CN216950952U - 一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室；所述转轴上设有头锥，头锥位于压气机的远离涡轮一侧，且头锥背向压气机的一侧具有头锥推力面；头锥背向压气机的一侧设有推力座，推力座具有与头锥推力面相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座设置有轴向贯通的第一补气孔，第一补气孔的进气口与气源连通，第一补气孔的出气口与头锥间隙连通，气源通过第一补气孔向头锥间隙供气以对头锥形成推力。本实用新型的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，通过在头锥、推力轴承或涡轮处额外设置补气孔，对头锥、推力盘、涡轮形成轴向推力，辅助平衡燃气轮机的轴向力，使燃气轮机稳定运行。

Description

一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，属于燃气轮机技术领域。

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、透平三大部件：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；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子高速旋转，可实现气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功和热能，并可通过连接发电机输出电能。

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。在最大工况下，燃气轮机发生器上涡轮转子需要承受向后的轴向力，然而压气机转子需要承受更大的向前的轴向力。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，但仍是一个数值相当大的向前的轴向力。因此，有必要设置减荷装置，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，本实用新型提供了一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，本实用新型通过在头锥、推力轴承或涡轮处额外设置补气孔，来辅助平衡燃气轮机的轴向力。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮均套设安装于转轴上；压气机的排气端与燃烧室的入口端连通；燃烧室的出口端与涡轮的入口端连通；

所述转轴上设有头锥，头锥位于压气机的远离涡轮一侧，且头锥背向压气机的一侧具有头锥推力面；所述头锥背向压气机的一侧还设有推力座，推力座具有与头锥推力面相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔，第一补气孔的进气口与气源连通，第一补气孔的出气口与头锥间隙连通，气源可通过第一补气孔向头锥间隙供气以对头锥形成推力。

进一步地，所述燃气轮机还包括轴承组件，所述轴承组件包括至少一个气体推力轴承及推力盘。所述气体推力轴承选自静压轴承、动压轴承和/或动静压混合轴承。

进一步地，所述气体推力轴承上具有进气孔，进气孔的进气口与气源连通，进气孔的出气口朝向推力盘，第一补气孔的截面积大于气体推力轴承的进气孔的截面积(截面指垂直于孔延伸方向的截面，比如第一补气孔、进气孔均为圆孔时，第一补气孔的孔径大于进气孔的孔径)。设置孔径较大的第一补气孔，能够提供足够的气体流量，进而能够提供足够的推力以使燃气轮机转子的轴向力平衡。

进一步地，所述进气孔可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强推力。

进一步地，所述进气孔的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，进气孔可绕轴线设置，例如均匀设置。

进一步地，所述气体推力轴承为多个(两个以上，包括两个)，其中相对于推力盘与头锥同侧的气体推力轴承上设有第二补气孔，第二补气孔的进气口与气源连通，第二补气孔的出气口朝向推力盘，第二补气孔的截面积大于气体推力轴承的进气孔出气口的截面积。设置第二补气孔，能够进一步增加推力盘处的推力，从而更有利于提供足够的推力来使燃气轮机转子的轴向力平衡。

进一步地，所述第二补气孔的数量可以是一个，也可以是多个。当数量为多个时，第二补气孔可绕轴线设置，例如均匀设置。

进一步地，所述进气孔与第二补气孔的排布形式可以是均为绕转子轴线排布，也可以是进气孔绕第二补气孔排布，比如：设有第二补气孔的气体推力轴承中，多个进气孔围绕转轴呈多圈排布，第二补气孔的数量为多个并且位于相邻两圈进气孔之间(进气孔复用为气封)。再比如：设有第二补气孔的气体推力轴承中，第二补气孔围绕转轴排布，各第二补气孔周围围绕有多个进气孔。

进一步地，所述推力轴承还可具有用于均布进气的空气槽，进气孔的进气口开设在空气槽的槽底，第二补气孔的进气口开设在空气槽的凸台上，如此设置可以使得各路的气在出口喷出前互不干扰。

