CN211343128U - 一种转子系统及微型燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种转子系统及微型燃气轮机，转子系统包括：转轴，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；其中，所述径向轴承设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，轴承本体的外壁节流孔口大于内壁节流孔口，所述轴承内壁周向设置环形槽，内壁节流孔口与所述环形槽部分或整体相交，在所述推力轴承内设置第一空气槽，在转轴对应安装轴承本体的位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁沿周向设置第二空气槽，推力轴承、径向轴承均为防转动轴承。本实用新型的转子系统及微型燃气轮机具有运行高效、稳定的优点。

Description

一种转子系统及微型燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及转子动力学技术领域，尤其涉及一种转子系统及微型燃气轮机。

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以及回热循环。微型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，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功。在微型燃气轮机的转子系统中需要安装径向轴承和推力轴承以在径向方向和轴向方向上稳定地支撑转轴。

现有技术的转子系统中当其使用的径向轴承以及推力轴承为空气轴承时，其具有如下的缺陷：对于径向空气轴承，刚度不够时使用，可以通过八字槽蓄气，低速时应用可提高轴承载力，但高速时会造成空气堵塞，空气堵塞时，由于轴高速旋转，会产生高频振动，堵塞的空气就成为了吸能器，温度会急速升高，并且可以升高到几千度的高温，造成轴/轴套的融化，轴与轴套的粘合与卡死，同时造成轴承空气的回灌，进一步堵塞空气通道，

对于推力轴承，在现有的转子动力学结构中，刚度过剩，但通流不足。空气容易堵塞在拐角位置，轴转动阻力大，推力轴承中部的空气由于轴承定子的阻挡，会被挤出轴承间隙，导致空气回灌，改变了流动方向，造成空气通道的气流紊乱，尤其是在高速切换动压时，造成的气流冲击更大，形成更大的紊流。

同时，现有技术中空气轴承还存在如下缺陷：

1、由于节流效应影响，为了保持较高的轴承刚度，需要减小节流孔的孔径与气膜间隙，较小的孔径与间隙不仅在加工制造上难度非常大，带来较高的加工制造成本。

2、在轴承高速旋转过程中，随着转子转速的提高，气膜内温度较高，节流孔在高温空气中易被氧化，产生黑穴，堵塞气眼。

较小的轴承间隙容易使得转子与定子的磨损而产生金属屑，从而造成节流孔的堵塞，使得轴承整体可靠性降低。

3、空气轴承一般采用橡胶圈安装在轴承座防止其发生轴周向转动，但是在径向空气轴承的实际运用过程中，当转轴的转速达到大概10万转以上时，压缩空气气膜和转轴之间的摩擦也随之增大，而该摩擦力产生的扭矩使得径向空气轴承随着转轴转动更加明显和频繁，同时橡胶圈也会很容易磨损损坏。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种转子系统及微型燃气轮机。

本实用新型的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供一种转子系统，包括：

转轴，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；

其中，所述推力轴承包括第一轴承壳体、第一轴承端盖、第一防转构件、推力盘、轴承定子，所述轴承定子和推力盘之间具有间隙，所述推力盘固定于转轴，所述第一轴承壳体套设于轴承定子外周及其一个端面，所述第一轴承端盖套设于转轴并位于轴承定子另一个端面，所述第一防转构件设置于第一轴承壳体和轴承定子之间，并将两者连接，以在周向上将轴承定子固定；

所述轴承定子朝向推力盘一侧或推力盘朝向轴承定子的一侧端面设置第一空气槽；

所述径向轴承包括轴承本体、第二轴承壳体、第二轴承端盖以及第二防转构件，所述轴承本体套设于转轴，并与转轴之间保持预定的间隙，所述第二轴承壳体罩设于轴承本体的一个轴向端面和外周，第二轴承端盖套设于转轴上并与第二轴承壳体的一个端面抵接，所述第二防转构件设置于第二轴承壳体与轴承本体之间，并将两者连接，以在周向上将轴承本体固定；

在转轴对应安装轴承本体位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁上沿周向设置第二空气槽；

以及，所述轴承本体为环状圆柱体，所述轴承本体上径向设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，所述轴承本体的外壁节流孔口孔径大于内壁节流孔口孔径，所述轴承本体内壁周向设置环形槽，所述环形槽与内壁节流孔口部分或整体相交。

进一步的，所述推力轴承内设置空气槽斜角。

进一步的，所述推力盘包括第二推力盘、第一推力盘，所述轴承定子包括第二定子、第一定子，第二推力盘、第二定子、第一定子、第一推力盘依次套设在转轴上，第二定子与第二推力盘之间具有间隙，第一定子与第一推力盘之间具有间隙，第二推力盘、第一推力盘与转轴固定连接或一体成型，所述第一轴承壳体套设于第二定子和第一定子的外周及第一定子的端面，所述第一轴承端盖套设于转轴，并位于第二定子的一侧，所述第二定子朝向第二推力盘一侧或者第二推力盘朝向第二定子一侧的端面以及所述第一定子朝向第一推力盘一侧或者第一推力盘朝向第一定子一侧的端面设置所述第一空气槽。

