CN220979684U - 一种燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气轮机，涉及燃气轮机设备技术领域，包括转轴，所述转轴的外圈设置有压气机、涡轮、燃烧室、轴承座组件、导叶组件和轴承，轴承座组件包括端盖、第一座体、第二座体和套环，导叶组件包括第一支座、叶片组和第二支座，轴承包括径向轴承和推力轴承；包括热引导部件和气封部件，所述热引导部件和气封部件均环绕转轴设置，所述封部件靠近涡轮处设置，所述气封部件包括环形腔和第一气孔，第一气孔的进气口与气源连接，第一气孔的出气口朝向涡轮，所述第一气孔喷至涡轮的气流形成压力气幕，本申请中来自涡轮的气经由高速气流引导，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来实现良好的气封效果。

Description

一种燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机设备技术领域，具体为一种燃气轮机。

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)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，并还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。

然而，燃气轮机的燃烧室出口温度往往高达900℃，此处的高温会直接传到至邻近设置的气体轴承和轴承座，由于局部高温和热量分布不均，会导致该气体轴承不规则变形和密封失效，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种燃气轮机，包括转轴，所述转轴的外圈设置有压气机、涡轮、燃烧室、轴承座组件、导叶组件和轴承，轴承座组件包括端盖、第一座体、第二座体和套环，导叶组件包括第一支座、叶片组和第二支座，轴承包括径向轴承和推力轴承；包括热引导部件和气封部件，所述热引导部件和气封部件均环绕转轴设置，所述封部件靠近涡轮处设置，所述气封部件包括环形腔和第一气孔，第一气孔的进气口与气源连接，第一气孔的出气口朝向涡轮，所述第一气孔喷至涡轮的气流形成压力气幕。

进一步的，所述热引导部件包括第一端、第二端以及连接第一端和第二端的连接部，第一端端部设置有对接部，第一端与导叶组件连接，以对导叶组件和燃烧室形成固定支撑，对接部与气封部件连接，第二端连接至第二座体的远离径向轴承的位置处，第一端和连接部不与轴承座组件接触。

进一步的，所述第一气孔设置多个，多个第一气孔均匀布设。

进一步的，所述热引导部件与第二座体之间形成了下冷却气腔，所述热引导部件与转轴之间形成了上冷却气腔，所述压气机的排气端连通至上冷却气腔，所述导叶组件上设置有第一引气孔，所述第一引气孔连通上冷却气腔和环形腔，所述轴承座组件上设置有第二引气孔，第二引气孔与下冷却气腔连通，所述第二引气孔连通外部气源。

进一步的，通入第二引气孔的外部气源温度低于压气机排气端的气体温度。进一步的，通入第二引气孔的外部气源气压小于压气机排气端的排气气压。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

本方案中来自涡轮的气经由高速气流引导(实际上，转轴附近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，另一部分来自于从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来实现良好的气封效果，从而提高气体轴承稳定运行。

附图说明

图1为本方案的整体结构示意图；

图2为本方案的部分结构示意图一；

图3为本方案的部分结构示意图二；

图4为热引导部件的侧视图；

图5为热引导部件的实施方式一；

图6为热引导部件的实施方式二；

图7为热引导部件的实施方式三；

图8为热引导部件的实施方式四；

图9为本方案的部分结构示意图三。

附图标记：转轴100，压气机200，涡轮300，燃烧室400，轴承座组件500，端盖510，第一座体520，第二座体530，第二引气孔531，套环540，导叶组件600，第一支座610，第一引气孔611，叶片组620，第二支座630，轴承700，径向轴承710，热引导部件800，第一端810，连接部820，第二端830，环槽840，冷却通道850，对接部860，气封部件900，环形腔910，第一气孔920，齿形部930。

具体实施方式

结合附图1-9所示，本发明主要是通过将推力气封部件固定到与轴承座连接的热引导部件，将燃烧室出口处的高温引导至远离气体轴承的轴承座部分，使得传导至轴承座的热量能够在轴承座内更好地均布，避免在气体轴承处形成局部高温并且使气体轴承及其附近轴承座受热均匀，进而变形均匀，尽量避免气体轴承因受热不均而出现不规则变形，进而导致的漏气、同轴度变化、气膜不均、卡住转轴等缺陷。

