CN112727602A

CN112727602A - 气吹式微型燃气轮机及其启动方法

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Publication number: CN112727602A
Application number: CN202011288829.8A
Authority: CN
Inventors: 靳普
Original assignee: Individual
Current assignee: Liu Muhua
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2040-11-18
Also published as: CN112727602B; WO2022105212A1

Abstract

本申请公开了一种气吹式微型燃气轮机及其启动方法，通过对燃气轮机的启动结构及启动方法进行改进，节省了燃气轮机所占的空间，降低了设备加工难度，减小了设备震动。

Description

气吹式微型燃气轮机及其启动方法

技术领域

本方案涉及燃气轮机启动方式领域，尤其涉及气吹式微型燃气轮机及其启动方法。

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。

微型燃气轮机的启动控制是微型燃气轮机系统最重要的控制内容之一。现有的微型燃气轮机启动过程中点火成功率低，容易启动失败。特别是随着微型燃气轮机的应用变得广泛，需要在不同温度、湿度、海拔等环境工作区域，这些环境因素极大地影响了气压、燃油的燃烧性能，及空气和燃油混合物燃烧过程中的温度变化，进而影响微型燃气轮机启动过程。点火不成功导致燃机系统频繁启动，影响微型燃气轮机可靠性、降低其使用寿命。

另一方面，目前的燃气轮机多采用电机启动，而设置电机大大增加了转子转轴的长度，并由此带来一系列的问题，如加工难度高、同轴度不易保证、振动严重、质量大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种气吹式微型燃气轮机及其启动方法。

为实现上述目的，本发明采取下述方案：

一种气吹式微型燃气轮机，包括压气机1、涡轮2、转轴3、进气通道4、燃烧室5；所述压气机1和涡轮2分别套设于转轴3的前端和末端，压气机1前端环绕罩设的壳体围成所述进气通道4，压气机1出口经出气道6连通燃烧室5，涡轮2轮缘设置在燃烧室5的排气道7内，燃烧室5排气道7内喷出的高温高压气体喷在涡轮2端面上推动涡轮2旋转做功；转轴3通过径向轴承8支撑在定子内；各轴承设置在压气机1和涡轮2之间的转轴轴段上，出气道与定子之间形成轴承腔9，压气机1背气面设置气封10防止压气机1背气面气体泄漏至轴承腔9内，涡轮2前侧设置气封10防止气体从涡轮2和燃烧室5之间的缝隙泄漏至轴承腔9内。

进一步地，转轴3上设置推力盘11及推力轴承12防止转轴3轴向移动。径向轴承8和推力轴承12均为空气轴承。

进一步地，所述进气通道4内设置多根气管14，所述气管14的喷气口在压气机1叶轮的进气端均匀分布。喷气口喷出的气体在压气机1叶轮叶尖处，可推动叶轮转动。

进一步地，所述进气通道4内设置电涵道风扇15，电涵道风扇15的排气朝向压气机进气端。电涵道风扇15包括涵道、风扇和驱动电机，所述涵道呈环状、可拆卸地固定在进气通道4内壁，涵道内设置风扇，风扇的驱动电机设置在进气通道4外。风扇旋转后从进气通道4外吸气、排向压气机1。涵道内风扇可以平行设置多个。优选地，风扇的出风方向平行于转轴。

进一步地，所述进气通道4连通一支路16，所述支路16内设置电涵道风扇15，电涵道风扇15的排气沿斜向朝向压气机1进气端，所述支路16与进气通道4之间设置旁通阀，用于调节支路16和进气通道15的开闭。

一种气吹式微型燃气轮机的启动方法，包括以下步骤：

1)向压气机1进气端持续通入启动空气，使压气机1叶轮转动；

2)确定微型燃气轮机满足点火条件，开启点火器执行点火操作；

3)点火操作成功后，燃料燃烧，使微型燃气轮机转子速度持续上升直至稳定旋转，燃烧后高温高压气体喷出，推动涡轮2转动，涡轮2带动同轴的压气机1叶轮高速旋转，整机持续运转。

进一步地，步骤2)中，所述确定微型燃气轮机满足点火条件，开启点火器执行点火操作包括：

确定压气机1叶轮旋转带动转子转动速度达到点火速度；

转子维持在点火速度，开启燃料泵供燃料；

开启点火器执行点火操作。

有益效果

1、本发明不采用电机启动，而是用气吹方式启动，大大缩短了转子转轴的长度，并由此带来一系列的优势，如加工难度低、同轴度易保证、振动小、质量轻。

2、由于燃气轮机本身使用了空气轴承，气管的气源可以是空气轴承的气泵或气瓶，物尽其用，不再需要设置其他的气源。

3、电涵道风扇设置在了支路内，当整机启动之后，该支路关闭，电涵道风扇不会在进气通道内影响进气，优点是：(1)气流量大；(2)避免了电涵道风扇设置在进气通道内时，持续通入待压缩气体受到电涵道风扇阻碍而产生的震动。

