CN216767569U - 气体轴承组件及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种气体轴承组件,用于安装于转轴上,包括轴承座、轴承本体和密封圈,轴承本体套设于转轴并位于轴承座内,轴承本体具有绕转轴设置的环形气腔;轴承本体上具有位于环形气腔两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座之间间隙设置;密封圈安装槽中容纳有密封圈,密封圈紧贴于轴承座和轴承本体以使其间形成密封;所述密封圈为耐高温密封圈;所述密封圈安装槽背向环形气腔的一侧以及朝向轴承座的一侧均为开口设置。本实用新型还公开了包括该气体轴承组件的燃气轮机。本实用新型通过改进气体轴承的密封结构,增强了密封圈的密封效果,在高温工况下密封圈的密封效果基本不受影响。

Description

气体轴承组件及燃气轮机
技术领域
本实用新型涉及一种气体轴承组件及燃气轮机,属于轴承技术领域。
背景技术
燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功,是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件:压气机从外界大气环境吸入空气,并逐级压缩使之增压,同时空气温度也相应提高;压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体;然后再进入到涡轮中膨胀做功,推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转,实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功,并可通过连接发电机输出电能。
非接触式轴承(例如气体轴承)由于其摩擦系数和摩擦力矩小、运动精度高等特点,在一些高转速的场合使用越来越普遍。气体轴承依靠轴承间隙中的压力气膜实现转子系统的支撑。气体轴承通常采用密封圈(例如氟胶密封圈)保证气腔的气密效果,以保证气体轴承的供气稳定,使气体轴承稳定运行。然而,燃气轮机的燃烧室出口气体温度往往高达900℃,涡轮处的温度达500~600℃,邻近涡轮设置的气体轴承受到燃烧室和涡轮的热辐射影响,气体轴承中常用的密封圈容易受高温熔化、失效,从而影响气腔处的密封效果,导致气腔漏气,进而使得气体轴承的气膜不稳定、支撑力不足,影响气体轴承稳定运行。另外,在燃气轮机运行过程中,转轴由于振动等因素与气体轴承定子出现接触,涡轮的热量会通过转轴、气体轴承定子传导至气体轴承的密封圈,使得密封圈受热熔化,导致气腔漏气。
实用新型内容
针对上述现有技术,本实用新型提供了一种气体轴承组件,以及包括该气体轴承组件的燃气轮机。
本实用新型是通过以下技术方案实现的:
一种气体轴承组件,用于安装于转轴上,包括轴承座、轴承本体和密封圈,其中,
所述轴承本体套设于转轴并位于轴承座内,所述轴承本体具有绕转轴设置的环形气腔;
所述轴承本体上具有位于环形气腔两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座之间间隙设置;
所述密封圈安装槽中容纳有所述密封圈,所述密封圈紧贴于轴承座和轴承本体以使其间形成密封,保证气密效果;所述密封圈为耐高温密封圈(所述高温是指500~900℃的高温);
所述密封圈安装槽背向环形气腔的一侧以及朝向轴承座的一侧均为开口设置。
进一步地,当所述气体轴承组件为径向轴承组件时,所述轴承本体与转轴间隙配合并具有第一间隙,所述轴承本体的径向外侧具有环形凹槽,所述环形凹槽与轴承座的径向内侧壁围成环形气腔。
进一步地,当所述气体轴承组件为推力轴承组件时,所述轴承本体与设在转轴上的推力盘在轴向上对置安装且具有第一间隙,所述轴承本体的轴向外侧具有环形凹槽,所述环形凹槽与轴承座的轴向内侧壁围成环形气腔。
进一步地,所述轴承本体上具有贯通环形气腔与第一间隙的通孔。
进一步地,所述轴承座上设置有与环形气腔连通的气孔,以将环形气腔与外部气源连通。
进一步地,所述密封圈可以为由耐高温无机材料构成的密封圈,例如石墨密封圈、碳化硅密封圈、碳化钨密封圈等,这些材质的密封圈可以通过相应材料的棒料加工获得。由耐高温无机材料构成的密封圈更耐高温,不易熔化,能够在温度较高的工作环境下保证密封效果。
进一步地,所述密封圈可以为L型密封圈(截面切面呈L型),即密封圈的内圈具有环形台阶面,该L型密封圈与轴承本体的两个相邻表面均接触密封。这样结构的密封圈,在轴承本体的轴向端部,密封圈在径向和轴向上均能够形成密封,增强了密封效果。
更进一步地,所述L型密封圈可以为中空设置,这样结构的密封圈,在径向和轴向上均能够形成密封的同时减薄了密封圈的厚度,可增加密封圈在径向上的弹性,使密封圈具有一定的阻尼效果,尤其是在密封圈为碳密封圈的情况下。
