CN218717138U - 一种转子系统及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种转子系统及燃气轮机，该转子系统包括转轴、推力轴承体以及供气体。转轴包括轴体以及套设在轴体上的推力盘，推力盘内开设有推力腔，推力盘的两个侧面分别周向开设有两个以上的推力孔，推力孔与推力腔连通，轴体上开设有轴内腔，轴内腔与推力腔连通，并在轴体的端部具有开口。推力轴承体间隔套设在推力盘的两侧，并与推力盘之间具有推力轴承间隙，推力轴承间隙与推力孔连通。供气体与轴体气封配合，供气体具有供气通道，供气通道分别与轴内腔和供气源连通。该转子系统将推力空气轴承的密封部位进行转移，进而扩展该转子系统的使用场景。本申请还公开了一种燃气轮机。

Description

一种转子系统及燃气轮机

技术领域

本申请属于热机领域，具体涉及一种转子系统及燃气轮机。

背景技术

气体轴承指的是用空气作为润滑剂的轴承，气体轴承采用无接触的支承方式，依靠环形气腔中的压力气膜实现转子系统的支撑。由于其具有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，例如燃气轮机。

但总体现有的气体轴承的使用场合依旧有限，对于一些特殊的使用场合，现有的气体轴承存在一些条件限制，因此需要提供更多新型的气体轴承以解决现有气体轴承在使用中存在的问题，扩展气体轴承的使用场景。

实用新型内容

本申请的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种转子系统及燃气轮机，该转子系统将推力空气轴承的密封部位进行转移，进而扩展该转子系统的使用场景。

本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种转子系统，该转子系统包括转轴、推力轴承体以及供气体。转轴包括轴体以及套设在所述轴体上的推力盘，所述推力盘内开设有推力腔，所述推力盘的两个侧面分别周向开设有两个以上的推力孔，所述推力孔与所述推力腔连通，所述轴体上开设有轴内腔，所述轴内腔与所述推力腔连通，并在所述轴体的端部具有开口。推力轴承体间隔套设在所述推力盘的两侧，并与所述推力盘之间具有推力轴承间隙，所述推力轴承间隙与所述推力孔连通。供气体与所述轴体气封配合，所述供气体具有供气通道，所述供气通道分别与所述轴内腔和供气源连通。

进一步地，所述供气体周向上开设有多个气封通道，所述气封通道的一端连通气封气源，另一端朝向所述轴体的外表面或所述轴内腔的内表面。

进一步地，所述供气体包括密封连接的供气部与环形的密封部，所述供气部与所述轴体的端部间隔相对设置，所述供气部上开设有所述供气通道；所述密封部间隔套设在所述轴体的外表面，所述密封部周向上开设有多个所述气封通道，所述气封通道的一端朝向所述轴体的外表面。

进一步地，所述供气体伸入所述轴内腔内，并与所述轴内腔的内表面配合形成气封间隙，各个所述气封通道开设在所述供气体上轴内腔的开口与供气通道的出气口之间的位置，所述气封通道的出气口朝向所述轴内腔的内壁并与所述气封间隙连通。

进一步地，多个所述气封通道在所述供气体的轴向上排列为两排以上。

进一步地，所述供气源与所述气封气源为同一气源。

进一步地，所述气封通道的进气口与所述供气通道连通，所述供气通道与所述供气源连通。

进一步地，所述推力腔的径向延伸长度等于所述推力孔的内壁与所述转轴的轴心之间的最大距离。

进一步地，所述轴内腔的轴向延伸长度等于所述推力腔与所述轴内腔的连通口与轴内腔的开口之间的最大距离。

第二方面，本申请还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括压气机、涡轮以及第一方面所述的转子系统，所述压气机和所述涡轮分别套设在所述转子系统的转轴上。

本申请提供的转子系统将推力空气轴承的密封部位从推力轴承体转移到转轴的端部，对于对推力轴承体处密封要求较高的场景，例如压差大、温度高等，该转子系统可直接规避上述情形，无需在推力轴承体处进行密封，进而降低转子系统的密封要求，扩展了该转子系统的使用场景。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。

