本發(fā)明涉及船用機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種立式多級蒸汽透平機(jī)。

背景技術(shù)：

蒸汽透平機(jī)是用于將蒸汽中的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能從而驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)、泵或其他回轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)備。在船用機(jī)械領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，例如在大型油船上，蒸汽透平機(jī)就常常被應(yīng)用在貨油系統(tǒng)中。

蒸汽透平機(jī)通常設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)，貨油泵設(shè)置在泵艙中，通過將蒸汽透平機(jī)的轉(zhuǎn)軸與貨油泵連接來驅(qū)動貨油泵，由于貨油泵的傳動軸呈垂直布置，而傳統(tǒng)的蒸汽透平機(jī)都是臥式結(jié)構(gòu)，兩者之間的轉(zhuǎn)軸呈90°夾角，為了方便蒸汽透平機(jī)與貨油泵的連接，目前已經(jīng)設(shè)計出了立式蒸汽透平機(jī)，但是現(xiàn)有的立式蒸汽透平機(jī)采用的是單級葉輪的結(jié)構(gòu)，蒸汽通過推動單級葉輪轉(zhuǎn)動來將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，效率低，蒸汽的消耗量大，無法為貨油泵提供足夠的動力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的立式蒸汽透平機(jī)對蒸汽的利用率低的問題，本發(fā)明實施例提供了一種立式多級蒸汽透平機(jī)。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實施例提供了一種立式多級蒸汽透平機(jī)，所述透平機(jī)包括：油箱、齒輪變速箱和透平箱，所述透平箱和所述油箱分別設(shè)置在所述齒輪變速箱的上下兩側(cè)，所述齒輪變速箱包括齒輪變速箱箱體、以及設(shè)于所述齒輪變速箱箱體內(nèi)的輸入軸和輸出軸，所述輸入軸和所述輸出軸傳動連接，所述透平箱包括環(huán)形進(jìn)汽缸、透平箱箱體、環(huán)形排汽缸和透平軸，所述環(huán)形進(jìn)汽缸設(shè)置在所述透平箱箱體頂端，所述環(huán)形排汽缸設(shè)置在所述透平箱箱體的底端，所述環(huán)形進(jìn)汽缸、所述透平箱箱體、所述環(huán)形排汽缸順次連通，所述透平軸設(shè)置在所述透平箱箱體中，所述透平軸與所述輸入軸同軸連接，所述透平軸上套設(shè)有多個葉輪，所述葉輪位于所述透平箱箱體內(nèi)，所述多個葉輪上分別設(shè)置有動葉柵，所述透平箱箱體內(nèi)壁上設(shè)置有靜葉柵，沿所述透平軸軸向相鄰的兩所述動葉柵之間設(shè)置有一個所述靜葉柵，所述環(huán)形進(jìn)汽缸上設(shè)置有用于噴射蒸汽的噴嘴，所述噴嘴正對所述動葉柵設(shè)置，所述環(huán)形進(jìn)汽缸上設(shè)置有進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口與所述噴嘴連通。

優(yōu)選地，所述輸入軸為高速軸，所述輸出軸為低速軸，所述輸入軸上設(shè)置有傳動小齒輪，所述輸出軸上設(shè)置有傳動大齒輪，所述傳動小齒輪與所述傳動大齒輪嚙合。

進(jìn)一步地，所述輸入軸的兩端分別通過第一滑動軸承設(shè)置在所述齒輪變速箱箱體中，所述輸出軸的兩端分別通過第二滑動軸承設(shè)置在所述齒輪變速箱箱體中。

更進(jìn)一步地，所述透平機(jī)還包括調(diào)速機(jī)構(gòu)，所述調(diào)速機(jī)構(gòu)包括調(diào)速器、調(diào)速連桿和用于調(diào)節(jié)所述環(huán)形進(jìn)汽缸蒸汽流量的調(diào)速閥，所述調(diào)速器設(shè)置在所述齒輪變速箱箱體的上端，所述輸出軸上設(shè)置有飛環(huán)齒輪，所述調(diào)速器的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有第一調(diào)速齒輪，所述第一調(diào)速齒輪與所述飛環(huán)齒輪嚙合，所述調(diào)速器通過所述調(diào)速連桿與所述調(diào)速閥的閥芯連接，所述調(diào)速閥設(shè)置在所述環(huán)形進(jìn)汽缸上，且所述調(diào)速閥與所述環(huán)形進(jìn)汽缸的進(jìn)氣口連通。

