CN218913018U - 一种燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种燃气轮机，包括转轴上设置有至少一组进气通道、至少两组出气通道以及连通进气通道与出气通道的连通通道。至少两个箔片动压轴承间隔套设在转轴外并与转轴之间具有轴承间隙，每个轴承间隙对应与一组出气通道连通。压气机固定套设在转轴上。自静压结构件位于相邻两个箔片动压轴承之间，并间隔套设在转轴外且与转轴之间具有自静压间隙，自静压间隙与进气通道连通。自静压结构件上开设有自静压通道，自静压通道的一端与自静压间隙连通，另一端与压气机的出气口连通；自静压结构件与相邻的两个箔片动压轴承密封连接，以使相邻的两个箔片动压轴承对自静压间隙进行轴向气封。本申请可解决燃气轮机附件多、体积大以致使用场景受限的问题。

Description

一种燃气轮机

技术领域

本申请属于热机领域，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。

非接触式轴承(例如空气轴承)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。空气轴承是依靠轴承间隙中的压力气膜实现转子系统的支撑。气体轴承可应用于燃气轮机。空气轴承需要气源向轴承间隙内输入空气进而生产压力气膜，采用气泵对空气轴承进行供气会极大增加燃气轮机的重量，不利于燃气轮机应用于车辆、无人机等要求轻便的移动机构，限制了燃气轮机的应用场合。同时传统的空气轴承的轴承上需要密封圈等进行密封，在涡轮附近等高温环境下，容易出现密封失效的情况，导致空气轴承的运行稳定性和使用寿命均降低。因此改善燃气轮机的空气轴承结构对于燃气轮机的应用场合的扩展，具有重大意义。

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，提供一种燃气轮机，以解决燃气轮机附件多、体积大以致使用场景受限的技术问题。

本申请提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括转轴、至少两个箔片动压轴承、压气机、自静压结构件以及起动机。转轴上设置有至少一组进气通道、至少两组出气通道以及连通所述进气通道与所述出气通道的连通通道。至少两个箔片动压轴承，间隔套设在所述转轴外，并与所述转轴之间具有轴承间隙，各所述轴承间隙对应与一组所述出气通道连通。压气机固定套设在所述转轴上。自静压结构件位于相邻两个所述箔片动压轴承之间，并间隔套设在所述转轴外，且与所述转轴之间具有自静压间隙，所述自静压间隙与所述进气通道连通。所述自静压结构件上开设有自静压通道，所述自静压通道的一端与所述自静压间隙连通，另一端与所述压气机的出气口连通；所述自静压结构件与相邻的两个所述箔片动压轴承密封连接。

进一步地，所述箔片动压轴承为径向轴承或推力轴承。

进一步地，所述至少两个箔片动压轴承包括两个相邻设置的径向轴承，每个所述径向轴承包括由内向外依次嵌套的顶箔、波箔与轴承套，所述顶箔间隔套设在所述转轴外，所述顶箔的内表面与所述出气通道的出气口相对。

进一步地，所述转轴上设置有推力盘，所述出气通道具有两个推力出气口，所述两个推力出气口分别开设在所述推力盘的两侧面上。所述至少两个箔片动压轴承包括相邻设置的径向轴承和推力轴承，所述推力轴承包括平箔片与波箔，所述平箔片与所述推力出气口相对设置，所述波箔套设在轴承座与所述平箔片之间。

进一步地，上述燃气轮机还包括用于安装所述箔片动压轴承的轴承座，所述自静压结构件为轴承座。

进一步地，所述进气通道为一组，一组所述进气通道包括多个周向阵列设置的进气通道；所述连通通道沿所述转轴的轴向延伸，连通所述一组进气通道和所述至少两组出气通道。

进一步地，所述进气通道有多组，多组所述进气通道沿轴向排列，每组所述进气通道包括多个周向阵列设置的进气通道。所述连通通道为多个，每个所述连通通道连通一组所述进气通道与至少一组出气通道。

进一步地，燃气轮机还包括结构架与燃烧室，所述结构架形成有供气通道与连通孔，所述供气通道连通所述压气机的出气与所述燃烧室的进气口；所述结构架与所述自静压结构件之间配合形成有自静压腔，所述自静压腔与所述自静压通道连通，所述自静压腔通过所述连通孔与所述供气通道连通。

进一步地，所述自静压结构件上开设有多个气封孔，所述气封孔的一端与所述自静压通道连通，另一端开设在所述自静压结构件的内表面，所述气封孔的直径小于所述自静压通道的直径，多个所述气封孔沿所述自静压通道周向阵列设置。