进一步的，所述第一空气槽为弧形槽，所述弧形槽周向均布且中心对称，弧形槽一端与圆心相邻，另一端与圆周相邻或者相交。

进一步的，所述推力轴承一侧设置吸入式第一空气槽，另一侧设置甩出式第一空气槽。

进一步的，从进气方向看，

转轴顺时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第二凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第一凹弧；

转轴逆时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第一凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第二凹弧。

进一步的，所述第二空气槽为平行斜槽或者螺旋槽。

进一步的，所述螺旋槽的升角为α，螺距为P，螺旋槽深度为HL，转轴的直径为DL，

其中，30°<α<60°，1/2DL<P<5DL。

进一步的，从进气方向看，

转轴顺时针旋转时，所述平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为第二倾；

转轴逆时针旋转时，所述平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为第一倾。

进一步的，所述第二空气槽还包括人字形和/或八字形和/或V字形。

进一步的，所述轴承本体内的第二空气槽设置在转轴对应安装轴承本体内壁位置的中间部分，或者设置为对称分布在中间部分两侧、相互独立的两部分。

进一步的，所述第一防转构件的一端与第一轴承壳体固定连接或一体成型，第一防转构件的另一端与轴承定子可拆卸连接，或者，所述第一防转构件的一端与第一轴承壳体可拆卸连接，第一防转构件的另一端与轴承定子固定连接或者一体成型；

和/或，所述第二防转构件的一端与第二轴承壳体固定连接或一体成型，第二防转构件的另一端与轴承本体可拆卸连接，或者，所述第二防转构件的一端与第二轴承壳体可拆卸连接，第二防转构件的另一端与轴承本体固定连接或者一体成型。

进一步的，所述第一防转构件设置为销，并固定安装于轴承定子的端面，第一轴承壳体上设置有相应的第一容纳孔，或者，所述第一防转构件设置为销，并固定安装于第一轴承壳体的朝向轴承定子的端面，轴承定子上设置有相应的第二容纳孔；

和/或，所述第二防转构件设置为销，并固定安装于轴承本体的端面，第二轴承壳体上设置有相应的第四容纳孔，或者，所述第二防转构件设置为销，并固定安装于第二轴承壳体的朝向轴承本体的端面，轴承本体上设置有相应的第五容纳孔。

进一步的，所述第一防转构件设置为销或者销钉，第一防转构件从第一轴承壳体的外周沿第一轴承壳体的径向安装，第一防转构件的一端固定于第一轴承壳体，另一端插入轴承定子的外周，轴承定子的外周设置有相应的第三容纳孔；

和/或，所述第二防转构件设置为销或者销钉，第二防转构件从第二轴承壳体的外周沿第二轴承壳体的径向安装，第二防转构件的一端固定于第二轴承壳体，另一端插入轴承本体的外周，轴承本体的外周设置有相应的第六容纳孔。

进一步的，所述第一防转构件设置为键，并固定安装于轴承定子的端面或与轴承定子的一个端面一体成型，第一轴承壳体上设置有相应的第一键槽，或者，所述第一防转构件设置为键，并固定安装于第一轴承壳体的内径面或与第一轴承壳体的内径面一体成型，轴承定子上设置有相应的第二键槽；

和/或，所述第二防转构件设置为键，并固定安装于轴承本体的端面或与轴承本体的一个端面一体成型，第二轴承壳体上设置有相应的第三键槽，或者，所述第二防转构件设置为键，并固定安装于第二轴承壳体的内径面或与第二轴承壳体的内径面一体成型，轴承本体上设置有相应的第四键槽。

进一步的，所述第一防转构件设置为球形体，并固定安装于轴承定子的端面，第一轴承壳体上设置有相应的第一半球形槽，或者，所述第一防转构件设置为球形体，并固定安装于第一轴承壳体的朝向轴承定子的端面，轴承定子上设置有相应的第二半球形槽；

和/或，所述第二防转构件设置为球形体，并固定安装于轴承本体的端面，第二轴承壳体上设置有相应的第三半球形槽，或者，所述第二防转构件设置为球形体，并固定安装于第二轴承壳体的朝向轴承本体的端面，轴承本体上设置有相应的第四半球形槽。

进一步的，所述节流孔变径部位截面为漏斗状或圆锥状。

进一步的，所述节流孔为多个，沿轴承本体周向向均布为一圈或者多圈。

进一步的，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔位于环形槽内；

或者，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽一侧相切；

或者，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽部分相交；

或者，所述环形槽宽度W＝内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽两侧相切；

或者，所述环形槽宽度W<内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽部分相交。

进一步的，所述环形槽深度H≥内壁节流孔口直径D；

以及，所述轴承本体与所述转轴之间的轴承间隙宽度为w，D<w<3D。

进一步的，所述径向轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承，所述推力轴承、第一径向轴承、电机、第二径向轴承、压气机、透平在转轴上依次设置；

