[发明专利]一种转动装置及燃气轮机

说明书

本发明公开了一种转动装置，包括转轴、涡轮和壳体，涡轮固定安装于转轴上，转轴和涡轮安装于壳体内；所述涡轮的径向外侧套设有轴承环，轴承环与壳体之间的间隙形成气体轴承的气膜间隙，轴承环、壳体及其间隙形成气体轴承，在涡轮围绕轴线相对于壳体转动时形成气膜，以相对于壳体对涡轮形成支撑，从而改善高速运转时涡轮的径向摆动，增加涡轮转动时的稳定性。本发明还公开了一种包括该转动装置的燃气轮机。

技术领域

本发明涉及一种转动装置及燃气轮机，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

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、燃烧室和涡轮三大部件，其中，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。

燃气轮机的转子系统中，涡轮需要进行高速旋转并且工作温度较高，例如，对于小功率燃气轮机，燃气轮机的转子系统的转速可达或超过140000RPM(转/分钟)，涡轮的工作温度可达950～1000℃，涡轮叶轮的工作线速度极高，从而承载的离心力高达100MPa。涡轮往往采用强度高并耐高温的材料(例如镍)，以满足在高转速和高温度的工况下工作，而这样的材料通常密度较高，涡轮质量较大，而且涡轮通常位于转子系统的悬臂端，如此，在转子系统高速转动时，涡轮会出现较大幅度的摆动。

非接触式轴承(例如气体轴承)由于其摩擦系数和摩擦力矩小、运动精度高等特点，在一些高转速的场合使用越来越普遍。气体轴承是依靠轴承间隙中的压力气膜实现转子系统的支撑。

发明内容

针对上述现有技术，为提高涡轮端转动稳定性，本发明提供了一种转动装置，及燃气轮机。本发明通过在转动装置/燃气轮机的涡轮端设置气体轴承，对涡轮端进行支撑，从而有效提高了涡轮端转动稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种转动装置，包括转轴、涡轮和壳体，涡轮固定安装于转轴上，转轴和涡轮安装于壳体内；所述涡轮的径向外侧套设有轴承环，轴承环呈圆环状，轴承环与壳体之间具有间隙，在涡轮围绕轴线相对于壳体转动时，该间隙可形成气膜的气膜间隙，轴承环、壳体及间隙形成气体轴承，以相对于壳体对涡轮形成支撑，从而改善高速运转时涡轮的径向摆动，增加涡轮转动时的稳定性。

进一步地，由轴承环、壳体及其间隙形成的气体轴承为静压轴承、动压轴承或动静压混合轴承中的任意一种。

进一步地，所述涡轮可以为向心涡轮。

进一步地，所述涡轮具有轴向相对的径向大端和径向小端，轴承环位于涡轮的径向小端。

进一步地，所述轴承环可采用极大过盈的方式装配至涡轮，即可通过轴承环热装或涡轮冷装。

进一步地，所述轴承环与涡轮之间可以采用焊接的方式固定连接，可以是激光焊接，也可以采用合适的焊料焊接。

进一步地，所述轴承环与涡轮之间也可以采用过盈加焊接的方式固定连接，以提高过盈配合的可靠性。

进一步地，所述涡轮具有轴向延伸的多个叶片，轴承环内环面与多个叶片的径向外侧边缘焊接。

进一步地，所述涡轮的径向小端处，至少部分叶片具有轴向向外延伸的突出部，该突出部与轴承环固定连接，突出部的设置可以增加涡轮与轴承环之间的接触面积，既能够增加连接稳定性，也能够增加此处气体轴承的气膜面积，提高气体轴承支撑效果。

进一步地，当部分叶片上具有突出部时，具有突出部的叶片与不具有突出部的叶片可以交替设置。

进一步地，涡轮的所有叶片均具有突出部。