进一步地，所述进气通道由外到内包括扩容通道段与进气段，所述扩容通道段在所述转轴外表面开口的径向尺寸大于所述进气段的径向尺寸，所述扩容通道段在所述转轴外表面开口的轴向尺寸大于等于所述进气段的轴向尺寸。

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燃气轮机的结构图；

图2为本申请提供的另一种燃气轮机的结构图；

图3为本申请提供的又一种燃气轮机的结构图；

图4为本申请提供的再一种燃气轮机的结构图；

图5为本申请提供的一种箔片动压轴承为径向轴承的结构图；

图6为本申请提供的一种转轴的结构图；

图7为本申请提供的另一种转轴的结构图；

图8为本申请提供的一种转轴与自静压结构件的配合结构图；

图9为本申请提供的另一种转轴与自静压结构件的配合结构图；

图10为本申请提供的一又种转轴与自静压结构件的配合结构图。

图标：100-转轴；110-进气通道；120-出气通道；130-连通通道；200-箔片动压轴承；300-轴承间隙；400-压气机；500-自静压结构件；510-自静压间隙；520-自静压通道；600-径向轴承座；210-径向轴承；211-顶箔212；212-波箔；213-轴承套；140-推力盘；141-推力出气口；700-推力轴承座；220-推力轴承；800-结构架；900-燃烧室；810-供气通道；820-连通孔；830-自静压腔830；530-气封孔；111-扩容通道段；112-进气段；150-第一轴段；160-第二轴段；900-起动机。

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1-4所示，本申请提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括转轴、至少两个箔片动压轴承200、压气机400、自静压结构件500以及起动机。转轴上设置有至少一组进气通道110、至少两组出气通道120以及连通所述进气通道110以及所述出气通道120的连通通道130。至少两个箔片动压轴承200，间隔套设在所述转轴外，并与所述转轴之间具有轴承间隙300，各所述轴承间隙300对应与一组所述出气通道120连通。压气机400固定套设在所述转轴上。自静压结构件500，位于相邻两个所述箔片动压轴承200之间，并间隔套设在转轴外，且与所述转轴之间具有自静压间隙510，所述自静压间隙510与进气通道110连通。所述自静压结构件500上开设有自静压通道520，所述自静压通道520的一端与所述自静压间隙510连通，另一端与压气机400的出气口连通。所述自静压结构件500与相邻的两个所述箔片动压轴承200密封连接

可选地，每组进气通道110包括多个沿转轴的轴心周向阵列分布的进气通道110。自静压结构件500上也开设有多个周向阵列设置的自静压通道520。

在上述实现过程中，当燃气轮机启动时，首先采用起动机带动转轴转动，由于重力的作用，转轴与箔片动压轴承200偏心，转轴与箔片动压轴承200之间存在一个楔形空间，转轴旋转运动过程中，转轴的表面不断带入周围的气体进入楔形槽，使得楔形槽内形成具有一定压力的动压气膜，当气膜压力足够大以至于能够支撑起转轴及转轴上的负载时，转轴便会悬浮，使得滑动摩擦力消失，箔片动压轴承200进入动压状态，实现对转轴的支撑。此时压气机400也在转轴的带动下稳定输出气体，压气机400输出的空气一部分进入燃烧室900内进行燃烧，另一部分空气进入自静压结构件500上的自静压通道520。由于自静压结构件500与相邻的两个箔片动压轴承200密封连接，且箔片动压轴承200位于自静压间隙510的两侧，箔片动压轴承200产生的动压气膜可实现对自静压间隙510的相对轴向气封，进而使得自静压间隙510成为相对密封的空间。因此自静压通道520内的空气会通过自静压间隙510进入转轴上的进气通道110，然后通过连通通道130从出气通道120内喷出，再喷向箔片动压轴承200的内表面，从而使得箔片动压轴承200从箔片动压状态转变为自静压状态，实现对转轴的支撑。

可见，本申请中提供的燃气轮机采用压气机400为空气轴承进行供气，以省去气泵与连接管等附件，简化燃气轮机的结构，减轻燃气轮机的重量。同时将箔片动压轴承200与空气轴承进行结合，在燃气轮机的启动阶段，压气机400供气不足以支撑转轴时，采用箔片动压轴承200进行支撑启动。当转轴达到一定转速，压气机400供气增加，箔片动压轴承200转变为自静压空气轴承的形式进行运转，实现转子系统的正常启动。