或者，所述径向轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承，所述第一径向轴承、电机、第二径向轴承、压气机、推力轴承、透平在转轴上依次设置。

根据本实用新型另一方面，提供一种微型燃气轮机，包括上述的转子系统。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、由于在转子系统中，低速时，轴长度越长，低速过零刚度越大，高速时，轴长度越长，阻力越大，成倍增大，因而，设置空气槽后，低速时不影响轴刚度，推力不变，高速时，动压工作能力降低，空气会流向空气槽，刚度下降，动压实际工作长度为轴的长度减去槽的长度，阻力变小，可增大轴的长度；实现了导流同时不降低轴的刚度。

2、设置空气槽后，在低速时就引导气体形成定向流动，在高速切换动压时，气流仍然定向流动，不会形成冲击气流。

3、轴承设置空气槽后，可以提高转子抗受扰动偏心撞壁的能力，从而也提高了轴承的承载能力；径向轴承与推力轴承协同工作，集成度高，易于加工、安装，有效保证了径向轴承和推力轴承的同轴度，提高了轴承的综合性能，改善了轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性；结构简单，操作简便，精度要求不高，实用性强，经济成本低；相对于传统的采用单一气体轴承的结构，响应速度快。

4、在本实用新型中，由于节流孔部分或者全部沉入环形槽内，轴与径向轴承内壁产生摩擦时，不会被磨损到环形槽内的节流孔，防止节流孔堵塞，从而提高气动润滑效果；环形槽会增大节流孔位置间隙，在保证整体轴承刚度的同时，有效的避免了由于高温而产生的节流孔氧化。

5、本实用新型的推力空气轴承适合于高速及超高速旋转的转子系统，或者轴径较大的转子系统，在转子的运行过程中，轴承定子工作稳定，不会随着推力盘转速的提高而发生转动，性能可靠，使用寿命长，且结构简单。

6、本实用新型的径向空气轴承适合于高速及超高速旋转的转子系统，或者轴径较大的转子系统，在转子的运行过程中，轴承本体工作稳定，不会随着转轴转速的提高而发生转动，性能可靠，使用寿命长，且结构简单。

7、本实用新型的防转构件的形式多样，结构简单，成本低，便于实现。

8、本实用新型的转子系统以及微型燃气轮机应用所提供的空气轴承结构能够进行稳定可靠的高速运转。

附图说明

图1为本实用新型转子系统结构图一。

图2为本实用新型转子系统结构图二。

图3为本实用新型推力轴承组合结构示意图。

图4为本实用新型第一空气槽结构示意图。

图5为本实用新型径向轴承组合结构示意图。

图6为本实用新型第二空气槽结构示意图。

图7为本实用新型多类第二空气槽组合结构图。

图8为本实用新型设置环形槽空气轴承结构的主视图。

图9为图8中沿A-A的剖面图。

图10为本实用新型中轴承节流孔的局部放大图。

图11为本实用新型推力轴承防转构件结构图一。

图12为图11中沿A-A剖视图。

图13为本实用新型推力轴承防转构件结构图二。

图14为图13中沿A-A剖视图。

图15为本实用新型推力轴承防转构件结构图三。

图16为图15中沿A-A剖视图。

图17为本实用新型推力轴承防转构件结构图四。

图18为图17中沿A-A剖视图。

图19为本实用新型推力轴承防转构件结构图五。

图20为图19中沿A-A剖视图。

图21为本实用新型推力轴承防转构件结构图六。

图22为图21中沿A-A剖视图。

图23为本实用新型径向轴承防转构件结构图一。

图24为图23中沿A-A剖视图。

图25为本实用新型径向轴承防转构件结构图二。

图26为图25中沿A-A剖视图。

图27为本实用新型径向轴承防转构件结构图三。

图28为图27中沿A-A剖视图。

图29为本实用新型径向轴承防转构件结构图四。

图30为图29中沿A-A剖视图。

图31为本实用新型径向轴承防转构件结构图五。

图32为图31中沿A-A剖视图。

图33为本实用新型径向轴承防转构件结构图六。

图34为图33中沿A-A剖视图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本实用新型作进一步说明。

根据本实用新型的一个方面，提供一种转子系统。

如图1所示的转子系统中，包括转轴110，转轴110的轴体为一体结构，转轴110水平或者垂直设置，转轴110上依次套设有推力轴承100、第一径向轴承200、电机300、第二径向轴承400、压气机500、透平600。

如图2所示的转子系统中，包括转轴110，转轴110的轴体为一体结构，转轴110水平或者垂直设置，转轴110上依次套设有第一径向轴承200、电机300、第二径向轴承400、压气机500、推力轴承100、透平600。

对于图1所示的转子系统，转轴110侧面容易产生磨损，磨损后空气容易聚积在磨损位置，温度升高至800-900度，造成轴膨胀或者轴承与轴套的融化，轴与轴套的粘合、卡死等现象。

对于图2所示的转子系统，轴系存在4个直角弯，空气流道阻力严重。

为了解决上述转子系统中所存在的问题，本实用新型在推力轴承100内设置第一空气槽800，在转轴110和/或者径向轴承内设置第二空气槽900，以提高空气流通率；同时，通过在推力轴承100位置设置空气槽斜角，能够实现气体的主动导流。

