一种转子系统及微型燃气轮机发电机组技术方案

本发明专利技术提供一种转子系统及微型燃气轮机发电机组，包括：转轴，所述转轴为一体成型结构；以及，依次设置于所述转轴上的电机、径向轴承、压气机、一体式轴承、透平；其中，所述电机包括电机定子、转子铁芯，所述电机定子套设于转轴的一端，所述转轴上套设所述电机定子的一端设置有电机转子铁芯安装腔，所述转子铁芯安装于电机转子铁芯安装腔，且所述电机转子铁芯安装腔的端口不封闭。本发明专利技术中，转子系统的布局紧凑、转子系统的轴向尺寸短，高速运行平稳性好，转轴采用开式结构，电机转子铁芯散热性好，转轴不宜变形、精度高。

A rotor system and micro gas turbine generator set

【技术实现步骤摘要】
一种转子系统及微型燃气轮机发电机组
本专利技术涉及转子动力学
，尤其涉及一种转子系统及微型燃气轮机发电机组。
技术介绍
微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25～300kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械以及回热循环。微型燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及涡轮三大部件。空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在涡轮中膨胀做功。转子高速转动时，转子会受到径向方向的力和轴向方向的力。为了限制转轴发生径向和轴向上的移动，转子系统中需要安装径向轴承和推力轴承。传统的径向轴承和推力轴承均为普通的接触式轴承，随着转子转速的提高，尤其是转子转速每分钟超过40000转时，普通的接触式轴承由于存在较大的机械磨损，已不能满足工作转速的需求。对于微型燃气轮机发电机组，通过燃气轮机转子的高速旋转带动发电机转子旋转进而发电。但现有技术中的微型燃气轮机发电机组的转子系统存在如下缺陷：现有技术中，通常采用联轴器将燃气轮机转子与发电机转子进行连接,由于存在同轴度偏差导致转子系统稳定性差。同时，联轴器的设置使得推力轴承的设置位置受到限制，这是因为随着转子转速的提高，转子受到的轴向力也会进一步提高，若将推力轴承设置于压气机和涡轮之间，会使得整个转子系统的重心偏向涡轮侧，从而导致转子系统的稳定性差。如果将推力轴承设置于联轴器朝向发电机一侧，则转子的轴向力全部作用到联轴器上，容易导致联轴器损坏。可见，目前亟需提供一种新的转子系统，以解决现有微型燃气轮机发电机组存在的上述问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种转子系统及微型燃气轮机发电机组，采用一体式转轴连接燃气轮机转子与发电机转子，并且转轴的轴向长度短，刚度强、容易加工，制造成本低，且转子系统高速运行的平稳性好。本专利技术的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供一种转子系统，包括：转轴，所述转轴为一体成型结构；以及，依次设置于所述转轴上的电机、径向轴承、压气机、一体式轴承、透平；其中，所述电机包括电机定子、转子铁芯，所述电机定子套设于转轴的一端，所述转轴上套设所述电机定子的一端设置有电机转子铁芯安装腔，所述转子铁芯安装于电机转子铁芯安装腔，且所述电机转子铁芯安装腔的端口不封闭。进一步的，所述转轴包括第一轴段和第二轴段，第一轴段的直径大于第二轴段的直径，第一轴段和第二轴段的过渡处形成有台阶面；其中，电机、径向轴承设置于第一轴段上，压气机、一体式轴承和透平设置于第二轴段上，压气机的一端与台阶面抵接；电机定子套设于第一轴段的远离第二轴段的一端。进一步的，所述径向轴承、一体式轴承均为气体轴承。进一步的，所述电机定子包括定子铁芯和定子绕组；定子绕组绕制于定子铁芯，径向轴承在径向方向上套设于定子绕组与转轴之间，定子绕组上设置有径向轴承的进气孔。进一步的，所述电机定子上设置有轴向贯穿所述电机定子的多个进气道；所述电机定子包括定子铁芯和定子绕组；所述定子铁芯呈圆柱体状，且在圆柱体的中心位置形成有供所述转轴安装的通孔；所述定子铁芯的外径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体的周向均布的多个外线槽，所述定子铁芯的内径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体周向均布的多个内线槽；所述定子绕组沿圆柱体的轴向缠绕于所述外线槽和内线槽内，且在内线槽内形成所述进气道。进一步的，所述一体式气体轴承包括：固定安装于转轴的第一推力盘和第二推力盘，第一推力盘和第二推力盘相对设置，并且在两者之间形成有环形槽；以及，安装于所述环形槽并与转子系统的壳体连接的的轴承定子，所述轴承定子的两个端面分别与第一推力盘、第二推力盘之间具有第一轴向间隙和第二轴向间隙，形成推力气体轴承部，轴承定子的内径面与环形槽的槽底之间具有径向间隙，形成径向气体轴承部。进一步的，所述轴承定子上设置有环形气腔，所述环形气腔通过进气孔与外界气源联通；环形气腔通过第一通气孔与第一轴向间隙联通，环形气腔通过第二通气孔与第二轴向间隙联通，环形气腔通过第三通气孔与径向间隙联通。进一步的，所述第一通气孔和第二通气孔设置为多个，分别在第一推力盘和第二推力盘上围绕转轴均布，第三通气孔设置为多个，在环形槽的底部围绕转轴均布。进一步的，所述第一推力盘朝向轴承定子的端面或者轴承定子朝向第一推力盘的端面设置动压发生槽；以及，所述第二推力盘朝向轴承定子的端面或者轴承定子朝向第二推力盘的端面设置动压发生槽。进一步的，所述第一推力盘朝向轴承定子的一侧或者轴承定子朝向第一推力盘的一侧以及所述第二推力盘朝向轴承定子的一侧或者轴承定子朝向第二推力盘的一侧设有第一空气槽；所述轴承定子的内径面沿周向或所述环形槽的圆周面上设有第二空气槽。进一步的，所述轴承定子和转子系统壳体之间设有防转构件，所述防转构件用于防止轴承定子随第一推力盘、第二推力盘沿周向转动。进一步的，所述压气机的压缩轮的背部端面设置为光滑的端面，该端面作为一体式轴承的第一推力盘。根据本专利技术的另一方面，提供一种微型燃气轮机发电机组，包括电机机匣、燃气轮机机匣、燃烧室以及上述的转子系统；其中，电机机匣罩设于电机的外周、燃气轮机机匣罩设于压气机、一体式轴承和透平的外周，并且与电机机匣连接；燃烧室与燃气轮机机匣连接，并且燃烧室的进气口与压气机的排气口连接，燃烧室的排气口与透平的进气口连接，一体式轴承的轴承定子与燃气轮机机匣通过防转动构件连接。进一步的，所述压气机的排气口与燃烧室的进气口之间设置有扩压器。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术中，转子系统的布局紧凑、转子系统的轴向尺寸短，高速运行平稳性好，转轴采用开式结构，电机转子铁芯散热性好，转轴不宜变形、精度高。2、本专利技术的电机的背绕线结构，可进一步缩短转轴的长度，同时通过设置的进气道能够用于压气机的进气，同时压气机的进气可以对电机的电机定子进行冷却。3、本专利技术采用一体式轴承，转子系统的轴向和径向的垂直度高，运行平稳，寿命长。4、本专利技术的压气机的压缩轮的背部端面作为一体式轴承的一个推力盘，结构紧凑、节约成本。5、本专利技术的微型燃气轮机发电机组布局紧凑，散热性能好，运行稳定。附图说明图1为本专利技术的转子系统结构图。图2为本专利技术的实施例一的电机结构图。图3为本专利技术的实施例一的电机的半剖图。图4为本专利技术的实施例一的电机定子铁芯结构图。图5为本专利技术的实施例一的硅钢片结构图。图6为本专利技术的实施例一的端面线槽结构图。图7为本专利技术的实施例二一体式轴承结构图。图8为本专利技术的实施例二第一空气槽结构图。图9为本专利技术的实施例二第一空气槽结构图。图10为本专利技术的另一种转子系统结构图。具体实施方式为了更好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转子系统，其特征在于，包括：/n转轴，所述转轴为一体成型结构；/n以及，依次设置于所述转轴上的电机、径向轴承、压气机、一体式轴承、透平；/n其中，所述电机包括电机定子、转子铁芯，所述电机定子套设于转轴的一端，所述转轴上套设所述电机定子的一端设置有电机转子铁芯安装腔，所述转子铁芯安装于电机转子铁芯安装腔，且所述电机转子铁芯安装腔的端口不封闭。/n