優(yōu)選地，所述齒輪變速箱箱體上還設(shè)置有潤滑油泵，用于向所述齒輪變速箱注入潤滑油，所述潤滑油泵的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有油泵齒輪，所述調(diào)速器的輸入軸上還設(shè)置有第二調(diào)速齒輪，所述油泵齒輪與所述第二調(diào)速齒輪嚙合。

優(yōu)選地，所述環(huán)形排汽缸下端設(shè)置有環(huán)形支撐板，所述環(huán)形排汽缸通過所述環(huán)形支撐板支撐在所述齒輪變速箱箱體上，所述透平箱箱體、所述齒輪變速箱箱體和所述環(huán)形支撐板圍成空氣腔，所述環(huán)形支撐板上設(shè)置有泄放孔，所述空氣腔通過所述泄放孔與外界連通。

進(jìn)一步地，所述齒輪變速箱箱體上設(shè)置有多個潤滑油注入口，所述多個潤滑油注入口分別對應(yīng)所述第一滑動軸承、所述第二滑動軸承和所述傳動小齒輪與所述傳動大齒輪的嚙合處設(shè)置。

更進(jìn)一步地，所述齒輪變速箱箱體上對應(yīng)所述輸入軸的下端位置設(shè)置有第一潤滑油腔，所述第一潤滑油腔與所述油箱連通。

優(yōu)選地，所述齒輪變速箱箱體上對應(yīng)所述輸出軸的下端位置設(shè)置有第二潤滑油腔，所述輸出軸穿過所述第二潤滑油腔，所述第二潤滑油腔中繞所述輸出軸設(shè)置有環(huán)形凸臺，所述輸出軸與所述環(huán)形凸臺之間設(shè)置有軸封，所述第二潤滑油腔與所述油箱連通。

進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣口的軸線方向與所述透平軸平行。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過在透平軸上設(shè)置多個葉輪，由于每個葉輪上都設(shè)置有動葉柵，透平箱箱體的頂端設(shè)置有環(huán)形進(jìn)汽缸，環(huán)形進(jìn)汽缸的噴嘴正對動葉柵，使得由噴嘴噴出的蒸汽可以通過多個葉輪將動力傳遞給透平軸，驅(qū)動透平軸轉(zhuǎn)動，從而使得蒸汽透平機(jī)對蒸汽的利用率更高，可以產(chǎn)生更大的動力來驅(qū)動貨油泵。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種立式多級蒸汽透平機(jī)的主視圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種立式多級蒸汽透平機(jī)的側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種立式多級蒸汽透平機(jī)的俯視圖；

圖4是圖1中的A處放大圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種葉輪的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的一種噴嘴的結(jié)構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的一種靜葉柵的結(jié)構(gòu)圖；

圖8是圖1中的B處放大圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種立式多級蒸汽透平機(jī)的主視圖，圖2是本發(fā)明實施例提供的一種立式多級蒸汽透平機(jī)的側(cè)視圖，圖3是本發(fā)明實施例提供的一種立式多級蒸汽透平機(jī)的俯視圖，結(jié)合圖1、2和3，該透平機(jī)包括：油箱、齒輪變速箱和透平箱，透平箱和油箱分別設(shè)置在齒輪變速箱的上下兩側(cè)，齒輪變速箱包括齒輪變速箱箱體20、以及設(shè)于齒輪變速箱箱體20內(nèi)的輸入軸21和輸出軸22，輸入軸21和輸出軸22傳動連接，透平箱包括環(huán)形進(jìn)汽缸31、透平箱箱體32、環(huán)形排汽缸33和透平軸34，環(huán)形進(jìn)汽缸31設(shè)置在透平箱箱體32頂端，環(huán)形排汽缸33設(shè)置在透平箱箱體32的底端，環(huán)形進(jìn)汽缸31、透平箱箱體32、環(huán)形排汽缸33順次連通，透平軸34設(shè)置在透平箱箱體32中，透平軸34與輸入軸21同軸連接，透平軸34上套設(shè)有多個葉輪40，葉輪位于透平箱箱體32內(nèi)，圖4是圖1中的A處放大示意圖，如圖4所示，多個葉輪40上分別設(shè)置有動葉柵41，透平箱箱體32內(nèi)壁上設(shè)置有靜葉柵42，沿透平軸34軸向相鄰的兩動葉柵41之間設(shè)置有一個靜葉柵42，環(huán)形進(jìn)汽缸31上設(shè)置有用于噴射蒸汽的噴嘴31b，噴嘴31b正對動葉柵41設(shè)置，環(huán)形進(jìn)汽缸31上設(shè)置有進(jìn)氣口31a，進(jìn)氣口31a與噴嘴31b連通。

