立式流线隧道轮燃气轮机制造技术

本发明专利技术公开了立式流线隧道轮燃气轮机，属于燃气轮机领域，立式流线隧道轮燃气轮机包括压气机、燃气透平、轴以及燃烧室；所述压气机与燃气透平分别安装于轴的上下两端，组成燃气轮机转子；所述燃烧室位于压气机与燃气透平之间；所述轴竖直放置，形成立式结构。本发明专利技术公开的立式流线隧道轮燃气轮机，采用流线隧道式涡轮和压气机轮，配合外廓式空气轴承，以立式结构安装，可达到提高转速、提高可靠性、降低泄漏损失、减小尺寸和重量等有益效果。

【技术实现步骤摘要】
立式流线隧道轮燃气轮机
本专利技术涉及燃气轮机领域，特别涉及立式流线隧道轮燃气轮机。
技术介绍
燃气轮机可将燃料的能量转换为机械能，并直接输出旋转运动，常用于发电机、船舶动力、航空动力等。其工作过程是，压气机连续地压缩空气并送入燃烧室，与燃料混合燃烧后形成的高温燃气流入涡轮中膨胀做功，驱动涡轮并带动同轴压气机旋转。传统开式、半开式叶片结构叶轮存在叶顶间隙，而且叶片的数量与厚度尺寸受材料科技水平的限制已经没有优化空间，这就限制了涡轮和压气机气动性能的进一步提高。同时，叶尖间隙泄漏流既影响压气机和涡轮气动性能，还影响转子动力学特性与可靠性；较薄的叶片结构强度差，与提高转速相矛盾。当前燃气轮机常见的形式为卧式燃气轮机，转子系统水平布置，当转子静止时，重力会使转轴产生静挠曲，当转子旋转时，重力会在自转轴线上产生一个交变力矩，使得转子获得角加速度，进而影响转子的动力学特性，降低转子稳定性。而立式安装方式可避免产生静挠曲，且重力在轴线方向力矩为零，能够提高转子稳定性。压气机和涡轮采用径向进气、径向出气还可降低轴向负荷，减轻轴向摩擦，提高机械效率，同时还减少了气体流动因转弯造成的损失。卧式燃气轮机支撑轴承通常为油膜轴承或滚动轴承，输送润滑油的机构需要消耗一定功率，开通的油道还会降低结构强度。而且，随着燃气轮机小型化、高速化发展，普通轴承已不能满足转速需求，非接触性轴承开始投入使用，如空气轴承，而动压空气轴承无需外部供气或供油，它利用气体本身的粘性，通过转子旋转将气体压缩至楔形间隙，产生支撑压力。采用新型流线隧道式涡轮和压气机轮，配合外廓式空气轴承，以立式结构安装，应用三维打印等方式生产制造，可以解决有效上述问题。闭式涡轮和压气机轮结构对材料强度要求低，流线设计优化空间大、泄漏损失小、适应更高转速、应用材料范围宽广，从而可以提高旋转轮式动力机械的功率密度和效率、减小尺寸、降低重量。涡轮采用陶瓷材料可实现高强度、轻量化、耐高温等需求。并且，流线隧道式涡轮和压气机轮为外廓式空气轴承的应用提供了可行性。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种立式流线隧道轮燃气轮机，采用流线隧道式涡轮和压气机轮，配合外廓式空气轴承，以立式结构安装，可达到提高转速、提高可靠性、降低泄漏损失、减小尺寸和重量等有益效果。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：立式流线隧道轮燃气轮机，包括压气机、燃气透平、轴以及燃烧室；所述压气机与燃气透平分别安装于轴的上下两端，组成燃气轮机转子；所述燃烧室位于压气机与燃气透平之间；所述轴竖直放置，形成立式结构。优选地，所述压气机可为单级或多级布置，为多级时，多个流线隧道式压气机轮依次安装在轴上。优选地，所述燃气透平可为单级或多级布置，为多级时，多个流线隧道式涡轮依次安装在轴上。优选地，所述流线隧道式压气机轮与流线隧道式涡轮为闭式旋转机械，且二者结构可以完全相同，通常由多达几十个流线隧道组成，各流线隧道中心线为三维曲线，呈螺旋向上或螺旋向下结构，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流线隧道进出口面积，截面面积沿流线隧道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。优选地，所述流线隧道式压气机轮与流线隧道式涡轮的进气口、出气口均为径向进气口、径向出气口。优选地，支撑轴承分别安装于所述压气机与燃烧室之间的轴径处以及所述燃气透平与燃烧室之间的轴径处，可选用滑动轴承、球轴承、空气轴承等；对于转速较高的微型燃气轮机则可选用外廓径向动压空气轴承，安装于流线隧道式压气机轮与流线隧道式涡轮外廓圆柱面外侧。优选地，还包括回热器，安装于所述燃气透平出口下游，所述回热器利用燃气透平后废气热量对进入的空气进行加热，以提高燃气轮机效率。