CN102937049A

CN102937049A - 十字型排列的离心式微小型燃气轮机

Info

Publication number: CN102937049A
Application number: CN2012104656379A
Authority: CN
Inventors: 田原宇; 乔英云; 史伟伟
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-02-20

Abstract

本发明提供十字型排列的离心式微小型燃气轮机，由转动轴、离心式涡轮、透平室、燃烧室、轴承1、离心压气机、高速永磁电机、轴承2、板式回热器、板式换热器和变频系统组成。沿转动轴依次向后排列透平室、离心压气机和高速永磁电机；透平室内装离心式涡轮，固定在转动轴上；透平室前部依次设置板式回热器和板式换热器，沿透平室圆周切线方向均匀布置燃烧室；离心压气机出口与板式回热器入口通过管道相连，燃烧室入口和板式回热器出口通过管道相连，燃烧室出口正对离心式涡轮；高速永磁电机连接变频系统，结构简单、成本低，制造和装配容易，维修和更换费用较低，便于移动。

Description

十字型排列的离心式微小型燃气轮机

1.技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别地，涉及微小型燃气轮机结构。

2.背景技术

微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25～300kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环。据认为,微型燃气轮机发电技术有可能掀起“电源小型分散化”的技术革新热潮,从而成为21世纪能源技术的主流。

先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控和诊断等一系列先进技术特征，除了分布式发电外，还可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式，无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。此外，微型燃气轮机在民用交通运输（混合动力汽车）以及军车以及陆海边防方面均具有优势，受到美、俄等军事大国的关注，因此，从国家安全看发展微型燃气轮机也是非常重要的。

目前大多数燃气轮机的设计结构是由飞机喷气发动机的直接演变，透平室、燃烧室、离心压气机、发电机等成轴向水平布置，对中心轴的耐温性和加工和使用的垂直度要求苛刻，需要由旋转部分、轴承、密封件、润滑油系统和尖端的电子控制设备组成的复杂装置。由于在技术上的复杂，使大多数用户都得依靠原设备制造厂家来完成维修、大修和进行先进的维护保养。由于同轴排列的燃烧室的高温高速燃气还需要经过固定的涡轮叶轮导向变为旋转气流带动透平涡轮做功，需要消耗能量，另外用于发电的燃气轮机在空间布置上不像飞机喷气发动机那样要求紧凑，因此依据流体特性，开发高效、结构简单、成本低、制造和装配容易、维修和更换费用较低、便于移动的燃气轮机结构，尤其是微小型燃气轮机结构是目前燃气轮机结构设计亟待解决难题之一。

3.发明内容

本发明的目的就是为了克服现有微型燃气轮机结构技术存在的不足而提供一种十字型排列的离心式微小型燃气轮机，无需流向转化，直接利用高速燃气动能，效率高、结构简单、成本低，制造和装配容易，维修和更换费用较低，便于移动的燃气轮机结构。

本发明的技术方案：

本发明提供十字型排列的离心式微小型燃气轮机，由转动轴、离心式涡轮、透平室、燃烧室、轴承1、离心压气机、高速永磁电机、轴承2、板式回热器、板式换热器和变频系统组成。沿转动轴依次向后排列透平室、离心压气机和高速永磁电机；透平室内装离心式涡轮，固定在转动轴上，透平室采用轴承1定位；透平室前部依次设置板式回热器和板式换热器，沿透平室圆周切线方向均匀布置燃烧室；离心压气机出口与板式回热器入口通过管道相连，燃烧室入口和板式回热器出口通过管道相连，燃烧室出口正对离心式涡轮；离心压气机和高速永磁电机中间位置的转动轴通过轴承2悬挂和定位，高速永磁电机连接变频系统，热量利用合理、结构简单、成本低，制造和装配容易，维修和更换费用较低，便于移动。