實際應(yīng)用時，該透平機(jī)可以用于驅(qū)動貨船上的貨油泵。

本發(fā)明實施例通過在透平軸上設(shè)置多個葉輪，由于每個葉輪上都設(shè)置有動葉柵，透平箱箱體的頂端設(shè)置有環(huán)形進(jìn)汽缸，環(huán)形進(jìn)汽缸的噴嘴正對動葉柵，使得由噴嘴噴出的蒸汽可以通過多個葉輪將動力傳遞給透平軸，驅(qū)動透平軸轉(zhuǎn)動，從而使得蒸汽透平機(jī)對蒸汽的利用率更高，可以產(chǎn)生更大的動力來驅(qū)動貨油泵。

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種葉輪的結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示，葉輪40套設(shè)在透平軸34上，葉輪40的輪緣上設(shè)置有多個動葉柵41。

圖6是本發(fā)明實施例提供的一種噴嘴的結(jié)構(gòu)圖，如圖6所示，噴嘴31b包括有多個周向間隔布置的葉片，相鄰兩個葉片之間構(gòu)成一個汽流通道，供蒸汽通過，每一個汽流通道均正對著動葉柵41，使得蒸汽通過噴嘴31b后推動葉柵41，使葉輪40轉(zhuǎn)動。

需要說明的是，圖6中僅顯示出了噴嘴31b的部分結(jié)構(gòu)，實際生產(chǎn)中，當(dāng)噴嘴31b的直徑較大時，可以將噴嘴31b設(shè)計為拼接結(jié)構(gòu)，由若干個噴嘴組件拼接構(gòu)成噴嘴31b，以便于加工和安裝。

圖7是本發(fā)明實施例提供的一種靜葉柵的結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示，靜葉柵42的外圓上設(shè)置有凹槽421，靜葉柵42的內(nèi)圓上設(shè)置有環(huán)形安裝槽422。

實現(xiàn)時，如圖4所示，凹槽421中設(shè)置有用于將靜葉柵42固定連接在透平箱箱體32上的連接壓板42a，環(huán)形安裝槽422中設(shè)置有汽封42b，以減少靜葉柵42與透平軸34之間的蒸汽泄漏。

需要說明的是，圖7中僅顯示出了靜葉柵42的部分結(jié)構(gòu)，實際生產(chǎn)中，當(dāng)靜葉柵42的直徑較大時，可以將靜葉柵42設(shè)計為拼接結(jié)構(gòu)，由若干個靜葉柵組件拼接構(gòu)成靜葉柵42，以便于加工和安裝。

具體地，靜葉柵42可以包括對接的兩個半環(huán)形靜葉柵組件，兩個半環(huán)形靜葉柵組件上分別固定一個連接壓板42a，螺釘依次穿過兩個連接壓板42a上相對齊的通孔，并與透平箱箱體32固定連接，以將靜葉柵42安裝在透平箱箱體32中。

具體地，輸入軸21為高速軸，輸出軸22為低速軸，輸入軸21上設(shè)置有傳動小齒輪23，輸出軸22上設(shè)置有傳動大齒輪24，傳動小齒輪23與傳動大齒輪24嚙合，通過傳動小齒輪23和傳動大齒輪24的嚙合將高速軸上的能量傳遞到低速軸上，從而帶動貨油泵，通過改變傳動小齒輪23和傳動大齒輪24的齒數(shù)比可以改變低速軸的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，輸入軸21的兩端分別通過第一滑動軸承21a設(shè)置在齒輪變速箱箱體20中，輸出軸22的兩端分別通過第二滑動軸承22a設(shè)置在齒輪變速箱箱體20中，通過第一滑動軸承21a和第二滑動軸承22a降低輸入軸21和輸出軸22轉(zhuǎn)動的阻力。

