用于燃气轮机发电机组的冷却机构及燃气轮机发电机组的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于燃气轮机发电机组的冷却机构及燃气轮机发电机组，用于燃气轮机发电机组的冷却机构，包括用于向燃气轮机发电机组内强制通风以带走热量的轴流压气机构以及用以传递扭矩并驱动轴流压气机构运转的传动机构，传动机构与燃气轮机传动箱的输出端连接并与燃气轮机传动箱的输出端联动；轴流压气机构和/或传动机构上开设有进风通道；轴流压气机构的送风端通向燃气轮机发电机组内部。本发明首创使用对流冷却的主动散热方式，为机组提供源源不断的冷却气体，带走机组内多余的热量，从而对平衡机舱内环境起到了至关重要的作用。
【专利说明】用于燃气轮机发电机组的冷却机构及燃气轮机发电机组
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机发电机组【技术领域】，特别地，涉及一种用于燃气轮机发电机组的冷却机构。此外，本发明还涉及一种包括上述冷却机构的燃气轮机发电机组。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发电机组通常作为各种车载武器装备的自主电源。当燃气轮机发电机组处于长时间工作状态或者燃气轮机发电机组的功率变化幅度大、频繁高时，机舱内热负荷越来越高，发电机被动散热效果越来越差，从而影响整个发电机组的正常工作，在某些环境下，甚至会导致过热烧毁。
[0003]目前，国产燃气轮机发电机组都是以被动散热为主要散热方式，此种散热方式速度慢，散热效果并不明显，机组运行过程中，舱内温度会越来越高，从而影响整个机组的运行。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种用于燃气轮机发电机组的冷却机构及燃气轮机发电机组，是一种主动散热方式。本发明首创使用对流冷却的主动散热方式，为机组提供源源不断的冷却气体，带走机组内多余的热量，从而对平衡机舱内环境起到了至关重要的作用。通过该装置强迫机舱通风，带走燃机和发电机在工作过程中产生的热量，保证机组内各元件的正常工作，以解决现有燃气轮机发电机组的被动散热方式散热速度慢、散热效果不明显，致使舱内温度不断升高，影响到整个机组的运行等的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]—种用于燃气轮机发电机组的冷却机构，包括用于向燃气轮机发电机组内强制通风以带走热量的轴流压气机构以及用以传递扭矩并驱动轴流压气机构运转的传动机构，传动机构与燃气轮机传动箱的输出端连接并与燃气轮机传动箱的输出端联动；轴流压气机构和/或传动机构上开设有进风通道。
[0007]进一步地，传动机构包括用以传动扭矩的转子组件、用以支撑转子组件的静子组件以及设于转子组件和静子组件外层的进气机匣，静子组件固定在进气机匣内，静子组件套设于转子组件外。
[0008]进一步地，转子组件包括用以传递扭矩的叶轮轴、用以向叶轮轴传递燃气轮机传动箱输出扭矩的风机齿轮以及用以固定风机齿轮的锁紧螺母；锁紧螺母将风机齿轮锁紧在叶轮轴上，风机齿轮与燃气轮机传动箱的减速器末端齿轮相互哨合。
[0009]进一步地，静子组件包括用于将转子组件的轴向力传递给进气机匣的内衬套、用以阻隔滑油的喷油环以及两个用以支撑叶轮轴的滚球轴承；内衬套与进气机匣之间采用过盈配合连接，喷油环设置于两个滚球轴承之间并与内衬套采用间隙配合连接，滚球轴承、内衬套以及喷油环围成一个共用轴承腔。
[0010]进一步地,滚球轴承包括第一滚球轴承和第二滚球轴承；第一滚球轴承靠近叶轮轴的扭矩传入端布置，第一滚球轴承的外环的第一端面与喷油环的第一端面紧贴布置，第一滚球轴承的外环的第二端面通过调整垫、弹性挡圈以及内衬套端面固定定位；第二滚球轴承靠近叶轮轴的扭矩输出端布置，第二滚球轴承的外环通过压缩弹簧与喷油环的第二端面连接，压缩弹簧形成抵抗转子组件轴向力的预荷载；第一滚球轴承的内环与第二滚球轴承的内环之间通过定距环限制第一滚球轴承的内环与第二滚球轴承的内环之间的相对距离，第一滚球轴承的内环上靠叶轮轴扭矩传入端一侧的端面通过风机齿轮和锁紧螺母压紧，第二滚球轴承的内环上靠叶轮轴扭矩输出端一侧的端面与甩油盘紧贴布置。