在本实施例中，提供一种推力轴承100结构，如图3所示，推力轴承100包括第二推力盘121、第二定子140、第一定子130、第一推力盘122，第二定子140和第一定子130形成轴承定子180，第二推力盘121和第一推力盘122形成推力盘120。第二推力盘121、第二定子140、第一定子130、第一推力盘122依次套设在转轴110上，第二定子140朝向第二推力盘121一侧或者第二推力盘121朝向第二定子140一侧的端面设置有第一空气槽800，第一定子130朝向第一推力盘122一侧或者第一推力盘122朝向第一定子130一侧的端面设置有第一空气槽800，第二定子140与第二推力盘121之间具有间隙，第一定子130与第一推力盘122之间具有间隙，第二推力盘121、第一推力盘122与转轴110固定连接。可在第二定子140与第一定子130相邻的端面设置密封圈，第二定子140、第一定子130与轴承座之间设置弹性件190。在本实用新型的上述推力轴承100结构中，如图4所示，所述第一空气槽800为弧形槽，所述弧形槽周向均布且中心对称，弧形槽一端与圆心相邻，另一端与圆周相邻或者相交。

根据转轴110转速设置弧形槽数量，以使空气流速与压力达到合理的配比，在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，能够保持轴承的刚度、负载能力强，且空气通流顺畅，能够防止空气在流道内堵塞。

在本推力轴承100的弧形槽结构中，从进气方向看，转轴110顺时针旋转时，第二推力盘121和第一推力盘122端面的弧形槽为左凹弧，第二定子140、第一定子130端面的弧形槽为右凹弧，转轴110逆时针旋转时，第二推力盘121和第一推力盘122端面的弧形槽为右凹弧，第二定子140、第一定子130端面的弧形槽为左凹弧，从而实现空气沿轴向从左向右通流。即在推力轴承100左侧设置吸入式第一空气槽800，右侧设置甩出式第一空气槽800，能够实现轴承内空气的快速通流，既可传导压气机气体，又可防止空气堵塞、聚积。

作为优选，所述第一空气槽800可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压而形成。

作为优选，第二推力盘121和第一推力盘122由不锈钢材料制成，便于第一空气槽800的加工。

在本实施例中，提供一种径向轴承结构，该结构适用于第一径向轴承200和第二径向轴承400。

如图5所示，径向轴承包括轴承本体220，在转轴110对应安装轴承本体220的位置的圆周面上或者在轴承本体220的内壁沿周向设置有第二空气槽900。在转轴110旋转并逐渐加速时，存在于轴承间隙的流动气体被压入第二空气槽900内，沿第二空气槽900快速通流，从而实现气体的定向高速流通，在满足轴承空压载荷的情况下，转轴110与径向轴承能够较好的散热与导流。

作为优选，第二空气槽900可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压而形成。

作为优选，如图6所示，第二空气槽900的形状为平行斜槽或者螺旋槽，螺旋槽相较于平行斜槽，通流能力小于平行斜槽，但可以增加轴向阻尼。空气流通过程中，当螺距较小时，空气流动会减速增压，当螺距较大时，空气流动会增速降压，因而可根据旋转轴转速设置螺旋槽参数，旋转轴转速高时，设置螺旋槽为大螺距，螺旋线间隙稀松，旋转轴转速低时，设置螺旋槽为小螺距，螺旋线间隙致密。

优选地，所述平行斜槽为连续的或者非连续的。

优选地，所述螺旋槽的升角为α，螺距为P，螺旋槽深度为HL，旋转轴的直径为DL，30°<α<60°，1/2DL<P<5DL，

优选地，P＝3DL，α＝45°。

优选地，所述螺旋槽绕轴半圈或者1/3圈。

作为优选，平行斜槽或者螺旋槽位置设置为在转轴110正向旋转或者反向旋转的情况下，能够保持轴承的刚度、负载能力强，且空气通流顺畅，能够防止空气在流道内堵塞。

作为优选，在轴承本体220的第二空气槽900设置在转轴100对应安装轴承本体220内壁的位置的中间部分，或者设置为对称分布在中间部分的两侧、相互独立的两部分。

作为优选，所述转轴110上平行斜槽或者螺旋槽的进气端与环形槽(环形槽设置在轴承本体220内壁周向，具体参考后续描述)相邻。

作为优选，从进气方向看，转轴110顺时针旋转时，平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为左倾，转轴110逆时针旋转时，平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为右倾，从而实现空气沿轴向从左向右通流。

作为优选，如图7所示，第二空气槽900的形状还包括人字形、八字形、V字形，八字形槽、人字形槽或者V字形槽设置为在转轴110正向旋转或者反向旋转的情况下，轴承都能以期望的方式非接触式支撑转轴110，且负载能力高、稳定性好。

