CN112483252A - 一种立式减速燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气轮机技术领域，本发明公开了一种立式减速燃气轮机，包括燃气涡轮系统、燃烧室、相变室、燃料供给系统、润滑系统、第二工质补给系统、启动系统和减速机构。本发明立式减速双质燃气轮机的燃气涡轮和压气机，是同轴的两部独立机械，两者之间的减速机构，并采用“双工质联合循环”，共用转子轴和轴承，对称双涡轮，实现“三机合一”，既节能又无需顾虑输入轴轴承的适应能力，能用到汽车和工程机械上，在蜗轮对过，再设一个涡轮，并用过桥齿联动，使两侧涡轮对蜗杆的侧推力相等，使蜗杆保持中立，解除了蜗杆轴线的偏移和齿轮表面的高频震荡。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，具体为一种立式减速燃气轮机。
背景技术
透平式热力机械以大功率著称，主要体现转速高，扭力特性好，小于300kw的微型燃气轮机，转速更高，大都在60’000~120’000r/min。可是，若作为行走机械的发动机，无法实现与变速箱的对接。即便使用减速机事先减速，减速机输入轴的转速还是要和发动机同速，没有轴承可选，无法直接输出动力驱动车轮，汽车和工程机械是当今和未来动力机械的主力军，配备高效节能环保，扭力特性好的发动机，是目前极为需要的；
现有减速机中，只有涡轮蜗杆减速机速比大，比较适用，普通的涡轮蜗杆减速机，蜗杆向“单涡轮”传递动力时，噪音大、温度高、故障率高、寿命短，是因为强大侧推力导致了轴线的偏移和高频震荡，产生强烈震动摩擦，这对轴承对齿轮摩擦表面都十分不利，目前的径流式微型燃气轮机，采用的油悬浮轴承或空气轴承，承载能力有限，再加上与减速机蜗杆共用轴承，承载负荷已经“临界”，整体使用寿命会大大降低。常见的发动机或动力设备，都是“卧式的”，需要轴承给运转件做个支撑和定位。“运转件”会对轴承施加“重力”或“离心力”，这个径向侧推力是一个很强的负荷；
用燃气轮机作为汽车发动机，是业内人士可望而不可及的夙愿。瓶颈是“转速太高”，由于变速箱一轴轴承难以承受上万转儿的超高转速，无法实现变速箱与发动机的对接，只好先发电（马自达概念车），再用电力驱动车轮。几步“效率衰减”下来，损耗太大，能源和设备成本比“直驱”昂贵的多，鉴于此，提出一种立式减速燃气轮机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立式减速燃气轮机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种立式减速燃气轮机，包括燃气涡轮系统、燃烧室、相变室、燃料供给系统、润滑系统、第二工质补给系统、启动系统和减速机构。
优选的，所述燃气涡轮系统包括燃气涡轮、进气弯头、压气机叶轮和压气机导流板压盖、预燃室、发动机壳体、双气换热室、燃气导流板压盖；
所述发动机壳体的底端装配有进气弯头，所述环形燃烧室下端（进气口）设置有环管型预燃室，所述燃烧室的输出端连接有双气换热室，所述双气换热室的顶端装配有燃气导流板压盖，所述燃气涡轮的另一端上装配有压气机叶轮，所述压气机叶轮的外侧装配有压气机导流板压盖。
优选的，所述燃烧室包括燃烧室外壁和燃烧室内壁，所述燃烧室内壁设置于燃烧室外壁的内侧。
优选的，所述相变室包括相变室外壁和相变室内壁，所述相变室内壁设置于燃烧室内壁的内侧，相变室外壁设置于燃烧室外壁的外侧。
优选的，所述燃料供给系统包括火花塞、燃油嘴接头，所述预燃室壁设置有火花塞。
优选的，所述第二工质补给系统包括水位浮子、涡轮增压器进气口、增压器冷却水套、三通换水阀、蓄水箱、高压泵、换热器、排气管、输水泵和冷却水单向阀；
