CN112555026A - 平衡轴向力的多推力盘燃气轮机 - Google Patents

平衡轴向力的多推力盘燃气轮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，包括转轴，包括转轴，转轴上依次设置有压气机、前径向轴承、至少一个推力盘及推力轴承、后径向轴承和透平；转轴及各轴承外罩设定子，定子外侧环绕设置进气道，进气道末端连接燃烧室，燃烧室出口朝向透平前端面叶缘；压气机后端面和定子前侧之间的间隙内设置前气封；透平涡轮前端与燃烧室出口之间设置后气封；推力盘和定子端面之间设置第一轴承气封；定子内圈曲面和转轴之间设置第二轴承气封，在第一轴承气封和第二轴承气封之间开设泄压通道。本发明采用多气封密封设计，更小的降低泄漏，有效克服机组震动带来的密封性能不稳定的缺点；采用多推力盘分摊轴向力，有效降低轴向力，增加机组稳定性，降低功耗，提升效率。

Description

平衡轴向力的多推力盘燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，涉及燃气轮机的轴向力领域。
背景技术
工业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，然后供给燃烧室燃料燃烧，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。例如，在最大工况下，某型燃气轮机发生器上压气机转子需要承受510kN向前的轴向力，涡轮转子需要承受226.5kN向后的轴向力。由此可知，压气机的转子和涡轮的转子的支承部分需要承受巨大的轴向力，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，必须在压气机上设置减荷装置，用以减少转子作用在止推轴承上的轴向负荷。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种平衡轴向力的多推力盘燃气轮机。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，包括转轴，转轴上依次设置有压气机、前径向轴承、至少一个推力盘及推力轴承、后径向轴承和透平，转轴及各轴承外罩设定子，定子外侧环绕设置进气道，进气道含有内壁和外壁，进气道末端连接燃烧室，燃烧室出口朝向透平前端面叶缘；
所述压气机后端面和定子前侧之间的间隙内设置前气封，用于减少压气机边缘气体泄漏流至其背面；
所述透平涡轮前端与燃烧室出口之间设置后气封，用于减少燃烧室喷出的气体泄漏至透平的前端；
所述推力盘前侧设置的推力轴承，用以承受推力盘前端面的推力；
所述推力盘和定子端面之间设置第一轴承气封，用于减少压气机方向泄漏的气体；所述定子内圈曲面和转轴之间设置第二轴承气封，用于减少透平方向泄漏的气体，且在第一轴承气封和第二轴承气封之间开设泄压通道，使推力盘后端面压力减小。
进一步的，所述压气机与转轴固定连接；透平与转轴固定连接；推力盘与转轴固定连接或一体成型；前径向轴承、后径向轴承均为空气轴承，套设在转轴上；推力轴承套设在转轴上且推力面与推力盘前端相抵。
进一步的，所述推力盘为两个：分别为前推力盘(靠近压气机)和后推力盘(靠近透平)；推力轴承包括两部分：其中一部分设置在前推力盘的前端，两端面分别与定子端面和前推力盘前端面相抵；另一部分设置在两推力盘之间，两端面分别与前推力盘的后端面、后推力盘的前端面相抵，转子转动时推力盘的受力面均为前端面。
进一步的，所述前气封、后气封、第一轴承气封及第二轴承气封，均为交错齿气封或篦齿气封。气体通过层流的方式，越过梳齿，气体由层流变成紊流，降低了流速，使得压力降低。
本发明的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，由于前气封减少了泄漏至压气机后端的气体、降低了气压，压气机背后受到的推力减小甚至消失；后气封减少了泄漏至透平前端的气体、降低了气压，透平前侧受到的推力减小甚至消失；第一轴承气封和第二轴承气封及泄压通道使推力盘右侧压力降低，由于压气机一端压力高，推力盘前端面承受了转子转动时产生的部分推力，所以保障了推力盘不会受到右侧推力，推力盘仅需承受前侧端面的压力。本发明将推力盘设置为两个，则每个推力盘分担轴向力后受力减少一半，可延长使用寿命。
具体应用时，推力盘数量还可以设置为一个或两个以上，可根据轴向力大小选择推力盘个数，轴向力越大，推力盘越多。
本发明的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，采用多气封密封设计，可以更小的降低泄漏，同时能有效克服机组震动带来的密封性能不稳定的缺点；采用多推力盘分摊轴向力，可有效降低轴向力，增加机组稳定性，降低功耗，提升效率；而且没有易损件，可延长机组寿命。
本发明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，以本发明所表述的含义为准。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2是图1中A位置局部放大图。
其中，1-转轴，11-推力盘，2-压气机，3-透平，4-定子，5-燃烧室，51-进气道，61-前径向轴承，62-推力轴承，63-后径向轴承，71-前气封，72-后气封，73-第一轴承气封，74-第二轴承气封，8-泄压通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
一种平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，包括转轴1，转轴1上依次设置压气机2、前径向轴承61、推力轴承62及推力盘11、后径向轴承63和透平3，如图1、图2所示，压气机2与转轴1固定连接；透平3与转轴1固定连接；推力盘11与转轴1固定连接或一体成型；前径向轴承61、后径向轴承63均为空气轴承，套设在转轴1上；推力轴承62套设在转轴1上且推力面与推力盘11前端相抵。
所述转轴1及各轴承外罩设定子4，定子4外侧环绕设置进气道51，进气道51含有内壁和外壁，进气道51末端连接燃烧室5，燃烧室5出口朝向透平3前端面叶缘。
所述压气机2后端面和定子4前侧之间的间隙内设置前气封71，用于减少压气机2边缘气体泄漏流至其背面。
所述透平3涡轮前端与燃烧室5出口之间设置后气封72，用于减少燃烧室5喷出的气体泄漏至透平3的前端。
所述推力盘11前侧设置推力轴承62，用以承受推力盘11前端面的推力。
所述推力盘11和定子端面之间设置第一轴承气封73，用于减少压气机2方向泄漏的气体；定子4内圈曲面和转轴1之间设置第二轴承气封74，用于减少透平3方向泄漏的气体；且在第一轴承气封73和第二轴承气封74之间开设泄压通道8，使推力盘11后端面压力减小。
所述推力盘11设置为两个，分别为前推力盘(靠近压气机1)和后推力盘(靠近透平3)；推力轴承62包括两部分：其中一部分设置在前推力盘的前端、两端面分别与定子4端面和前推力盘前端面相抵；另一部分设置在两推力盘之间，两端面分别与前推力盘的后端面、后推力盘的前端面相抵，转子转动时推力盘的受力面均为前端面。
所述前气封71、后气封72、第一轴承气封73及第二轴承气封74为交错齿气封或篦齿气封。气体通过层流的方式，越过梳齿，气体由层流变成紊流，降低了流速，使得压力降低。
本发明的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，由于前气封71减少了泄漏至压气机2后端的气体、降低了气压，压气机2背后受到的推力减小甚至消失；后气封72减少了泄漏至透平3前端的气体、降低了气压，透平3前侧受到的推力减小甚至消失；第一轴承气封73和第二轴承气封74及泄压通道8使推力盘11右侧压力降低，由于压气机2一端压力高，推力盘11前端面承受了转子转动时产生的部分推力，所以保障了推力盘11不会受到右侧推力，推力盘11仅需承受前侧端面的压力。因此，本发明可有效降低轴向力，增加机组稳定性，降低功耗，提升效率；多气封密封设计，可以更小的降低泄漏，而且没有易损件，同时能有效克服机组震动带来的密封性能不稳定的缺点。
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。