进一步地，所述第二补气孔可倾斜设置，第二补气孔的进气口相对远离转轴，第二补气孔的出气口相对朝向转轴。

进一步地，所述头锥具有气槽，气槽的槽底面为头锥推力面，气槽与推力座的座体面之间形成能够容纳一定量气体的气腔，可以封住部分气体以减缓气体从边缘溢出的速率，进而保证推力效果。所述气槽可以是一个，也可以是多个。所述气槽的形状可以是圆形、椭圆形、矩形等。

进一步地，所述推力座上具有围绕所述第一补气孔设置的多个第一气封孔；第一气封孔的出气口朝向头锥的头锥推力面，第一气封孔的截面积小于第一补气孔的截面积，来自气源的气可以通过第一气封孔喷向头锥，以围绕第一补气孔形成气幕。所述第一气封孔的数量可以是一个，也可以是多个；当为多个时，多个第一气封孔围绕第一补气孔设置。

进一步地，所述第一气封孔可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强气幕的阻隔效果。

进一步地，所述燃烧室的出口端设有用于将燃烧室出口端排出的高温气体导入涡轮的导叶组件，导叶组件与涡轮之间设有涡轮推力部件；所述涡轮推力部件上设有第三补气孔，第三补气孔的进气口与气源连接，第三补气孔的出气口朝向涡轮，来自气源的气可通过第三补气孔喷向涡轮，对涡轮形成轴向推力，有利于平衡轴向力，使燃气轮机稳定运行。

进一步地，所述第三补气孔的数量可以是一个，也可以是多个；当为多个时，第三补气孔可以绕轴线排布。

进一步地，所述涡轮推力部件大体呈环形并围绕转轴设置，涡轮推力部件与导叶组件气密连接，涡轮推力部件与涡轮之间可形成气封效果(涡轮推力部件兼作气封部件)；所述涡轮推力部件上设有第二气封孔，第二气封孔的进气口与气源连接，第二气封孔的出气口朝向涡轮，涡轮具有对应第二气封孔的接受面；第二气封孔的截面积小于第三补气孔的截面积。

进一步地，所述第二气封孔的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，第二气封孔可绕轴线设置，例如均匀设置。

进一步地，所述第二气封孔与第三补气孔的排布形式可以是均为绕转子轴线排布，也可以是第二气封孔绕第三补气孔排布，比如：多个第二气封孔围绕转轴呈多圈排布，第三补气孔的数量为多个并且位于相邻两圈第二气封孔之间。再比如：第三补气孔围绕转轴排布，各第三补气孔周围围绕有多个第二气封孔。

进一步地，所述第二气封孔可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强压力气幕的阻隔效果。

进一步地，所述涡轮朝向第二气封孔的接受面具有对应第二气封孔喷射气流的凹槽，第二气封孔喷射的气流经由该凹槽后朝向涡轮推力部件反向回流，可增强压力气幕效果。

进一步地，所述涡轮推力部件朝向涡轮的一侧具有齿形部，与涡轮之间形成齿密封，以进一步增强气封效果。齿形部可以是高低齿结构、平齿结构、斜平齿结构、侧齿结构等。

进一步地所述涡轮对应齿形部可以具有凸沿，凸沿具有配合齿形部的凸起或齿结构，以提高齿形部的气封效果。更进一步地，涡轮朝向涡轮推力部件的一侧具有凹槽，部分涡轮推力部件延伸到该凹槽内。

进一步地，所述导叶组件，包括第一支座、第二支座和位于两个支座之间的具有轴向气道的叶片组，涡轮推力部件与第一支座之间气密连接。燃气轮机运行过程中，涡轮可相对于燃烧室和导叶组件转动。