所述蓄水箱通过管道与换热器连接，所述蓄水箱与换热器之间的管道上装配有输水泵，所述换热器的输出端装配有三通换水阀，所述三通换水阀的输出端连接有增压器冷却水套，所述增压器冷却水套的侧面装配有涡轮增压器进气口，所述换热器的侧面底端装配有冷却水单向阀，所述换热器的侧面顶端装配有高压泵，所述换热器的底端装配有排气管，所述换热器连接有水位浮子。
优选的，所述启动系统包括启动水嘴、增压器燃气涡轮室和增压器排气口；
所述增压器燃气涡轮室侧面设置有增压器排气口，所述增压器排气口与换热器连接，所述增压器燃气涡轮室的顶端设置有启动水嘴。
优选的，所述减速机构包括减速机左涡轮、左联动齿轮、蜗杆螺旋齿、右联动齿轮、减速机右涡轮、减速机输出轴；
所述蜗杆螺旋齿的左右两侧分别啮合连接有减速机左涡轮和减速机右涡轮，所述减速机左涡轮和减速机右涡轮的内腔装配有减速机输出轴，所述减速机右涡轮的外侧装配有左联动齿轮，所述减速机右涡轮的外侧装配有右联动齿轮。
优选的，所述润滑系统包括油悬浮轴承一、油悬浮轴承二、铅青铜止推轴承；
所述油悬浮轴承一和油悬浮轴承二分别设置于蜗杆螺旋齿的外壁上下两侧，所述油悬浮轴承二的底端设置有铅青铜止推轴承。
本发明的有益效果是：
1、本发明立式减速双质燃气轮机是燃气轮机、蒸汽轮机、涡轮蜗杆减速机“三机合一”的动力设备，提高热效率并利用地心引力提高机械效率；
2、本发明的涡轮蜗杆减速机的速比大，体积小，重量轻，蜗杆与涡轮之间采用楔形推力方式传动，可以用这种减速机为燃气轮机事先降速，适合于与变速箱对接的立式减速双质燃气轮机，能用到汽车和工程机械上；
3、本发明将常规“卧式”发动机设计成“立式”，是为了双工质的合理换热、可以给轴承减负、可以协调作用力与重力的方向、可以克服微燃超高转速的无奈、更是可以发挥微燃超高转速的优势；
4、本发明将转子扭力传动设计成蜗杆与地心引力的直线推拉，再由减速机蜗轮转换成扭力输出，然后与变速箱对接；
5、本发明将常规的单涡轮减速机设计成双涡轮蜗杆减速机，把蜗杆螺旋齿移植到转子轴上，不设“专职蜗杆”，精简结构，共用轴承；
6、本发明在单蜗轮对过，再设一个涡轮，并用过桥齿联动，使两侧涡轮对蜗杆的侧推力相等，使蜗杆保持中立，解除了蜗杆轴线的偏移和齿轮表面的高频震荡。
附图说明
图1为本发明所述一种立式减速燃气轮机的结构示意图；
图2为本发明所述一种立式减速燃气轮机的减速机构结构示意图。
图中：1、进气弯头，2、压气机叶轮，3、压气机导流板压盖，4、预燃室，5、发动机壳体，6、减速机左涡轮，7、左联动齿轮，8、水位浮子，9、蜗杆螺旋齿，10、相变室外壁，11、燃烧室外壁，12、燃烧室内壁，13、相变室内壁，14、双气换热室，15、燃气导流板压盖，16、涡轮增压器进气口，17、增压器冷却水套，18、增压器燃气涡轮室，19、增压器排气口，20、燃气涡轮，21、三通换水阀，22、油悬浮轴承一，23、蓄水箱，24、启动水嘴，25、高压泵，26、换热器，27、右联动齿轮，28、排气管，29、减速机右涡轮，30、减速机输出轴，31、输水泵，32、油悬浮轴承二，33、铅青铜止推轴承，34、冷却水单向阀，35、火花塞，36、燃油嘴接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种立式减速燃气轮机，包括燃气涡轮系统、燃烧室、相变室、燃料供给系统、润滑系统、第二工质补给系统、启动系统和减速机构。
更具体的，燃气涡轮系统包括燃气涡轮20、进气弯头1、压气机叶轮2和压气机导流板压盖3、预燃室4、发动机壳体5、双气换热室14、燃气导流板压盖15；发动机壳体5的底端装配有进气弯头1，发动机壳体5的两侧设置有（半）环形燃烧室11~12，燃烧室下端设置环管预燃室4，预燃室4的输出端连接环形燃烧室入口，燃烧室出口和相变室出口共同链接双气换热室14，双气换热室14的顶端装配有燃气导流板压盖15，燃气涡轮20的另一端装配有压气机叶轮2，压气机叶轮2的底端装配有压气机导流板压盖3。
