燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种燃气轮机和一种燃气轮机推力轴承系统，所述燃气轮机包括压缩机、涡轮部和转子，所述转子贯穿压缩机和涡轮部。燃气轮机还设有推力平衡面，所述推力平衡面相对于所述转子不可转动且位于所述涡轮部内。所述燃气轮机还包括：推力轴承，装配于所述转子上；管路，所述管路的一端与所述压缩机连通，另一端与所述涡轮部连通，且所述管路内的气体可作用于所述推力平衡面上；压力控制阀，装配于所述管路上，用于控制所述管路内气体压力的大小。本实用新型的燃气轮机和燃气轮机推力轴承系统可控制作用在推力轴承上的推力，而不需要增加推力轴承的强度，有利于降低成本。
【专利说明】
燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及能源技术领域，特别涉及一种燃气轮机和一种燃气轮机推力轴承系统。
【背景技术】
[0002]燃气轮机(GasTurbine)是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。推力轴承是燃气轮机的重要组成部件，推力轴承可承受转子在运行过程中的轴向推力，确定和保持转子在轴向上的位置。
[0003]通常情况下，推力轴承所承受的轴向推力为压缩机内气体作用于转子上推力的矢量和涡轮部内气体作用于转子上推力的矢量之和。由于压缩机内气体作用于转子上的推力和涡轮部内气体作用于转子上的推力为变量，所述轴向推力也为一变量，为了使推力轴承能够承受所述轴向推力的最大值，需要使推力轴承具备足够强的机械性能，例如，使用强度较佳的材料制备推力轴承，使推力轴承的尺寸足够大，然而，这些做法不利于降低成本。
[0004]现有技术中尚未发现如何控制所述轴向推力的有效方法。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的是提出一种燃气轮机和一种燃气轮机推力轴承系统，可控制作用在推力轴承上的推力F，而不需要增加推力轴承的强度，有利于降低成本;还可根据施加在推力平衡面上的推力的大小，适当降低推力轴承的强度，如减小推力轴承的尺寸或使用强度更低的材料制备推力轴承。
[0006]本实用新型提供了一种燃气轮机，其包括压缩机、涡轮部和转子，所述转子贯穿压缩机和涡轮部。燃气轮机还设有推力平衡面，所述推力平衡面相对于所述转子不可转动且位于所述涡轮部内。所述燃气轮机还包括:推力轴承，装配于所述转子上;管路，所述管路的一端与所述压缩机连通，另一端与所述涡轮部连通，且所述管路内的气体可作用于所述推力平衡面上;压力控制阀，装配于所述管路上，用于控制所述管路内气体压力的大小。
[0007]在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述推力平衡面设于所述转子上或设于一推力平衡件上，所述推力平衡件与所述转子不可相对转动连接。
[0008]在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述涡轮部内还设有气流通道，所述气流通道与所述管路连通，所述推力平衡面位于所述气流通道内。
[0009]在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述燃气轮机还包括:推力传感器，所述推力传感器配置于所述推力轴承上，用于感测所述推力轴承所承受的推力F，所述推力为所述涡轮部内气体压力FT、所述压缩机内气体压力Fe及作用于所述推力平衡面152上的推力Fb矢量之和。
[0010]在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述燃气轮机还包括:控制装置，所述控制装置实时接收所述推力传感器感测到的所述推力轴承所承受的推力F，并根据所述推力轴承所承受的推力F对所述压力控制阀进行控制，而调整所述管路内气体压力的大小。
[0011]在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述管路和所述压力控制阀位于所述压缩机及所述涡轮部的外部。
[0012]本实用新型还提供一种燃气轮机推力轴承系统，其用于燃气轮机，所述燃气轮机包括压缩机、涡轮部和转子，所述燃气轮机推力轴承系统包括:推力平衡面，所述推力平衡面相对于所述转子不可转动且位于所述涡轮部内；推力轴承，可装配于所述转子上；管路，所述管路的一端可与所述压缩机连通，另一端可与所述涡轮部连通，且所述管路内的气体可作用于所述推力平衡面上;压力控制阀，可装配于所述管路上，用于控制所述管路内气体压力的大小。