进一步地,所述密封圈具有环形且叠设的弹性层和耐高温无机层,所述耐高温无机层夹设于轴承座与弹性层之间,或所述耐高温无机层夹设于轴承本体与弹性层之间。当单侧(从轴承座或从轴传递热量)温度较高时,弹性层具有安装便利性并且密封效果优秀,也能在一定程度上提供阻尼。
更进一步地,所述弹性层可以具有凹槽,所述耐高温无机层容纳于该凹槽内,所述耐高温无机层的高度超出该凹槽的深度。
进一步地,所述密封圈可以为掺混有耐高温无机颗粒的有机材料密封圈,例如含氟和石墨的密封圈。有机材料能使密封圈具有一定程度的弹性,起到阻尼作用(对转轴由于振动等因素与气体轴承定子出现的接触起到缓冲作用)。实际应用中,可以根据工作温度和阻尼等级调整密封圈中的无机材料和有机材料的比例。
进一步地,所述外部气源为气泵。
进一步地,所述通孔的数量可以是多个;更进一步地,多个通孔可以绕轴设置。
一种燃气轮机,包括上述结构的气体轴承组件。
本实用新型的气体轴承组件,安装于转轴上,可用于径向轴承或推力轴承。
本实用新型通过改进气体轴承的密封结构,包括对轴承本体结构的改进、对密封圈结构的改进、对密封圈材质的改进,增强了密封圈的密封效果,在高温工况下密封圈的密封效果基本不受影响。
本实用新型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,以本实用新型所表述的含义为准。
附图说明
图1:实施例1的气体轴承组件的结构示意图。
图2:密封圈的结构示意图。
图3:实施例2的气体轴承组件的结构示意图。
图4:实施例2的气体轴承组件的结构示意图。
其中,100、转轴;200、轴承座;300、轴承本体;310、环形气腔;400、密封圈。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。然而,本实用新型的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解,在不背离本实用新型的精神和范围的前提下,可以对本实用新型进行各种变化和修饰。
实施例1气体轴承组件(本实施例所示气体轴承为径向轴承)
一种气体轴承组件,用于安装于转轴100上,包括轴承座200、轴承本体300和密封圈400,如图1所示,其中,
所述轴承本体300套设于转轴100并位于轴承座200内,轴承本体300与转轴100间隙配合并具有第一间隙,轴承本体300的径向外侧具有环形凹槽,该环形凹槽与轴承座200的径向内侧壁围成环形气腔310。
所述轴承本体300上具有位于环形气腔310轴向两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔310之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座200之间具有第二间隙。
所述密封圈安装槽中容纳有密封圈400(如图2所示),密封圈400在径向上紧贴于轴承座200和轴承本体300使其间形成密封,以保证环形气腔310在第二间隙处的气密效果。
所述密封圈安装槽背向环形气腔310的一侧以及朝向轴承座200的一侧均为开口设置,两侧开口设置的目的在于:1是便于无弹密封圈的安装,并且容易加工;2是能够配合L型密封圈形成多个密封面;3是该结构利于积屑排出(石墨密封圈容易产生积屑),避免进入到气腔中。
所述密封圈400为耐高温密封圈,可以为含耐高温无机材料的密封圈,例如石墨密封圈、碳化硅密封圈、碳化钨密封圈等,这些材质的密封圈可以通过相应材料的棒料加工获得。含耐高温无机材料的密封圈更耐高温,不易熔化,能够在温度较高的工作环境下保证密封效果。
所述轴承本体300上具有贯通环形气腔310与第一间隙的通孔。
所述轴承座200上设置有与环形气腔310连通的气孔(图中未示出),以将环形气腔310与外部气源(例如气泵)连通,通孔的数量可以是多个,多个通孔可以绕轴设置。
工作时,来自于外部气源的高压气体通过气孔注入到环形气腔310中,再通过轴承本体300的通孔分配注入到轴承本体300与转轴100之间的第一间隙,在第一间隙内形成气膜,在转轴100相对于轴承本体300转动时,气膜在转轴100与轴承本体300之间形成支撑。
实施例2气体轴承组件(本实施例所示气体轴承为径向轴承)
一种气体轴承组件,用于安装于转轴100上,包括轴承座200、轴承本体300和密封圈400,如图1所示,其中,
所述轴承本体300套设于转轴100并位于轴承座200内,轴承本体300与转轴100间隙配合并具有第一间隙,轴承本体300的径向外侧具有环形凹槽,该环形凹槽与轴承座200的径向内侧壁围成环形气腔310。
所述轴承本体300上具有位于环形气腔310轴向两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔310之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座200之间具有第二间隙。
