CN115324731A - 一种燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气轮机，包括沿轴向依次布置的第一转轴和第二转轴，以及燃烧室，第一转轴的沿轴向远离第二转轴一端安装有第一压气机且沿轴向靠近第二转轴一端安装有第一涡轮，第二转轴的沿轴向远离第一转轴一端安装有第二压气机且沿轴向靠近第一转轴一端依次安装有第二涡轮和第三涡轮，第二压气机的进气端与第一压气机的排气端连通，第二压气机的排气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的排气端与第三涡轮的进口端连通，第三涡轮为具有中空结构的气膜冷却涡轮。本发明公开的燃气轮机，合理布局压气机与涡轮，并能够增强涡轮的冷却，进而可进一步提高涡轮进口的温度，以提高燃气轮机的效率。
Description
技术领域
本发明属于热机领域，具体涉及一种燃气轮机。
背景技术
燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，并配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统，它以空气为介质，是一种将燃料燃烧产生的热能转换成机械功对外输出的回转式动力机械。其工作过程如下：靠涡轮驱动而旋转的压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩升压，压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧，成为高温燃气后流入涡轮中膨胀做功，做功后的燃气压力降至大气压力最终排入大气。燃烧加热升温后形成的高温燃气，其做功能力大大提高，使涡轮的出功明显大于压气机耗功，有较多富余的功对外输出以驱动负载。
已有研究表明，燃气轮机的热效率和功率输出随涡轮进口温度的提高而增加，一般涡轮进口温度每提高40℃，燃气轮机输出功率可提高10％，热效率可提高1.5％[1]。然而涡轮进口温度的提高受制于直接暴露于高温燃气中涡轮叶片材料的耐受温度，以及涡轮叶片的冷却降温效果，大幅提高涡轮进口温度可能导致涡轮叶片结构强度降低，进而造成叶片变形或烧蚀故障。因此，涡轮叶片在一定程度上直接决定了燃气轮机的性能水平，如何在满足燃气轮机长寿命安全运行的前提下提高涡轮进口温度，是研发高性能燃气轮机的关键性技术难题。
李笑堂,侯凌云,杨敏,等.现代燃气轮机技术[M].北京:航空工业出版社,2006:23-24.
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种燃气轮机，合理布局压气机与涡轮，并能够增强涡轮的冷却，进而可进一步提高涡轮进口的温度，以提高燃气轮机的效率。
本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种燃气轮机，包括沿轴向依次布置的第一转轴和第二转轴，以及燃烧室，第一转轴的沿轴向远离第二转轴一端安装有第一压气机且沿轴向靠近第二转轴一端安装有第一涡轮，第二转轴的沿轴向远离第一转轴一端安装有第二压气机且沿轴向靠近第一转轴一端依次安装有第二涡轮和第三涡轮，第二压气机的进气端与第一压气机的排气端连通，第二压气机的排气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的排气端与第三涡轮的进口端连通，第三涡轮为具有中空结构的气膜冷却涡轮。
进一步地，第二转轴的至少轴向一端设置有至少部分内置的内空气轴承，内空气轴承具有供气通道，供气通道通过第二转轴的内部为第三涡轮供冷却气。
进一步地，第二转轴的设置有内空气轴承一端具有头锥，内空气轴承具有头锥供气孔。
进一步地，燃气轮机还包括多个第一径向轴承，第一径向轴承为套设于第一转轴和/或第二转轴外周面的外置径向空气轴承。
进一步地，在轴向上，第二涡轮位于第一涡轮与第三涡轮之间，来自于燃烧室的排气端的燃气依次经过第三涡轮、第二涡轮和第一涡轮后排出。
