一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室；所述转轴上设有头锥，头锥位于压气机的远离涡轮一侧，且头锥背向压气机的一侧具有头锥推力面；头锥背向压气机的一侧设有推力座，推力座具有与头锥推力面相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座设置有轴向贯通的第一补气孔，第一补气孔的进气口与气源连通，第一补气孔的出气口与头锥间隙连通，气源通过第一补气孔向头锥间隙供气以对头锥形成推力。本发明专利技术的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，通过在头锥、推力轴承或涡轮处额外设置补气孔，对头锥、推力盘、涡轮形成轴向推力，辅助平衡燃气轮机的轴向力，使燃气轮机稳定运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机


[0001]本专利技术涉及一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，属于燃气轮机


技术介绍

[0002]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、透平三大部件：压气机从外界大气环境吸入空气，并逐级压缩使之增压，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；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子高速旋转，可实现气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功和热能，并可通过连接发电机输出电能。
[0003]燃气轮机在运行过程中，气流会对转子叶片及轮盘产生轴向力作用，从而产生轴向上的力，而为了防止转子发生轴向上的移动，推力轴承会承受来自燃气轮机转子的轴向力。由气体动力学可知：燃气轮机压气机转子上的轴向力是向前的，而涡轮转子上的轴向力是向后的。在最大工况下，燃气轮机发生器上涡轮转子需要承受向后的轴向力，然而压气机转子需要承受更大的向前的轴向力。即便压气机转子和涡轮转子连成一体后转子上的两个方向相反的轴向力相互抵消了一部分，但仍是一个数值相当大的向前的轴向力。因此，有必要设置减荷装置，以减少转子作用在止推轴承上的轴向负荷。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术提供了一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，本专利技术通过在头锥、推力轴承或涡轮处额外设置补气孔，来辅助平衡燃气轮机的轴向力。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮均套设安装于转轴上；压气机的排气端与燃烧室的入口端连通；燃烧室的出口端与涡轮的入口端连通；
[0007]所述转轴上设有头锥，头锥位于压气机的远离涡轮一侧，且头锥背向压气机的一侧具有头锥推力面；所述头锥背向压气机的一侧还设有推力座，推力座具有与头锥推力面相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔，第一补气孔的进气口与气源连通，第一补气孔的出气口与头锥间隙连通，气源可通过第一补气孔向头锥间隙供气以对头锥形成推力。
[0008]进一步地，所述燃气轮机还包括轴承组件，所述轴承组件包括至少一个气体推力轴承及推力盘。所述气体推力轴承选自静压轴承、动压轴承和/或动静压混合轴承。
[0009]进一步地，所述气体推力轴承上具有进气孔，进气孔的进气口与气源连通，进气孔的出气口朝向推力盘，第一补气孔的截面积大于气体推力轴承的进气孔的截面积(截面指垂直于孔延伸方向的截面，比如第一补气孔、进气孔均为圆孔时，第一补气孔的孔径大于进气孔的孔径)。设置孔径较大的第一补气孔，能够提供足够的气体流量，进而能够提供足够
的推力以使燃气轮机转子的轴向力平衡。
[0010]进一步地，所述进气孔可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强推力。
[0011]进一步地，所述进气孔的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，进气孔可绕轴线设置，例如均匀设置。
[0012]进一步地，所述气体推力轴承为多个(两个以上，包括两个)，其中相对于推力盘与头锥同侧的气体推力轴承上设有第二补气孔，第二补气孔的进气口与气源连通，第二补气孔的出气口朝向推力盘，第二补气孔的截面积大于气体推力轴承的进气孔出气口的截面积。设置第二补气孔，能够进一步增加推力盘处的推力，从而更有利于提供足够的推力来使燃气轮机转子的轴向力平衡。
[0013]进一步地，所述第二补气孔的数量可以是一个，也可以是多个。当数量为多个时，第二补气孔可绕轴线设置，例如均匀设置。