在转轴110载荷较大位置或者刚度不够位置设置有八字形槽、人字形槽或者V字形槽，在通流不足位置设置有平行斜槽或者螺旋槽，八字形槽、人字形槽、V字形槽和/或平行斜槽、螺旋槽间隔设置。

作为优选，所述的第一径向轴承200、第二径向轴承400、推力轴承100是静压轴承、动压轴承或者动静压混合轴承中的一种。

在本实用新型中，第二空气槽900的通气效率随第二空气槽900的角度、槽宽、槽数、长度、深度以及平面度的不同而变化，通气速度与转轴110的旋转速度以及轴承间隙有关。此外，现实中转轴110的截面不可能是一个理想圆，当不圆度在旋转过程中影响了气膜的压力时，转轴110与轴承本体220之间的间隙径向分布不均匀，间隙小的空间压力变大而间隙大的地方压力减小。可根据实际工况对第二空气槽900与环形槽进行匹配设置。

优选地，同方向的空气槽刻在推力盘120、转轴110或者轴承本体220上，其中空气槽刻在转轴或者轴套面上等效。

优选地，空气槽刻在转轴110上，由于转轴110比较硬，比较耐磨，收到冲击时，空气槽不易变形和磨损，其中空气槽刻在转轴的一端、两端、或者特定位置。

针对转子系统的径向轴承，本实用新型实施例提供一种轴承结构。

如图8、9、10所示，径向轴承包括由外向内依次嵌套设置的第二轴承壳体230、轴承本体220，轴承本体220内设置有转轴110，所述轴承本体220为环状圆柱体，轴承本体220上径向设置有节流孔270，节流孔270为变径孔，轴承本体220的外壁节流孔270口孔径大于内壁节流孔270口孔径，轴承本体220内壁周向设置环形槽260，内壁节流孔270口与环形槽260部分或者整体相交。

作为优选，空气轴承可以是静压轴承、动压轴承或者动静压混合轴承中的一种。

作为优选，节流孔270变径部位截面为漏斗状或者圆锥状。

作为优选，所述节流孔270为多个，沿轴承本体220周向均布为一圈或者多圈。

作为优选，所述节流孔270设置在轴向载荷处，使得轴承间隙内沿轴向的气膜压力均匀分布.

作为优选，所述环形槽260宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔270位于环形槽260内，或者节流孔270与环形槽260一侧相切，或者节流孔270与环形槽260部分相交。

作为优选，所述环形槽260宽度W＝内壁节流孔口直径D，节流孔6与环形槽4两侧相切。

作为优选，所述环形槽260宽度W<内壁节流孔口直径D，节流孔270与环形槽260部分相交。

作为优选，所述环形槽260深度H≥内壁节流孔口直径D。

作为优选，所述轴承本体220与所述转轴110之间的轴承间隙宽度为w，D<w<3D，优选的，w＝1.5D。

本实用新型所提供的上述轴承结构中，由于节流孔270部分或者全部沉入环形槽260内，轴与径向轴承内壁产生摩擦时，不会被磨损到环形槽260内的节流孔270，防止节流孔堵塞，从而提高气动润滑效果；环形槽260会增大节流孔270位置间隙，在保证整体轴承刚度的同时，有效的避免了由于高温而产生的节流孔氧化。

针对转子系统的推力轴承100、第一径向轴承200、第二径向轴承400，本实用新型实施例还提供一种推力轴承和径向轴承的防转动结构，用于保证轴承使用时的稳定性。

本实施例的防转动推力轴承100用于安装到转轴110，以在轴向上支撑转轴110。防转动推力空气轴承100包括推力盘120、第一定子130，第二定子140，第一轴承壳体150，第一轴承端盖160以及第一防转构件170，推力盘120固定安装于转轴110或者与转轴110一体成型，第一定子130套设于转轴110，位于推力盘120的一侧，并与推力盘120之间预留有预定的间隙，第二定子140套设于转轴110，位于推力盘120另一侧，并与推力盘120预留有预定的间隙，第一轴承壳体150套设于第一定子130和第二定子140的外周及第一定子130的端面；第一轴承端盖160套设于转轴110，并位于第二定子140的一侧，与第二定子140的端面抵接，第一定子130和第二定子140之间固定连接形成轴承定子180；第一防转构件170设置于第一轴承壳体150和轴承定子180之间，并将两者连接，以在周向上将轴承定子180固定。

在实施例中，第一防转构件170的一端与第一轴承壳体150固定连接或一体成型，第一防转构件170的另一端与轴承定子180可拆卸连接；

或者，第一防转构件170的一端与第一轴承壳体150可拆卸连接，第一防转构件170的另一端与轴承定子180固定连接或者一体成型。第一防转构件170的该连接方式能够使得第一防转构件170的安装十分方便。

具体地，第一防转构件170可以设置为一个或者多个。

上述中第一防转构件170与轴承定子180的连接可以是与第一定子130连接，也可以是与第二定子140连接，由于第一定子130和第二定子140固定连接，因此，第一防转构件170无论跟哪个定子连接均可防止轴承定子180发生周向转动。