[0011]进一步地，轴流压气机构包括设于进风通道出风口上用以将进入的空气导向燃气轮机发电机组方向的进口导向器、用以将进口导向器导入的空气压缩并导向燃气轮机发电机组方向的叶轮以及设于进口导向器和叶轮外层的轴流机匣；进口导向器通过轴流外环固定在轴流机匣内，叶轮安装在叶轮轴的扭矩输出端并随叶轮轴旋转。
[0012]进一步地，进气机匣与轴流机匣之间采用止口定位并通过连接件连接固定。
[0013]进一步地，轴流压气机构与燃气轮机发电机组连接的部位的叶轮轴上还设有用于将叶轮导入的压缩空气进行膨胀增压并导入燃气轮机发电机组内的排气段组件。
[0014]进一步地，进风通道的进风口上设有用以增加进风口风流量的蜗壳。
[0015]根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机发电机组，其包括上述用于燃气轮机发电机组的冷却机构。
[0016]本发明具有以下有益效果:
[0017]本发明冷却机构结构简单、体积小、重量轻、可靠性高，加工工艺性和装配维修性好；米用了 一种高效率强制对流冷却的主动散热方式，传动机构与燃气轮机传动箱的输出端连接并与燃气轮机传动箱的输出端联动，可根据发电机组的功率变化调节风机转速，从而改变冷却风量，使得发电机组的舱内环境相对稳定，保证发电机组各元件正常工作，保证燃气轮机发电机组在功率调整过程中的正常运转。
[0018]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1是本发明优选实施例的用于燃气轮机发电机组的冷却机构的结构示意图；
[0021]图2是本发明优选实施例的燃气轮机发电机组的结构示意图；
[0022]图3是本发明优选实施例的进口导向器的结构示意图；
[0023]图4是本发明优选实施例的排气段组件的结构示意图；
[0024]图5是本发明优选实施例的转子组件的结构示意图。
[0025]图例说明:
[0026]1、轴流压气机构;101、进口导向器;102、叶轮;103、轴流机匣;2、传动机构；201、转子组件；2011、叶轮轴；2012、风机齿轮；2013、锁紧螺母；202、静子组件；2021、内衬套；2022、喷油环；2023、滚球轴承；2023a、第一滚球轴承；2023b、第二滚球轴承；203、进气机匣；3、进风通道；4、定距环；5、甩油盘；6、轴流外环；7、燃气轮机发电机组；8、排气段组件；9、压缩弹簧；10、蜗壳。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由所限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0028]图1是本发明优选实施例的用于燃气轮机发电机组的冷却机构的结构示意图；图2是本发明优选实施例的燃气轮机发电机组的结构示意图；图3是本发明优选实施例的进口导向器的结构示意图；图4是本发明优选实施例的排气段组件的结构示意图；图5是本发明优选实施例的转子组件的结构示意图。
[0029]如图1所示，本实施例的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，包括用于向燃气轮机发电机组7内强制通风以带走热量的轴流压气机构I以及用以传递扭矩并驱动轴流压气机构I运转的传动机构2，传动机构2与燃气轮机传动箱的输出端连接并与燃气轮机传动箱的输出端联动；轴流压气机构I和/或传动机构2上开设有进风通道3。轴流压气机构I的送风端通向燃气轮机发电机组7内部。本发明冷却机构结构简单、体积小、重量轻、可靠性高，加工工艺性和装配维修性好；采用了一种高效率强制对流冷却的主动散热方式，传动机构2与燃气轮机传动箱的输出端连接并与燃气轮机传动箱的输出端联动，可根据发电机组的功率变化调节风机转速，从而改变冷却风量，使得发电机组的舱内环境相对稳定，保证发电机组各元件正常工作，保证燃气轮机发电机组在功率调整过程中的正常运转。
[0030]如图1、图2和图5所示，本实施例中，传动机构2包括用以传动扭矩的转子组件201、用以支撑转子组件201的静子组件202以及设于转子组件201和静子组件202外层的进气机匣203，静子组件202固定在进气机匣203内，静子组件202套设于转子组件201外。