图1为本申请提供的一种转子系统的结构图；

图2为本申请提供的另一种转子系统的结构图；

图3为本申请提供的第一轴段与第二轴段的结构图；

图4为本申请提供的再一种转子系统的结构图；

图5为本申请提供的一种供气体与转轴的配合结构图；

图6为本申请提供的另一种供气体与转轴的配合结构图；

图7为本申请提供的再一种供气体与转轴的配合结构图；

图8为本申请提供的又一种供气体与转轴的配合结构图；

图9为本申请提供的又一种供气体与转轴的配合结构图；

图10为本申请提供的一种燃气轮机的结构图。

图标：100-转轴；110-轴体；120-推力盘；121-推力腔；122-推力孔；111-轴内腔；200-推力轴承体；300-推力轴承间隙；400-供气体；410-供气通道；130-第一轴段；131-第一轴体段；132-第一推力盘体；133-第一轴内腔段；140-第二轴段；141-第二轴体段；142-第二推力盘体；143-推力槽；144-第二轴内腔段；420-气封通道；430-供气部；440-密封部；450-扩口；460-结构环；470-环形气腔；480-内部管道；500-压气机；600-涡轮。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、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，对本申请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申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请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申请的示例来提供对本申请更好的理解。

第一方面，如图1与2所示，本申请提供了一种转子系统，该转子系统包括转轴100、推力轴承体200以及供气体400，转轴100，包括轴体110以及套设在轴体110上的推力盘120，推力盘120内开设有推力腔121，推力盘120的两个侧面分别周向开设有两个以上的推力孔122，推力孔122与推力腔121连通，轴体110上开设有轴内腔111，轴内腔111与推力腔121连通，并在轴体110的端部具有开口。推力轴承体200间隔套设在推力盘120的两侧，并与推力盘120之间具有推力轴承间隙300，推力轴承间隙300与推力孔122连通。供气体400与轴体110气封配合，供气体400具有供气通道410，供气通道410分别与轴内腔111和供气源连通。

可选地，轴体110与推力盘120可以是一体成型的，也可以是焊接而成的。

优选地，如图3所示，转轴100包括第一轴段130与第二轴段140，第一轴段130包括第一轴体段131以及套设在第一轴体段131一端的第一推力盘体132，第一轴体段131开设有沿轴向延伸且贯通轴体110两端的第一轴内腔段133；第二轴段140包括第二轴体段141以及套设在第二轴体段141一端的第二推力盘体142，第二推力盘体142上开设有推力槽143，第二轴体段141靠近第二推力盘120的一端开设有第二轴内腔段144。第一推力盘体132与第二推力盘体142相对设置并焊接，且第二推力盘体142上的推力槽143与第一推力盘体132配合形成上述推力腔121，第二轴内腔段144与第一轴内腔段133配合形成上述轴内腔111。

第一轴体段131与第一推力盘体132可以是一体成型的，也可以是焊接的。第二轴体段141与第二推力盘体142可以是一体成型的，也可以是焊接的。

在上述实现过程中，由于供气通道410连通轴内腔111与供气源，轴内腔111与推力腔121连通，推力孔122连通推力腔121和推力轴承间隙300，因此供气体400和转轴100配合形成了从轴内向推力轴承间隙300通入气体的通道。供气源通过供气体400的供气通道410向转轴100的轴内腔111中通入气体，轴内腔111中的气体进入推力腔121后通过推力孔122吹向推力轴承间隙300，在推力轴承间隙300内形成气膜，在推力盘120相对推力轴承体200转动时，气膜在推力盘120与推力轴承体200之间形成支撑。

可见，相比于现有的空气推力轴承通过推力轴承体200内向推力轴承间隙300通入气体形成气膜支撑，本申请提供的转子系统中的空气推力轴承的气体是由转轴100的内部通入推力轴承间隙300的，进而可避免或减小由于从推力轴承体200通入气体对空气推力轴承带来的使用场景上的限制和问题。

具体的，气体轴承通常采用密封圈(氟胶密封圈)来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。当气体轴承应用于高温环境时，会导致气体轴承中常用的密封圈受高温熔化、失效，影响气腔处的密封效果，导致气腔漏气，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。

上述方案提供了一种新型的气体轴承方案，通过转轴100的内部向推力轴承间隙300内通入气体的，因此可省去推力轴承体200处的密封组件，将密封部440位由推力轴承体200处移动到转轴100与供气体400之间，采用气封的方式进行密封。该气体轴承应用于高温环境时，可避免高温环境对气体轴承密封性的影响。

