含平衡轴向力结构的微型燃气轮机

专利摘要:
本实用新型公开了一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮安装在转轴上，压气机通过高压气腔连通燃烧室，燃烧室的排气口正对涡轮；转轴上设置推力盘，推力盘上套设推力轴承，转轴上还设置有径向轴承；推力轴承及径向轴承通过进气管供气，高压气腔通过补充进气管连通至推力轴承靠近压气机一侧的进气管。本实用新型是将高压气腔内气体送至推力轴承近压气机的一端受力面内，使高压气腔内的气体持续对推力轴承近压气机的端面施压，使其远离压气机，从而达到平衡轴向力的目的。
公开号:CN214330753U
申请号:CN202023021948.5U
申请日:2020-12-14
公开日:2021-10-01
发明作者:靳普
申请人:靳普；
IPC主号:F02C3-04

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，属于微型燃气轮机技术领域。
[n0002] 微型燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件，空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功。燃气轮机在运行过程中，气流会对转子叶片及轮盘产生轴向力作用，从而产生轴向上的力。而为了防止转子发生轴向上的移动，推力轴承会承受来自燃气轮机转子的轴向力。由气体动力学可知：燃气轮机压气机转子上的轴向力是向前的，而涡轮转子上的轴向力是向后的。在最大工况下，燃气轮机发生器上涡轮转子需要承受向后的轴向力，然而压气机转子需要承受更大的向前的轴向力，即便压气机转子和涡轮转子连成一体后转子上的两个方向相反的轴向力相互抵消了一部分，仍是一个数值相当大的向前的轴向力。因此，必须设置减荷装置，以减少转子作用在止推轴承上的轴向负荷。
[n0003] 针对上述现有技术，本实用新型提供了一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机。
[n0004] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[n0005] 一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮安装在转轴上，压气机通过高压气腔连通燃烧室，燃烧室的排气口正对涡轮；转轴上设置推力盘，推力盘上套设推力轴承，转轴上还设置有径向轴承；
[n0006] 所述推力轴承，包括对称设置的第一轴承本体和第二轴承本体，第一轴承本体和第二轴承本体与推力盘在轴向上对称安装且具有预定的第一轴向间隙；第一轴承本体的外端壁设置第一空气槽，第二轴承本体的外端壁设置第二空气槽，第一空气槽和第二空气槽底部均设置通透的气孔，该气孔连通对应的空气槽和对应的第一轴向间隙；第一轴承本体和第二轴承本体内圈与转轴之间预设第三径向间隙；第一轴承本体和第二轴承本体围成的推力盘容置槽侧壁与推力盘侧壁之间设置第四径向间隙；
[n0007] 所述径向轴承的内壁和转轴之间具有预定的第二径向间隙；径向轴承的外壁设置第三空气槽，第三空气槽底部设置通透的气孔，该气孔连通第三空气槽和第二径向间隙；
[n0008] 还包括若干条进气管，第一空气槽、第二空气槽和第三空气槽分别与一条进气管连通，由进气管向各空气槽供气；第一空气槽设置在靠近压气机的一侧(第二空气槽设置在远离压气机的一侧)，高压气腔通过补充进气管连通至第一空气槽的进气管。
[n0009] 进一步地，所述补充进气管上设置压力阀，用于控制补充气体的压力大小。
[n0010] 进一步地，所述压气机通过其端部的螺母固定在转轴的进气端。
[n0011] 进一步地，所述推力轴承和径向轴承均为空气轴承。
[n0012] 进一步地，轴承数量及位置变化可以根据本实用新型的技术构思做出各种相应的改变和变形，优选的一种方式是：所述推力盘及推力轴承设置在转轴的中部；所述径向轴承为两个，设置在转轴的两端。
[n0013] 进一步地，所述推力轴承还包括第一轴承壳体以及第二轴承壳体；所述第一轴承壳体包括端部和周向部，其端部安装于第一轴承本体的外端，其周向部密封罩设于一径向轴承的外周；所述第二轴承壳体包括阶梯布置的圆筒状的第一周向部和第二周向部，第一周向部罩设于第一轴承本体和第二轴承本体的外周，第二周向部密封罩设于另一径向轴承的外周；第二轴承壳体的第一周向部在轴向上与第一轴承壳体端部固定；第一轴承壳体和/或第二轴承壳体为静止部件。
[n0014] 进一步地，所述第一轴承壳体或/和第二轴承壳体上开设减压孔。
[n0015] 本实用新型的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，工作时，气体首先进入压气机，经压气机增压、流经高压气腔后进入燃烧室内燃烧，热的燃烧产物即高温气从燃烧室出口喷出，推动涡轮旋转，并带动与其通过转轴同轴连接的压气机旋转，如此，压气机运转就不再需要其他装置驱动，可有效降低设备运行成本；推动涡轮旋转后的高温气可用于余热回收，或者用于发电。用于发电时，可将发电机的涡轮置于燃烧室末端，使其轮缘位于燃烧室的排气口末端，高温气依次推动涡轮转动和发电机的涡轮转动，进而带动发电机的转轴转动从而发电。
[n0016] 平衡轴向力的原理是：启动微型燃气轮机时，先关闭补充进气管，开启其余各进气管，向各空气槽供气并沿进气孔分别进入第一轴向间隙、第二径向间隙内形成气膜；当燃气轮机转子正常运行后，转子所受的前后两个方向作用力抵消后还剩余向前的作用力，此时关闭其余各进气管，使各个轴承维持静压，打开补充进气管，使高压气腔内的部分气体从前侧供给推力轴承(与补充进气管连通的第一空气槽设置在靠近压气机的一侧)，进而减小或抵消作用力(通过压力阀控制补充气体的压力大小)。