针对第一防转构件170，本实施例提供如下几种具体结构。

如图11、22所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为销，并固定安装于轴承定子180的端面，第一轴承壳体150上设置有相应的第一容纳孔151，通过销实现轴承定子180的周向定位。

如图13、14所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为销，并固定安装于第一轴承壳体150的朝向轴承定子180的端面，轴承定子180上设置有相应的第二容纳孔181，通过销实现轴承定子180的周向定位。

如图15、16所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为销或者销钉，第一防转构件170从第一轴承壳体150的外周沿第一轴承壳体150的径向安装，第一防转构件170的一端固定于第一轴承壳体150，另一端插入轴承定子180的外周，轴承定子180的外周设置有相应的第三容纳孔182，通过销或销钉实现轴承定子180的周向定位。

如图17、18所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为键，并固定安装于轴承定子180的端面或者与轴承定子180的一个端面一体成型，第一轴承壳体150上设置有相应的第一键槽152，通过键实现轴承定子180的周向定位。

如图19、20所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为键，并固定安装于第一轴承壳体150的内径面，或者与第一轴承壳体150的内径面一体成型，轴承定子180上设置有相应的第二键槽183，通过键实现轴承定子180的周向定位。

如图21、22所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为球形体，并固定安装于轴承定子180的端面，第一轴承壳体150上设置有相应的第一半球形槽，通过球形体实现轴承定子180的周向定位。

如图21、22所示，在本实施例中，第一防转构件170设置为球形体，并固定安装于第一轴承壳体150的朝向轴承定子180的端面，轴承定子180上设置有相应的半球形槽，通过球形体实现轴承定子180的周向定位。

在本实用新型中，上述实施例的几种防转构件的具体形式只是对防转构件的优选结构示例性说明，并不构成对本实用新型的限制。同时，上述几种结构针对是推力盘120位于轴承定子180之间的结构，上述防转构件同样适用于轴承定子180位于推力盘120之间的结构。应当理解，凡是设置在轴承壳体和轴承定子之间的，能够防止轴承定子沿周向转动的任何构件都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型的推力空气轴承适合于高速及超高速旋转的转子系统，或者轴径较大的转子系统，在转子的运行过程中，轴承定子工作稳定，不会随着转轴110以及推力盘120转速的提高而发生转动，性能可靠，使用寿命长，且结构简单。

本实施例的防转动径向轴承200用于安装到转轴110，以在径向上支撑转轴110。径向轴承200包括轴承本体220、第二轴承壳体230，第二轴承端盖240，以及第二防转动构件250，轴承本体220套设于转轴110，并与转轴110之间保持预定的间隙，第二轴承壳体230罩设于轴承本体220的一个轴向端面和外周，第二轴承端盖240套设于转轴110上并与第二轴承壳体230的一个端面抵接；第二防转构件250设置于第二轴承壳体230与轴承本体220之间，并将两者连接，以在周向上将轴承本体220固定。

在本实施例中，第二防转构件250的一端与第二轴承壳体230固定连接或一体成型，第二防转构件250的另一端与轴承本体220可拆卸连接；

或者，第二防转构件250的一端与第二轴承壳体230可拆卸连接，第二防转构件250的另一端与轴承本体220固定连接或者一体成型。第二防转构件250的该连接方式能够使得第二防转构件250的安装十分方便.

具体地，第二防转构件250可以设置为一个或者多个。

针对第二防转构件250，本实施例提供如下几种具体结构。

如图23、24所示，在本实施例中，第二防转构件250设置为销，并固定安装于轴承本体220的端面，第二轴承壳体230上设置有相应的第四容纳孔231，通过销实现轴承本体220的周向定位。

如图25、26所示，在本实施例中，第二防转构件250设置为销，并固定安装于第二轴承壳体230的朝向轴承本体220的端面，轴承本体220上设置有相应的第五容纳孔221，通过销实现轴承本体220的周向定位。

如图27、8所示，在本实施例中，第二防转构件250设置为销或者销钉，第二防转构件250从第二轴承壳体230的外周沿第二轴承壳体230的径向安装，第二防转构件250的一端固定于第二轴承壳体230，另一端插入轴承本体220的外周，轴承本体220的外周设置有相应的第六容纳孔222，通过销或者销钉实现轴承本体220的周向定位。

如图29、30所示，在本实施例中，第二防转构件250设置为键，并固定安装于轴承本体220的端面或者与轴承本体220的一个端面一体成型，第二轴承壳体230上设置有相应的第三键槽232，通过键实现轴承本体220的周向定位。

如图31、32所示，在本实施例中，第二防转构件250设置为键，并固定安装于第二轴承壳体230的内径面，或者与第二轴承壳体230的内径面一体成型，轴承本体220上设置有相应的第四键槽223，通过键实现轴承本体220的周向定位。

如图33、34所示，在本实施例中，第二防转构件250设置为球形体，并固定安装于轴承本体220的端面，第二轴承壳体230上设置有相应的半球形槽，通过球形体实现轴承本体220的周向定位。