4、进气通道的进气方式可进行合理组合，例如当进气通道内设置多根气管且进气通道连通支路内设置电涵道风扇时，二者的组合可提供更大气流量的启动气流，还可通过气流量的控制实现不同的气流流动方式，提高启动气流的启动效率的同时不影响进气通道的进气又减少了震动。

附图说明

图1为实施例1中气吹式微型燃气轮机的结构图

图2为实施例2中气吹式微型燃气轮机的结构图

图3为实施例3中气吹式微型燃气轮机的结构图

附图标记：压气机1、涡轮2、转轴3、进气通道4、燃烧室5、出气道6、排气道7、径向轴承8、轴承腔9、气封10、推力盘11、推力轴承12、推力轴承12、气管14、电涵道风扇15、支路16。

具体实施方式

以下提供三种具体的向压气机进气端通入启动空气的实施方式：

实施例一

如图1所示，一种气吹式微型燃气轮机，包括压气机1、涡轮2、转轴3、进气通道4、燃烧室5；所述压气机1和涡轮2分别套设于转轴3的前端和末端，压气机1前端环绕罩设的壳体围成所述进气通道4，压气机1出口经出气道6连通燃烧室5，涡轮2轮缘设置在燃烧室5的排气道7内，燃烧室5排气道7内喷出的高温高压气体喷在涡轮2端面上推动涡轮2旋转做功；转轴3通过径向轴承8支撑在定子内；各轴承设置在压气机1和涡轮2之间的转轴轴段上，出气道6与定子之间形成轴承腔9，压气机1背气面设置气封10防止压气机1背气面气体泄漏至轴承腔9内，涡轮2前侧设置气封10防止气体从涡轮2和燃烧室5之间的缝隙泄漏至轴承腔9内。转轴3上设置推力盘11及推力轴承12防止转轴3轴向移动。径向轴承8和推力轴承12均为空气轴承。所述进气通道4内设置多根气管14，所述气管14的喷气口在压气机1叶轮的进气端均匀分布。喷气口喷出的气体在压气机1叶轮叶尖处，可推动叶轮转动。

图1中气吹式微型燃气轮机的启动方法为：

1)向压气机1进气端持续通入启动空气，使压气机1叶轮转动；

步骤2)中，所述确定微型燃气轮机满足点火条件，开启点火器执行点火操作包括：

确定压气机1叶轮旋转带动转子转动速度达到点火速度；

转子维持在点火速度，开启燃料泵供燃料；

开启点火器执行点火操作。

步骤1)中向压气机1进气端通入启动空气的方法是，在压气机1叶轮的进气端均匀设置多根气管14，由气管14向压气机1喷气并推动压气机1转动，经过上述步骤2)、3)后，气管14停止喷气，压气机持续吸入工作气体。由于燃气轮机本身使用了空气轴承，所以气管14的气源可以是空气轴承的气泵或气瓶，物尽其用，不再需要设置其他的气源。

实施例二

如图2所示，一种气吹式微型燃气轮机，包括压气机1、涡轮2、转轴3、进气通道4、燃烧室5；所述压气机1和涡轮2分别套设于转轴3的前端和末端，压气机1前端环绕罩设的壳体围成所述进气通道4，压气机1出口经出气道6连通燃烧室5，涡轮2轮缘设置在燃烧室5的排气道7内，燃烧室5排气道7内喷出的高温高压气体喷在涡轮2端面上推动涡轮2旋转做功；转轴3通过径向轴承8支撑在定子内；各轴承设置在压气机1和涡轮2之间的转轴轴段上，出气道6与定子之间形成轴承腔9，压气机1背气面设置气封10防止压气机1背气面气体泄漏至轴承腔9内，涡轮2前侧设置气封10防止气体从涡轮2和燃烧室5之间的缝隙泄漏至轴承腔9内。转轴3上设置推力盘11及推力轴承12防止转轴3轴向移动。径向轴承8和推力轴承12均为空气轴承。所述进气通道4内设置电涵道风扇15，电涵道风扇15的排气朝向压气机进气端。电涵道风扇15包括涵道、风扇和驱动电机，所述涵道呈环状、可拆卸地固定在进气通道4内壁，涵道内设置风扇，风扇的驱动电机设置在进气通道4外。风扇旋转后从进气通道4外吸气、排向压气机1。涵道内风扇平行设置多个。风扇的出风方向平行于转轴。

图2中气吹式微型燃气轮机的启动方法为：

1)向压气机1进气端持续通入启动空气，使压气机1叶轮转动；

确定压气机1叶轮旋转带动转子转动速度达到点火速度；

转子维持在点火速度，开启燃料泵供燃料；

开启点火器执行点火操作。

步骤1)中向压气机1进气端通入启动空气的方法是，在压气机1进气端的进气通道4内设置电涵道风扇15，电涵道风扇15将外界气体持续地吸入进气通道4并推动压气机1转动，经过上述步骤2)、3)后，关闭电涵道风扇15，压气机1持续吸入工作气体。