更具体的，燃烧室包括燃烧室外壁11和燃烧室内壁12，燃烧室内壁12设置于燃烧室外壁11的内侧。
更具体的，相变室包括相变室外壁10和相变室内壁13，相变室内壁13设置于燃烧室内壁12的内侧，相变室外壁10设置在燃烧室外壁11的外侧。
更具体的，燃料供给系统包括火花塞35、燃油嘴接头36，环管型预燃室4壁上设置有火花塞35。
更具体的，第二工质补给系统包括水位浮子8、涡轮增压器进气口16、增压器冷却水套17、三通换水阀21、蓄水箱23、高压泵25、换热器26、排气管28、输水泵31和冷却水单向阀34；蓄水箱23通过管道与换热器26连接，蓄水箱23与换热器26之间的管道上装配有输水泵31，换热器26的输出端装配有三通换水阀21，三通换水阀21的输出端连接有增压器冷却水套17，增压器冷却水套17的侧面装配有涡轮增压器进气口16，换热器26的侧面底端装配有冷却水单向阀34，换热器26的侧面顶端装配有高压泵25，换热器26的底端装配有排气管28，换热器26连接有水位浮子8。
更具体的，启动系统包括启动水嘴24、增压器燃气涡轮室18和增压器排气口19；增压器燃气涡轮室18侧面设置有增压器排气口19，增压器排气口19与换热器26连接，增压器燃气涡轮室18的顶端设置有启动水嘴24。
更具体的，减速机构包括减速机左涡轮6、左联动齿轮7、蜗杆螺旋齿9、右联动齿轮27、减速机右涡轮29、减速机输出轴30；蜗杆螺旋齿9的左右两侧分别啮合连接有减速机左涡轮6和减速机右涡轮29，减速机左涡轮6和减速机右涡轮29的内腔装配有减速机输出轴30，减速机左涡轮6的外侧装配有左联动齿轮7，减速机右涡轮29的外侧装配有右联动齿轮27。
更具体的，述润滑系统包括油悬浮轴承一22、油悬浮轴承二32、铅青铜止推轴承33；油悬浮轴承一22和油悬浮轴承二32分别设置于蜗杆螺旋齿9的上下两侧，油悬浮轴承二32的底端设置有铅青铜止推轴承33。
立式转子总成燃气涡轮20、蜗杆螺旋齿9、压气机叶轮2的重量和螺旋齿的楔形推力，都是向下的轴向力，经过蜗杆螺旋齿9，落在两个对称的涡轮齿减速机左涡轮6、减速机右涡轮29上，轴向负荷不再需要轴承来承担，为此，立式转子轴承的径向负荷和轴向负荷都没有超限的可能；径流式微型燃气轮机的油悬浮轴承一22和油悬浮轴承二32不需承担轴向负荷，向下的作用力落在减速机左涡轮6和减速机右涡轮29上，向上的反作用力作用于“地心”，在压气机端，有一个铅青铜止推轴承33，可以为转子总成轴向定位和承担超载或负载的那一小部分轴向波动负荷；施加于涡轮轴轴承的侧推力虽然尚存，但转速没有超限，而且还是由现在四块轴承来承担原来两块轴承的负荷，压强也不会超限，如此，消除了减速机的噪音和高温，降低了磨损，保护了轴承和齿轮，降低了故障率，确保了整机使用寿命，轴承径向负荷和轴向负荷的超限问题解决了，涡轮蜗杆间的侧推力也解决了，减速机将发动机输出转速降到可用范围，变速箱便可以与发动机对接，直接输出动力，驱动车轮。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种立式减速燃气轮机，其特征在于：包括燃气涡轮系统、燃烧室、相变室、燃料供给系统、润滑系统、第二工质补给系统、启动系统和减速机构。
2.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述燃气涡轮系统包括燃气涡轮（20）、进气弯头（1）、压气机叶轮（2）和压气机导流板压盖（3）、预燃室（4）、燃烧室11~12、发动机壳体（5）、双气换热室（14）、燃气导流板压盖（15）；
