一种转子系统及燃气轮机技术方案

本实用新型专利技术公开了一种转子系统，包括转轴，轴向上依次安装于转轴的压气机和涡轮，以及位于转轴轴向一端的内空气轴承，其中，涡轮具有中空结构，并且包括相连接的涡轮内腔和涡轮气膜孔；转轴对应涡轮位置处具有轴连通孔，并且至少轴向一端具有轴内轴承腔，轴内轴承腔与轴连通孔通过轴内气路连通，轴连通孔通过涡轮的涡轮连通孔与涡轮内腔连通；内空气轴承延伸至轴内轴承腔内的部分与轴内轴承腔周向内壁之间形成气体轴承的气膜间隙，内空气轴承具有与轴内轴承腔连通的供气通道。本实用新型专利技术公开的转子系统，应用于燃气轮机时，能够增强涡轮的冷却，进而可进一步提高涡轮前温度，以提高燃气轮机的效率。本实用新型专利技术还公开了一种燃气轮机。气轮机。气轮机。

【技术实现步骤摘要】
一种转子系统及燃气轮机


[0001]本技术属于热机领域，具体涉及一种转子系统及燃气轮机。

技术介绍

[0002]燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，并配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统，它以空气为介质，是一种将燃料燃烧产生的热能转换成机械功对外输出的回转式动力机械。其工作过程如下：靠涡轮驱动而旋转的压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩升压，压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧，成为高温燃气后流入涡轮中膨胀做功，做功后的燃气压力降至大气压力最终排入大气。燃烧加热升温后形成的高温燃气，其做功能力大大提高，使涡轮的出功明显大于压气机耗功，有较多富余的功对外输出以驱动负载。
[0003]已有研究表明，燃气轮机的热效率和功率输出随涡轮进口温度的提高而增加，一般涡轮进口温度每提高40℃，燃气轮机输出功率可提高10％，热效率可提高1.5％[1]。然而涡轮进口温度的提高受制于直接暴露于高温燃气中涡轮叶片材料的耐受温度，以及涡轮叶片的冷却降温效果，大幅提高涡轮进口温度可能导致涡轮叶片结构强度降低，进而造成叶片变形或烧蚀故障。因此，涡轮叶片在一定程度上直接决定了燃气轮机的性能水平，如何在满足燃气轮机长寿命安全运行的前提下提高涡轮进口温度，是研发高性能燃气轮机的关键性技术难题。
[0004]李笑堂,侯凌云,杨敏,等.现代燃气轮机技术[M].北京:航空工业出版社,2006:23
‑
24.