【技术特征摘要】
1.一种转子系统，其特征在于，包括：
转轴，所述转轴为一体成型结构；
以及，依次设置于所述转轴上的电机、径向轴承、压气机、一体式轴承、透平；
其中，所述电机包括电机定子、转子铁芯，所述电机定子套设于转轴的一端，所述转轴上套设所述电机定子的一端设置有电机转子铁芯安装腔，所述转子铁芯安装于电机转子铁芯安装腔，且所述电机转子铁芯安装腔的端口不封闭。


2.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述转轴包括第一轴段和第二轴段，第一轴段的直径大于第二轴段的直径，第一轴段和第二轴段的过渡处形成有台阶面；
其中，电机、径向轴承设置于第一轴段上，压气机、一体式轴承和透平设置于第二轴段上，压气机的一端与台阶面抵接；电机定子套设于第一轴段的远离第二轴段的一端。


3.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述径向轴承、一体式轴承均为气体轴承。


4.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述电机定子包括定子铁芯和定子绕组；
定子绕组绕制于定子铁芯，径向轴承在径向方向上套设于定子绕组与转轴之间，定子绕组上设置有径向轴承的进气孔。


5.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述电机定子上设置有轴向贯穿所述电机定子的多个进气道；
所述电机定子包括定子铁芯和定子绕组；
所述定子铁芯呈圆柱体状，且在圆柱体的中心位置形成有供所述转轴安装的通孔；
所述定子铁芯的外径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体的周向均布的多个外线槽，所述定子铁芯的内径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体周向均布的多个内线槽；
所述定子绕组沿圆柱体的轴向缠绕于所述外线槽和内线槽内，且在内线槽内形成所述进气道。


6.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述一体式气体轴承包括：
固定安装于转轴的第一推力盘和第二推力盘，第一推力盘和第二推力盘相对设置，并且在两者之间形成有环形槽；
以及，安装于所述环形槽并与转子系统的壳体连接的的轴承定子，所述轴承定子的两个端面分别与第一推力盘、第二推力盘之间具有第一轴向间隙和第二轴向间隙，形成推力气体轴承部，轴承定子的内径面与环形槽的槽底之间具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，刘慕华，
申请(专利权)人：迅玲腾风汽车动力科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11