进一步地，燃气轮机还包括第一静叶组件，第一静叶组件位于第三涡轮与燃烧室的排气端之间并且靠近第三涡轮设置，第一静叶组件中的静叶为具有中空结构的流体冷却叶片。
进一步地，第二涡轮为具有中空结构的气膜冷却涡轮。
进一步地，燃气轮机还包括第二静叶组件，第二静叶组件位于第三涡轮与第二涡轮之间并且靠近第二涡轮设置，第二静叶组件中的静叶为具有中空结构的流体冷却叶片。
进一步地，燃气轮机还包括第一电机和第二电机，第一电机安装于第一转轴，并且位于第一压气机与第一涡轮之间，或者位于第一压气机的远离第一涡轮一侧；第二电机安装于第二转轴，并且位于第二压气机的远离第三涡轮一侧。
进一步地，第一电机的功率大于或等于第二电机的功率。
进一步地，第二转轴包括沿轴向依此布置的第一轴段和第二轴段，第一轴段和第二轴段通过联轴器连接，联轴器具有连通第一轴段和第二轴段中气路的气封腔。
进一步地，第二电机安装于第二轴段。
进一步地，燃气轮机包括内空气轴承，内空气轴承位于第二轴段的沿轴向远离第一轴段一端。
进一步地，第一电机和/或第二电机为超导式电机，燃气轮机的燃料复用为该超导电机的冷却剂。
进一步地，第二压气机的压比大于等于第一压气机的压比。
进一步地，第二压气机为离心式压气机。
进一步地，第一压气机选自离心式压气机、轴流式压气机、斜流式压气机中的一种或多种。
进一步地，燃气轮机还包括回热器HR，回热器HR包括可热交换的第一通路和第二通路，第二压气机的排气端与第一通路的进气端连通，燃烧室的进气端与第一通路的排气端连通，第一涡轮的排气端与第二通路的进气端连通，第二通路的排气端连通外部大气或其他外部部件。
根据本发明实施例的燃气轮机，通过在第一转轴安装第一压气机，在第二转轴上安装第二压气机，且第二压气机的进气端与第一压气机的排气端连通，从而提高压气机压比，有利于燃气轮机效率的提升，并且通过将与燃烧室的排气端连通的第三涡轮设置为具有中空结构的气膜冷却涡轮，有冷却气膜对涡轮进行保护，从而可以进一步提高涡轮前燃气温度，进而提高燃气轮机的效率。并且通过在第一转轴和第二转轴上布置第一涡轮、第二涡轮和第三涡轮，能够更充分地利用温度提高后的高温燃气，以提高燃气轮机整体效率。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的燃气轮机的结构示意图；
图2为图1中第三涡轮的一个实施例的局部示意图；
图3为图1中第三涡轮的另一个实施例的局部示意图；
图4为图1中第三涡轮的又一个实施例的局部示意图；
图5为图1中第二转轴的一个实施例的局部示意图；
图6为图1中内空气轴承的一个实施例的局部示意图；
图7为图1中内空气轴承的另一个实施例的局部示意图；
图8为图1中第三涡轮的再一个实施例的局部示意图；
图9为根据本发明另一个实施例的燃气轮机的结构示意图；
图10为根据本发明又一个实施例的燃气轮机的结构示意图；
图11为图10中第二转轴的一个实施例的结构示意图；
图12为根据本发明再一个实施例的燃气轮机的结构示意图；
图13为根据本发明又另一个实施例的燃气轮机的结构示意图；
图14为根据本发明又再一个实施例的燃气轮机的结构示意图。
附图标记：
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
燃气轮机的效率与涡轮前温度正相关。但是，当涡轮前温度过高，超过了涡轮材料的耐热极限时，涡轮无法正常持续的工作，因此，人们致力于开发具有更高耐热温度的材料，但是开发进度较为缓慢，并且新材料价格高，导致燃气轮机成本的大幅提高。
发明人发现可以通过气膜冷却或液膜冷却的方式保护涡轮，以提高涡轮在更高的涡轮前温度下保持材料稳定性。但是仅利用涡轮的转动的离心力来提高冷却气压力往往低于或略微大于涡轮前的静压，这样不会形成有效的冷却气膜。而采用液膜冷却对冷却液的要求很高，例如去离子水，并且需要持续消耗冷却液，难以重复利用，导致成本的提高。
