一种转子系统及微型燃气轮机技术方案

本发明专利技术提供一种转子系统及微型燃气轮机，转子系统包括：转轴，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；其中，所述径向轴承设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，轴承本体的外壁节流孔口大于内壁节流孔口，所述轴承内壁周向设置环形槽，节流孔口与所述环形槽部分或整体相交，在所述推力轴承内设置第一空气槽，在转轴对应安装轴承本体的位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁沿周向设置第二空气槽。本发明专利技术的转子系统及微型燃气轮机具有运行高效、稳定的优点。

A rotor system and micro gas turbine

【技术实现步骤摘要】
一种转子系统及微型燃气轮机
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。
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、燃烧室及透平三大部件。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透平中膨胀做功。在微型燃气轮机的转子系统中需要安装径向轴承和推力轴承以在径向方向和轴向方向上稳定地支撑转轴。现有技术的转子系统中当其使用的径向轴承以及推力轴承为空气轴承时，其具有如下的缺陷：对于径向空气轴承，刚度不够时使用，可以通过八字槽蓄气，低速时应用可提高轴承载力，但高速时会造成空气堵塞，空气堵塞时，由于轴高速旋转，会产生高频振动，堵塞的空气就成为了吸能器，温度会急速升高，并且可以升高到几千度的高温，造成轴/轴套的融化，轴与轴套的粘合与卡死，同时造成轴承空气的回灌，进一步堵塞空气通道，对于推力轴承，在现有的转子动力学结构中，刚度过剩，但通流不足。空气容易堵塞在拐角位置，轴转动阻力大，推力轴承中部的空气由于轴承定子的阻挡，会被挤出轴承间隙，导致空气回灌，改变了流动方向，造成空气通道的气流紊乱，尤其是在高速切换动压时，造成的气流冲击更大，形成更大的紊流。同时，现有技术中空气轴承还存在如下缺陷：1、由于节流效应影响，为了保持较高的轴承刚度，需要减小节流孔的孔径与气膜间隙，较小的孔径与间隙不仅在加工制造上难度非常大，带来较高的加工制造成本。2、在轴承高速旋转过程中，随着转子转速的提高，气膜内温度较高，节流孔在高温空气中易被氧化，产生黑穴，堵塞气眼。较小的轴承间隙容易使得转子与定子的磨损而产生金属屑，从而造成节流孔的堵塞，使得轴承整体可靠性降低。
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。本专利技术的技术方案如下：根据本专利技术一个方面，提供一种转子系统，包括：转轴，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；其中，所述径向轴承包括轴承本体，所述轴承本体套设于转轴，并与转轴之间保持预定的间隙，所述轴承本体为环状圆柱体，所述轴承本体上径向设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，轴承本体的外壁节流孔口孔径大于内壁节流孔口孔径，所述轴承本体内壁周向设置环形槽，所述环形槽与内壁节流孔口部分或整体相交；以及，在所述推力轴承内设置第一空气槽，在转轴对应安装轴承本体位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁沿周向设置第二空气槽。进一步的，所述推力轴承内设置空气槽斜角。进一步的，所述推力轴承包括第二推力盘、第二定子、第一定子、第一推力盘，第二推力盘、第二定子、第一定子、第一推力盘依次套设在转轴上；第二定子朝向第二推力盘一侧或者第二推力盘朝向第二定子一侧的端面设置所述第一空气槽，第一定子朝向第一推力盘一侧或者第一推力盘朝向第一定子一侧的端面设置所述第一空气槽，第二定子与第二推力盘之间具有间隙，第一定子与第一推力盘之间具有间隙，第二推力盘、第一推力盘与转轴固定连接或一体成型；所述第一空气槽为弧形槽，所述弧形槽周向均布且中心对称，弧形槽一端与圆心相邻，另一端与圆周相邻或者相交。进一步的，从进气方向看，转轴顺时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第二凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第一凹弧；转轴逆时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第一凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第二凹弧。进一步的，所述第二空气槽为平行斜槽或者螺旋槽。进一步的，所述螺旋槽的升角为α，螺距为P，螺旋槽深度为HL，转轴的直径为DL，其中，30°<α<60°，1/2DL<P<5DL。进一步的，从进气方向看，转轴顺时针旋转时，所述平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为第二倾；转轴逆时针旋转时，所述平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为第一倾。进一步的，所述第二空气槽还包括人字形和/或八字形和/或V字形。进一步的，所述轴承本体内的第二空气槽设置在转轴对应安装轴承本体内壁位置的中间部分，或者设置为对称分布在中间部分两侧、相互独立的两部分。进一步的，所述节流孔变径部位截面为漏斗状或圆锥状。进一步的，所述节流孔为多个，沿轴承本体周向均布为一圈或者多圈。进一步的，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔位于环形槽内；或者，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽一侧相切；或者，所述环形槽宽度W>内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽部分相交；或者，所述环形槽宽度W＝内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽两侧相切；或者，所述环形槽宽度W<内壁节流孔口直径D，节流孔与环形槽部分相交。进一步的，所述环形槽深度H≥内壁节流孔口直径D；以及，所述轴承本体与所述转轴之间的轴承间隙宽度为w，D<w<3D。进一步的，所述径向轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承，所述推力轴承、第一径向轴承、电机、第二径向轴承、压气机、透平在转轴上依次设置；或者，所述径向轴承包括第一径向轴承、第二径向轴承，所述第一径向轴承、电机、第二径向轴承、压气机、推力轴承、透平在转轴上依次设置。根据本专利技术的另一方面，提供一种微型燃气轮机，包括上述的转子系统。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、由于在转子系统中，低速时，轴长度越长，低速过零刚度越大，高速时，轴长度越长，阻力越大，成倍增大，因而，设置空气槽后，低速时不影响轴刚度，推力不变，高速时，动压工作能力降低，空气会流向空气槽，刚度下降，动压实际工作长度为轴的长度减去槽的长度，阻力变小，可增大轴的长度；实现了导流同时不降低轴的刚度。2、设置空气槽后，在低速时就引导气体形成定向流动，在高速切换动压时，气流仍然定向流动，不会形成冲击气流。3、轴承设置空气槽后，可以提高转子抗受扰动偏心撞壁的能力，从而也提高了轴承的承载能力；径向轴承与推力轴承协同工作，集成度高，易于加工、安装，有效保证了径向轴承和推力轴承的同轴度，提高了轴承的综合性能，改善了轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性；结构简单，操作简便，精度要求不高，实用性强，经济成本低；相对于传统的采用单一气体轴承的结构，响应速度快。4、在本专利技术中，由于节流孔部分或者全部沉入环形槽内，轴与径向轴承内壁产生摩擦时，不会被磨损到环形槽内的节流孔，防止节流孔堵塞，从而提高气动润滑效果；环形槽会增大节流孔位置间隙，在保证整体轴承刚度的同时，有效的避免了由于高温而产生的节流孔氧化。附图说明图1为本专利技术转子系统结构图一。图2为本专利技术转子系统结构图二。图3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，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；/n其中，所述径向轴承包括轴承本体，所述轴承本体套设于转轴，并与转轴之间保持预定的间隙，所述轴承本体为环状圆柱体，所述轴承本体上径向设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，轴承本体的外壁节流孔口孔径大于内壁节流孔口孔径，所述轴承本体内壁周向设置环形槽，所述环形槽与内壁节流孔口部分或整体相交；/n以及，在所述推力轴承内设置第一空气槽，在转轴对应安装轴承本体位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁上沿周向设置第二空气槽。/n