在一种可能的实施方式中，如图5-9所示，供气体400周向上开设有多个气封通道420，气封通道420的一端连通气封气源，另一端朝向轴体110的外表面或轴内腔111的内表面。

在上述实施过程中，气封通道420连通气封气源，气封气源启动后向气封通道420内通入气体，多个周向排布的气封通道420的出气口朝向轴体110的外表面或者轴内腔111的内表面，所有气封通道420喷向轴体110的外表面或轴内腔111的内表面的气形成压力气幕，能够阻挡轴内腔111内的气体从供气体400与轴体110之间的间隙流出，进而实现供气体400与轴体110之间的密封。

在一种可能的实施方式中，多个气封通道420在供气体400的轴向上排列为两排以上。

在上述实施方式中，在供气体400上开设多排周向排列的气封通道420，即可在供气体400和转轴100之间形成多排压力气幕，可有效提高气封效果。

在一些可选的实施例中，气封通道420是阶梯孔，阶梯孔的孔径小端朝向内转轴100的外表面或轴内腔111的内表面，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，以进一步增强压力气幕的强度。

在一种可能的实施方式中，如图5与6所示，供气体400包括密封连接的供气部430与环形的密封部440，供气部430与轴体110的端部间隔相对设置，供气部430上开设有供气通道410；密封部440间隔套设在轴体110的外表面，密封部440周向上开设有多个气封通道420，气封通道420的一端朝向轴体110的外表面。

在上述实施过程中，供气部430和轴体110的端面间隔相对设置，密封部440间隔套设在轴体110外，因此供气体400与轴体110的端部之间配合形成一个供气腔。密封部440上的多个气封通道420通入气体即可在密封部440与轴体110的外表面之间形成气封，实现供气腔的相对密封效果，供气腔的存在可减小气封通道420一侧的压力，进而可提高气封效果。

在一种可能的实施方式中，如图7-9所示，供气体400伸入轴内腔111内，并与轴内腔111的内表面配合形成气封间隙，各个气封通道420开设在供气体400上轴内腔111的开口与供气通道410的出气口之间的位置，气封通道420的出气口朝向轴内腔111的内壁并与气封间隙连通。

应理解，各个气封通道420开设在供气体400上轴内腔111的开口与供气通道410的出气口之间的位置，即各个气封通道420开设在供气体400伸入轴内腔111的部分。

在上述实施方式中，气封通道420的出气口朝向轴内腔111的内壁，在气封间隙中形成压力气幕，进而将供气通道410的出气口与轴内腔111的开口之间形成气封，实现供气体400与轴体110之间的密封。

可选地，如图8所示，供气通道410对应其出气口具有直径增大的扩口450，气封通道420对应扩口450开设。设置相比原供气通道410直径更大的扩口450，便于机械加工工具(例如勾刀)深入扩口450内加工气封通道420的孔径大端，然后可以通过如激光打孔的方式加工出气封通道420的孔径小端。

可选地，如图9所示，供气体400延伸至轴内腔111内的部分包括沿周向设置的结构环460，气封通道420的一部分设置于结构环460。结构环460呈环管状，其可过盈配合地套设于供气体400的本体上。气封通道420的一部分设置于结构环460，即沿结构环460的周向开设气封通道420的一部分，气封通道420的另一部分设置于供气体400的本体上，两部分相连接并共同组成气封通道420。在气封通道420为阶梯孔时，气封通道420的孔径小端设置于结构环460。本实施例的设置方式，能够便于加工气封通道420，尤其是加工为阶梯孔的气封通道420，加工方式例如可以为采用勾刀加工出结构环460的孔径大端，再通过激光加工出孔径小端。

在一种可能的实施方式中，气封气源与供气源为同一气源。

在上述实施方式中，气封气源与供气源为同一气源，即采用一个气源为气封通道420和供气通道410供气，可减少附件、简化整个转子系统结构。

具体地，气封通道420与供气通道410可以分别通过管道与同一气源连通，也可以设置气封通道420与供气通道410连通，气封通道420或供气通道410与气源连通。

在一种可能的实施方式中，气封通道420的进气口与供气通道410连通，供气通道410与供气源连通。

在上述实施方式中，供气源通入供气通道410的一部分气体从供气通道410的出口排出进入轴内腔111，另一部分通过气封通道420形成压力气幕实现气封。可见，设置气封通道420的进气口与供气通道410连通可省去气封通道420与气源之间的连接管道，进而可简化整个转子系统的结构。