实施例三

如图3所示，一种气吹式微型燃气轮机，包括压气机1、涡轮2、转轴3、进气通道4、燃烧室5；所述压气机1和涡轮2分别套设于转轴3的前端和末端，压气机1前端环绕罩设的壳体围成所述进气通道4，压气机1出口经出气道6连通燃烧室5，涡轮2轮缘设置在燃烧室5的排气道7内，燃烧室5排气道7内喷出的高温高压气体喷在涡轮2端面上推动涡轮2旋转做功；转轴3通过径向轴承8支撑在定子内；各轴承设置在压气机1和涡轮2之间的转轴轴段上，出气道6与定子之间形成轴承腔9，压气机1背气面设置气封10防止压气机1背气面气体泄漏至轴承腔9内，涡轮2前侧设置气封10防止气体从涡轮2和燃烧室5之间的缝隙泄漏至轴承腔9内。转轴3上设置推力盘11及推力轴承12防止转轴3轴向移动。径向轴承8和推力轴承12均为空气轴承。所述进气通道4连通一支路16，所述支路16内设置电涵道风扇15，电涵道风扇15的排气沿斜向朝向压气机1进气端，所述支路16与进气通道4之间设置旁通阀，用于调节支路16和进气通道15的开闭。

图3中气吹式微型燃气轮机的启动方法为：

1)向压气机1进气端持续通入启动空气，使压气机1叶轮转动；

确定压气机1叶轮旋转带动转子转动速度达到点火速度；

转子维持在点火速度，开启燃料泵供燃料；

开启点火器执行点火操作。

步骤1)中向压气机1进气端通入启动空气的方法是，压气机1进气端的进气通道4含有一支路16，该支路16和进气通道4之间设置旁通阀；该支路16内设置电涵道风扇15，电涵道风扇15将外界气体吸入进气通道4并推动压气机1转动，经过上述步骤2)、3)后，关闭电涵道风扇15并关闭旁通阀使支路16闭合，压气机1持续从进气通道4吸入工作气体。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种气吹式微型燃气轮机，包括压气机、涡轮、转轴、进气通道、燃烧室；所述压气机和涡轮分别套设于转轴的前端和末端，压气机前端环绕罩设的壳体围成所述进气通道，压气机出口经出气道连通燃烧室，涡轮轮缘设置在燃烧室的排气道内，燃烧室排气道内喷出的高温高压气体喷在涡轮端面上推动涡轮旋转做功；转轴通过径向轴承支撑在定子内；各轴承设置在压气机和涡轮之间的转轴轴段上，出气道与定子之间形成轴承腔，压气机背气面设置气封防止压气机背气面气体泄漏至轴承腔内，涡轮前侧设置气封防止气体从涡轮和燃烧室之间的缝隙泄漏至轴承腔内。

2.根据权利要求1中所述的气吹式微型燃气轮机，其特征在于：转轴上设置推力盘及推力轴承防止转轴轴向移动，径向轴承和推力轴承均为空气轴承。

3.根据权利要求1中所述的气吹式微型燃气轮机，其特征在于：所述进气通道内设置多根气管，所述气管的喷气口在压气机叶轮的进气端均匀分布；喷气口喷出的气体在压气机叶轮叶尖处，可推动叶轮转动。

4.根据权利要求1中所述的气吹式微型燃气轮机，其特征在于：所述进气通道内设置电涵道风扇，电涵道风扇的排气朝向压气机进气端；电涵道风扇包括涵道、风扇和驱动电机，所述涵道呈环状、可拆卸地固定在进气通道内壁，涵道内设置风扇，风扇的驱动电机设置在进气通道外；风扇旋转后从进气通道外吸气、排向压气机；涵道内风扇设置为一个或平行设置为两个或多个。

5.根据权利要求4中所述的气吹式微型燃气轮机，其特征在于：风扇的出风方向平行于转轴。

6.根据权利要求1中所述的气吹式微型燃气轮机，其特征在于：所述进气通道连通一支路，所述支路内设置电涵道风扇，电涵道风扇的排气沿斜向朝向压气机进气端，所述支路与进气通道之间设置旁通阀，用于调节支路和进气通道的开闭。

7.根据权利要求1-6中任一所述的气吹式微型燃气轮机的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)向压气机进气端持续通入启动空气，使压气机叶轮转动；

3)点火操作成功后，燃料燃烧，使微型燃气轮机转子速度持续上升直至稳定旋转，燃烧后高温高压气体喷出，推动涡轮转动，涡轮带动同轴的压气机叶轮高速旋转，整机持续运转。

8.根据权利要求7所述的启动方法，其特征在于，步骤2)中，所述确定微型燃气轮机满足点火条件，开启点火器执行点火操作包括：

确定压气机叶轮旋转带动转子转动速度达到点火速度；

转子维持在点火速度，开启燃料泵供燃料；

开启点火器执行点火操作。