所述密封圈安装槽中容纳有密封圈400(如图2所示),密封圈400在径向上紧贴于轴承座200和轴承本体300使其间形成密封,以保证环形气腔310在第二间隙处的气密效果。
所述密封圈安装槽背向环形气腔310的一侧以及朝向轴承座200的一侧均为开口设置,两侧开口设置的目的在于:1是便于无弹密封圈的安装,并且容易加工;2是能够配合L型密封圈形成多个密封面;3是该结构利于积屑排出(石墨密封圈容易产生积屑),避免进入到气腔中。
所述密封圈400为耐高温密封圈。
所述轴承本体300上具有贯通环形气腔310与第一间隙的通孔。
所述轴承座200上设置有与环形气腔310连通的气孔(图中未示出),以将环形气腔310与外部气源(例如气泵)连通,通孔的数量可以是多个,多个通孔可以绕轴设置。
所述密封圈400为L型密封圈(截面切面呈L型),即密封圈400的内圈具有环形台阶面,如图3所示,该L型密封圈与轴承本体300的两个相邻表面均接触密封。这样结构的密封圈400,在轴承本体300的轴向端部,密封圈400在径向和轴向上均能够形成密封,增强了密封效果。
所述L型密封圈还可以为中空设置,如图4所示,如此结构的密封圈400,在径向和轴向上均能够形成密封的同时减薄密封圈400的厚度,进一步增加了密封圈400在径向上的弹性,使密封圈400具有一定的阻尼效果,尤其是在密封圈400为碳密封圈的情况下。
实施例3气体轴承组件(本实施例所示气体轴承为径向轴承)
一种气体轴承组件,用于安装于转轴100上,包括轴承座200、轴承本体300和密封圈400,如图1所示,其中,
所述轴承本体300套设于转轴100并位于轴承座200内,轴承本体300与转轴100间隙配合并具有第一间隙,轴承本体300的径向外侧具有环形凹槽,该环形凹槽与轴承座200的径向内侧壁围成环形气腔310。
所述轴承本体300上具有位于环形气腔310轴向两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔310之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座200之间具有第二间隙。
所述密封圈安装槽中容纳有密封圈400(如图2所示),密封圈400在径向上紧贴于轴承座200和轴承本体300使其间形成密封,以保证环形气腔310在第二间隙处的气密效果。
所述密封圈安装槽背向环形气腔310的一侧以及朝向轴承座200的一侧均为开口设置,两侧开口设置的目的在于:1是便于无弹密封圈的安装,并且容易加工;2是能够配合L型密封圈形成多个密封面;3是该结构利于积屑排出(石墨密封圈容易产生积屑),避免进入到气腔中。
所述密封圈400为耐高温密封圈。
所述轴承本体300上具有贯通环形气腔310与第一间隙的通孔。
所述轴承座200上设置有与环形气腔310连通的气孔(图中未示出),以将环形气腔310与外部气源(例如气泵)连通,通孔的数量可以是多个,多个通孔可以绕轴设置。
所述密封圈400具有环形且叠设的弹性层和耐高温无机层,所述耐高温无机层夹设于轴承座200与弹性层之间,或所述耐高温无机层夹设于轴承本体300与弹性层之间。当单侧(从轴承座或从轴传递热量)温度较高时,弹性层具有安装便利性并且密封效果优秀,也能在一定程度上提供阻尼。
所述弹性层可以具有凹槽,所述耐高温无机层容纳于该凹槽内,所述耐高温无机层的高度超出该凹槽的深度。
实施例4气体轴承组件(本实施例所示气体轴承为径向轴承)
一种气体轴承组件,用于安装于转轴100上,包括轴承座200、轴承本体300和密封圈400,如图1所示,其中,
所述轴承本体300套设于转轴100并位于轴承座200内,轴承本体300与转轴100间隙配合并具有第一间隙,轴承本体300的径向外侧具有环形凹槽,该环形凹槽与轴承座200的径向内侧壁围成环形气腔310。
所述轴承本体300上具有位于环形气腔310轴向两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔310之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座200之间具有第二间隙。
所述密封圈安装槽中容纳有密封圈400(如图2所示),密封圈400在径向上紧贴于轴承座200和轴承本体300使其间形成密封,以保证环形气腔310在第二间隙处的气密效果。
所述密封圈安装槽背向环形气腔310的一侧以及朝向轴承座200的一侧均为开口设置,两侧开口设置的目的在于:1是便于无弹密封圈的安装,并且容易加工;2是能够配合L型密封圈形成多个密封面;3是该结构利于积屑排出(石墨密封圈容易产生积屑),避免进入到气腔中。