[n0017] 本实用新型的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，是将高压气腔内气体送至推力轴承近压气机的一端受力面内，使高压气腔内的气体持续对推力轴承近压气机的端面施压，使其远离压气机，从而达到平衡轴向力的目的。本实用新型的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，可有效降低轴向力，增加机组稳定性，降低功耗，提升效率，且没有易损件，可延长机组寿命。
[n0018] 本实用新型使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本实用新型所表述的含义为准。
[n0019] 图1：微型燃气轮机的结构示意图(图中箭头所示为气体的流动方向)。
[n0020] 其中，20-压气机；21-涡轮；231-燃烧室；234-高压气腔；24-转轴；241-推力轴承；2411-第一轴承本体；2412-第二轴承本体；242-径向轴承；243-进气管；2431-补充进气管；281-第一轴承壳体；282-第二轴承壳体；S1-第一径向间隙；S2-第二轴向间隙；S3-第三轴向间隙；S4-第四轴向间隙；2401-第一空气槽；2402-第二空气槽；2403-第三空气槽；244-推力盘容置槽。
[n0021] 下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。然而，本实用新型的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本实用新型的精神和范围的前提下，可以对本实用新型进行各种变化和修饰。
[n0022] 实施例1一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机
[n0023] 包括转轴24、压气机20、涡轮21和燃烧室231，如图1所示，其中，压气机20和涡轮21安装在转轴24上，压气机20通过高压气腔234连通燃烧室231，燃烧室231的排气口正对涡轮21；转轴24中部设置推力盘，推力盘上套设推力轴承241，转轴24两端各设置一个径向轴承242；所述推力轴承241和径向轴承242均为空气轴承。
[n0024] 所述推力轴承241，包括对称设置的第一轴承本体2411和第二轴承本体2412，第一轴承本体2411和第二轴承本体2412与推力盘在轴向上对称安装且具有预定的第一轴向间隙S1；第一轴承本体2411的外端壁设置第一空气槽2401，第二轴承本体2412的外端壁设置第二空气槽2402，第一空气槽2401和第二空气槽2402底部均设置通透的气孔，该气孔连通对应的空气槽和对应的第一轴向间隙S1；第一轴承本体2411和第二轴承本体2412内圈与转轴24之间预设第三径向间隙S3；第一轴承本体2411和第二轴承本体2412围成的推力盘容置槽244侧壁与推力盘侧壁之间设置第四径向间隙S4。
[n0025] 所述径向轴承242的内壁和转轴24之间具有预定的第二径向间隙S2；径向轴承242的外壁设置第三空气槽2403，第三空气槽2403底部设置通透的气孔，该气孔连通第三空气槽2403和第二径向间隙S2。
[n0026] 还包括4条进气管243，第一空气槽2401、第二空气槽2402和第三空气槽2403(两个)分别与一条进气管243连通，由进气管243向各空气槽供气。
[n0027] 第一空气槽2401设置在靠近压气机20的一侧(第二空气槽2402设置在远离压气机20的一侧)，高压气腔234通过补充进气管2431连通至第一空气槽2401的进气管243。补充进气管2431上设置有压力阀，用于控制补充气体的压力大小。
[n0028] 所述压气机20可以通过其端部的螺母固定在转轴21的进气端。
[n0029] 上述含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，工作时，气体首先进入压气机20，经压气机20增压、流经高压气腔234后进入燃烧室231内燃烧，热的燃烧产物即高温气从燃烧室231出口喷出，推动涡轮21旋转，并带动与其通过转轴24同轴连接的压气机20旋转，如此，压气机20运转就不再需要其他装置驱动，可有效降低设备运行成本；推动涡轮21旋转后的高温气可用于余热回收，或者用于发电。用于发电时，可将发电机的涡轮置于燃烧室末端，使其轮缘位于燃烧室的排气口末端，高温气依次推动涡轮21转动和发电机的涡轮转动，进而带动发电机的转轴转动从而发电。
[n0030] 平衡轴向力的原理是：启动微型燃气轮机时，先关闭补充进气管2431，开启其余各进气管，向各空气槽供气并沿进气孔分别进入第一轴向间隙S1、第二径向间隙S2内形成气膜；当燃气轮机转子正常运行后，转子所受的前后两个方向作用力抵消后还剩余向前的作用力，此时关闭其余各进气管，使各个轴承维持静压，打开补充进气管2431，使高压气腔234内的部分气体从前侧供给推力轴承(与补充进气管2431连通的第一空气槽设置在靠近压气机20的一侧)，进而减小或抵消作用力(通过压力阀控制补充气体的压力大小)。
[n0031] 实施例2一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机
[n0032] 结构同实施例1，不同之处在于：
[n0033] 所述推力轴承241还包括第一轴承壳体281以及第二轴承壳体282，如图1所示；所述第一轴承壳体281包括端部和周向部，其端部安装于第一轴承本体2411的外端，其周向部密封罩设于一径向轴承242的外周；所述第二轴承壳体282包括阶梯布置的圆筒状的第一周向部和第二周向部，第一周向部罩设于第一轴承本体2411和第二轴承本体2412的外周，第二周向部密封罩设于另一径向轴承242的外周；第二轴承壳体282的第一周向部在轴向上与第一轴承壳体281端部固定；第一轴承壳体281和/或第二轴承壳体282为静止部件。所述第一轴承壳体281或/和第二轴承壳体282上可以开设减压孔。
[n0034] 给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

