶栅33a和第二级叶栅 33b，喷嘴叶栅31a处于第一级叶栅33a的正上方，导向叶栅32a处于第一级叶栅33a和第 二级叶栅33b之间。齿轮箱2中。

22、的高速齿轮轴22向上延伸至排汽缸32中，动叶轮33部直 接固定在高速齿轮轴22的末端，锅炉蒸汽经过进汽缸31进入喷嘴叶栅31a中膨加速，之后 进入动叶轮33的叶栅中并驱动动叶轮33旋转，动叶轮33进一步驱动齿轮箱2的高速齿轮 轴22。 0036 其中，喷嘴叶栅31a安装在进气缸31与排汽缸32交界的位置，如进汽缸31的法 兰面上。导向叶栅32a则可以安装在排汽缸32的内圆柱面台阶上。 0037 进一步地，排汽缸32还包括汽封结构32b，汽封结构32b设于第一通孔32c内，且 位于高速齿轮轴22和排汽缸32之间。汽封结构32b主要用于对高速齿轮轴22和排汽缸 32进行密封，防止外界空气通过间隙进。

23、入到排汽缸32内。 0038 在本实施例中，蒸汽透平机还包括联轴器10a，低速齿轮轴23的另一端通过联轴 器10a与货油泵的传动轴10连接。 0039 进一步地，蒸汽透平机还包括调速阀组4，调速阀组包括传动机构41、调速器42、 调速连杆机构43和调节阀44，调速器42的输入轴通过传动机构41与低速齿轮轴23连接， 调速连杆机构43分别与调速器42的输出轴和调节阀44的阀芯连接，调节阀44设于进汽 缸31上，用于控制进气缸31汽流的大小。 0040 调速阀组4设置在蒸汽透平箱3中进汽缸31上，调节阀44对蒸汽进行压力与流 量的调节。调速器42的输出轴直接驱动调速阀组4中的调速连杆机构43，对调。

24、节阀44的 阀芯进行拉伸，完成蒸汽透平机进口蒸汽压力与流量的调节。整个调速阀组4在空间上位 于齿轮箱2上方空间内，结构非常紧凑，有利于整台蒸汽透平机在船舱内的布置。 0041 其中，调速器42属于机械液压式的结构，其工作原理大概如下：调速器42输入轴 的转速变化时，其内部的飞锤离心力与弹簧力产生不平衡，为了达到再平衡状态，驱动机构 进行动作，调整弹簧力，并同时驱动调速器42的输出轴旋转一定的角度，即调速器42的输 入轴转速不同，其输出轴会转动至不同的相位角位置。 0042 在本实施例中，箱体21的顶部在对应第二滑动轴承25处开设有第四通孔21c，低 速齿轮轴23伸出第四通孔21c且在低速齿轮轴。

25、23伸出部分上设置小齿轮23b，箱体21的 顶部向外开设有凹槽，传动机构41设于凹槽内，传动机构41包括小齿轮轴系，小齿轮轴系 包括相互啮合的中间齿轮41a和末端齿轮41b，中间齿轮41a与小齿轮23b啮合，末端齿轮 41b的传动轴与调速器42连接。 0043 进一步地，传动机构41还包括盖板41c，盖板41c设置在凹槽上方，调速器42设置 在盖板41c上。另外，前述中间齿轮41a和末端齿轮41b通过传动轴和轴承对安装在箱体 21和盖板41c间。 0044 进一步地，蒸汽透平机还包括用于为蒸汽透平机的润滑系统提供压力油的齿轮泵 5，齿轮泵5与中间齿轮41a的传动轴连接。齿轮泵5设置在盖板41c。

26、上。 0045 进一步地，蒸汽透平机还包括开关阀组6，开关阀组6包括：安装在低速齿轮轴23 上的危急遮断器61、危急遮断滑阀62、速关油缸63和与速关油缸63配合的速关阀64，危急 遮断器61与危急遮断滑阀62的阀芯接触，危急遮断滑阀62设置在速关油缸63的回油油 说 明 书CN 104018891 A 5/5页 8 路上，速关阀64的进口用于连接至船舱内的锅炉蒸汽管道。 0046 其中，速关油缸63、速关阀64主要对蒸汽进行开关调节，具体地，当低速齿轮轴23 转速超过额定转速的115时，危急遮断器61进行偏心脱扣动作，推动危急遮断滑阀62的 阀芯，危急遮断滑阀62打开速关油缸63的回油路，速。

27、关油缸63在弹簧力作用下复位，关闭 速关阀64，对蒸汽进行开关操作。 0047 在本实施例中，油箱1的底部固定在船舱平台上，作为整台蒸汽透平机的支承基 座，同时储存整台透平机的润滑油。油箱1和齿轮箱2上对应设置有相互连通的油孔，且油 孔对应高速齿轮轴22设置，齿轮箱2中的润滑油可以沿着齿轮箱2体下方的油孔流入油箱 1中。该种结构可以使齿轮箱2中的润滑油直接漏进油箱1中，省去了回油管路，结构较为 紧凑。另外，油箱1内还可以设置隔板，隔板设于通孔1a周围，隔板连接油箱1的顶板和底 板，用于将储油箱与低速齿轮轴隔离开。 0048 本发明实施例提供的蒸汽透平机通过将齿轮箱设置在油箱上，将蒸汽透平箱设置。

28、 在齿轮箱上，动叶轮设置在排汽缸内，且固定在高速齿轮轴的一端，高速齿轮轴上的高速齿 轮与低速齿轮轴上的低速齿轮啮合，从而使得动叶轮可以带动低速齿轮轴转动，低速齿轮 轴下端与货油泵的传动轴连接，从而完成传动，齿轮箱呈立式结构并固定在油箱上方，不单 独占用船舱安装平台，节约船舱内宝贵空间，齿轮箱的输出轴呈立式布置，并穿过油箱内部 直接驱动油箱下方货油泵的传动轴，省去了伞形齿换向器装置，有利于透平机在船舱内进 行布置；蒸汽透平箱内的动叶轮直接安装在齿轮箱中的高速齿轮轴上，呈悬臂梁式的布置 结构，该种结构省去了在蒸汽透平箱内单独布置传动主轴与联轴器，同时也省去了蒸汽透 平箱中主轴的上端汽封结构、滑动轴承等部件，减少了透平的成本，充分优化了整个蒸汽透 平箱的结构，节约了船舱空间。 0049 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 104018891 A 1/4页 9 图1 说 明 书 附 图CN 104018891 A 2/4页 10 图2 说 明 书 附 图CN 104018891 A 10 3/4页 11 图3 说 明 书 附 图CN 104018891 A 11 4/4页 12 图4 说 明 书 附 图CN 104018891 A 12 。