十字型排列的离心式微小型燃气轮机转动轴为立式布置和水平布置。

离心式涡轮和离心压气机为单级或多级。

燃烧室沿透平室圆周切线方向均匀布置，与透平室轴向方向垂直，个数为偶数。

轴承1和轴承2为滑动轴承、滚动轴承、空气轴承和磁悬浮轴承中的一种。

板式回热器和板式换热器为螺旋板式换热器、平板式换热器和板翅式换热器中的一种。

4.附图说明

图1是本发明的十字型排列的离心式微小型燃气轮机示意图。

附图的图面说明如下：1.转动轴、2.离心式涡轮、3.透平室、4.燃烧室、5.离心压气机、

5.具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的十字型排列的离心式微小型燃气轮机由转动轴（1）、离心式涡轮(2)、透平室(3)、燃烧室(4)、离心压气机(5)、高速永磁电机(6)、轴承(7)、板式回热器(8)、板式换热器（9）和变频系统(10)组成。沿转动轴（1）依次向后排列透平室（3）、离心压气机（5）和高速永磁电机（6）；透平室（3）内装离心式涡轮（2），固定在转动轴（1）上，透平室（3）采用轴承1（11）定位；透平室（3）前部依次设置板式回热器（8）和板式换热器（9），沿透平室（3）圆周切线方向均匀布置燃烧室（4）；离心压气机（5）出口与板式回热器（8）入口通过管道相连，燃烧室（4）入口和板式回热器（8）出口通过管道相连，燃烧室（4）出口正对离心式涡轮（2）；离心压气机（5）和高速永磁电机（6）中间位置的转动轴（1）通过轴承（7）悬挂和定位，高速永磁电机（6）连接变频系统（10），热量利用合理、结构简单、成本低，制造和装配容易，维修和更换费用较低，便于移动。

十字型排列的离心式微小型燃气轮机转动轴（1）为立式布置和水平布置。

离心式涡轮（2）和离心压气机（5）为单级或多级。

燃烧室（4）沿透平室（3）圆周切线方向均匀布置，与透平室（3）轴向方向垂直，个数为偶数。

轴承1（11）和轴承2（7）为滑动轴承、滚动轴承、空气轴承和磁悬浮轴承中的一种。

板式回热器（8）和板式换热器（9）为螺旋板式换热器、平板式换热器和板翅式换热器中的一种。

十字型排列的离心式微小型燃气轮机工作时，燃烧室的燃料与离心式压气机来的高压空气混合燃烧，产生的高温高速燃气沿透平室圆周类切线方向喷入透平室，直接推动离心式涡轮带动转动轴高速旋转，同轴高速旋转的离心压气机为燃烧时提供高压空气，高速永磁电机产生的高频电流经过变频系统转化为50HZ或60HZ的电流外输；从透平室中心流出的高温燃气先与高压空气在板式回热器中换热回收能量，然后再在板式换热器中回收能量，实现电热或冷量联供，提高燃料利用效率；偶数分布的燃烧室保证了离心式涡轮受力平衡，也为燃气轮机通过燃烧时开启个数简便调节发电量提供了手段；转动轴立式布置节省了空间，降低了中心轴的耐温性和加工和使用的垂直度要求苛刻度；磁悬浮轴承减少了启动摩檫力，实现了转动轴的精确定位和固定，便于燃气轮机的快速启动。这些措施的采用使十字型排列的离心式微小型燃气轮机热量利用合理、发电效率高、结构简单、成本低，制造和装配容易，维修和更换费用较低，便于移动，更适合于分布式智能电网热电冷多联供使用。

Claims

1.十字型排列的离心式微小型燃气轮机，由转动轴、离心式涡轮、透平室、燃烧室、轴承1、离心压气机、高速永磁电机、轴承2、板式回热器、板式换热器和变频系统组成，其特征在于沿转动轴依次向后排列透平室、离心压气机和高速永磁电机；透平室内装离心式涡轮，固定在转动轴上，透平室采用轴承1定位；透平室前部依次设置板式回热器和板式换热器，沿透平室圆周切线方向均匀布置燃烧室；离心压气机出口与板式回热器入口通过管道相连，燃烧室入口和板式回热器出口通过管道相连，燃烧室出口正对离心式涡轮；离心压气机和高速永磁电机中间位置的转动轴通过轴承2悬挂和定位，高速永磁电机连接变频系统。

2.根据权利要求书（1）所述的十字型排列的离心式微小型燃气轮机，其特征在于所说的十字型排列的离心式微型燃气轮机转动轴为立式布置和水平布置。

3.根据权利要求书（1）所述的十字型排列的离心式微小型燃气轮机，其特征在于所说的离心式涡轮和离心压气机为单级或多级。

4.根据权利要求书（1）所述的十字型排列的离心式微小型燃气轮机，其特征在于所说的燃烧室沿透平室圆周切线方向均匀布置，与透平室轴向方向垂直，个数为偶数。

5.根据权利要求书（1）所述的十字型排列的离心式微小型燃气轮机，其特征在于所说的轴承1和轴承2为滑动轴承、滚动轴承、空气轴承和磁悬浮轴承中的一种。

6.根据权利要求书（1）所述的十字型排列的离心式微小型燃气轮机，其特征在于所说的板式回热器和板式换热器为螺旋板式换热器、平板式换热器和板翅式换热器中的一种。