权利要求:
Claims (7)
[0001] 1.一种含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮安装在转轴上，压气机通过高压气腔连通燃烧室，燃烧室的排气口正对涡轮；转轴上设置推力盘，推力盘上套设推力轴承，转轴上还设置有径向轴承；
所述推力轴承，包括对称设置的第一轴承本体和第二轴承本体，第一轴承本体和第二轴承本体与推力盘在轴向上对称安装且具有预定的第一轴向间隙；第一轴承本体的外端壁设置第一空气槽，第二轴承本体的外端壁设置第二空气槽，第一空气槽和第二空气槽底部均设置通透的气孔，该气孔连通对应的空气槽和对应的第一轴向间隙；第一轴承本体和第二轴承本体内圈与转轴之间预设第三径向间隙；第一轴承本体和第二轴承本体围成的推力盘容置槽侧壁与推力盘侧壁之间设置第四径向间隙；
所述径向轴承的内壁和转轴之间具有预定的第二径向间隙；径向轴承的外壁设置第三空气槽，第三空气槽底部设置通透的气孔，该气孔连通第三空气槽和第二径向间隙；
还包括若干条进气管，第一空气槽、第二空气槽和第三空气槽分别与一条进气管连通，由进气管向各空气槽供气；第一空气槽设置在靠近压气机的一侧，高压气腔通过补充进气管连通至第一空气槽的进气管。
[0002] 2.根据权利要求1所述的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：所述补充进气管上设置压力阀。
[0003] 3.根据权利要求1所述的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：所述压气机通过其端部的螺母固定在转轴的进气端。
[0004] 4.根据权利要求1所述的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：所述推力轴承和径向轴承均为空气轴承。
[0005] 5.根据权利要求1所述的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：所述推力盘及推力轴承设置在转轴的中部；所述径向轴承为两个，设置在转轴的两端。
[0006] 6.根据权利要求1～5中任一项所述的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：所述推力轴承还包括第一轴承壳体以及第二轴承壳体；所述第一轴承壳体包括端部和周向部，其端部安装于第一轴承本体的外端，其周向部密封罩设于一径向轴承的外周；所述第二轴承壳体包括阶梯布置的圆筒状的第一周向部和第二周向部，第一周向部罩设于第一轴承本体和第二轴承本体的外周，第二周向部密封罩设于另一径向轴承的外周；第二轴承壳体的第一周向部在轴向上与第一轴承壳体端部固定；第一轴承壳体和/或第二轴承壳体为静止部件。
[0007] 7.根据权利要求6所述的含平衡轴向力结构的微型燃气轮机，其特征在于：所述第一轴承壳体或/和第二轴承壳体上开设减压孔。