因此，亟需一种燃气轮机，能够提高涡轮的冷却效果，进而可以通过提高涡轮前温度实现效率的提升，并且要保证冷却的持续并易于实现，以及控制制造和改造成本。同时，需要合理布局压气机与涡轮，以能够充分利用温度提高后的高温燃气。
为实现上述目的，如图1所示，图1为根据本发明一个实施例的燃气轮机的结构示意图，本发明提供一种燃气轮机，本发明提供一种燃气轮机，包括沿轴向依次布置的第一转轴110和第二转轴120以及燃烧室400。
其中，第一转轴110和第二转轴120的材质可以是钢，也可以是其他合适金属、合金或复合材质。第一转轴110和第二转轴120通过轴承支撑于燃气轮机的壳体或轴承座。该轴承优选为空气轴承，也可以是磁轴承或气磁混合轴承等其他非接触轴承，或者其中部分轴承为滚珠轴承、滚柱轴承等接触式轴承。
第一转轴110和第二转轴120可以是同轴线排布，第一转轴110的轴向一端与第二转轴120的轴向一端相对设置。
第一转轴110的沿轴向远离第二转轴120一端安装有第一压气机210且沿轴向靠近第二转轴120一端安装有第一涡轮310。
第一压气机210选自离心式压气机、轴流式压气机、斜流式压气机中的一种或多种。第一压气机210可以是为单级离心式压气机、多级轴流式压气机(例如3级或4级)、多级斜流式压气机(例如3级)，或者离心式压气机、轴流式压气机、斜流式压气机之间的组合。在一些实施例中，第一压气机210可以包括压气机叶轮和扩压器。第一压气机210的进气端与外部环境连通以用于吸气。
第二转轴120的沿轴向远离第一转轴110一端安装有第二压气机220且沿轴向靠近第一转轴110一端依次安装有第二涡轮320和第三涡轮330。
第二压气机220可以为离心式压气机。在一些实施例中，第二压气机220可以包括压气机叶轮和扩压器。第二压气机220的进气端与第一压气机210的排气端连通，第二压气机220的排气端与燃烧室400的进气端连通。第一压气机210与第二压气机220进行串联连接，外部环境气体(例如空气)经过第一压气机210压缩后进入第二压气机220进一步压缩，以提高气体离开上述压气机组合的最终压力。以上述形式串联的第一压气机210与第二压气机220的综合压比要大于单独第一压气机210或单独第二压气机220的压比。第一压气机210的压比可以选自2至5，第二压气机220的压比可以选自5至10。例如，第一压气机210的压比为5，第二压气机220的压比为5，则串联后压比为25；第一压气机210的压比为3，第二压气机220的压比为8，则串联后压比为24；第一压气机210的压比为4，第二压气机220的压比为7，则串联后压比为28。在一些可选的实施例中，第二压气机220的压比大于等于第一压气机210的压比。
燃烧室400可以是环形燃烧室、单筒燃烧室、环管燃烧室等。当燃烧室400为环形燃烧室时，燃烧室400可以绕第二转轴120设置。燃烧室400的排气端与第三涡轮330的进口端连通。在轴向上，第二涡轮320位于第一涡轮310与第三涡轮330之间，来自于燃烧室400的排气端的燃气依次经过第三涡轮330、第二涡轮320和第一涡轮310后排出。
第三涡轮330为具有中空结构的气膜冷却涡轮。
根据本发明实施例的燃气轮机，通过在第一转轴110安装第一压气机210，在第二转轴120上安装第二压气机220，且第二压气机220的进气端与第一压气机210的排气端连通，从而提高组合串联后的压气机压比，有利于燃气轮机效率的提升，并且通过将与燃烧室400的排气端连通的第三涡轮330设置为具有中空结构的气膜冷却涡轮，有冷却气膜对涡轮330进行保护，从而可以进一步提高涡轮前燃气温度，以提高燃气轮机的效率。并且通过在第一转轴110和第二转轴120上布置第一涡轮310、第二涡轮320和第三涡轮330，能够更充分地利用温度提高后的高温燃气，以提高燃气轮机整体效率。