如图33、34所示，在本实施例中，第二防转构件250可以设置球形体，并固定安装于第二轴承壳体230的朝向轴承本体220的端面，轴承本体220上设置有相应的半球形槽，通过球形体实现轴承本体220的周向定位。

本实用新型中，上述实施例的几种防转构件的具体形式只是对防转构件的优选结构的示例性说明，并不构成对本实用新型的限制，应当理解，凡是设置在轴承壳体和轴承本体之间的，能够防止轴承本体沿周向转动的任何构件都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型的径向空气轴承适合于高速及超高速旋转的转子系统，或者轴径较大的转子系统，在转子的运行过程中，轴承本体工作稳定，不会随着转轴110转速的提高而发生转动，性能可靠，使用寿命长，且结构简单。

在本实用新型中，还提供有一种使用上述转子系统的微型燃气轮机，具有运行稳定、性能可靠、使用寿命长的优点。

本实用新型的微型燃气轮机结构简单且十分紧凑，节省了安装空间，便于快速安装和搬运，可以很好地满足分布式供电的小规模、分散式需求；运动部件少，结构简单紧凑，因而其可靠性好、制造成本与维护成本低；环境适应性好、供电品质高的优点。

整套系统只有一个运动部件，并采用空气轴承，其运行可靠率高达99.996％，平均每年停机检修时间不超过2小时。本实用新型的轴承/转子系统可用于10～100KW机型的微型燃气轮机，如15/30/45KW机型。本实用新型的微型燃气轮机可以以梯级功率、梯级转速运行，最高转速达140000RPM；燃料用量少。

单个微型燃气轮机：

15KW带回热器的微燃机转速为0～140000RPM，燃料为煤油时，油耗量为50g/kWh～600g/kWh；燃料为天然气时，天然气消耗量为0.15m³/kWh～0.5m³/kWh。15KW不带回热器的微燃机转速为0～140000RPM，燃料为煤油时，油耗量为400g/kWh～1000g/kWh；燃料为天然气时，天然气消耗量为0.4m³/kWh～1m³/kWh。

45KW带回热器的微燃机转速为0～80000RPM，燃料为煤油时，油耗量为200g/kWh～500g/kWh；燃料为天然气时，天然气消耗量为0.2m³/kWh～0.5m³/kWh。45KW不带回热器的微燃机转速为0～80000RPM，燃料为煤油时，油耗量为400g/kWh～900g/kWh；燃料为天然气时，天然气消耗量为0.5m³/kWh～1m³/kWh。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims (22)

1.一种转子系统，其特征在于，包括：

转轴，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；

其中，所述推力轴承包括第一轴承壳体、第一轴承端盖、第一防转构件、推力盘、轴承定子，所述轴承定子和推力盘之间具有间隙，所述推力盘固定于转轴，所述第一轴承壳体套设于轴承定子外周及其一个端面，所述第一轴承端盖套设于转轴并位于轴承定子另一个端面，所述第一防转构件设置于第一轴承壳体和轴承定子之间，并将两者连接，以在周向上将轴承定子固定；

所述轴承定子朝向推力盘一侧或推力盘朝向轴承定子的一侧端面设置第一空气槽；

所述径向轴承包括轴承本体、第二轴承壳体、第二轴承端盖以及第二防转构件，所述轴承本体套设于转轴，并与转轴之间保持预定的间隙，所述第二轴承壳体罩设于轴承本体的一个轴向端面和外周，第二轴承端盖套设于转轴上并与第二轴承壳体的一个端面抵接，所述第二防转构件设置于第二轴承壳体与轴承本体之间，并将两者连接，以在周向上将轴承本体固定；

在转轴对应安装轴承本体位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁上沿周向设置第二空气槽；

以及，所述轴承本体为环状圆柱体，所述轴承本体上径向设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，所述轴承本体的外壁节流孔口孔径大于内壁节流孔口孔径，所述轴承本体内壁周向设置环形槽，所述环形槽与内壁节流孔口部分或整体相交。

2.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述推力轴承内设置空气槽斜角。

3.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述推力盘包括第二推力盘、第一推力盘，所述轴承定子包括第二定子、第一定子，第二推力盘、第二定子、第一定子、第一推力盘依次套设在转轴上，第二定子与第二推力盘之间具有间隙，第一定子与第一推力盘之间具有间隙，第二推力盘、第一推力盘与转轴固定连接或一体成型，所述第一轴承壳体套设于第二定子和第一定子的外周及第一定子的端面，所述第一轴承端盖套设于转轴，并位于第二定子的一侧，所述第二定子朝向第二推力盘一侧或者第二推力盘朝向第二定子一侧的端面以及所述第一定子朝向第一推力盘一侧或者第一推力盘朝向第一定子一侧的端面设置所述第一空气槽。

4.根据权利要求3所述的转子系统，其特征在于，所述第一空气槽为弧形槽，所述弧形槽周向均布且中心对称，弧形槽一端与圆心相邻，另一端与圆周相邻或者相交。

5.根据权利要求4所述的转子系统，其特征在于，所述推力轴承一侧设置吸入式第一空气槽，另一侧设置甩出式第一空气槽。

6.根据权利要求5所述的转子系统，其特征在于，从进气方向看，

转轴顺时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第二凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第一凹弧；