【技术特征摘要】
1.一种转子系统，其特征在于，包括：
转轴，所述转轴为一体式结构，转轴水平或者垂直设置，转轴上设有电机、径向轴承、压气机、推力轴承及透平；
其中，所述径向轴承包括轴承本体，所述轴承本体套设于转轴，并与转轴之间保持预定的间隙，所述轴承本体为环状圆柱体，所述轴承本体上径向设置有节流孔，所述节流孔为变径孔，轴承本体的外壁节流孔口孔径大于内壁节流孔口孔径，所述轴承本体内壁周向设置环形槽，所述环形槽与内壁节流孔口部分或整体相交；
以及，在所述推力轴承内设置第一空气槽，在转轴对应安装轴承本体位置的圆周面上或者在轴承本体的内壁上沿周向设置第二空气槽。


2.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述推力轴承内设置空气槽斜角。


3.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述推力轴承包括第二推力盘、第二定子、第一定子、第一推力盘，第二推力盘、第二定子、第一定子、第一推力盘依次套设在转轴上；
第二定子朝向第二推力盘一侧或者第二推力盘朝向第二定子一侧的端面设置所述第一空气槽，第一定子朝向第一推力盘一侧或者第一推力盘朝向第一定子一侧的端面设置所述第一空气槽，第二定子与第二推力盘之间具有间隙，第一定子与第一推力盘之间具有间隙，第二推力盘、第一推力盘与转轴固定连接或一体成型；
所述第一空气槽为弧形槽，所述弧形槽周向均布且中心对称，弧形槽一端与圆心相邻，另一端与圆周相邻或者相交。


4.根据权利要求3所述的转子系统，其特征在于，从进气方向看，
转轴顺时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第二凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第一凹弧；
转轴逆时针旋转时，所述第二推力盘和第一推力盘端面的弧形槽为第一凹弧，第二定子和第一定子端面的弧形槽为第二凹弧。


5.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述第二空气槽为平行斜槽或者螺旋槽。


6.根据权利要求5所述的转子系统，其特征在于，所述螺旋槽的升角为α，螺距为P，螺旋槽深度为HL，转轴的直径为DL，
其中，30°<α<60°，1/2DL<P&...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，刘慕华，
申请(专利权)人：至玥腾风科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11