[0013]从上述方案中可以看出，在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统中，设有相对于转子不可转动的推力平衡面，管路内的气体可作用于推力平衡面上，压力控制阀可控制管路内气体压力的大小，管路内的气体对推力平衡面施加推力可调节作用在推力轴承上的推力F的大小，从而可控制作用在推力轴承上的推力F，而不需要增加推力轴承的强度，有利于降低成本。此外，还可根据施加在推力平衡面上的推力的大小，适当降低推力轴承的强度，如减小推力轴承的尺寸或使用强度更低的材料制备推力轴承。
【附图说明】
[0014]下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中:
[0015]图1为本实用新型的一个实施例的燃气轮机的总体结构示意图。
[0016]图2为图1所示的燃气轮机的工作原理简化示意图。
[0017]在上述附图中，所采用的附图标记如下:
[0018]本实用新型
[0019]10燃气轮机
[0020]12压缩机
[0021]122压缩机叶片
[0022]13燃烧室
[0023]14涡轮部
[0024]141涡轮桨叶
[0025]142气流通道
[0026]15转子
[0027]152推力平衡面
[0028]16燃气轮机推力轴承系统
[0029]162推力轴承
[0030]162a主推力轴承
[0031]162b副推力轴承
[0032]163管路
[0033]164压力控制阀
[0034]172径向支撑轴承
[0035]173轴承座
[0036]18推力传感器
[0037]F、Ft、Fc、Fb作用力
【具体实施方式】
[0038]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。
[0039]图1为本实用新型的一个实施例的燃气轮机的总体结构示意图。图2为图1所示的燃气轮机的工作原理简化示意图。需要注意的是，为了方便示意起见，图1中未绘示出燃气轮机推力轴承系统的管路和压力控制阀。请参见图1和图2，本实施例的燃气轮机10包括压缩机12、燃烧室13、涡轮部14、转子15和燃气轮机推力轴承系统16，压缩机12、燃烧室13和涡轮部14依次设置并连通。
[0040]更具体地，燃气轮机10在运行时，压缩机12从外界大气环境吸入空气，并对空气进行逐级压缩使空气增压，同时空气温度也相应提高;压缩空气被压送到燃烧室13与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气;然后高温高压的燃气再进入到涡轮部14中膨胀做功，推动涡轮部14带动压缩机12和转子15—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，并输出电功。
[0041]转子15贯穿压缩机12和涡轮部14的内部，压缩机12的叶片和涡轮部14的叶片随转子15同步转动。在本实施例中，转子15上设有推力平衡面152，推力平衡面152沿着转子15的径向设置，但本实用新型不以此为限，在其他实施例中，推力平衡面152还可设于一推力平衡件上，所述推力平衡件与转子15不可相对转动连接，即当转子15转动时，所述推力平衡件和推力平衡面152随着转子15—起转动。
[0042]燃气轮机推力轴承系统16包括推力平衡面152、推力轴承162、管路163和压力控制阀164，推力轴承162包括主推力轴承162a和副推力轴承162b，主推力轴承162a和副推力轴承162b装配于转子15上。转子15上还装配有径向支撑轴承172和轴承座173，径向支撑轴承172位于主推力轴承162a和副推力轴承162b之间，其用于承受转子15的重量。径向支撑轴承172、主推力轴承162a和副推力轴承162b均安装于轴承座173上。
[0043]在本实施例中，推力轴承162位于压缩机12的远离涡轮部14的一侧，发电机(图未示)也位于压缩机12的远离涡轮部14的一侧;但本实用新型不以此为限，在其他实施例中，当发电机位于涡轮部14的远离压缩机12的一侧时，推力轴承162位于涡轮部14的远离压缩机12的一侧。
[0044]管路163和压力控制阀164位于压缩机12和涡轮部14的外部，管路163的一端与压缩机12连通，另一端与涡轮部14连通，且管路163内的气体可作用于推力平衡面152上。
[0045]需要说明的是，涡轮部14内还设有气流通道142，气流通道142与管路163连通，推力平衡面152位于气流通道142内，管路163始终与气流通道142连通，管路163内的气体可流入气流通道142内，并作用于推力平衡面152上。