进一步地，如图2所示，图2为图1中第三涡轮的一个实施例的局部示意图，图2示例性地示出第三涡轮330为中空涡轮，第三涡轮330包括涡轮壳体333以及由涡轮壳体333围绕成的涡轮内腔334。涡轮壳体333上开设有涡轮气膜孔332，涡轮气膜孔332连通涡轮内腔334。中空的涡轮壳体333可以由两片或更多片的壳体件固定连接(例如焊接)而成。在其他实施例中，涡轮内腔334还可以是连通通道以为涡轮气膜孔332供气。在另一些实施例中，涡轮内腔334中可以设置挡板、挡柱或迷宫结构以增加涡轮内冷却效果，以进一步提高第三涡轮330的整体冷却效果。
如图3所示，图3为图1中第三涡轮的另一个实施例的局部示意图，涡轮气膜孔332的数量是多个，涡轮气膜孔332可以位于涡轮330的叶片前缘和叶顶。位于叶片前缘的多个涡轮气膜孔332可以沿涡轮330的径向排布。涡轮气膜孔332位于不同位置，以满足各位置的冷却需求，以及对冷却气膜形成的精细控制。位于叶顶的涡轮气膜孔332可以复用为涡轮处轴承喷孔。一方面，位于叶顶的涡轮气膜孔332用于叶顶处的冷却，另一方面，具有涡轮气膜孔332的叶顶与外部壳体之间可以形成径向气体推力，从叶顶的涡轮气膜孔332喷出的压力气能够在一定程度上径向支撑涡轮330，利于提高转子系统的转动稳定性。
如图4所示，图4为图1中第三涡轮的又一个实施例的局部示意图，涡轮气膜孔332还可以位于涡轮330的叶片后缘，从后缘的出气有利于气流引流。
进一步地，如图5所示，图5为图1中第二转轴的一个实施例的局部示意图，第二转轴120对应第三涡轮330位置处具有轴连通孔123，以通过第二转轴120内部经由轴连通孔123为第三涡轮330提供冷却气。并且，第二转轴120的至少轴向一端具有轴内轴承腔122，图1示出轴内轴承腔122位于沿轴向远离第一转轴110的一端，在其他实施例中轴内轴承腔122还可以位于沿轴向靠近第一转轴110的一端。轴内轴承腔122与轴连通孔123通过轴内气路124连通，轴连通孔123通过第三涡轮330的涡轮连通孔331与涡轮内腔334连通。这样，来自于外部的冷却气先进入到轴内轴承腔122，再经过轴内气路124和轴连通孔123进入到涡轮内腔334中，再通过涡轮气膜孔332喷出，以在第三涡轮330外壁面形成冷却气膜。
由于第三涡轮330临近燃烧室400的排气端设置，燃烧室400的排气在第三涡轮330前的位置(R1)温度最高，经过第三涡轮330后的位置(R2)温度降低，再经过第二涡轮320后的位置(R3)则温度进一步降低，再经过第一涡轮310后的位置(R4)为余热温度，此时具有余热的排气可以直接排入大气环境或者引导至其他外部部件进一步利用。因此，第一涡轮310、第二涡轮320和第三涡轮330中，第三涡轮330的涡轮前温度最高，故第三涡轮330采用具有中空结构的气膜冷却涡轮以提高冷却效果。相应地，第二涡轮320可以采用具有中空结构的气膜冷却涡轮来提高冷却效果，或者当第二涡轮320的涡轮前温度处于涡轮材料承受范围内时，第二涡轮320可以是常规的实心涡轮。第一涡轮310一般可以是常规的实心涡轮。
进一步地，继续如图1所示，第二转轴120的至少轴向一端设置有至少部分内置的内空气轴承510，内空气轴承510具有供气通道，供气通道通过第二转轴120的内部为第三涡轮330供冷却气。
具体地，相对于第二转轴120，内空气轴承510为定子部件，内空气轴承510例如可以连接于燃气轮机的壳体或轴承座。内空气轴承510至少部分延伸至轴内轴承腔122内，内空气轴承510延伸至轴内轴承腔122内的部分与轴内轴承腔122周向内壁之间形成气体轴承的气膜间隙。内空气轴承510支撑第二转轴120转动，并且内空气轴承510位于第二转轴120一端以至少部分封闭轴内轴承腔122的开口，剩余间隙通过内空气轴承510运行过程中形成的气膜进行气封。内空气轴承510具有与轴内轴承腔122连通的供气通道511，以向轴内轴承腔122提供涡轮冷却气。