进一步地，所述为第一补气孔、进气孔、第二补气孔、第三补气孔、第一气封孔、第二气封孔供气的气源，可以是外部气泵(能够提供不同压力和流量的气，适配不同工况)，也可以是压气机(能够节约额外设置外接气源的成本)。

进一步地，所述头锥可以独立于压气机的限位螺母(限位螺母用于将压气机固定在转轴上)单独设置，也可与压气机的限位螺母一体设置，以兼做限位功能。

进一步地，所述压气机的进气口可开设于燃气轮机壳体侧面，为侧向进气。

进一步地，所述燃烧室环绕转轴设置，并对应涡轮端安装于轴承座组件上。

本实用新型的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，通过在头锥、推力轴承或涡轮处额外设置补气孔(第一补气孔、第二补气孔、第三补气孔)，来辅助平衡燃气轮机的轴向力。工作原理为：气源通过第一补气孔向座体面与头锥推力面之间的间隙供气，以对头锥形成推力，由于第一补气孔开设在中心区域，第一补气孔喷出的气流能够在从边缘溢出前对头提供足够的推力，进而平衡燃气轮机转子的轴向力。气源通过第二补气孔将气流吹向推力盘，能够进一步增加推力盘处的推力，从而更有利于提供足够的推力来使燃气轮机转子的轴向力平衡。气源通过第三补气孔将气流吹向涡轮，对涡轮形成轴向推力，有利于平衡轴向力，使燃气轮机稳定运行。

当本文中提及的气体轴承为静压轴承时，具有以下结构：包括由外向内嵌套设置的轴承本体和轴承套，轴承套与转轴在径向上具有预定的径向间隙(轴承为径向轴承时)，或轴承套与推力盘在转轴的轴向上对置安装且具有预定的轴向间隙(轴承为推力轴承时)；轴承套的外周面设有环形气腔，轴承套上设有贯通环形气腔与间隙(径向间隙或轴向间隙)的通孔；轴承本体上设有将环形气腔与外接气源连通的气孔；为便于加工且不影响间隙内的气体压力，所述通孔可以为变径孔，即通孔远离间隙一侧的直径大，靠近间隙一侧的直径小。

当本文中提及的气体轴承为动压轴承时，具有以下结构：包括轴承本体，轴承本体与转轴在径向上具有预定的径向间隙(轴承为径向轴承时)，轴承本体的内径面或转轴的安装轴承本体的部位设置有动压发生槽；或：轴承本体与推力盘在转轴的轴向上对置安装且具有预定的轴向间隙(轴承为推力轴承时)，轴承本体朝向推力盘的端面或推力盘朝向轴承本体的端面设置有动压发生槽。

当本文中提及的气体轴承为动静压混合轴承时，其结构同时具有静压轴承和动压轴承的特征。本实用新型不再做过多的赘述。

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：燃气轮机(实施例1)的结构示意图。

图2：第一推力轴承(实施例1)的结构示意图。

图3：头锥的结构示意图。

图4：头锥与推力座的结构示意图。

图5：燃气轮机(实施例2)的结构示意图。

图6：第一推力轴承(实施例2)的结构示意图。

图7：具有空气槽的第一推力轴承(实施例2)的结构示意图。

图8：第一推力轴承(实施例2)(第二补气孔倾斜设置)的结构示意图。

图9：燃气轮机(实施例3)的结构示意图。

图10：涡轮推力部件的结构示意图。

图11：涡轮推力部件(设有第二气封孔)的结构示意图。

图12：涡轮推力部件(设有第二气封孔和齿形部)的结构示意图。

其中，100、转轴；200、压气机；300、涡轮；400、燃烧室；500、轴承组件；510、第一径向轴承；520、第二径向轴承；530、第一推力轴承；540、第二推力轴承；531、进气孔； 532、第二补气孔；600、轴承座组件；700、头锥；710、头锥推力面；720、气槽；800、推力座；810、第一补气孔；820、第一气封孔；900、涡轮推力部件；910、第三补气孔；920、第二气封孔；930、齿形部。