[0031]如图1、图2和图5所示，本实施例中，转子组件201包括用以传递扭矩的叶轮轴2011、用以向叶轮轴2011传递燃气轮机传动箱输出扭矩的风机齿轮2012以及用以固定风机齿轮2012的锁紧螺母2013。锁紧螺母2013将风机齿轮2012锁紧在叶轮轴2011上。风机齿轮2012与燃气轮机传动箱的减速器末端齿轮相互哨合。
[0032]如图1、图2和图5所示，本实施例中，静子组件202包括用于将转子组件201的轴向力传递给进气机匣203的内衬套2021、用以阻隔滑油的喷油环2022以及两个用以支撑叶轮轴2011的滚球轴承2023。内衬套2021与进气机匣203之间采用过盈配合连接。喷油环2022设置于两个滚球轴承2023之间并与内衬套2021采用间隙配合连接，滚球轴承2023、内衬套2021以及喷油环2022围成一个共用轴承腔。
[0033]如图1、图2和图5所示，本实施例中，滚球轴承2023包括第一滚球轴承2023a和第二滚球轴承2023b。第一滚球轴承2023a靠近叶轮轴2011的扭矩传入端布置。第一滚球轴承2023a的外环的第一端面与喷油环2022的第一端面紧贴布置。第一滚球轴承2023a的外环的第二端面通过调整垫、弹性挡圈以及内衬套2021端面固定定位。第二滚球轴承2023b靠近叶轮轴2011的扭矩输出端布置。第二滚球轴承2023b的外环通过压缩弹簧9与喷油环2022的第二端面连接，压缩弹簧9形成抵抗转子组件201轴向力的预荷载。第一滚球轴承2023a的内环与第二滚球轴承2023b的内环之间通过定距环4限制第一滚球轴承2023a的内环与第二滚球轴承2023b的内环之间的相对距离。第一滚球轴承2023a的内环上靠叶轮轴2011扭矩传入端一侧的端面通过风机齿轮2012和锁紧螺母2013压紧。第二滚球轴承2023b的内环上靠叶轮轴2011扭矩输出端一侧的端面与甩油盘5紧贴布置。
[0034]如图1、图2、图3和图5所示，本实施例中，轴流压气机构I包括设于进风通道3出风口上用以将进入的空气导向燃气轮机发电机组7方向的进口导向器101、用以将进口导向器101导入的空气压缩并导向燃气轮机发电机组7方向的叶轮102以及设于进口导向器101和叶轮102外层的轴流机匣103。进口导向器101通过轴流外环6固定在轴流机匣103内。叶轮102安装在叶轮轴2011的扭矩输出端并随叶轮轴2011旋转。
[0035]如图1和图2所示，本实施例中，进气机匣203与轴流机匣103之间采用止口定位并通过连接件连接固定。
[0036]如图2和图4所示，本实施例中，轴流压气机构I与燃气轮机发电机组7连接的部位的叶轮轴2011上还设有用于将叶轮102导入的压缩空气进行膨胀增压并导入燃气轮机发电机组7内的排气段组件8。
[0037]如图2所示，本实施例中，进风通道3的进风口上设有用以增加进风口风流量的蜗壳10。
[0038]如图2所示，本实施例的燃气轮机发电机组，包括上述用于燃气轮机发电机组的冷却机构。
[0039]实施时，冷却机构是为燃气涡轮发电机组提供冷却气体的装置，该装置由进气蜗壳(蜗壳10)强制吸入机组进气系统的部分洁净空气，通过单级进口导向器(径向布置单排叶片的进口导向器101)，经单级轴流叶片压缩(转子理论转速为34535r/min，此转子由机组减速系统分出一部分功率带动)，最后通过串列叶片组件(径向布置双排叶片的排气段组件8)对压缩气体进行导向，膨胀扩压；压缩后的空气一部分用于发电机制冷，另一部分由输送通道中的两个垂直向上的分流孔进入机组舱内，压缩空气流经舱内，带走机组的热负荷，最后由发动机高温燃气通过波瓣尾喷管引射出机舱，保证相对稳定的机组正常工作环境。
[0040]本发明的轴流式风机采用单级轴流压气机单元体的结构形式，如图1和图2所示。静子部分包括进气机匣203、内衬套2021、喷油环2022、进口导向器101、轴流机匣103、轴流外环6、排气段组件8。进气机匣203与轴流机匣103之间采用止口定位、螺栓连接的结构形式。喷油环2022、内衬套2021和进气机匣203之间采用径向销钉的结构形式相互固定。进气机匣203与内衬套2021之间采用过盈配合。喷油环2022与内衬套2021之间采用小间隙配合，由于喷油环2022和内衬套2021的存在，前后两个滚球轴承2023共用一个轴承腔，使滑油系统结构更简单。转子组件201工作过程中，轴向力通过内衬套2021直接传给进气机匣203，传力路径简单合理。进气机匣203与轴流机匣103之间通过圆柱面止口定位，并且通过12个螺栓连接，如图1所示。