进一步地，如图6所示，图6为图1中内空气轴承的一个实施例的局部示意图，内空气轴承510具有径向延伸且周向排布的多个第一气孔512，第一气孔512的进气口与气源连接，第一气孔512的出气口朝向轴内轴承腔122的周向壁面。气源可以是外部气源，例如气泵。气源还可以是第二压气机220，例如第一气孔512的进气口与第二压气机220的排气端连通。图6中示出第一气孔512的进气口连接至供气通道511，供气通道511与气源连接，在其他可选的实施例中，第一气孔512的进气口也可以通过其他通道与气源连接。
具体地，各第一气孔512在轴向上的位置位于轴内轴承腔122的外部开口与供气通道511的出气口之间，以使得供气通道511的出气口处于轴内轴承腔122内部并可通过各第一气孔512实现气封。
燃气轮机运行过程中，第一气孔512朝向轴内轴承腔122的周向壁面喷气以形成气膜，该气膜支撑第二转轴120旋转并且在第二转轴120与内空气轴承510之间形成气封，使得由内空气轴承510的供气通道511向轴内轴承腔122提供的涡轮冷却气尽量不泄漏，以保证冷却效果。
在一些可选的实施例中，第一气孔512是阶梯孔，阶梯孔的孔径大端朝向内空气轴承510，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，以进一步增强气膜强度。
在一些可选的实施例中，第一气孔512沿轴向呈两圈以上设置，以增加出气量，保证气膜强度，增加内空气轴承510稳定性。
在一些可选的实施例中，如图7所示，图7为图1中内空气轴承的另一个实施例的局部示意图，供气通道511对应其出气口具有直径增大的扩口513，第一气孔512对应扩口513开设。设置相比原供气通道511直径更大的扩口513，便于机械加工工具(例如勾刀)深入扩口513内加工第一气孔512的孔径大端，然后可以通过如激光打孔的方式加工出第一气孔512的孔径小端。
进一步地，通过供气通道511提供的气体压力大于第三涡轮330的涡轮前压力，这样能够保证冷却气能够顶住涡轮前压力通过涡轮气膜孔332喷出，以形成冷却气膜。
具体地，供气通道511的进气口与第二压气机220的排气端连接，第二压气机220的排气端压力大于第三涡轮330的涡轮前压力。
进一步地，继续如图1所示，燃气轮机还包括第一静叶组件710，第一静叶组件710位于第三涡轮330与燃烧室400的排气端之间并且靠近第三涡轮330设置。第一静叶组件710中的静叶为具有中空结构的流体冷却叶片，以提高第一静叶组件710的冷却效果，有利于提高燃烧室400的排气端温度。其中，流体冷却叶片可以是气膜冷却叶片或液膜冷却叶片，或者内部具有气体或液体流通冷却通道的叶片。
进一步地，如图8所示，图8为图1中第三涡轮的再一个实施例的局部示意图，第一导叶组件710包括第一支座711、第二支座713和位于两个支座之间的具有轴向气道的叶片组712。涡轮330还包括涡轮推力喷孔335，涡轮推力喷孔335的出气口朝向第一导叶组件710的第一支座711壁面，涡轮推力喷孔335喷出的压力气能够形成轴向推力，利于燃气轮机的转子系统的轴向平衡。进一步地，涡轮推力喷孔335两侧可以设置有封气孔336，封气孔336的直径小于涡轮推力喷孔335的直径，封气孔336喷出的压力气能够形成气帘密封，以尽量封住涡轮推力喷孔335的喷气以提高推力。
进一步地，如图9所示，图9为根据本发明另一个实施例的燃气轮机的结构示意图，第二涡轮320也可以为具有中空结构的气膜冷却涡轮。其具体结构可以与第三涡轮330大致相同。
进一步地，如图9所示，燃气轮机还包括第二静叶组件720，第二静叶组件720位于第三涡轮330与第二涡轮320之间并且靠近第二涡轮320设置，第二静叶组件720中的静叶为具有中空结构的流体冷却叶片。第二静叶组件720的具体结构可以与第一导叶组件710大致相同。
进一步地，继续如图1所示，燃气轮机还包括第一电机910和第二电机920。第一电机910安装于第一转轴110，并且位于第一压气机210与第一涡轮310之间，或者位于第一压气机210的背向第一涡轮310一侧。由于第二压气机220与第三涡轮330之间的温度很高，高温会导致电机效率的降低，因此，第二电机920可以安装于第二转轴120，并且位于第二压气机220的远离第三涡轮330一侧。