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种转子系统及燃气轮机，能够增强涡轮的冷却降温效果，进而可进一步提高涡轮进口温度，以提高燃气轮机的效率。
[0006]本技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本技术实施例提供一种转子系统，包括转轴，轴向上依次安装于转轴的压气机和涡轮，以及位于转轴轴向一端的内空气轴承，其中，涡轮具有中空结构，并且包括相连接的涡轮内腔和涡轮气膜孔；转轴对应涡轮位置处具有轴连通孔，并且至少轴向一端具有轴内轴承腔，轴内轴承腔与轴连通孔通过轴内气路连通，轴连通孔通过涡轮的涡轮连通孔与涡轮内腔连通；内空气轴承延伸至轴内轴承腔内的部分与轴内轴承腔周向内壁之间形成气体轴承的气膜间隙，内空气轴承具有与轴内轴承腔连通的供气通道。
[0008]进一步地，内空气轴承具有径向延伸且周向排布的多个第一气孔，第一气孔的进气口与气源连接，第一气孔的出气口朝向轴内轴承腔的周向内壁。
[0009]进一步地，各第一气孔在轴向上的位置位于轴内轴承腔的外部开口与供气通道的出气口之间。
[0010]进一步地，供气通道对应其出气口具有直径增大的扩口，第一气孔对应扩口开设。
[0011]进一步地，内空气轴承延伸至轴内轴承腔内的部分包括沿周向设置的内轴承环，第一气孔的一部分设置于内轴承环。
[0012]进一步地，转轴对应内空气轴承的一端具有头锥，内空气轴承具有头锥供气孔。
[0013]进一步地，头锥轴向远离内空气轴承的一侧设置有第二推力轴承。
[0014]进一步地，通过供气通道提供的气体压力大于涡轮的涡轮前压力。
[0015]进一步地，供气通道的进气口与压气机的排气端连接。
[0016]进一步地，涡轮中的至少部分叶片包括多个涡轮气膜孔，涡轮气膜孔位于涡轮的叶片前缘、叶片后缘和/或叶顶。
[0017]进一步地,位于叶片前缘的涡轮气膜孔呈阵列排布。
[0018]进一步地,位于叶顶的涡轮气膜孔复用为涡轮处轴承喷孔。
[0019]第二方面，本技术实施例提供一种燃气轮机，包括如上所述的转子系统，以及燃烧室，燃烧室的入口端与压气机的排气端连通，燃烧室的出口端设有导叶组件，导叶组件位于涡轮前。
[0020]进一步地，涡轮还包括涡轮推力喷孔，涡轮推力喷孔的出气口朝向导叶组件的第一支座壁面。
[0021]进一步地，燃气轮机还包括第二轴承座，内空气轴承通过阻尼组件安装于第二轴承座。
[0022]根据本技术实施例的转子系统，在应用于燃气轮机时，通过设置具有中空结构的涡轮，在燃气轮机运行过程中在涡轮外壁面形成冷却气膜，对涡轮进行保护，从而可以进一步提高涡轮前燃气温度，以提高燃气轮机的效率。并且，通过在转轴内设置轴内轴承腔和轴连通孔，以及设置具有供气通道的内空气轴承，能够在实现转轴支撑的同时，为涡轮提供压力气，并通过空气轴承的气膜实现轴内轴承腔的端部气封，从而保证涡轮的供气稳定性，以使涡轮外壁面形成稳定的冷却气膜，保证冷却效果。
附图说明
[0023]通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。
[0024]图1为根据本技术一个实施例的转子系统的结构示意图；
[0025]图2为图1中涡轮的局部放大示意图；
[0026]图3为图1中转轴的放大示意图；
[0027]图4为图1中内空气轴承的一个实施例的结构示意图；
[0028]图5为图1中内空气轴承的另一个实施例的结构示意图；
[0029]图6为图1中内空气轴承的又一个实施例的结构示意图；
[0030]图7为根据本技术另一个实施例的转子系统的结构示意图；
[0031]图8为根据本技术又一个实施例的转子系统的结构示意图；
[0032]图9为根据本技术再一个实施例的转子系统的结构示意图；
[0033]图10为根据本技术实施例的转子系统中涡轮的一个实施例的结构示意图；
[0034]图11为根据本技术实施例的转子系统中涡轮的另一个实施例的结构示意图；
[0035]图12为图11的B
‑
B截面图；
[0036]图13为根据本技术实施例的涡轮的流场的第一角度示意图；
[0037]图14为根据本技术实施例的涡轮的流场的第二角度示意图；
[0038]图15为根据本技术实施例的涡轮的温度场的示意图；
[0039]图16为根据本技术一个实施例的燃气轮机的结构示意图；
[0040]图17为图16中涡轮处局部放大示意图；
[0041]图18为图16中内空气轴承处的一个实施例的局部放大示意图；
[0042]图19为图16中内空气轴承处的另一个实施例的局部放大示意图。
具体实施方式
[0043]下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本技术，并不被配置为限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子系统，其特征在于，包括转轴，轴向上依次安装于所述转轴的压气机和涡轮，以及位于所述转轴轴向一端的内空气轴承，其中，所述涡轮具有中空结构，并且包括相连接的涡轮内腔和涡轮气膜孔；所述转轴对应所述涡轮位置处具有轴连通孔，并且至少轴向一端具有轴内轴承腔，所述轴内轴承腔与所述轴连通孔通过轴内气路连通，所述轴连通孔通过所述涡轮的涡轮连通孔与所述涡轮内腔连通；所述内空气轴承延伸至所述轴内轴承腔内的部分与所述轴内轴承腔周向内壁之间形成气体轴承的气膜间隙，所述内空气轴承具有与所述轴内轴承腔连通的供气通道。2.根据权利要求1所述的转子系统，其特征在于，所述内空气轴承具有径向延伸且周向排布的多个第一气孔，所述第一气孔的进气口与气源连接，所述第一气孔的出气口朝向所述轴内轴承腔的周向内壁；各所述第一气孔在轴向上的位置位于所述轴内轴承腔的外部开口与所述供气通道的出气口之间。3.根据权利要求2所述的转子系统，其特征在于，所述供气通道对应其出气口具有直径增大的扩口，所述第一气孔对应所述扩口开设；或，所述内空气轴承延伸至所述轴内轴承腔内的部分包括沿周向设置的内轴承环，所述第一气孔的一部分设置于所述内轴承环。4.根据权利要求2所述的转子系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：段萌珠，
申请(专利权)人：星辰萌想科技北京有限公司，
类型：新型
国别省市：