本专利技术的有益效果为：本燃气轮机采用立式结构，避免了重力对转子系统的影响，提高转子稳定性；涡轮和压气机轮在结构上均采用流线隧道式，相比于叶片式结构，其强度更大，不易损坏；涡轮和压气机轮结构可以完全相同，可大幅减少设计及制造成本；更高的结构强度拓宽了材料的选用范围，涡轮和压气机轮若均采用陶瓷材料，具有高强度、轻量化、耐高温等优点；本专利技术充分利用闭式旋转机械特点，使涡轮和压气机轮外廓面作为径向支撑轴承的工作面，转子具有高临界转速，产生共振的可能性大大降低；压气机和涡轮采用径向进气、径向出气还可降低轴向负荷，减轻轴向摩擦，提高机械效率，同时还减少了气体流动因转弯造成的损失。附图说明图1为多级立式流线隧道轮燃气轮机结构示意图；图2为单级立式流线隧道轮燃气轮机结构示意图。图中：1、压气机；2、燃气透平；3、轴；4、燃烧室；5、流线隧道式压气机轮；6、流线隧道式涡轮；7、流线隧道；8、外廓径向动压空气轴承；9、回热器；10、燃料喷嘴。具体实施方式为更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例一如图1所示，一种立式流线隧道轮燃气轮机，包括压气机1、燃气透平2、轴3以及燃烧室4；压气机1与燃气透平2分别安装于轴3的上下两端，组成燃气轮机转子；燃烧室4位于压气机1与燃气透平2之间；轴3竖直放置，形成立式结构。为使压气机1具有合理的布置方式，进一步地，压气机1可为单级或多级布置，为多级时，多个流线隧道式压气机轮5依次安装在轴3上。为使燃气透平2具有合理的布置方式，进一步地，燃气透平2可为单级或多级布置，为多级时，多个流线隧道式涡轮6依次安装在轴3上。为了形成流线隧道7，进一步地，流线隧道式压气机轮5与流线隧道式涡轮6为闭式旋转机械，且二者结构可以完全相同，通常由多达几十个流线隧道7组成，各流线隧道中心线为三维曲线，呈螺旋向上或螺旋向下结构，流线隧道7的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当流线隧道7的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流线隧道7进出口面积，截面面积沿流线隧道7中心线均匀变化，形成完整流线隧道7。为了形成合理的进出口方向，进一步地，流线隧道式压气机轮5与流线隧道式涡轮6的进气口、出气口均为径向进气口、径向出气口。为了支撑燃气轮机转子，进一步地，支撑轴承分别安装于压气机1与燃烧室4之间的轴径处以及燃气透平2与燃烧室4之间的轴径处，可选用滑动轴承、球轴承、空气轴承等；对于转速较高的微型燃气轮机则可选用外廓径向动压空气轴承8，安装于流线隧道式压气机轮5与流线隧道式涡轮6外廓圆柱面外侧。实施例二如图2所示，相对于实施例1，在本实施例中，立式流线隧道轮燃气轮机还包括回热器9，安装于流线隧道式涡轮6出口下游，回热器9利用涡轮后废气热量对进入的空气进行加热，经预热的空气在燃烧室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.立式流线隧道轮燃气轮机，其特征在于：/n包括压气机、燃气透平、轴以及燃烧室；/n所述压气机与燃气透平分别安装于轴的上下两端，组成燃气轮机转子；/n所述燃烧室位于压气机与燃气透平之间；/n所述轴竖直放置，形成立式结构。/n

【技术特征摘要】
1.立式流线隧道轮燃气轮机，其特征在于：
包括压气机、燃气透平、轴以及燃烧室；
所述压气机与燃气透平分别安装于轴的上下两端，组成燃气轮机转子；
所述燃烧室位于压气机与燃气透平之间；
所述轴竖直放置，形成立式结构。


2.根据权利要求1所述的立式流线隧道轮燃气轮机，其特征在于：
所述压气机可为单级或多级布置，为多级时，多个流线隧道式压气机轮依次安装在轴上。


3.根据权利要求1所述的立式流线隧道轮燃气轮机，其特征在于：
所述燃气透平可为单级或多级布置，为多级时，多个流线隧道式涡轮依次安装在轴上。


4.根据权利要求2或3所述的立式流线隧道轮燃气轮机，其特征在于：
所述流线隧道式压气机轮与流线隧道式涡轮为闭式旋转机械，且二者结构可以完全相同，通常由多达几十个流线隧道组成，各流线隧道中心线为三维曲线，呈螺旋向上或螺旋向下结构，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄若，郭文杰，高泽，黄仕豪，
申请(专利权)人：萍乡北京理工大学高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江西;36