类似技术:

---

公开号 | 公开日 | 专利标题

---

CN102076940B|2014-12-31|燃气轮机及燃气轮机的运转方法

---

US5799484A|1998-09-01|Dual turbogenerator auxiliary power system

---

US7314035B2|2008-01-01|Rotary vane engine and thermodynamic cycle

---

US6086347A|2000-07-11|Two-stage rotary vane motor

---

JPH10131769A|1998-05-19|気体燃料圧縮及び制御システムとその方法

---

AU2009244433A1|2009-11-12|Multi-spool intercooled recuperated gas turbine

---

CN101372894B|2010-05-26|透平气动马达

---

US6948919B2|2005-09-27|Hermetic motor and gas booster

---

CN101451464A|2009-06-10|一种带能量回收的燃料电池发动机空气涡轮压缩机

---

CN214330753U|2021-10-01|含平衡轴向力结构的微型燃气轮机

---

GB2409005A|2005-06-15|Internally insulated turbine assembly

---

WO2021129431A1|2021-07-01|一种冷热电三联供微型燃气轮机设备

---

CN214366394U|2021-10-08|具有平衡轴向力结构的微型燃气轮机

---

US5373698A|1994-12-20|Inert gas turbine engine

---

CN111058945A|2020-04-24|一种微型燃气轮机

---

CN112502832A|2021-03-16|具有平衡轴向力结构的微型燃气轮机

---

CN106121730B|2018-12-07|一种叶片气动机

---

CN107725113A|2018-02-23|两级悬臂式轴流膨胀机

---

CN211343126U|2020-08-25|一种微型燃气轮机

---

CN214366405U|2021-10-08|平衡轴向力的多推力盘燃气轮机

---

CN211343132U|2020-08-25|一种冷热电三联供微型燃气轮机设备

---

CN213983546U|2021-08-17|具有空气增压功能的热源及换热系统

---

JP2021526610A|2021-10-07|軸受サンプのための通気システム

---

WO2021149244A1|2021-07-29|ターボチャージャ

---

RU2435049C1|2011-11-27|Атомный турбовинтовой газотурбинный двигатель

同族专利:

---

公开号 | 公开日

---

引用文献:

---

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

---

法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

---

2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

---

申请号 | 申请日 | 专利标题

---

CN202023021948.5U|CN214330753U|2020-12-14|2020-12-14|含平衡轴向力结构的微型燃气轮机|CN202023021948.5U| CN214330753U|2020-12-14|2020-12-14|含平衡轴向力结构的微型燃气轮机|