具体地，如图6所示，密封部440上开设有环形气腔470与至少一个内部管道480，环形气腔470与多个气封通道420连通，内部管道480分别连通供气通道410与环形气腔470。供气源通入供气通道410内的气体通过内部管道480进入环形气腔470，充满环形气腔470后从多个气封通道420内喷出。

在一种可能的实施方式中，推力腔121的径向延伸长度等于推力孔122的内壁与转轴100的轴心之间的最大距离。

在上述实施过程中，设置推力腔121的径向延伸长度等于推力孔122的内壁与转轴100的轴心之间的最大距离，可在保证推力腔121与推力孔122连通的同时，提高推力盘120的强度。

如图4所示，推力腔121的径向延伸长度为L₁,推力孔122的内壁与转轴100的轴心之间的最大距离为L₂。

在一种可能的实施方式中，轴内腔111的轴向延伸长度等于推力腔121与轴内腔111的连通口和轴内腔111的开口之间的最大距离。

在上述实施过程中，设置轴内腔111的轴向延伸长度等于推力腔121与轴内腔111的连通口和轴内腔111的开口之间的最大距离，可在保证轴内腔111与推力腔121连通的同时，提高轴体110的强度，保证转子系统的稳定性。

具体地，如图4所示，轴内腔111的轴向延伸长度为L₃，推力腔121与轴内腔111的连通口和轴内腔111的开口之间的最大距离为L₄。

第二方面，本申请还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括压气机500、涡轮600以及第一方面任一实施例中的转子系统，压气机500与涡轮600套设在转子系统的转轴100上。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。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。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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申请中的具体含义。

在本申请的描述中，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申请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。

依照本申请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，也不限制该申请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申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种转子系统，其特征在于，包括：

转轴，包括轴体以及套设在所述轴体上的推力盘，所述推力盘内开设有推力腔，所述推力盘的两个侧面分别周向开设有两个以上的推力孔，所述推力孔与所述推力腔连通，所述轴体上开设有轴内腔，所述轴内腔与所述推力腔连通，并在所述轴体的端部具有开口；

推力轴承体，间隔套设在所述推力盘的两侧，并与所述推力盘之间具有推力轴承间隙，所述推力轴承间隙与所述推力孔连通；

供气体，与所述轴体气封配合，所述供气体具有供气通道，所述供气通道分别与所述轴内腔和供气源连通。

2.根据权利要求1所述的一种转子系统，其特征在于，所述供气体周向上开设有多个气封通道，所述气封通道的一端连通气封气源，另一端朝向所述轴体的外表面或所述轴内腔的内表面。

3.根据权利要求2所述的一种转子系统，其特征在于，所述供气体包括密封连接的供气部与环形的密封部，所述供气部与所述轴体的端部间隔相对设置，所述供气部上开设有所述供气通道；所述密封部间隔套设在所述轴体的外表面，所述密封部周向上开设有多个所述气封通道，所述气封通道的一端朝向所述轴体的外表面。

4.根据权利要求2所述的一种转子系统，其特征在于，所述供气体伸入所述轴内腔内，并与所述轴内腔的内表面配合形成气封间隙，各个所述气封通道开设在所述供气体上轴内腔的开口与供气通道的出气口之间的位置，所述气封通道的出气口朝向所述轴内腔的内壁并与所述气封间隙连通。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种转子系统，其特征在于，多个所述气封通道在所述供气体的轴向上排列为两排以上。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的一种转子系统，其特征在于，所述供气源与所述气封气源为同一气源。

7.根据权利要求6所述的转子系统，其特征在于，所述气封通道的进气口与所述供气通道连通，所述供气通道与所述供气源连通。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的转子系统，其特征在于，所述推力腔的径向延伸长度等于所述推力孔的内壁与所述转轴的轴心之间的最大距离。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的转子系统，其特征在于，所述轴内腔的轴向延伸长度等于所述推力腔与所述轴内腔的连通口与轴内腔的开口之间的最大距离。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括压气机、涡轮以及权利要求1-9中所述的转子系统，所述压气机和所述涡轮分别套设在所述转子系统的转轴上。

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