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。本领域技术人员能够理解，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具有平衡轴向力结构的燃气轮机

一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴100、压气机200、涡轮300和燃烧室400，如图1所示，其中，压气机200和涡轮300均套设安装于转轴100上；压气机200的排气端与燃烧室500的入口端连通；燃烧室400的出口端与涡轮300的入口端连通；

所述转轴100上设有头锥700，头锥700位于压气机200的远离涡轮300一侧，且头锥700背向压气机200的一侧具有头锥推力面710；所述头锥700背向压气机200的一侧还设有推力座800，推力座800具有与头锥推力面710相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座800的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔810，第一补气孔810的进气口与气源连通，第一补气孔810的出气口与头锥间隙连通，气源可通过第一补气孔810向头锥间隙供气以对头锥700形成推力，由于第一补气孔810开设在中心区域，第一补气孔810喷出的气流能够在从边缘溢出前对头锥700提供足够的推力，进而平衡燃气轮机转子的轴向力。

所述燃气轮机还包括轴承组件500和轴承座组件600，轴承组件500位于轴承座组件600 内；所述轴承组件500包括第一径向轴承510、第二径向轴承520、第一推力轴承530、第二推力轴承540和推力盘，推力盘位于第一推力轴承530和第二推力轴承540之间。

所述第一推力轴承530为气体轴承，其具有进气孔531，如图2所示，进气孔531的进气口与气源连通，进气孔531的出气口朝向推力盘，第一补气孔810的截面积大于进气孔531的截面积(截面指垂直于孔延伸方向的截面，比如第一补气孔810、进气孔531均为圆孔时，第一补气孔的孔径大于进气孔的孔径)。通常为了使轴承气膜稳定和保证气源的压力稳定，气体轴承的进气孔的截面积往往不会很大，甚至设置成节流孔状，因此供气量有限，这就限制了其能够提供的推力(大约200～300牛)。通过设置孔径较大的第一补气孔810，能够提供足够的气体流量，进而能够提供足够的推力以使燃气轮机转子的轴向力平衡。

所述进气孔531可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强推力。

所述进气孔531的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，进气孔531可绕轴线设置，例如均匀设置。

所述为第一补气孔810、进气孔531供气的气源，可以是外部气泵(能够提供不同压力和流量的气，适配不同工况)，也可以是压气机200(能够节约额外设置外接气源的成本)。

所述头锥700还可以具有气槽720，气槽720的槽底面为头锥推力面710，如图3所示，气槽720与推力座800的座体面之间形成能够容纳一定量气体的气腔，可以封住部分气体以减缓气体从边缘溢出的速率，进而保证推力效果。所述气槽720可以是一个，也可以是多个。所述气槽720的形状可以是圆形、椭圆形、矩形等。

所述推力座800上还可以具有围绕第一补气孔810设置的多个第一气封孔820，如图4 所示，第一气封孔820的出气口朝向头锥700的头锥推力面710，第一气封孔820的截面积小于第一补气孔810的截面积；来自气源的气可以通过第一气封孔820喷向头锥700(例如头锥推力面710)，以围绕第一补气孔810形成气幕，形成阻隔气幕后，头锥700处提供的推力可达1800牛；由于形成的气幕的阻挡，第一补气孔810将要从边缘溢出的气体会分散成多个小的气流，并且由于气幕中气流的扰动和摩擦，使得这些小的气流形成更加强烈的涡流，速度降低，动能消耗转变为热能，从而达到防止或减小泄露的目的。所述第一气封孔820的数量可以是一个，也可以是多个，当为多个时，多个第一气封孔820围绕第一补气孔810设置。

所述第一气封孔820可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔(如图4所示，从进气孔到出气孔，截面积从大到小)，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强气幕的阻隔效果。

