一种电机内嵌轴承式微型燃气轮机的制作方法

本发明涉及一种电机内嵌轴承式微型燃气轮机，属于微型燃气轮机技术领域。

背景技术：

在微型燃气轮机发电技术领域，微型燃气轮机发电机组通常是包括同轴安装的发电机和微型燃气轮机。具体地，微型燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件，空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功，推动透平转动，进而带动发电机发电。由于发电机中的磁性部件和线圈绕组等不耐高温，所以发电机无法安装于转子系统的热端，即透平一侧；现有技术中一般都是将发电机安装于微型燃气轮机的转轴的进气端，即压气机的进气端。为了支撑转轴，会在转轴和定子之间、位于定子的两端部设置径向轴承作为支点；而燃气轮机尾部(即出气端)还有压气机、透平、燃烧室等组件，重量较大，存在以下问题：

1.转轴不能过长，否则会造成尾部向下倾斜、头部上翘，且转子运行不平稳、震动严重等问题。

2.电机质量较大，转轴和电机之间相对转动时存在较大扰动，导致整机产生严重震动。

此外，目前常用的轴上推力盘多为凸式，其存在的问题是，推力盘与转轴一体制成，加工时，需要在整根轴料上车削加工，由于推力盘高度较大，会产生较大的车削量，浪费材料，且由于车削次数多，需要多次去应力，工艺复杂。而且，由于单个推力盘质量较重，在转轴高速运转时，会产生惯性力，造成转轴偏离轴线转动，在转子系统中即表现为转动平稳性差，震动严重。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供了一种电机内嵌轴承式微型燃气轮机。本发明的电机内嵌轴承式微型燃气轮机，将两支点分置于转轴两端，使转轴平衡性更好，转子系统运行稳定性好，电机内设置轴承可进一步解决整机震动问题。本发明可解决转轴尾部尺寸限制，解决转子系统运行不平稳、震动严重的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电机内嵌轴承式微型燃气轮机，包括转子系统、电机机匣、燃气轮机机匣和燃烧室，其中，所述转子系统包括转轴，转轴上依次设置推力轴承、第一径向轴承、电机、压气机、第二径向轴承和透平，转轴和电机之间设有第三轴承；所述电机机匣罩设于电机的外周；所述燃气轮机机匣罩设于压气机和透平的外周，且与电机机匣连接；所述燃烧室与燃气轮机机匣连接，且燃烧室的进气口与压气机的排气口连接，燃烧室的排气口与透平的进气口连接。

进一步地，所述第三轴承呈套筒形，其与电机的配合关系有三种方式，如下：

(1)第三轴承外壁平行于轴线设置多个凸块，相应地，电机内壁对应凸块设置凹槽，第三轴承从轴向装进电机内，使凸块卡于凹槽内固定；第三轴承内壁与转轴之间设有预定间隙。

(2)第三轴承热套于电机内并与电机紧配合，电机与第三轴承之间设有防止周向转动的零件(如销钉)，该防止周向转动的零件的一头固定于电机内，另一头固定于第三轴承外壁；第三轴承和转轴之间设有预定间隙，转轴依靠该预定间隙内的气膜支撑在第三轴承内；此时，第三轴承被用作径向轴承。

(3)第三轴承热套于电机内并与电机紧配合，电机与第三轴承之间设有防止周向转动的零件(如销钉)，该防止周向转动的零件的一头固定于电机内，另一头固定于第三轴承外壁；环绕第三轴承外壁设置至少一圈橡胶涂层作为阻尼；第三轴承和转轴之间设有预定间隙，转轴依靠该预定间隙内的气膜支撑在第三轴承内。本方式是在上述(2)所示的配合关系的基础上，在第三轴承的表面设置阻尼。

进一步地，所述第三轴承的材质为尼龙增强塑料、聚乙烯、聚碳酸酯、碳纤维、玻璃纤维、氧化铝或碳化硅中的一种或多种的复合。

进一步地，所述压气机的排气口与燃烧室的进气口之间设置有扩压器，以进一步提高进入透平做功的高温高压气体的压力。

进一步地，所述压气机和透平之间设置有加强环，第二径向轴承套设在加强环上，加强环依靠气膜支撑于第二径向轴承内。设置加强环的作用是：满足对转子刚度的要求(转子系统高速旋转过程中，对转轴的强度有很高的要求)，同时加强环可作为第二径向轴承的安装轴。

