用于微型燃气轮机转子系统的气路系统及微型燃气轮机技术方案

本发明专利技术公开了一种用于微型燃气轮机转子系统的气路系统，转子系统至少包括同轴设置的压气机、涡轮以及至少一组空气轴承，气路系统包括气源气路和自静压补气气路，其中，气源气路的输入端与气源连通，气源气路的输出端与空气轴承的进气端口连通；自静压补气气路的输入端与压气机的出口连通，自静压补气气路的输出端与空气轴承的进气端口连通。本发明专利技术还公开了一种具有该气路系统的微型燃气轮机。本发明专利技术还公开了利用该气路系统实现自静压补气的控制方法。本发明专利技术在执行转子的空气轴承动静压工作状态切换时，引入压气机作为补充气源，实现自静压补气，可以平衡切换瞬间空气轴承气膜的形态波动，从而保证切换的平稳进行，保持转子系统工作状态的稳定性。统工作状态的稳定性。统工作状态的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于微型燃气轮机转子系统的气路系统及微型燃气轮机


[0001]本专利技术涉及一种用于微型燃气轮机转子系统的气路系统及微型燃气轮机，属于微型燃气轮机


技术介绍

[0002]微型燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件，压气机从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并可通过连接发电机输出电能。
[0003]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。为了限制旋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。因此，研究人员提出了采用非接触性轴承替代原有的机械轴承的方案，其中，最有代表性的是空气轴承。
[0004]空气轴承(又称为气浮轴承)指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的轴承，空气轴承采用无接触的支承方式，通过节流孔向轴承间隙提供空气，使其在间隙形成具有一定承载和刚度的润滑气膜，能够减小摩擦力对电机主轴转速的影响。压气机以及涡轮都需要通过空气轴承安装在主轴上，所以空气轴承的运转稳定性决定了整个机组的运行稳定性。
[0005]现有的相关技术中，空气轴承可支持静压工作状态和动压工作状态，其中静压工作状态是指通过外部气源向空气轴承供气，轴承通过节流孔向轴表面吹气，以在轴承与轴表面之间的间隙形成具有一定承载和刚度的润滑气膜，工作过程需要外部气源持续供气。动压工作状态是指当微型燃气轮机运行达到一定转速时，利用空气轴承表面的切向运动而形成气体润滑膜，从而不需要外部气源持续供气，只需要在启动阶段燃机转速达到预定转速前供气即可，从而可延长外部气源设备使用寿命。但是，在执行空气轴承的动静压状态切换瞬间，气膜形态会出现波动，影响稳定性。因此，需要研发一种方案以解决在执行空气轴承的动静压状态切换瞬间“气膜形态”出现波动的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术，本专利技术提供了一种具有自静压补气功能的用于微型燃气轮机转子系统的气路系统，以及微型燃气轮机，以及控制该气路系统实现自静压补气的控制方法。本专利技术的技术方案，在响应于转子系统中空气轴承从静压工作模式切换至动压工作模式时，引入压气机作为补充气源，实现自静压补气，可以平衡切换瞬间空气轴承气膜的形态
波动，从而保证切换的平稳进行，保持转子系统工作状态的稳定性。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种用于微型燃气轮机转子系统的气路系统，所述转子系统包括同轴设置的压气机、涡轮以及至少一组空气轴承，所述气路系统包括气源气路和自静压补气气路，其中，
[0009]所述气源气路的输入端与气源连通，气源气路的输出端与空气轴承的进气端口连通，用于在空气轴承处于静压工作模式或者由动压工作模式切换至静压工作模式时，向空气轴承供气；
[0010]所述自静压补气气路的输入端与压气机的出口连通，自静压补气气路的输出端与空气轴承的进气端口连通，用于在空气轴承由静压工作模式切换至动压工作模式时，向空气轴承供气。
[0011]进一步地，所述压气机的出口设有扩压器，以进一步提高高温高压气体的压力；自静压补气气路的输入端与扩压器出口连通。
[0012]进一步地，所述气源气路包括至少一条分支气路，该分支气路的数量与空气轴承的数量相同，并且该分支气路与空气轴承的连通关系为一一对应连通。
[0013]进一步地，所述自静压补气气路包括至少一条分支气路，该分支气路的数量与空气轴承的数量相同，并且该分支气路与空气轴承的连通关系为一一对应连通。