[0046]压力控制阀164设于管路163上，压力控制阀164可调节管路163内气体的压力，使得进入气流通道142内的气体压力可控。气流通道142内的气体压力可通过压力控制阀164与气流通道142的距离、压力控制阀164所调节的压力、管路163及气流通道142的形状等参数估算，也可在气流通道142安装压力传感器，以对气流通道142内的压力进行感测。
[0047]在本实施例中，燃气轮机推力轴承系统16还可包括推力传感器18和一控制装置(图未示)，推力传感器18配置于推力轴承16上，用于感测推力轴承16所承受的推力F。所述控制装置可与推力传感器18及压力控制阀164通信，所述控制装置可与推力传感器18及压力控制阀164电连接，也可以无线的方式通信，例如，推力传感器18与一无线发射器电连接，所述无线发射器可将推力传感器18感测到的推力以无线发射的方式发送给所述控制装置。所述控制装置实时接收推力传感器18感测到的推力轴承16所承受的推力F，并根据推力轴承16所承受的推力F对压力控制阀164进行控制，从而调整管路163内气体压力的大小，进而调节推力轴承16所承受的推力F。
[0048]具体地，所述控制装置可将推力轴承16所承受的推力F与一阀值比较，所述阀值可根据推力轴承16能承受的推力F的极限值设定，当推力轴承16所承受的推力F小于或等于所述阀值时，压力控制阀164保持当前状态，不作调整；当推力轴承16所承受的推力F大于所述阀值时，控制装置则计算应该作用在推力平衡面152上的推力Fb的大小，再根据推力Fb计算出管路163输出气体压力的设定值，接着通过调节压力控制阀164使得管路163输出气体压力达到所述设定值。
[0049]在其他实施例中，在有些情况下，所述控制装置可以省略，例如，对于某一型号的燃气轮机，在燃气轮机正式运行之前，通过测试，将压力控制阀164的开度设为一固定值，后续不用再作调整，不管FC、FT如何变化，作用于推力轴承162上的推力F均在预设的范围内，SP作用于推力轴承162上的推力F始终小于推力轴承16能承受的推力F的极限值。
[0050]当燃气轮机10工作时，转子15带动压缩机叶片122和涡轮桨叶141转动，压缩机12内气体压力为Fe，涡轮部14内气体压力为FT，从管路163流出的气体作用于推力平衡面152上的压力为Fb，Fc、Ft、Fb均间接作用于转子15上，Fc、Ft、Fb的矢量和则作用于装配于转子15的推力轴承162上。如图2所示，Fe的方向朝向左，Ft的方向朝向右，Fb的方向朝向左，因此，作用于推力轴承162上的推力F = Ft-Fc-Fb，由于FT、FC为变量，通过对Fb的调整即可控制F的大小，可根据推力轴承162的性能，将F控制在推力轴承162能够承受的范围内，而不需要采用更换的方式使用承受能力更强的推力轴承162，有利于降低成本。
[0051]需要说明的是，在本实施例中，压缩机12内气体压力Fe、涡轮部14内气体压力FT、作用于推力平衡面152上的压力Fb均为矢量，Fc、Ft、Fb方向如图2所示，但不以此为限，作用于推力轴承162上的推力F为FC、FT及Fb的矢量之和。
[0052]本实用新型的燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统至少具有以下的优点:
[0053]1.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统中，设有相对于转子不可转动的推力平衡面，管路内的气体可作用于推力平衡面上，压力控制阀可控制管路内气体压力的大小，管路内的气体对推力平衡面施加推力可调节作用在推力轴承上的推力F的大小，从而可控制作用在推力轴承上的推力F，而不需要增加推力轴承的强度，有利于降低成本。此外，还可根据施加在推力平衡面上的推力的大小，适当降低推力轴承的强度，如减小推力轴承的尺寸或使用强度更低的材料制备推力轴承。
[0054]2.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统的一个实施例中，可在推力轴承上设置推力传感器，推力传感器用于感测推力轴承所承受的推力F，通过调节压力控制阀内气体压力的大小即可控制推力轴承所承受的推力F，以将推力轴承所承受的推力F控制在预设的范围内。
[0055]3.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统的一个实施例中，燃气轮机推力轴承系统还包括控制装置，控制装置可与推力传感器及压力控制阀通信，控制装置实时接收推力传感器感测到的推力轴承所承受的推力F，并根据推力轴承所承受的推力F对压力控制阀进行控制，从而调整管路内气体压力的大小，进而调节推力轴承所承受的推力F，可实现推力F的精确调节。
[0056]4.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机推力轴承系统的一个实施例中，管路内的气体来自压缩机，也就是说，压缩机提供气源，而不需要另外设置气源，有利于降低成本。