具體地，第一滑動軸承21a和第二滑動軸承22a均可以為推力滑動軸承，由于輸入軸21和輸出軸22在立式蒸汽透平機(jī)中處于豎直放置的狀態(tài)，因此第一滑動軸承21a和第二滑動軸承22a需要承受輸入軸21和輸出軸22的重力，而推力滑動軸承可以承受較大的軸向推力并且還可以限制軸作軸向移動。

優(yōu)選地，進(jìn)氣口31a的軸線方向與透平軸34平行，從而可以使蒸汽對蒸汽透平機(jī)的沖擊豎直向下，并直接傳遞給用于支撐蒸汽透平機(jī)的平面上。

圖8是圖1中的B處放大圖，如圖8所示，透平機(jī)還包括調(diào)速機(jī)構(gòu)，調(diào)速機(jī)構(gòu)包括調(diào)速器55、調(diào)速連桿56和用于調(diào)節(jié)環(huán)形進(jìn)汽缸31蒸汽流量的調(diào)速閥58(見圖1)，調(diào)速器55設(shè)置在齒輪變速箱箱體20的上端，輸出軸22上設(shè)置有飛環(huán)齒輪51，調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有第一調(diào)速齒輪52，第一調(diào)速齒輪52與飛環(huán)齒輪51嚙合，調(diào)速器55通過調(diào)速連桿56與調(diào)速閥58的閥芯連接，調(diào)速閥58設(shè)置在環(huán)形進(jìn)汽缸31上，且調(diào)速閥58的出汽口與環(huán)形進(jìn)汽缸31的進(jìn)氣口連通。

具體地，輸出軸22在轉(zhuǎn)動時通過飛環(huán)齒輪51和第一調(diào)速齒輪52帶動調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，會拉動或推動調(diào)速連桿56，調(diào)速連桿56則會拉動或推動調(diào)速閥58的閥芯，以改變調(diào)速閥58的開度，從而改變環(huán)形進(jìn)汽缸31入口的蒸汽流量和壓力，最終調(diào)節(jié)輸出軸22的轉(zhuǎn)速。

實現(xiàn)時，調(diào)速器55可以是離心式調(diào)速器，例如飛球調(diào)速器，在調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，由于離心作用，飛球調(diào)速器中的飛球繞調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的半徑發(fā)生變化，從而拉動或推動調(diào)速連桿56。

進(jìn)一步地，齒輪變速箱箱體20的頂部設(shè)置有凹槽25，第一調(diào)速齒輪52和飛環(huán)齒輪51設(shè)置在凹槽中，齒輪變速箱箱體20上對應(yīng)凹槽的位置設(shè)置有止口25a，調(diào)速器55通過止口25a定位安裝在齒輪變速箱箱體20上，調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸端面與齒輪變速箱箱體20間隔設(shè)置，由于調(diào)速器55通過止口定位安裝在齒輪變速箱箱體20上，同時調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸端面與齒輪變速箱箱體20間隔設(shè)置，相比于將調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸通過軸承架設(shè)在齒輪變速箱箱體20上，可以方便拆卸調(diào)速器55。

優(yōu)選地，蒸汽透平機(jī)還包括危急遮斷器60、危急遮斷滑閥61、速關(guān)閥和用于控制速關(guān)閥的速關(guān)油缸，危急遮斷器60設(shè)置在輸出軸21上，危急遮斷器60與危急遮斷滑閥61的閥芯接觸，危急遮斷滑閥61設(shè)置在速關(guān)油缸的回油油路上，速關(guān)閥的出氣口與調(diào)速閥58的進(jìn)氣口連通，蒸汽通過速關(guān)閥的進(jìn)氣口進(jìn)入后經(jīng)由調(diào)速閥58送入環(huán)形進(jìn)汽缸31，當(dāng)輸出軸22的轉(zhuǎn)速過快時會導(dǎo)致危急遮斷器60在離心作用下推動危急遮斷滑閥61的閥芯，使得速關(guān)油缸的回油路導(dǎo)通，速關(guān)閥則在速關(guān)閥內(nèi)部的彈簧作用下關(guān)閉，使得蒸汽停止進(jìn)入蒸汽透平機(jī)。