所述密封圈400为耐高温密封圈,为掺混有耐高温无机颗粒的有机材料密封圈,例如含氟和石墨的密封圈。有机材料能使密封圈具有一定程度的弹性,起到阻尼作用(对转轴由于振动等因素与气体轴承定子出现的接触起到缓冲作用)。实际应用中,可以根据工作温度和阻尼等级调整密封圈中的无机材料和有机材料的比例。
所述轴承本体300上具有贯通环形气腔310与第一间隙的通孔。
所述轴承座200上设置有与环形气腔310连通的气孔(图中未示出),以将环形气腔310与外部气源(例如气泵)连通,通孔的数量可以是多个,多个通孔可以绕轴设置。
实施例5气体轴承组件(该实施例所示气体轴承为推力轴承)
一种气体轴承组件,用于安装于转轴100上,包括轴承座200、轴承本体300和密封圈400,其中,
所述轴承本体300套设于转轴100并位于轴承座200内,轴承本体300与设在转轴100上的推力盘在轴向上对置安装且具有第一间隙,轴承本体300的轴向外侧具有环形凹槽,该环形凹槽与轴承座200的轴向内侧壁围成环形气腔310。
所述轴承本体300上具有位于环形气腔310两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔310之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座200之间具有第二间隙。
所述密封圈安装槽中容纳有密封圈400,密封圈400在径向上紧贴于轴承座200和轴承本体300使其间形成密封,以保证环形气腔310在第二间隙处的气密效果。
所述密封圈安装槽背向环形气腔310的一侧以及朝向轴承座200的一侧均为开口设置,两侧开口设置的目的在于:1是便于无弹密封圈的安装,并且容易加工;2是能够配合L型密封圈形成多个密封面;3是该结构利于积屑排出(石墨密封圈容易产生积屑),避免进入到气腔中。
所述密封圈400为耐高温密封圈。
所述轴承本体300上具有贯通环形气腔310与第一间隙的通孔。
所述轴承座200上设置有与环形气腔310连通的气孔,以将环形气腔310与外部气源(例如气泵)连通,通孔的数量可以是多个,多个通孔可以绕轴设置。
工作时,来自于外部气源的高压气体通过气孔注入到环形气腔310中,再通过轴承本体300的通孔分配注入到轴承本体300与推力盘之间的第一间隙,在第一间隙内形成气膜,在转轴100转动时,气膜在转轴100与推力盘之间形成支撑。
实施例6燃气轮机
一种燃气轮机,包括上述实施例1~5之一的气体轴承组件。
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 (9)

1.一种气体轴承组件,用于安装于转轴上,其特征在于:包括轴承座、轴承本体和密封圈,其中,
所述轴承本体套设于转轴并位于轴承座内,所述轴承本体具有绕转轴设置的环形气腔;
所述轴承本体上具有位于环形气腔两侧的环形密封圈安装槽,密封圈安装槽与环形气腔之间形成环形凸起,该环形凸起与轴承座之间间隙设置;
所述密封圈安装槽中容纳有所述密封圈,所述密封圈紧贴于轴承座和轴承本体以使其间形成密封,所述密封圈为耐高温密封圈;
所述密封圈安装槽背向环形气腔的一侧以及朝向轴承座的一侧均为开口设置。
2.根据权利要求1所述的气体轴承组件,其特征在于:当所述气体轴承组件为径向轴承组件时,所述轴承本体与转轴间隙配合并具有第一间隙,所述轴承本体的径向外侧具有环形凹槽,所述环形凹槽与轴承座的径向内侧壁围成环形气腔;
当所述气体轴承组件为推力轴承组件时,所述轴承本体与设在转轴上的推力盘在轴向上对置安装且具有第一间隙,所述轴承本体的轴向外侧具有环形凹槽,所述环形凹槽与轴承座的轴向内侧壁围成环形气腔;
所述轴承本体上具有贯通环形气腔与第一间隙的通孔;
所述轴承座上设置有与环形气腔连通的气孔。
3.根据权利要求1所述的气体轴承组件,其特征在于:所述密封圈为由耐高温无机材料构成的密封圈。
4.根据权利要求3所述的气体轴承组件,其特征在于:所述密封圈为石墨密封圈、碳化硅密封圈、碳化钨密封圈中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的气体轴承组件,其特征在于:所述密封圈为L型密封圈,即密封圈的内圈具有环形台阶面,该L型密封圈与所述轴承本体的两个相邻表面均接触密封。
6.根据权利要求5所述的气体轴承组件,其特征在于:所述L型密封圈为中空设置。
7.根据权利要求1所述的气体轴承组件,其特征在于:所述密封圈具有环形且叠设的弹性层和耐高温无机层,所述耐高温无机层夹设于所述轴承座与所述弹性层之间,或所述耐高温无机层夹设于所述轴承本体与所述弹性层之间。
8.根据权利要求7所述的气体轴承组件,其特征在于:所述弹性层具有凹槽,所述耐高温无机层容纳于该凹槽内,所述耐高温无机层的高度超出该凹槽的深度。
9.一种燃气轮机,包括权利要求1~8中任一项所述的气体轴承组件。
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