[0057]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种燃气轮机(10)，其包括压缩机(12)、涡轮部(14)和转子(15)，所述转子(15)贯穿所述压缩机(12)和所述涡轮部(14)，其特征在于，所述燃气轮机(10)还设有一推力平衡面(152)，所述推力平衡面(152)相对于所述转子(15)不可转动且位于所述涡轮部(14)内，所述燃气轮机(10)还包括: 推力轴承(162)，装配于所述转子(15)上； 管路(163)，所述管路(163)的一端与所述压缩机(12)连通，另一端与所述涡轮部(14)连通，且所述管路(163)内的气体可作用于所述推力平衡面(152)上； 压力控制阀(164)，装配于所述管路(163)上，用于控制所述管路(163)内气体压力的大小。2.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述推力平衡面(152)设于所述转子(15)上或设于一推力平衡件上，所述推力平衡件与所述转子(15)不可相对转动连接。3.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述涡轮部(14)内还设有气流通道(142)，所述气流通道(142)与所述管路(163)连通，所述推力平衡面(152)位于所述气流通道(142)内。4.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述燃气轮机(10)还包括: 推力传感器(18)，所述推力传感器(18)配置于所述推力轴承上(162)，用于感测所述推力轴承(162)所承受的推力(F)，所述推力(F)为所述涡轮部(14)内气体压力(Ft)、所述压缩机(12)内气体压力(Fe)及作用于所述推力平衡面(152)上的推力(Fb)矢量之和。5.如权利要求4所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述燃气轮机(IO)还包括: 控制装置，所述控制装置实时接收所述推力传感器(18)感测到的所述推力轴承(162)所承受的推力(F)，并根据所述推力轴承(162)所承受的推力(F)对所述压力控制阀(164)进行控制，而调整所述管路(163)内气体压力的大小。6.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述管路(163)和所述压力控制阀(164)位于所述压缩机(12)及所述涡轮部(14)的外部。7.—种燃气轮机推力轴承系统(16)，其用于燃气轮机(10)，所述燃气轮机(10)包括压缩机(12)、涡轮部(14)和转子(15)，其特征在于，所述燃气轮机推力轴承系统(16)包括: 推力平衡面(152)，所述推力平衡面(152)相对于所述转子(15)不可转动且位于所述涡轮部(14)内； 推力轴承(162)，可装配于所述转子(15)上； 管路(163)，所述管路(163)的一端可与所述压缩机(12)连通，另一端可与所述涡轮部(14)连通，且所述管路(163)内的气体可作用于所述推力平衡面(152)上； 压力控制阀(164)，可装配于所述管路(163)上，用于控制所述管路(163)内气体压力的大小。8.如权利要求7所述的燃气轮机推力轴承系统(16)，其特征在于，所述推力平衡面(152)设于所述转子(15)上或设于一推力平衡件上，所述推力平衡件与所述转子(15)不可相对转动连接。9.如权利要求7所述的燃气轮机推力轴承系统(16)，其特征在于，所述燃气轮机推力轴承系统(16)还包括: 推力传感器(18)，所述推力传感器(18)配置于所述推力轴承(16)上，用于感测所述推力轴承(16)所承受的推力(F)，所述推力(F)为所述涡轮部(14)内气体压力(Ft)、所述压缩机(12)内气体压力(Fe)及作用于所述推力平衡面(152)上的推力(Fb)矢量之和。10.如权利要求9所述的燃气轮机推力轴承系统(16)，其特征在于，所述燃气轮机推力轴承系统(16)还包括: 控制装置，所述控制装置实时接收所述推力传感器(18)感测到的所述推力轴承(16)所承受的推力(F)，并根据所述推力轴承(16)所承受的推力(F)对所述压力控制阀(164)进行控制，而调整所述管路(163)内气体压力的大小。
【文档编号】F02C7/06GK205503283SQ201620096164
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】魏家卡
【申请人】西门子公司