可选地，降低箔片动压轴承200的预紧力，使得起动机用较小的力就可以使转轴转动起来，带动压气机400后，再转换为自静压空气轴承状态。

在一种可能的实施方式中，所述箔片动压轴承200为径向轴承210或推力轴承220。

可选地，上述至少两个箔片动压轴承200包括两个相邻的径向轴承210；上述至少两个箔片动压轴承200包括相邻的径向轴承210和推力轴承220；上述至少两个箔片动压轴承200包括两个径向轴承210与一个推力轴承220，推力轴承220位于两个径向轴承210之间；上述至少两个箔片动压轴承200包括一个径向轴承210与两个推力轴承220，径向轴承210位于两个推力轴承220。

具体地，如图5所示，箔片动压轴承200包括径向轴承210，燃气轮机包括间隔套设在转轴外的径向轴承座600。所述径向轴承210包括由内向外依次嵌套的顶箔212、波箔212与轴承套213，所述轴承套213与径向轴承座600固定连接，所述顶箔212间隔套设在所述转轴外，所述顶箔212的内表面与所述出气通道120的出气口相对。

具体地，箔片动压轴承200包括推力轴承220，所述转轴上设置有推力盘140，所述出气通道120具有两个推力出气口141，所述两个推力出气口141分别开设在所述推力盘140的两侧面上。所述燃气轮机还包括间隔套设在所述推力盘140两侧的推力轴承座700。所述推力轴承220包括平箔片与波箔212，所述平箔片与所述推力出气口141相对设置，所述波箔212套设在所述推力轴承座700与所述平箔片之间。

在一种可能的实施方式中，上述燃气轮机还包括用于安装所述箔片动压轴承200的轴承座，所述自静压结构件500为轴承座。

可选地，自静压结构件可以是上述推力轴承座，也可以是上述径向轴承座。

在上述实施方案采用燃气轮机的转子系统原有的轴承座作为自静压结构件500，直接在轴承座上开设自静压通道520，可有效简化燃气轮机的结构。

可选地，自静压结构件500可以为轴承座，也可以为其他套设在转轴上的定子结构部件。

在一种可能的实施方式中，如图1、3与4所示，所述进气通道110为一组，一组所述进气通道110包括多个周向阵列设置的进气通道110。所述连通通道130沿所述转轴的轴向延伸，连通所述一组进气通道110和所述至少两组出气通道120。

在上述实施过程中，当进气通道110为一组时，设置一个连通通道130同时连通一组进气通道110与所有的出气通道120。

在一种可能的实施方式中，所述进气通道110有多组，多组所述进气通道110沿轴向排列，每组所述进气通道110包括多个周向阵列设置的进气通道110。所述连通通道130为沿所述转轴的轴向延伸，连通所述多组进气通道110和所述至少两组出气通道120。

可选地，如图6所示，转轴包括第一轴段150与第二轴段160，第一轴段150具有第一端面，第二轴段160具有第二端面，第一轴段150的第一端面上开设有连通槽，第一端面与第二端面焊接连接，连通槽与第二端面配合形成所述连通通道130。

在一种可能的实施方式中，所述进气通道110有多组，多组所述进气通道110沿轴向排列，每组所述进气通道110包括多个周向阵列设置的进气通道110。所述连通通道130为多个，每个所述连通通道130连通一组所述进气通道110与至少一组出气通道120。

当转轴上具有两个连通通道130时，转轴对应分为三个轴段，如图7所示，虚线部分为转轴的焊接面。

在一种可能的实施方式中，上述燃气轮机还包括结构架800与燃烧室900，所述结构架800形成有供气通道810与连通孔820，所述供气通道810连通所述压气机400的出气与所述燃烧室900的进气口；所述结构架800与所述自静压结构件500之间配合形成有自静压腔830，所述自静压腔830与所述自静压通道520连通，所述自静压腔830通过所述连通孔820与所述供气通道810连通。

具体地，上述结构架800可以是燃气轮机的悬挂件、连接件以及各种壳体结构。

在上述实现过程中，通过燃气轮机原有的悬挂件、连接件、壳体结构等结构架800构成供气通道810与自静压腔830，并在结构架800上开设连通孔820，连通供气通道810和自静压腔830，以使压气机400向自静压通道520内注气。