所述发动机壳体（5）的底端装配有进气弯头（1），所述发动机壳体（5）的侧面设置有预燃室（4），所述燃烧室11~12的输出端连接有双气换热室（14），所述双气换热室（14）的顶端装配有燃气导流板压盖（15），所述燃气涡轮（20）的另一端上装配有压气机叶轮（2），所述压气机叶轮（2）的外侧装配有压气机导流板压盖（3）。
3.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述燃烧室包括燃烧室外壁（11）和燃烧室内壁（12），所述燃烧室内壁（12）设置于燃烧室外壁（11）的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述相变室包括相变室外壁（10）和相变室内壁（13），所述相变室内壁（13）设置于相变室外壁（10）的内侧。
5.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述燃料供给系统包括火花塞（35）、燃油嘴接头（36），所述预燃室（4）壁上设置有火花塞（35）。
6.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述第二工质补给系统包括水位浮子（8）、涡轮增压器进气口（16）、增压器冷却水套（17）、三通换水阀（21）、蓄水箱（23）、高压泵（25）、换热器（26）、排气管（28）、输水泵（31）和冷却水单向阀（34）；
所述蓄水箱（23）通过管道与换热器（26）连接，所述蓄水箱（23）与换热器（26）之间的管道上装配有输水泵（31），所述换热器（26）的输出端装配有三通换水阀（21），所述三通换水阀（21）的输出端连接有增压器冷却水套（17），所述增压器冷却水套（17）的侧面装配有涡轮增压器进气口（16），所述换热器（26）的侧面底端装配有冷却水单向阀（34），所述换热器（26）的侧面顶端装配有高压泵（25），所述换热器（26）的底端装配有排气管（28），所述换热器（26）连接有水位浮子（8）。
7.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述启动系统包括启动水嘴（24）、增压器燃气涡轮室（18）和增压器排气口（19）；
所述增压器燃气涡轮室（18）侧面设置有增压器排气口（19），所述增压器排气口（19）与换热器（26）连接，所述增压器燃气涡轮室（18）的顶端设置有启动水嘴（24）。
8.根据权利要求1所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述减速机构包括减速机左涡轮（6）、左联动齿轮（7）、蜗杆螺旋齿（9）、右联动齿轮（27）、减速机右涡轮（29）、减速机输出轴（30）；
所述蜗杆螺旋齿（9）的左右两侧分别啮合连接有减速机左涡轮（6）和减速机右涡轮（29），所述减速机左涡轮（6）和减速机右涡轮（29）的内腔装配有减速机输出轴（30），所述减速机左涡轮（6）的外侧装配有左联动齿轮（7），所述减速机右涡轮（29）的外侧装配有右联动齿轮（27）。
9.根据权利要求8所述的一种立式减速燃气轮机，其特征在于：所述润滑系统包括油悬浮轴承一（22）、油悬浮轴承二（32）、铅青铜止推轴承（33）；
所述油悬浮轴承一（22）和油悬浮轴承二（32）分别设置于蜗杆螺旋齿（9）的外壁上下两侧，所述油悬浮轴承二（32）的底端设置有铅青铜止推轴承（33）。
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