Claims (8)

1.一种平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：包括转轴，转轴上依次设置有压气机、前径向轴承、至少一个推力盘及推力轴承、后径向轴承和透平；转轴及各轴承外罩设定子，定子外侧环绕设置进气道，进气道含有内壁和外壁，进气道末端连接燃烧室，燃烧室出口朝向透平前端面叶缘；
所述压气机后端面和定子前侧之间的间隙内设置前气封；
所述透平涡轮前端与燃烧室出口之间设置后气封；
所述推力盘和定子端面之间设置第一轴承气封；所述定子内圈曲面和转轴之间设置第二轴承气封，且在第一轴承气封和第二轴承气封之间开设泄压通道。
2.根据权利要求1所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述压气机与转轴固定连接。
3.根据权利要求1所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述透平与转轴固定连接。
4.根据权利要求1所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述推力盘与转轴固定连接或一体成型。
5.根据权利要求1所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述前径向轴承、后径向轴承均为空气轴承，套设在转轴上。
6.根据权利要求1所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述推力轴承套设在转轴上且推力面与推力盘前端相抵。
7.根据权利要求1或4或6所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述推力盘为两个：分别为靠近压气机的前推力盘和靠近透平的后推力盘；推力轴承包括两部分：其中一部分设置在前推力盘的前端，两端面分别与定子端面和前推力盘前端面相抵；另一部分设置在两推力盘之间，两端面分别与前推力盘的后端面、后推力盘的前端面相抵，转子转动时推力盘的受力面均为前端面。
8.根据权利要求1所述的平衡轴向力的多推力盘燃气轮机，其特征在于：所述前气封、后气封、第一轴承气封及第二轴承气封为交错齿气封或篦齿气封。
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