转轴逆时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第一凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第二凹弧。

7.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第二空气槽为平行斜槽或者螺旋槽。

8.根据权利要求7所述的转子系统，其特征在于，所述螺旋槽的升角为α，螺距为P，螺旋槽深度为HL，转轴的直径为DL，

其中，30°<α<60°，1/2DL<P<5DL。

9.根据权利要求7所述的转子系统，其特征在于，从进气方向看，

转轴顺时针旋转时，所述平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为第二倾；

转轴逆时针旋转时，所述平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为第一倾。

10.根据权利要求7所述的转子系统，其特征在于，所述第二空气槽还包括人字形和/或八字形和/或V字形。

11.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述轴承本体内的第二空气槽设置在转轴对应安装轴承本体内壁位置的中间部分，或者设置为对称分布在中间部分两侧、相互独立的两部分。

12.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第一防转构件的一端与第一轴承壳体固定连接或一体成型，第一防转构件的另一端与轴承定子可拆卸连接，或者，所述第一防转构件的一端与第一轴承壳体可拆卸连接，第一防转构件的另一端与轴承定子固定连接或者一体成型；

和/或，所述第二防转构件的一端与第二轴承壳体固定连接或一体成型，第二防转构件的另一端与轴承本体可拆卸连接，或者，所述第二防转构件的一端与第二轴承壳体可拆卸连接，第二防转构件的另一端与轴承本体固定连接或者一体成型。

13.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第一防转构件设置为销，并固定安装于轴承定子的端面，第一轴承壳体上设置有相应的第一容纳孔，或者，所述第一防转构件设置为销，并固定安装于第一轴承壳体的朝向轴承定子的端面，轴承定子上设置有相应的第二容纳孔；

和/或，所述第二防转构件设置为销，并固定安装于轴承本体的端面，第二轴承壳体上设置有相应的第四容纳孔，或者，所述第二防转构件设置为销，并固定安装于第二轴承壳体的朝向轴承本体的端面，轴承本体上设置有相应的第五容纳孔。

14.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第一防转构件设置为销或者销钉，第一防转构件从第一轴承壳体的外周沿第一轴承壳体的径向安装，第一防转构件的一端固定于第一轴承壳体，另一端插入轴承定子的外周，轴承定子的外周设置有相应的第三容纳孔；

和/或，所述第二防转构件设置为销或者销钉，第二防转构件从第二轴承壳体的外周沿第二轴承壳体的径向安装，第二防转构件的一端固定于第二轴承壳体，另一端插入轴承本体的外周，轴承本体的外周设置有相应的第六容纳孔。

15.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第一防转构件设置为键，并固定安装于轴承定子的端面或与轴承定子的一个端面一体成型，第一轴承壳体上设置有相应的第一键槽，或者，所述第一防转构件设置为键，并固定安装于第一轴承壳体的内径面或与第一轴承壳体的内径面一体成型，轴承定子上设置有相应的第二键槽；

和/或，所述第二防转构件设置为键，并固定安装于轴承本体的端面或与轴承本体的一个端面一体成型，第二轴承壳体上设置有相应的第三键槽，或者，所述第二防转构件设置为键，并固定安装于第二轴承壳体的内径面或与第二轴承壳体的内径面一体成型，轴承本体上设置有相应的第四键槽。

16.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第一防转构件设置为球形体，并固定安装于轴承定子的端面，第一轴承壳体上设置有相应的第一半球形槽，或者，所述第一防转构件设置为球形体，并固定安装于第一轴承壳体的朝向轴承定子的端面，轴承定子上设置有相应的第二半球形槽；

和/或，所述第二防转构件设置为球形体，并固定安装于轴承本体的端面，第二轴承壳体上设置有相应的第三半球形槽，或者，所述第二防转构件设置为球形体，并固定安装于第二轴承壳体的朝向轴承本体的端面，轴承本体上设置有相应的第四半球形槽。

17.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述节流孔变径部位截面为漏斗状或圆锥状。

18.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述节流孔为多个，沿轴承本体周向均布为一圈或者多圈。

19.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔位于环形槽内；

或者，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽一侧相切；

或者，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽部分相交；

或者，所述环形槽宽度W＝内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽两侧相切；

或者，所述环形槽宽度W<内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽部分相交。

20.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述环形槽深度H≥内壁节流孔口直径D；

以及，所述轴承本体与所述转轴之间的轴承间隙宽度为w，D<w<3D。

21.根据权利要求1-20任一项所述的转子系统，其特征在于，所述径向轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承，所述推力轴承、第一径向轴承、电机、第二径向轴承、压气机、透平在转轴上依次设置；

或者，所述径向轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承，所述第一径向轴承、电机、第二径向轴承、压气机、推力轴承、透平在转轴上依次设置。

22.一种微型燃气轮机，其特征在于，包括权利要求1-21任一项所述的转子系统。

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