所述头锥700可以独立于压气机200的限位螺母(限位螺母用于将压气机固定在转轴上) 单独设置，也可与压气机200的限位螺母一体设置，以兼做限位功能。

所述压气机200的进气口可开设于燃气轮机壳体侧面，为侧向进气。

所述燃烧室400环绕转轴100设置，并对应涡轮300端安装于轴承座组件600上。

所述转轴、压气机、涡轮、轴承座组件、推力座整体安装于壳体内(图1中仅示出部分壳体)。

实施例2具有平衡轴向力结构的燃气轮机

一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴100、压气机200、涡轮300和燃烧室 400，如图1所示，其中，压气机200和涡轮300均套设安装于转轴100上；压气机200的排气端与燃烧室500的入口端连通；燃烧室400的出口端与涡轮300的入口端连通；

所述转轴100上设有头锥700，头锥700位于压气机200的远离涡轮300一侧，且头锥700背向压气机200的一侧具有头锥推力面710；所述头锥700背向压气机200的一侧还设有推力座800，推力座800具有与头锥推力面710相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座800的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔810，第一补气孔810的进气口与气源连通，第一补气孔810的出气口与头锥间隙连通，气源可通过第一补气孔810向头锥间隙供气以对头锥700形成推力，由于第一补气孔810开设在中心区域，第一补气孔810喷出的气流能够在从边缘溢出前对头锥700提供足够的推力，进而平衡燃气轮机转子的轴向力。

所述燃气轮机还包括轴承组件500和轴承座组件600，轴承组件500位于轴承座组件600 内；所述轴承组件500包括第一径向轴承510、第二径向轴承520、第一推力轴承530、第二推力轴承540和推力盘，推力盘位于第一推力轴承530和第二推力轴承540之间。

所述第一推力轴承530(相对于推力盘与头锥700同侧的推力轴承)上设有进气孔531，以及第二补气孔532，如图5、图6所示，进气孔531的进气口与气源连通，进气孔531的出气口朝向推力盘，第二补气孔532的进气口与气源连通，第二补气孔532的出气口朝向推力盘；第一补气孔810的截面积大于进气孔531的截面积，第二补气孔532的截面积大于进气孔531出气口的截面积。设置第二补气孔532，能够进一步增加推力盘处的推力，从而更有利于提供足够的推力来使燃气轮机转子的轴向力平衡。

所述第二补气孔532的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，第二补气孔 532可绕轴线设置，例如均匀设置。

所述进气孔531与第二补气孔532的排布形式可以是均为绕转子100轴线排布，也可以是进气孔531绕第二补气孔532排布，比如：多个进气孔531围绕转轴呈多圈排布，第二补气孔532的数量为多个并且位于相邻两圈进气孔531之间(进气孔复用为气封)。再比如：第二补气孔532围绕转轴排布，各第二补气孔532周围围绕有多个进气孔531。

所述第一推力轴承530还可具有用于均布进气的空气槽533，如图7所示，进气孔531 的进气口开设在空气槽533的槽底，第二补气孔532的进气口开设在空气槽533的凸台534 上，如此设置可以使得各路的气在出口喷出前互不干扰。

所述第二补气孔532可倾斜设置，第二补气孔532的进气口相对远离转轴100，第二补气孔的532出气口相对朝向转轴100，如图8所示。

所述为第一补气孔810、进气孔531、第二补气孔532供气的气源，可以是外部气泵(能够提供不同压力和流量的气，适配不同工况)，也可以是压气机200(能够节约额外设置外接气源的成本)。

实施例3具有平衡轴向力结构的燃气轮机

一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴100、压气机200、涡轮300和燃烧室 400，如图1所示，其中，压气机200和涡轮300均套设安装于转轴100上；压气机200的排气端与燃烧室500的入口端连通；燃烧室400的出口端与涡轮300的入口端连通；

