[發明專利]一種轉動裝置及燃氣輪機

在審

• 申請號: 202110851916.8
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113565637A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 靳普
• 申請（專利權）人: 永旭騰風新能源動力科技（北京）有限公司;靳普
• 主分類號: F02C7/06
• 分類號: F02C7/06
• 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: 趙傳玲

本發明公開了一種轉動裝置，包括轉軸、渦輪和殼體，渦輪固定安裝于轉軸上，轉軸和渦輪安裝于殼體內；所述渦輪的徑向外側套設有軸承環，軸承環與殼體之間的間隙形成氣體軸承的氣膜間隙，軸承環、殼體及其間隙形成氣體軸承，在渦輪圍繞軸線相對于殼體轉動時形成氣膜，以相對于殼體對渦輪形成支撐，從而改善高速運轉時渦輪的徑向擺動，增加渦輪轉動時的穩定性。本發明還公開了一種包括該轉動裝置的燃氣輪機。

技術領域

本發明涉及一種轉動裝置及燃氣輪機，屬于燃氣輪機技術領域。

背景技術

燃氣輪機以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功，是一種旋轉葉輪式熱力發動機，其主要包括壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件，其中，壓氣機從外界大氣環境吸入空氣，并逐級壓縮使之增壓，同時空氣溫度也相應提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的氣體；然后再進入到渦輪中膨脹做功，推動渦輪帶動壓氣機和外負荷轉子一起高速旋轉，實現了氣體或液體燃料的化學能部分轉化為機械功，并可通過連接發電機輸出電能。

燃氣輪機的轉子系統中，渦輪需要進行高速旋轉并且工作溫度較高，例如，對于小功率燃氣輪機，燃氣輪機的轉子系統的轉速可達或超過140000RPM(轉/分鐘)，渦輪的工作溫度可達950～1000℃，渦輪葉輪的工作線速度極高，從而承載的離心力高達100MPa。渦輪往往采用強度高并耐高溫的材料(例如鎳)，以滿足在高轉速和高溫度的工況下工作，而這樣的材料通常密度較高，渦輪質量較大，而且渦輪通常位于轉子系統的懸臂端，如此，在轉子系統高速轉動時，渦輪會出現較大幅度的擺動。

非接觸式軸承(例如氣體軸承)由于其摩擦系數和摩擦力矩小、運動精度高等特點，在一些高轉速的場合使用越來越普遍。氣體軸承是依靠軸承間隙中的壓力氣膜實現轉子系統的支撐。

發明內容

針對上述現有技術，為提高渦輪端轉動穩定性，本發明提供了一種轉動裝置，及燃氣輪機。本發明通過在轉動裝置/燃氣輪機的渦輪端設置氣體軸承，對渦輪端進行支撐，從而有效提高了渦輪端轉動穩定性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種轉動裝置，包括轉軸、渦輪和殼體，渦輪固定安裝于轉軸上，轉軸和渦輪安裝于殼體內；所述渦輪的徑向外側套設有軸承環，軸承環呈圓環狀，軸承環與殼體之間具有間隙，在渦輪圍繞軸線相對于殼體轉動時，該間隙可形成氣膜的氣膜間隙，軸承環、殼體及間隙形成氣體軸承，以相對于殼體對渦輪形成支撐，從而改善高速運轉時渦輪的徑向擺動，增加渦輪轉動時的穩定性。

進一步地，由軸承環、殼體及其間隙形成的氣體軸承為靜壓軸承、動壓軸承或動靜壓混合軸承中的任意一種。

進一步地，所述渦輪可以為向心渦輪。

進一步地，所述渦輪具有軸向相對的徑向大端和徑向小端，軸承環位于渦輪的徑向小端。

進一步地，所述軸承環可采用極大過盈的方式裝配至渦輪，即可通過軸承環熱裝或渦輪冷裝。

進一步地，所述軸承環與渦輪之間可以采用焊接的方式固定連接，可以是激光焊接，也可以采用合適的焊料焊接。

進一步地，所述軸承環與渦輪之間也可以采用過盈加焊接的方式固定連接，以提高過盈配合的可靠性。

進一步地，所述渦輪具有軸向延伸的多個葉片，軸承環內環面與多個葉片的徑向外側邊緣焊接。

進一步地，所述渦輪的徑向小端處，至少部分葉片具有軸向向外延伸的突出部，該突出部與軸承環固定連接，突出部的設置可以增加渦輪與軸承環之間的接觸面積，既能夠增加連接穩定性，也能夠增加此處氣體軸承的氣膜面積，提高氣體軸承支撐效果。

進一步地，當部分葉片上具有突出部時，具有突出部的葉片與不具有突出部的葉片可以交替設置。

進一步地，渦輪的所有葉片均具有突出部。