第一电机910的功率大于或等于第二电机920的功率。应该理解的是，图中示出的第一电机910和第二电机920的尺寸和比例不代表他们实际的尺寸和比例，也不指示功率的大小和比较。
进一步地，第一电机910和/或第二电机920可以为超导式电机，这样能够减小电机的体积并获得更高的电机效率(甚至为100％)。并且超导电机能够提供较大的功率(百千瓦级或兆瓦级)，可应用于功率较大的燃气轮机。在该实施例中，燃气轮机的燃料复用为该超导电机的冷却剂，燃料可以是液化氢气、液化天然气等。
进一步地，如图10和11所示，图10为根据本发明又一个实施例的燃气轮机的结构示意图，图11为图10中第二转轴的一个实施例的结构示意图，第二转轴120包括沿轴向依此布置的第一轴段121和第二轴段125。第一轴段121和第二轴段125通过联轴器128连接，联轴器128具有连通第一轴段121和第二轴段125中气路的气封腔129。其中，第二电机920安装于第二轴段125。在燃气轮机包括内空气轴承510的实施例中，内空气轴承510位于第二轴段125的沿轴向远离第一轴段121一端。这样设置能够避免第二转轴120的长度过长，难以加工和调教转子动力学参数，在设置为通过联轴器128连接的第一轴段121和第二轴段125后，可以根据需要增加第二电机920的尺寸和功率，以满足第一电机910和第二电机920之间功率平衡与调配。
具体的，如图11所示，为便于显示，图11中第一轴段121和第二轴段125的比例相比图10有所调整。第一轴段121具有轴连通孔123和轴内气路124，第二轴段125具有轴内气路126和轴内轴承腔122。联轴器128与第一轴段121和第二轴段125气密连接并具有气封腔129，气封腔129与轴内气路124和轴内气路126形成第二转轴120的轴内气路。
进一步地，如图12所示，图12为根据本发明再一个实施例的燃气轮机的结构示意图，第二转轴120的设置有内空气轴承510一端具有头锥126，内空气轴承510具有头锥供气孔。头锥126可以一体成型于第二转轴120，也可以是通过如焊接、连接件连接的方式固定安装在第二转轴120上。头锥126轴向上朝向内空气轴承510的端部具有推力面。内空气轴承510具有头锥供气孔，头锥供气孔的进气端可以与供气通道511连通，头锥供气孔的出气口朝向头锥126的推力面。头锥供气孔喷出的压力气能够给予头锥126轴向推力，利于转子系统轴向上的力平衡。在其他实施例中，头锥供气孔的进气端也可以通过其他通道接入气源。在一些实施例中，头锥126远离内空气轴承510一侧可以设置有推力轴承。
进一步地，第一转轴110和/或第二转轴120上设置有推力盘，推力盘的轴向两侧可以设置有推力轴承。
进一步地，如图1，9,10，12所示，燃气轮机还包括多个第一径向轴承520，第一径向轴承520为套设于第一转轴110和/或第二转轴120外周面的外置径向空气轴承。第一径向轴承520的位置可以为上述附图中所示位置中的一个或多个，也可以是未示出的其他轴向位置。
进一步地，如图13所示，图13为根据本发明又另一个实施例的燃气轮机的结构示意图，图13示出了内空气轴承510位于第二转轴120沿轴向靠近第一转轴110的一端的示例。
进一步地，如图14所示，图14为根据本发明又再一个实施例的燃气轮机的结构示意图，燃气轮机还包括回热器HR，以进一步提高燃气轮机的效率。具体地，回热器HR包括可热交换的第一通路和第二通路，第二压气机220的排气端与第一通路的进气端连通，燃烧室400的进气端与第一通路的排气端连通，第一涡轮310的排气端与第二通路的进气端连通，第二通路的排气端连通外部大气或其他外部部件。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