所述转轴100上设有头锥700，头锥700位于压气机200的远离涡轮300一侧，且头锥700背向压气机200的一侧具有头锥推力面710；所述头锥700背向压气机200的一侧还设有推力座800，推力座800具有与头锥推力面710相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座800的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔810，第一补气孔810的进气口与气源连通，第一补气孔810的出气口与头锥间隙连通，气源可通过第一补气孔810向头锥间隙供气以对头锥700形成推力，由于第一补气孔810开设在中心区域，第一补气孔810喷出的气流能够在从边缘溢出前对头锥700提供足够的推力，进而平衡燃气轮机转子的轴向力。

所述燃气轮机还包括轴承组件500和轴承座组件600，轴承组件500位于轴承座组件600 内；所述轴承组件500包括第一径向轴承510、第二径向轴承520、第一推力轴承530、第二推力轴承540和推力盘，推力盘位于第一推力轴承530和第二推力轴承540之间。

所述第一推力轴承530为气体轴承，其具有进气孔531，如图2所示，进气孔531的进气口与气源连通，进气孔531的出气口朝向推力盘，第一补气孔810的截面积大于进气孔531的截面积。通过设置孔径较大的第一补气孔810，能够提供足够的气体流量，进而能够提供足够的推力以使燃气轮机转子的轴向力平衡。

所述进气孔531可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强推力。

所述进气孔531的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，进气孔531可绕轴线设置，例如均匀设置。

所述燃烧室400的出口端设有用于将燃烧室300出口端排出的高温气体导入涡轮的导叶组件，导叶组件与涡轮300之间设有涡轮推力部件900，如图9所示；所述涡轮推力部件900 上设有第三补气孔910，如图10所示，第三补气孔910的进气口与气源连接，第三补气孔910 的出气口朝向涡轮，来自气源的气可通过第三补气孔910喷向涡轮，对涡轮形成轴向推力，有利于平衡轴向力，使燃气轮机稳定运行。

所述第三补气孔910的数量可以是一个，也可以是多个；当为多个时，第三补气孔910 可以绕轴线排布。

所述涡轮推力部件900大体呈环形并围绕转轴100设置，涡轮推力部件900与导叶组件气密连接，涡轮推力部件900与涡轮300之间可形成气封效果(涡轮推力部件900兼作气封部件)；所述涡轮推力部件900上设有第二气封孔920，如图11所示，第二气封孔920的进气口与气源连接，第二气封孔920的出气口朝向涡轮300，来自气源的气可通过第二气封孔920喷向涡轮300，涡轮300具有对应第二气封孔920的接受面，第二气封孔920的截面积小于第三补气孔910的截面积。第二气封孔920喷至涡轮300的气能够形成压力气幕，能够阻挡从导叶组件喷向涡轮300叶片的燃气进入到燃气轮机内部。第二气封孔920喷出的气流速较高(尤其是经由阶梯孔节流之后)，来自涡轮300的气经由该高速气流引导(实际上，转轴 100附近的腔体也会有一定的气流，其一部分来自于气体轴承的出气端，另一部分来自于压气机出口引来的冷却气)，使得气幕两侧的气流速度提高而压力降低，以尽量减小气幕两侧的压力差，实现良好的气封效果。

所述第二气封孔920的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，第二气封孔 920可绕轴线设置，例如均匀设置。

所述第二气封孔920与第三补气孔910的排布形式可以是均为绕转子轴线排布，也可以是第二气封孔920绕第三补气孔910排布，比如：多个第二气封孔920围绕转轴呈多圈排布，第三补气孔910的数量为多个并且位于相邻两圈第二气封孔920之间。再比如：第三补气孔 910围绕转轴排布，各第三补气孔910周围围绕有多个第二气封孔920。

所述第二气封孔920可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔(如图11所示，从进气口到出气口，截面积从大到小)，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强压力气幕的阻隔效果。

所述为第一补气孔810、进气孔531、第三补气孔910、第二气封孔920供气的气源，可以是外部气泵(能够提供不同压力和流量的气，适配不同工况)，也可以是压气机200(能够节约额外设置外接气源的成本)。