[0014]进一步地，所述自静压补气气路中的分支气路上设置有电磁阀，用于控制对应的分支气路的开闭。
[0015]进一步地，考虑到从压气机排出的气体温度为高温气体(100～200℃)，所述自静压补气气路的分支气路的材料为金属(例如铜)，设置在该分支气路上的电磁阀为耐高温电磁阀。
[0016]进一步地，所述自静压补气气路中包括至少一个换热器，换热器设置在该自静压补气气路的分支气路上，且位于该分支气路上的电磁阀与输入端之间。设置换热器的作用是：利用换热器对从压气机引出的高温气体进行热交换，一方面可以实现热量回收，另一方面可以降低气体温度，延长电磁阀的使用寿命。此种情况下，相应的电磁阀可采用常规电磁阀，以节约成本。
[0017]进一步地，所述气源气路的分支气路上设置有电磁阀，用于控制对应的分支气路的开闭。
[0018]进一步地，所述气源气路还包括气泵，气泵的输入端与气源连通，所述气泵的输出端与所述气源气路中的分支气路的输入端连通。
[0019]进一步地，所述气泵选自螺杆泵、活塞泵或离心泵中的任意一种。
[0020]进一步地，所述气路系统还包括三通，所述三通的数量与所述空气轴承的数量相同；所述三通的输出端与所述空气轴承的进气端口连通，所述三通的第二输入端与向该空气轴承供气的自静压补气气路的分支气路的输出端连通，所述三通的第一输入端与向该空气轴承供气的气源气路的分支气路的输出端连通。
[0021]进一步地，所述空气轴承中包括第一径向轴承、第二径向轴承和第一推力轴承。
[0022]一种微型燃气轮机，包括上述结构的气路系统。
[0023]上述用于微型燃气轮机转子系统的气路系统的控制方法，包括以下步骤：
[0024]在转子系统中空气轴承从静压工作模式切换至动压工作模式时，先控制自静压补
气气路开启，利用压气机作为气源对空气轴承供气以实现自静压补气，再控制气源气路关闭，停止气源气路向空气轴承供气。
[0025]本申请的专利技术人经过反复研究、试验发现，在执行空气轴承的动静压状态切换瞬间出现“气膜形态”波动问题的原因在于：空气轴承静压工作状态时，外部气源(气泵)提供几倍于标准大气压的高压气体，所以气膜具有一定压力；切换瞬间，外部气源气路电磁阀关闭，气路压力降低，气膜的气体会向气路流动，从而形成气路从气膜抽气的现象，导致气膜的形态波动，进而扰动转子工作状态稳定性。基于该原因，专利技术人考虑：可以在切换时，利用其他气源对气膜进行补充，从而平衡气路抽气造成的波动。并基于这样的想法，研发出了上述技术方案。
[0026]本专利技术的用于微型燃气轮机转子系统的气路系统及微型燃气轮机，通过在压气机上增设自静压补气气路的方式，当需要转子系统中空气轴承从静压工作模式切换至动压工作模式(适用的空气轴承为动压轴承或动静压混合空气轴承)时，引入压气机提供的高压气体作为补充气源，实现了在执行空气轴承的动静压状态切换瞬间进行自静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微型燃气轮机转子系统的气路系统，所述转子系统包括同轴设置的压气机、涡轮以及至少一组空气轴承，其特征在于，所述气路系统包括气源气路和自静压补气气路，其中，所述气源气路的输入端与气源连通，所述气源气路的输出端与所述空气轴承的进气端口连通，用于在所述空气轴承处于静压工作模式或者由动压工作模式切换至静压工作模式时，向所述空气轴承供气；所述自静压补气气路的输入端与所述压气机的出口连通，所述自静压补气气路的输出端与所述空气轴承的进气端口连通，用于在所述空气轴承由静压工作模式切换至动压工作模式时，向所述空气轴承供气。2.根据权利要求1所述的气路系统，其特征在于，所述气源气路包括至少一条分支气路，该分支气路的数量与所述空气轴承的数量相同，并且该分支气路与所述空气轴承的连通关系为一一对应连通；所述自静压补气气路包括至少一条分支气路，该分支气路的数量与所述空气轴承的数量相同，并且该分支气路与所述空气轴承的连通关系为一一对应连通。3.根据权利要求2所述的气路系统，其特征在于，所述自静压补气气路中的分支气路上设置有电磁阀，用于控制对应的分支气路的开闭；和/或：所述自静压补气气路中包括至少一个换热器，所述换热器设置在该自静压补气气路的分支气路上，且位于该分支气路上的电磁阀与输入端之间。4.根据权利要求3所述的气路系统，其特征在于，所述自静压补气气路的分支气路的材料为金属，设置在该分支气路上的电磁阀为耐高温电磁阀。5.根据权利要求2所述的气路系统，其特征在于，所述气源气路的分支气路上设置有电磁阀，用于控制对应的分支气路的开闭；和/或：所述气源气路还包括气泵，所述气泵的输入端与气源连通，所述气泵的输出端与所述气源气路中的分支气路的输入端连通。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，
申请(专利权)人：靳普，
类型：发明
国别省市：