如图1和2所示，一种燃气轮机，包括转轴100及套设安装于转轴100的压气机200和涡轮300。转轴100、压气机200和涡轮300可同步转动。还包括位于压气机200和涡轮300之间的轴承座组件500，具体包括端盖510、第一座体520、第二座体530以及套环540。第一座体520和第二座体530与转轴100(具有推力盘)之间设置有轴承700，轴承700包括径向轴承710和推力轴承，其中径向轴承710邻近涡轮300设置。

还包括燃烧室400，其环绕转轴100设置并对应涡轮300端安装于轴承座组件。燃烧室400出口端设有导叶组件600。导叶组件600具体可包括第一支座610、第二支座630和位于两个支座之间的具有轴向气道的叶片组620。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600转动。

还包括气封部件900，气封部件900大体呈环形并围绕转轴100设置。气封部件900可安装于第一支座610，气封部件900与第一支座610之间气密连接。气封部件900与涡轮300之间可形成动气封效果。进一步地，气封部件900的出气量足够大时可提供轴向推力，以利于燃气轮机轴向力平衡。

还包括热引导部件800，其环绕转轴100设置，并且一端安装于轴承座组件500。燃烧室400出口端的导叶组件600通过热引导部件800安装于轴承座组件500。热引导部件800中除与轴承座组件500连接处之外的部分与第二座体530间隔设置，以避免燃烧室400出口端的高温直接传导至径向轴承710处的第二座体530上。

气封部件900通过连接件(例如螺钉)固定连接至热引导部件800，这样能够避免因气封部件900直接固定连接到轴承座组件500，而使燃烧室出口高温传递直接传导至径向轴承710。这样同时解决了热引导部件800和气封部件900固定安装的问题。

在燃气轮机运行过程中，压气机200低压端从外界吸入空气(大气环境下)，空气经由压气机200压缩增压后从壳体与轴承座组件500之间的气体通路进入到燃烧室400内与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体，高温气体从燃烧室400出口端经由导叶组件600进入到涡轮300中膨胀做功，温度可高达900℃的导叶组件600的热量通过热引导部件800引导至第二座体530的相对远离径向轴承710的部分，第二座体530的该部分材料相对较厚，利于导入热量的均布，使得第二座体530整体受热变形均匀，变形趋近于整体膨大，同轴度等相对尺寸影响不大，并能够配合其他部件的热膨胀而适配。

在一个实施例中，如图2所示，气封部件900包括环形腔910和第一气孔920。第一气孔920的数量可以是多个，多个第一气孔920可绕轴线设置，例如均匀设置。第一气孔920的进气口与气源连接，第一气孔920的出气口朝向涡轮300，来自气源的气可通过第一气孔920喷向涡轮300，涡轮300可以具有对应第一气孔920的接受面。所有第一气孔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600喷向涡轮300叶片的燃气进入到燃气轮机内部。第一气孔920喷出的气流速较高(尤其是经由阶梯孔节流之后)，来自涡轮的气经由高速气流引导(实际上，转轴附近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，另一部分来自于从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来实现良好的气封效果。

进一步地，如图2所示，第一气孔920的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，涡轮300朝向第一气孔920的接受面具有对应第一气孔920喷射气流的凹槽，第一气孔920喷射的气流经由该凹槽后朝向气封部件900反向回流，增强压力气幕效果。

进一步地，如图1和2所示，轴承座组件500还包括防转构件550，安装于第二座体530并通过凸起部(例如凸块、销钉)限位径向轴承710，以防止径向轴承710转动。

进一步地，如图3所示，气封部件900对应涡轮300一侧具有齿形部930，以进一步增强气封效果。涡轮300对应齿形部930具有凸沿，以提高齿形部930的气封效果。具体地，涡轮300的朝向气封部件900一侧具有凹槽，部分气封部件900延伸到涡轮300的上述凹槽内。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。涡轮300对应齿形部930的凸沿可以具有配合齿形部930的凸起或齿结构。