所述涡轮300朝向第二气封孔920的接受面具有对应第二气封孔920喷射气流的凹槽，第二气封孔920喷射的气流经由该凹槽后朝向涡轮推力部件900反向回流，可增强压力气幕效果。

所述涡轮推力部件900朝向涡轮300的一侧可以具有齿形部930，与涡轮之间形成齿密封，以进一步增强气封效果，如图12所示。齿形部930可以是高低齿结构、平齿结构、斜平齿结构、侧齿结构等。

所述涡轮300对应齿形部930可以具有凸沿，凸沿具有配合齿形部930的凸起或齿结构，以提高齿形部930的气封效果。具体地，涡轮300朝向涡轮推力部件900的一侧具有凹槽，部分涡轮推力部件900延伸到该凹槽内。

所述导叶组件，包括第一支座、第二支座和位于两个支座之间的具有轴向气道的叶片组，涡轮推力部件900与第一支座之间气密连接。燃气轮机运行过程中，涡轮300可相对于燃烧室400和导叶组件转动。

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。

上述虽然结合实施例对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮均套设安装于转轴上；压气机的排气端与燃烧室的入口端连通；燃烧室的出口端与涡轮的入口端连通；

所述转轴上设有头锥，头锥位于压气机的远离涡轮一侧，且头锥背向压气机的一侧具有头锥推力面；所述头锥背向压气机的一侧还设有推力座，推力座具有与头锥推力面相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔，第一补气孔的进气口与气源连通，第一补气孔的出气口与头锥间隙连通，气源通过第一补气孔向头锥间隙供气以对头锥形成推力。

2.根据权利要求1所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机还包括轴承组件，所述轴承组件包括至少一个气体推力轴承及推力盘；

所述第一补气孔的截面积大于所述气体推力轴承的进气孔的截面积。

3.根据权利要求2所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述气体推力轴承为多个，其中相对于推力盘与头锥同侧的气体推力轴承上设有第二补气孔，第二补气孔的进气口与气源连通，第二补气孔的出气口朝向推力盘；

第二补气孔的截面积大于所述气体推力轴承的进气孔出气口的截面积。

4.根据权利要求3所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述设有第二补气孔的气体推力轴承中，多个进气孔围绕转轴呈多圈排布，所述第二补气孔的数量为多个并且位于相邻两圈进气孔之间；

或：所述设有第二补气孔的气体推力轴承中，第二补气孔围绕转轴排布，各第二补气孔周围围绕有多个进气孔。

5.根据权利要求3所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述第二补气孔倾斜设置，第二补气孔的进气口相对远离转轴，第二补气孔的出气口相对朝向转轴。

6.根据权利要求1所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述头锥具有气槽，气槽的槽底面为所述头锥推力面，气槽与推力座的座体面之间形成气腔。

7.根据权利要求1所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述推力座上具有围绕所述第一补气孔设置的多个第一气封孔；第一气封孔的出气口朝向头锥的头锥推力面，第一气封孔的截面积小于第一补气孔的截面积。

8.根据权利要求2所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述第一补气孔的气源是压气机；

和/或，与所述气体推力轴承的进气孔连通的供气装置为外部气泵。

9.根据权利要求1所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述燃烧室的出口端设有导叶组件，导叶组件与涡轮之间设有涡轮推力部件；所述涡轮推力部件上设有第三补气孔，第三补气孔的进气口与气源连接，第三补气孔的出气口朝向涡轮，来自气源的气通过第三补气孔喷向涡轮，对涡轮形成轴向推力。

10.根据权利要求9所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述涡轮推力部件上设有第二气封孔，第二气封孔的出气口朝向涡轮，涡轮具有对应第二气封孔的接受面；第二气封孔的截面积小于第三补气孔的截面积；

和/或，所述涡轮推力部件朝向涡轮的一侧具有齿形部，与涡轮之间形成齿密封。

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