[发明专利]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；还包括安装于转轴上的限位部件，所述限位部件包括轴承部、连接部和支撑连接于轴承部与连接部之间的支撑部，限位部件通过连接部与转轴连接；轴承部与壳体之间具有间隙，该间隙形成气体轴承的气膜间隙，轴承部、壳体及间隙形成气体轴承。本发明还公开了包括该转动装置的燃气轮机。本发明在涡轮一侧设置限位部件，限位部件的轴承部与壳体之间具有间隙，轴承部、壳体及间隙形成气体轴承；在限位部件围绕轴线相对于壳体转动时形成气膜，以相对于壳体对限位部件形成支撑，从而对转轴形成支撑，增加涡轮和转轴转动时的稳定性。

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。气体轴承有静压轴承、动压轴承或动静压混合轴承等多种形式。

发明内容

针对上述现有技术，为提高涡轮和转轴的转动稳定性，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/燃气轮机的涡轮一侧设置气体轴承，对转轴进行支撑，从而有效提高了涡轮和转轴转动时的稳定性。

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；还包括安装于转轴上的限位部件，所述限位部件包括轴承部、连接部和支撑连接于轴承部与连接部之间的支撑部，限位部件通过连接部与转轴连接；轴承部与壳体之间具有间隙(具体地，轴承部的外环面称为第一轴承面，壳体与第一轴承面相对应的面称为第二轴承面，第一轴承面与第二轴承面之间具有间隙)，该间隙可形成气体轴承的气膜间隙，轴承部、壳体及间隙形成气体轴承，在限位部件围绕轴线相对于壳体转动时，该间隙中形成气膜的气膜间隙，以相对于壳体对限位部件形成支撑，从而对转轴形成支撑，增加涡轮和转轴转动时的稳定性。

进一步地，由轴承部、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，所述轴承部可以是呈圆环状的轴承环。

进一步地，所述连接部朝向转轴的表面具有内螺纹，相应地转轴上具有外螺纹，限位部件通过连接部与转轴螺纹连接，以对涡轮进行限位，涡轮转动时，限位部件与涡轮同步转动。另外，所述连接部除了可以是螺母之外，还可以通过卡头/卡槽等与转轴连接。

进一步地，所述支撑部可以是轮辐状。

进一步地，所述支撑部的数量大于等于3个，支撑部之间形成气道，使得涡轮的排气通过气道排出。

进一步地，所述支撑部的横截面可以是梭型。