进一步地，一并参阅图4和图5，热引导部件800包括第一端810、第二端830以及连接第一端810和第二端830的连接部820，第一端810端部设置有对接部860。

第一端810与导叶组件600连接，以对导叶组件600和燃烧室400形成固定支撑。其连接方式可以焊接、螺栓(螺钉)连接、限位槽卡接等。对接部860与气封部件900通过连接件(例如螺钉)固定连接。

第二端830连接至第二座体530的远离径向轴承710的位置处，连接方式可以焊接、螺栓(螺钉)连接、限位槽卡接等。

第一端810和连接部820不与第二座体530接触，构成较长的热传导路径，有助于温度降低和向外界环境均匀散热。

进一步地，继续参阅图4，热引导部件800在第二端830处具有环槽840，以降低热引导部件800与第二座体530之间的接触面积，从而尽量减少向第二座体530传导的热量。

进一步地，继续参阅图1，套环540设置有气孔，以将来自于压气机200的冷气(相对于涡轮端热气来说；其一般是常温气体并可用于冷却)引导至轴承座组件内腔体，对热引导部件800及第一座体520和第二座体530进行冷却。

进一步地，一并参阅图6，热引导部件800具有冷却通道850，冷却通道850可以是如图6所示的多个通孔。设置冷却通道850能够加强来自于压气机的气体流动，增强冷却效果，以及增加冷却面积。

进一步地，如图7所示，冷却通道850可以是扇面形，在增加冷气流通效果的同时又能够减轻重量。

进一步地，如图8所示，第二端830在冷却通道850处断开设置，这样能够进一步减轻重量，并减小热引导部件800与第二座体530的接触面积，减少向第二座体530传导的热量。

进一步地，热引导部件800的第二端830连接至第一座体520，或者热引导部件800的第二端830连接至端盖510。

进一步地，如图9所示，其中热引导部件800的结构可以如图5所示，即封闭式不具有通气口，使得热引导部件800、第二座体530与转轴之间限定了冷却气腔，来自压气机的冷气CA2经由第一引气孔611进入到环形腔910中，为气封部件900供气。来自外部气源(例如气泵)的冷气CA1经由第二引气孔531进入到热引导部件800下方的冷却气腔，以对径向轴承710进行冷却。外部气源提供的冷气温度要低于压气机提供的气体，冷却效果更好。

进一步地，该外部气源提供的气压小于压气机的排气气压，这样能提高气封部件900的气封效果。

进一步地，该外部气源可同时为径向轴承710供气。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，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实用新型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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种燃气轮机，包括转轴，所述转轴的外圈设置有压气机、涡轮、燃烧室、轴承座组件、导叶组件和轴承，轴承座组件包括端盖、第一座体、第二座体和套环，导叶组件包括第一支座、叶片组和第二支座，轴承包括径向轴承和推力轴承；

其特征在于，包括热引导部件和气封部件，所述热引导部件和气封部件均环绕转轴设置，所述封部件靠近涡轮处设置，所述气封部件包括环形腔和第一气孔，第一气孔的进气口与气源连接，第一气孔的出气口朝向涡轮，所述第一气孔喷至涡轮的气流形成压力气幕。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述热引导部件包括第一端、第二端以及连接第一端和第二端的连接部，第一端端部设置有对接部，第一端与导叶组件连接，以对导叶组件和燃烧室形成固定支撑，对接部与气封部件连接，第二端连接至第二座体的远离径向轴承的位置处，第一端和连接部不与轴承座组件接触。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述第一气孔设置多个，多个第一气孔均匀布设。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机，其特征在于，所述热引导部件与第二座体之间形成了下冷却气腔，所述热引导部件与转轴之间形成了上冷却气腔，所述压气机的排气端连通至上冷却气腔，所述导叶组件上设置有第一引气孔，所述第一引气孔连通上冷却气腔和环形腔，所述轴承座组件上设置有第二引气孔，第二引气孔与下冷却气腔连通，所述第二引气孔连通外部气源。

5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机，其特征在于，通入第二引气孔的外部气源温度低于压气机排气端的气体温度。

6.根据权利要求4所述的一种燃气轮机，其特征在于，通入第二引气孔的外部气源气压小于压气机排气端的排气气压。