[0041]进口导向器101包括有内外环以及导向叶片。内外环由铝合金板材弯曲而成。导向叶片共19片。导向叶片沿周向均布在进口导向器101的内外环之间。内外环与导向叶片表面涂有锌黄环氧酯底漆，如图3所示。
[0042]串列叶片组件(排气段组件8)由铝合金板材弯曲而成，并通过焊接连接，串列叶片组件的串列叶片的设计是为了改变轴流风扇压缩的空气出口方向，使压缩空气沿风机轴向喷出，压缩空气通过串列叶片组件的排气段锥筒膨胀增压。排气段组件8的排气段内外环和叶片表面涂有锌黄环氧酯底漆，如图4所示。[0043]风机转子部分包括锁紧螺母2013、风机齿轮2012、叶轮102、叶轮轴2011，是一种超轻型转子结构设计，既能满足高转速下转子的载荷强度和性能，又能减小风机的尺寸和重量。叶轮102与叶轮轴2011采用圆柱面过盈定心、端面定位、斜向销钉连接的结构形式，连接稳定性更好，如图5所示。风机转子部分采用双滚珠轴承支承，前后轴承均采用三点接触式内圈分半角接触球轴承，安装在进气机匣203内的内衬套2021内部，采用刚性0-2-0支撑形式。前轴承外环与喷油环2022端面靠紧，通过调整垫、弹性挡圈及内衬套2021端面固定住轴承外环。后轴承外环通过压缩弹簧9靠紧喷油环2022后端面，形成预载荷用以抵抗风机转子的轴向力，方向为顺流道向后；前后轴承内环由定距环4支撑，前轴承内环由风机齿轮2012及锁紧螺母2013压紧，通过风机齿轮2012内花键传扭，后轴承内环由甩油盘5靠紧，风机转子部分靠紧甩油盘5后端面，如图1和图2所示。通过风机齿轮2012输入的扭矩由花键传输给风机转子部分，带动轴流压气机高速转动，对气体做功，为舱内提供源源不断的制冷气体。
[0044]结构简单、体积小、重量轻、可靠性高，加工工艺性和装配维修性好；本发明采用了一种高效率强制对流冷却的主动散热方式，转子由减速器末端齿轮驱动，可根据机组的功率变化调节风机转速，从而改变冷却风量，使得机组舱内环境相对稳定，机组各元件正常工作，保证燃气涡轮发电机组在功率调整过程中的正常运转。
[0045]本发明的高效强迫通风制冷机构，轴流式风机在燃气涡轮发电机组上的运用，它是一种主动散热方式。通过该装置强迫机舱通风，带走燃机和发电机在工作过程中产生的热量，保证机组内各元件的正常工作。该轴流式风机采用轻型设计，大量采用铝合金和钛合金零件，如单级轴流铝合金整体叶片盘，钛合金轴，钛合金甩油盘以及铝合金机匣等，较好地减少了风机的重量。轴流式风机不改变流道内介质的流向，流阻小，效率高，结构工艺简单可靠，体积小，质量轻，有足够的安全工作范围。该轴流式风机能高效地提供足够的压缩空气为发电机制冷，保证发电机的稳定运行；同时，由分流孔引出的一部分压缩空气在舱内流动，不停地通过温差传热带走舱内热量。本发明首创使用对流冷却的主动散热方式，为机组提供源源不断的冷却气体，带走机组内多余的热量，从而对平衡机舱内环境起到了至关重要的作用。
[0046]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于， 包括用于向燃气轮机发电机组(7)内强制通风以带走热量的轴流压气机构(I)以及用以传递扭矩并驱动所述轴流压气机构(I)运转的传动机构(2)， 所述传动机构(2)与燃气轮机传动箱的输出端连接并与燃气轮机传动箱的输出端联动； 所述轴流压气机构(I)和/或所述传动机构(2)上开设有进风通道(3)。
2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于， 所述传动机构(2)包括用以传动扭矩的转子组件(201)、用以支撑所述转子组件(201)的静子组件(202)以及设于所述转子组件(201)和静子组件(202)外层的进气机匣(203)，所述静子组件(202)固定在所述进气机匣(203)内， 所述静子组件(202)套设于所述转子组件(201)外。
3.根据权利要求2所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于， 所述转子组件(201)包括用以传递扭矩的叶轮轴(2011)、用以向所述叶轮轴(2011)传递燃气轮机传动箱输出扭矩的风机齿轮(2012)以及用以固定所述风机齿轮(2012)的锁紧螺母(2013)； 所述锁紧螺母(2013)将所述风机齿轮(2012)锁紧在所述叶轮轴(2011)上， 所述风机齿轮(2012)与所述燃气轮机传动箱的减速器末端齿轮相互啮合。