[0014]进一步地，所述进气孔与第二补气孔的排布形式可以是均为绕转子轴线排布，也可以是进气孔绕第二补气孔排布，比如：设有第二补气孔的气体推力轴承中，多个进气孔围绕转轴呈多圈排布，第二补气孔的数量为多个并且位于相邻两圈进气孔之间(进气孔复用为气封)。再比如：设有第二补气孔的气体推力轴承中，第二补气孔围绕转轴排布，各第二补气孔周围围绕有多个进气孔。
[0015]进一步地，所述推力轴承还可具有用于均布进气的空气槽，进气孔的进气口开设在空气槽的槽底，第二补气孔的进气口开设在空气槽的凸台上，如此设置可以使得各路的气在出口喷出前互不干扰。
[0016]进一步地，所述第二补气孔可倾斜设置，第二补气孔的进气口相对远离转轴，第二补气孔的出气口相对朝向转轴。
[0017]进一步地，所述头锥具有气槽，气槽的槽底面为头锥推力面，气槽与推力座的座体面之间形成能够容纳一定量气体的气腔，可以封住部分气体以减缓气体从边缘溢出的速率，进而保证推力效果。所述气槽可以是一个，也可以是多个。所述气槽的形状可以是圆形、椭圆形、矩形等。
[0018]进一步地，所述推力座上具有围绕所述第一补气孔设置的多个第一气封孔；第一气封孔的出气口朝向头锥的头锥推力面，第一气封孔的截面积小于第一补气孔的截面积，来自气源的气可以通过第一气封孔喷向头锥，以围绕第一补气孔形成气幕。所述第一气封孔的数量可以是一个，也可以是多个；当为多个时，多个第一气封孔围绕第一补气孔设置。
[0019]进一步地，所述第一气封孔可以是直通孔，也可以是截面积从大到小的阶梯孔，阶梯孔可使进入的气流速度进一步增大，甚至达到或超过音速，以进一步增强气幕的阻隔效果。
[0020]进一步地，所述燃烧室的出口端设有用于将燃烧室出口端排出的高温气体导入涡轮的导叶组件，导叶组件与涡轮之间设有涡轮推力部件；所述涡轮推力部件上设有第三补气孔，第三补气孔的进气口与气源连接，第三补气孔的出气口朝向涡轮，来自气源的气可通过第三补气孔喷向涡轮，对涡轮形成轴向推力，有利于平衡轴向力，使燃气轮机稳定运行。
[0021]进一步地，所述第三补气孔的数量可以是一个，也可以是多个；当为多个时，第三补气孔可以绕轴线排布。
[0022]进一步地，所述涡轮推力部件大体呈环形并围绕转轴设置，涡轮推力部件与导叶组件气密连接，涡轮推力部件与涡轮之间可形成气封效果(涡轮推力部件兼作气封部件)；所述涡轮推力部件上设有第二气封孔，第二气封孔的进气口与气源连接，第二气封孔的出气口朝向涡轮，涡轮具有对应第二气封孔的接受面；第二气封孔的截面积小于第三补气孔的截面积。
[0023]进一步地，所述第二气封孔的数量可以是一个，也可以是多个；当数量为多个时，第二气封孔可绕轴线设置，例如均匀设置。
[0024]进一步地，所述第二气封孔与第三补气孔的排布形式可以是均为绕转子轴线排布，也可以是第二气封孔绕第三补气孔排布，比如：多个第二气封孔围绕转轴呈多圈排布，第三补气孔的数量为多个并且位于相邻两圈第二气封孔之间。再比如：第三补气孔围绕转轴排布，各第三补气孔周围围绕有多个第二气封孔。
[0025]进一步地，所述第二气封孔可以是直通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：包括转轴、压气机、涡轮和燃烧室，其中，压气机和涡轮均套设安装于转轴上；压气机的排气端与燃烧室的入口端连通；燃烧室的出口端与涡轮的入口端连通；所述转轴上设有头锥，头锥位于压气机的远离涡轮一侧，且头锥背向压气机的一侧具有头锥推力面；所述头锥背向压气机的一侧还设有推力座，推力座具有与头锥推力面相对设置的座体面，座体面与头锥推力面之间具有头锥间隙；推力座的径向中心区域设置有轴向贯通的第一补气孔，第一补气孔的进气口与气源连通，第一补气孔的出气口与头锥间隙连通，气源通过第一补气孔向头锥间隙供气以对头锥形成推力。2.根据权利要求1所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机还包括轴承组件，所述轴承组件包括至少一个气体推力轴承及推力盘；所述第一补气孔的截面积大于所述气体推力轴承的进气孔的截面积。3.根据权利要求2所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述气体推力轴承为多个，其中相对于推力盘与头锥同侧的气体推力轴承上设有第二补气孔，第二补气孔的进气口与气源连通，第二补气孔的出气口朝向推力盘；第二补气孔的截面积大于所述气体推力轴承的进气孔出气口的截面积。4.根据权利要求3所述的具有平衡轴向力结构的燃气轮机，其特征在于：所述设有第二补气孔的气体推力轴承中，多个进气孔围绕转轴呈多圈排布，所述第二补气孔的数量为多个并且位于相邻两圈进气孔之间；或：所述设有第二补气孔的气体推力轴承中，第二补气孔围绕转轴排...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，
申请(专利权)人：靳普科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：