[發明專利]具有平衡軸向力結構的微型燃氣輪機

在審

• 申請號: 202011475691.2
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112502832A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 靳普
• 申請（專利權）人: 至玥騰風科技集團有限公司;靳普
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C3/14;F02C7/06;F02C7/04;F04D29/051;F04D29/26;F16C32/04;F16C32/06
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11793
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種具有平衡軸向力結構的微型燃氣輪機，包括轉軸、壓氣機、渦輪和燃燒室，其中，壓氣機和渦輪安裝在轉軸上，壓氣機通過高壓氣腔連通燃燒室，燃燒室的排氣口正對渦輪；推力軸承及徑向軸承通過進氣管供氣；高壓氣腔通過一補充進氣管連通軸承間隙，螺母與軸承定子之間依靠空氣推力和磁力保持軸承間隙。本發明通過在推力軸承中設置軸承間隙和磁軸承，從而使該推力軸承形成氣、磁混合推力軸承，氣體軸承與磁軸承協同工作，能夠改善推力軸承的動態性能和穩定性，抗受擾動能力強，進而提高了推力軸承的承載能力。

技術領域

本發明涉及一種具有平衡軸向力結構的微型燃氣輪機，屬于微型燃氣輪機技術領域。

背景技術

微型燃氣輪機主要包括壓氣機、燃燒室及透平三大部件，空氣進入壓氣機后被壓縮成高溫高壓的空氣，然后供給燃燒室與燃料混合燃燒，其產生的高溫高壓燃氣在透平中膨脹做功。燃氣輪機在運行過程中，氣流會對轉子葉片及輪盤產生軸向力作用，從而產生軸向上的力。而為了防止轉子發生軸向上的移動，推力軸承會承受來自燃氣輪機轉子的軸向力。由氣體動力學可知：燃氣輪機壓氣機轉子上的軸向力是向前的，而渦輪轉子上的軸向力是向后的。在最大工況下，燃氣輪機發生器上渦輪轉子需要承受向后的軸向力，然而壓氣機轉子需要承受更大的向前的軸向力，即便壓氣機轉子和渦輪轉子連成一體后轉子上的兩個方向相反的軸向力相互抵消了一部分，仍是一個數值相當大的向前的軸向力。因此，必須設置減荷裝置，以減少轉子作用在止推軸承上的軸向負荷。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供了一種具有平衡軸向力結構的微型燃氣輪機。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種具有平衡軸向力結構的微型燃氣輪機，包括轉軸、壓氣機、渦輪和燃燒室，其中，壓氣機和渦輪安裝在轉軸上，壓氣機通過高壓氣腔連通燃燒室，燃燒室的排氣口正對渦輪；轉軸上設置推力盤，推力盤上套設推力軸承，轉軸上還設置有徑向軸承；

所述推力軸承，包括對稱設置的第一軸承本體和第二軸承本體，第一軸承本體和第二軸承本體與推力盤在軸向上對稱安裝且具有預定的第一軸向間隙；第一軸承本體的外端壁設置第一空氣槽，第二軸承本體的外端壁設置第二空氣槽，第一空氣槽和第二空氣槽底部均設置通透的氣孔，該氣孔連通對應的空氣槽和對應的第一軸向間隙；第一軸承本體和第二軸承本體內圈與轉軸之間預設第三徑向間隙；第一軸承本體和第二軸承本體圍成的推力盤容置槽側壁與推力盤側壁之間設置第四徑向間隙；

所述徑向軸承的內壁和轉軸之間具有預定的第二徑向間隙；徑向軸承的外壁設置第三空氣槽，第三空氣槽底部設置通透的氣孔，該氣孔連通第三空氣槽和第二徑向間隙；

還包括若干條進氣管，第一空氣槽、第二空氣槽和第三空氣槽分別與一條進氣管連通，由進氣管向各空氣槽供氣；

所述壓氣機通過其端部的螺母固定在轉軸的進氣端；所述螺母的端面為平面，且螺母端面外端設置軸承定子，軸承定子與螺母端面之間存在一軸承間隙；所述高壓氣腔通過一補充進氣管連通軸承間隙。

進一步地，所述螺母端面和/或軸承定子靠螺母的一面設置空氣槽；當螺母旋轉時，存在于軸承間隙的流動氣體被壓入空氣槽內，從而產生壓力，以實現螺母沿軸向方向非接觸地保持。

進一步地，所述螺母與軸承定子之間還依靠磁力保持軸承間隙(增設磁性部件)。具體地，螺母端面設置有第一磁性部件，軸承定子靠螺母的一面沿周向設置有能夠與第一磁性部件之間產生磁力的多個第二磁性部件，螺母能夠在第一磁性部件和多個第二磁性部件之間的磁力作用下帶動轉軸在軸向方向上移動。

再進一步地，第一磁性部件包括多個在螺母端面上沿周向呈輻狀均勻分布的磁性材料；第二磁性部件包括多個永磁體，在軸承定子端面上沿周向呈輻狀均勻分布；或：第二磁性部件包括多個電磁鐵，多個電磁鐵在軸承定子端面上沿周向呈輻狀均勻分布，多個電磁鐵中的每個電磁鐵包括設置于軸承定子端面上的磁芯及纏繞于磁芯上的線圈。