4.根据权利要求3所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于， 所述静子组件(202)包括用于将所述转子组件(201)的轴向力传递给所述进气机匣(203)的内衬套(2021)、用以阻隔滑油的喷油环(2022)以及两个用以支撑所述叶轮轴(2011)的滚球轴承(2023)； 所述内衬套(2021)与所述进气机匣(203)之间采用过盈配合连接， 所述喷油环(2022)设置于两个所述滚球轴承(2023)之间并与所述内衬套(2021)采用间隙配合连接， 所述滚球轴承(2023)、所述内衬套(2021)以及所述喷油环(2022)围成一个共用轴承腔。
5.根据权利要求4所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于， 所述滚球轴承(2023)包括第一滚球轴承(2023a)和第二滚球轴承(2023b)； 所述第一滚球轴承(2023a)靠近所述叶轮轴(2011)的扭矩传入端布置， 所述第一滚球轴承(2023a)的外环的第一端面与所述喷油环(2022)的第一端面紧贴布置， 所述第一滚球轴承(2023a)的外环的第二端面通过调整垫、弹性挡圈以及所述内衬套(2021)端面固定定位； 所述第二滚球轴承(2023b)靠近所述叶轮轴(2011)的扭矩输出端布置， 所述第二滚球轴承(2023b)的外环通过压缩弹簧(9)与喷油环(2022)的第二端面连接，所述压缩弹簧(9)形成抵抗所述转子组件(201)轴向力的预荷载； 所述第一滚球轴承(2023a)的内环与所述第二滚球轴承(2023b)的内环之间通过定距环(4)限制所述第一滚球轴承(2023a)的内环与所述第二滚球轴承(2023b)的内环之间的相对距离，所述第一滚球轴承(2023a)的内环上靠所述叶轮轴(2011)扭矩传入端一侧的端面通过风机齿轮(2012)和锁紧螺母(2013)压紧， 所述第二滚球轴承(2023b)的内环上靠所述叶轮轴(2011)扭矩输出端一侧的端面与甩油盘(5)紧贴布置。
6.根据权利要求5所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于， 所述轴流压气机构(I)包括设于所述进风通道(3)出风口上用以将进入的空气导向所述燃气轮机发电机组(7)方向的进口导向器(101)、用以将所述进口导向器(101)导入的空气压缩并导向所述燃气轮机发电机组(7)方向的叶轮(102)以及设于所述进口导向器(101)和所述叶轮(102)外层的轴流机匣(103)； 所述进口导向器(101)通过轴流外环(6)固定在所述轴流机匣(103)内， 所述叶轮(102)安装在所述叶轮轴(2011)的扭矩输出端并随所述叶轮轴(2011)旋转。
7.根据权利要求6所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于，所述进气机匣(203)与所述轴流机匣(103)之间采用止口定位并通过连接件连接固定。
8.根据权利要求6所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于，所述轴流压气机构(I)与所述燃气轮机发电机组(7)连接的部位的所述叶轮轴(2011)上还设有用于将所述叶轮(102)导入的压缩空气进行膨胀增压并导入所述燃气轮机发电机组(7)内的排气段组件(8)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构，其特征在于，所述进风通道(3)的进风口上设有用以增加进风口风流量的蜗壳(10)。
10.一种燃气轮机发电机组，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的用于燃气轮机发电机组的冷却机构。
【文档编号】F02C7/18GK103982302SQ201410221711
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】黄舜, 涂孟罴, 张亿力, 杨家礼 申请人:中国航空动力机械研究所