進(jìn)一步地，齒輪變速箱箱體20上還設(shè)置有潤滑油泵57，潤滑油泵57的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有油泵齒輪54，調(diào)速器55的轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有第二調(diào)速齒輪53，油泵齒輪54與第二調(diào)速齒輪53嚙合，通過帶動第二調(diào)速齒輪53轉(zhuǎn)動從而帶動潤滑油泵57轉(zhuǎn)動，潤滑油泵57向齒輪變速箱輸送潤滑油，從而在蒸汽透平機(jī)工作時，實現(xiàn)對蒸汽透平機(jī)的潤滑。

優(yōu)選地，齒輪變速箱箱體20上對應(yīng)潤滑油泵57的位置設(shè)置有V型凹槽25b，潤滑油泵57的轉(zhuǎn)軸對應(yīng)該V型凹槽25b設(shè)置，通過將潤滑油泵57的轉(zhuǎn)軸懸空設(shè)置在V型凹槽25b中，可以不用在齒輪變速箱箱體20上設(shè)置軸承支撐潤滑油泵57的轉(zhuǎn)軸，方便潤滑油泵57的拆卸。

可以想到的是，在其他實施例中，也可以在齒輪變速箱箱體20上對應(yīng)潤滑油泵57的位置設(shè)置其他形狀的凹槽，本發(fā)明并不以此為限。

具體地，齒輪變速箱箱體20上設(shè)置有多個潤滑油注入口26，多個潤滑油注入口26分別對應(yīng)第一滑動軸承21a、第二滑動軸承22a和傳動小齒輪23與傳動大齒輪24的嚙合處設(shè)置，多個潤滑油注入口26可以通過油管與潤滑油泵57連通，在蒸汽透平機(jī)工作時，潤滑油泵57將潤滑油通過潤滑油注入口26注入齒輪變速箱以進(jìn)行潤滑，減小阻力，進(jìn)一步提高蒸汽透平機(jī)的效率。

進(jìn)一步地，齒輪變速箱箱體20上對應(yīng)輸入軸21的下端位置設(shè)置有第一潤滑油腔20a，第一潤滑油腔20a與油箱10連通(圖未示)，由于輸入軸21為豎直設(shè)置的，潤滑油會順在重力作用下順著輸入軸21向下滑，通過第一潤滑油腔20a可以承接滑下的潤滑油，同時潤滑油會通過第一潤滑油腔20a與油箱10之間的連通通道進(jìn)入油箱10中再次利用。

再次參見圖1，齒輪變速箱箱體20上對應(yīng)輸出軸22的下端位置設(shè)置有第二潤滑油腔20b，輸出軸22穿過第二潤滑油腔20b，第二潤滑油腔20b中繞輸出軸22設(shè)置有環(huán)形凸臺20c，輸出軸22與環(huán)形凸臺20c之間設(shè)置有軸封27，第二潤滑油腔20b與油箱10連通，第二潤滑油腔20b可以承接從輸出軸22上滑下的潤滑油，由于輸出軸22穿過了第二潤滑油腔20b，為了避免潤滑油從輸出軸22與第二潤滑油腔20b之間的縫隙流出，而在第二潤滑油腔20b中設(shè)置有環(huán)形凸臺20c，在輸出軸22與第二潤滑油腔20b之間設(shè)置軸封27，使得潤滑油會通過第二潤滑油腔20b與油箱10之間的連通通道進(jìn)入油箱10中再次利用。

需要說明的是，油箱10中對應(yīng)輸出軸22的位置設(shè)置有管形通道10a，輸出軸22從管形通道10a中穿過油箱10與貨油泵連接。

此外，透平軸34與透平箱箱體32之間設(shè)置有汽封圈35，以減少透平箱箱體32中的蒸汽從透平軸34與透平箱箱體32之間的縫隙中泄漏而造成蒸汽的浪費。

如圖1，環(huán)形排汽缸33下端設(shè)置有環(huán)形支撐板33a，環(huán)形排汽缸33通過環(huán)形支撐板33a支撐在齒輪變速箱箱體20上，透平箱箱體32、齒輪變速箱箱體20和環(huán)形支撐板33a圍成空氣腔36，環(huán)形支撐板33a上設(shè)置有泄放孔，空氣腔36通過泄放孔與外界連通，由于汽封圈處會存在一定的泄漏，通過泄放孔可以將泄漏的蒸汽放出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。