在一种可能的实施方式中，如图8与9所示，所述自静压结构件500上开设有多个气封孔530，所述气封孔530的一端与所述自静压通道520连通，另一端开设在所述自静压结构件500的内表面，所述气封孔530的直径小于所述自静压通道520的直径，多个所述气封孔530沿所述自静压通道520周向阵列设置。

在上述实施方式中，设置气封孔530的直径小于自静压通道520的直径，使得从气封孔530内喷出的空气的压强大于自静压通道520内喷出的空气的压强，并且设置其疯狂绕自静压通道520的轴心周向阵列设置，包围自静压通道520，从而对自静压通道520进行相对气封，使得自静压通道520内的空气能够更多地进入转轴的进气通道110。

在一种可能的实施方式中，如图9与10所示，所述进气通道110由外到内包括扩容通道段111与进气段112，所述扩容通道段111在所述转轴外表面开口的径向尺寸大于所述进气段112的径向尺寸，所述扩容通道段111在所述转轴外表面开口的轴向尺寸大于等于所述进气段112的轴向尺寸。

在上述实施过程中，设置扩容通道段111，增加进气通道110在转轴外表面的开口面积，进入增加自静压间隙510内的空气进入进气通道110的进气量。

在一种可能的实施方式中，如图9与10所示，上述扩容通道段111的横截面面积沿径向从外到内逐渐减小。

在上述实施方式中，设置扩容通道段111为漏斗状，设置倾斜面，可促使自静压间隙510内的空气进入进气通道110。

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)

1.一种燃气轮机，其特征在于，包括：

转轴，转轴上设置有至少一组进气通道、至少两组出气通道以及连通所述进气通道与所述出气通道的连通通道；

至少两个箔片动压轴承，间隔套设在所述转轴外，并与所述转轴之间具有轴承间隙，各所述轴承间隙对应与一组所述出气通道连通；

压气机，固定套设在所述转轴上；

自静压结构件，位于相邻两个所述箔片动压轴承之间，并间隔套设在所述转轴外，且与所述转轴之间具有自静压间隙，所述自静压间隙与所述进气通道连通；所述自静压结构件上开设有自静压通道，所述自静压通道的一端与所述自静压间隙连通，另一端与所述压气机的出气口连通；所述自静压结构件与相邻的两个所述箔片动压轴承密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述箔片动压轴承为径向轴承或推力轴承。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述至少两个箔片动压轴承包括两个相邻设置的径向轴承，每个所述径向轴承包括由内向外依次嵌套的顶箔、波箔与轴承套，所述顶箔间隔套设在所述转轴外，所述顶箔的内表面与所述出气通道的出气口相对。

4.根据权利要求2所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述转轴上设置有推力盘，所述出气通道具有两个推力出气口，所述两个推力出气口分别开设在所述推力盘的两侧面上；

所述至少两个箔片动压轴承包括相邻设置的径向轴承和推力轴承，所述推力轴承包括平箔片与波箔，所述平箔片与所述推力出气口相对设置，所述波箔套设在轴承座与所述平箔片之间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种燃气轮机，其特征在于，还包括用于安装所述箔片动压轴承的轴承座，所述自静压结构件为所述轴承座。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述进气通道为一组，一组所述进气通道包括多个周向阵列设置的进气通道；所述连通通道沿所述转轴的轴向延伸，连通所述一组进气通道和所述至少两组出气通道。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述进气通道有多组，多组所述进气通道沿轴向排列，每组所述进气通道包括多个周向阵列设置的进气通道；

所述连通通道为多个，每个所述连通通道连通一组所述进气通道与至少一组出气通道。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种燃气轮机，其特征在于，还包括结构架与燃烧室，所述结构架形成有供气通道与连通孔，所述供气通道连通所述压气机的出气与所述燃烧室的进气口；所述结构架与所述自静压结构件之间配合形成有自静压腔，所述自静压腔与所述自静压通道连通，所述自静压腔通过所述连通孔与所述供气通道连通。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述自静压结构件上开设有多个气封孔，所述气封孔的一端与所述自静压通道连通，另一端开设在所述自静压结构件的内表面，所述气封孔的直径小于所述自静压通道的直径，多个所述气封孔沿所述自静压通道周向阵列设置。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，所述进气通道由外到内包括扩容通道段与进气段，所述扩容通道段在所述转轴外表面开口的径向尺寸大于所述进气段的径向尺寸，所述扩容通道段在所述转轴外表面开口的轴向尺寸大于等于所述进气段的轴向尺寸。

Images