依照本发明如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种燃气轮机，其特征在于，包括沿轴向依次布置的第一转轴和第二转轴，以及燃烧室，所述第一转轴的沿轴向远离所述第二转轴一端安装有第一压气机且沿轴向靠近所述第二转轴一端安装有第一涡轮，所述第二转轴的沿轴向远离所述第一转轴一端安装有第二压气机且沿轴向靠近所述第一转轴一端依次安装有第二涡轮和第三涡轮，所述第二压气机的进气端与所述第一压气机的排气端连通，所述第二压气机的排气端与所述燃烧室的进气端连通，所述燃烧室的排气端与所述第三涡轮的进口端连通，所述第三涡轮为具有中空结构的气膜冷却涡轮。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述第二转轴的至少轴向一端设置有至少部分内置的内空气轴承，所述内空气轴承具有供气通道，所述供气通道通过所述第二转轴的内部为所述第三涡轮供冷却气。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，所述第二转轴的设置有内空气轴承一端具有头锥，所述内空气轴承具有头锥供气孔；和/或，
所述燃气轮机还包括多个第一径向轴承，所述第一径向轴承为套设于所述第一转轴和/或所述第二转轴外周面的外置径向空气轴承。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，在轴向上，所述第二涡轮位于所述第一涡轮与所述第三涡轮之间，来自于所述燃烧室的排气端的燃气依次经过所述第三涡轮、所述第二涡轮和所述第一涡轮后排出；和/或，
所述燃气轮机还包括第一静叶组件，所述第一静叶组件位于所述第三涡轮与所述燃烧室的排气端之间并且靠近所述第三涡轮设置，所述第一静叶组件中的静叶为具有中空结构的流体冷却叶片。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述第二涡轮为具有中空结构的气膜冷却涡轮；和/或，
所述燃气轮机还包括第二静叶组件，所述第二静叶组件位于所述第三涡轮与所述第二涡轮之间并且靠近所述第二涡轮设置，所述第二静叶组件中的静叶为具有中空结构的流体冷却叶片。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机还包括第一电机和第二电机，
所述第一电机安装于所述第一转轴，并且位于所述第一压气机与所述第一涡轮之间，或者位于所述第一压气机的远离所述第一涡轮一侧；
所述第二电机安装于所述第二转轴，并且位于所述第二压气机的远离所述第三涡轮一侧；
所述第一电机的功率大于或等于所述第二电机的功率。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，所述第二转轴包括沿轴向依此布置的第一轴段和第二轴段，所述第一轴段和所述第二轴段通过联轴器连接，所述联轴器具有连通所述第一轴段和所述第二轴段中气路的气封腔；
所述第二电机安装于所述第二轴段；
所述燃气轮机包括内空气轴承，所述内空气轴承位于所述第二轴段的沿轴向远离所述第一轴段一端。
8.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，所述第一电机和/或所述第二电机为超导式电机，所述燃气轮机的燃料复用为该超导电机的冷却剂。
9.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，
所述第二压气机的压比大于等于所述第一压气机的压比；
所述第二压气机为离心式压气机；
所述第一压气机选自离心式压气机、轴流式压气机、斜流式压气机中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机还包括回热器HR，所述回热器HR包括可热交换的第一通路和第二通路，所述第二压气机的排气端与所述第一通路的进气端连通，所述燃烧室的进气端与所述第一通路的排气端连通，所述第一涡轮的排气端与所述第二通路的进气端连通，所述第二通路的排气端连通外部大气或其他外部部件。
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