进一步地，所述转轴包括一体成型的第一轴段和第二轴段，第一轴段的直径大于第二轴段的直径，第一轴段和第二轴段的过渡处形成有台阶面。

进一步地，所述推力轴承、第一径向轴承、电机设置于第一轴段上；压气机、第二径向轴承和透平设置于第二轴段上；压气机的一端与台阶面抵接。

进一步地，所述第一轴段靠进气端设置两个同轴的推力盘。

进一步地，所述第二轴段的轴径可以设置的较细(出于转子动力学性能方面的考虑，转轴的重量越轻越好，而转轴的直径越小则重量越轻)。

进一步地，所述第一径向轴承、第二径向轴承或/和第三轴承为空气轴承。空气轴承为动压轴承、静压轴承或动静压混合轴承。

进一步地，所述第三轴承为动压空气轴承，转轴起浮之后，依靠气膜支撑在第三轴承内转动。

进一步地，所述推力轴承的结构为：左右两片轴承单元相对设置，且两片轴承单元之间设置气腔，轴承壳体上的进气孔持续通气，沿两片轴承单元之间的缝隙进入轴承气腔，从两片轴承单元的气孔进入两侧，在轴承单元与推力盘之间形成气膜，起到轴向止推作用。

本发明的电机内嵌轴承式微型燃气轮机，转轴通过两端的轴承支撑(即第一径向轴承和第二径向轴承)，受力均匀，可以避免因转子轴端悬置导致的重量不平衡，运转平稳性好，且转轴的轴向方向上尺寸可调范围较大。在电机内设置径向轴承，减少了电机和转轴之间高速旋转时的相互扰动，有效地增强了燃气轮机运转时转子的稳定性。

本发明的电机内嵌轴承式微型燃气轮机，所有的轴承全部设置在电机机匣内，这样只需保证该机匣内用于设置轴承定子的部位的加工精度即可，在装配时该机匣内用于连接轴承定子的部位通过一次装卡加工即可完成，可见，本发明降低了燃气轮机发电机组的加工精度和装配精度，降低了成本，适合工程化批量生产。

本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本发明所表述的含义为准。

附图说明

图1：为本发明的电机内嵌轴承式微型燃气轮机的结构示意图。

图2为图1中的a位置局部放大图。

图3为图1中的b位置局部放大图。

图4：电机与轴承配合关系示意图(实施例1)。

图5：电机与轴承配合关系示意图(实施例1)。

图6：电机与轴承配合关系示意图(实施例3)。

图7：实施例3所示的电机与轴承配合关系中轴承的主视图。

其中，100-转轴，110-第一轴段，120-第二轴段，130-台阶面，200-推力轴承，300-电机，400-第二径向轴承，500-压气机，600-透平，700-加强环，810-电机机匣，820-燃气轮机机匣，830-燃烧室，840-扩压器，900-第一径向轴承，910-第三轴承，911-阻尼。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。

实施例1电机内嵌轴承式微型燃气轮机

一种电机内嵌轴承式微型燃气轮机，包括转子系统、电机机匣810、燃气轮机机匣820和燃烧室830，如图1、图2、图3所示。

转子系统包括转轴100，转轴100包括一体成型的第一轴段110和第二轴段120，第一轴段110的直径大于第二轴段120的直径，第一轴段110和第二轴段120的过渡处形成有台阶面130；第一轴段110上依次设置推力轴承200、第一径向轴承900和电机300；第二轴段120上依次设置压气机500、第二径向轴承400和透平600；压气机500的一端与台阶面130抵接；转轴100和电机300之间设有第三轴承910。

电机机匣810罩设于电机300的外周。燃气轮机机匣820罩设于压气机500和透平600的外周，且与电机机匣810连接。燃烧室830与燃气轮机机匣820连接，且燃烧室830的进气口与压气机500的排气口连接，燃烧室830的排气口与透平600的进气口连接。

所述第三轴承910呈套筒形，其与电机300的配合关系如下：

如图4所示，第三轴承910外壁平行于轴线设置多个凸块，相应地，电机内壁对应凸块设置凹槽，第三轴承910从轴向装进电机300内，使凸块卡于凹槽内固定；第三轴承910内壁与转轴100之间设有预定间隙。

所述第三轴承910的材质为尼龙增强塑料、聚乙烯、聚碳酸酯、碳纤维、玻璃纤维、氧化铝或碳化硅中的一种或多种的复合。

所述压气机500的排气口与燃烧室830的进气口之间设置有扩压器840，以进一步提高进入透平600做功的高温高压气体的压力。

为了同时考虑转子动力学特性和转轴的强度(出于转子动力学性能方面的考虑，转轴的重量越轻越好，而转轴的直径越小则重量越轻；但是在转子系统高速旋转过程中，对转轴的强度又有很高的要求)，可将第二轴段120的轴径设置的较细，同时在压气机500和透平600之间固定安装一加强环700，以满足其对转子刚度的要求，同时加强环700可作为第二径向轴承400的安装轴。

所述第一轴段110靠进气端设置两个同轴的推力盘。

所述第一径向轴承900和第二径向轴承400为空气轴承，空气轴承为动压轴承、静压轴承或动静压混合轴承；第三轴承910为动压空气轴承，转轴100起浮之后，依靠气膜支撑在第三轴承910内转动。

所述推力轴承200的结构为：左右两片轴承单元相对设置，且两片轴承单元之间设置气腔，轴承壳体上的进气孔持续通气，沿两片轴承单元之间的缝隙进入轴承气腔，从两片轴承单元的气孔进入两侧，在轴承单元与推力盘之间形成气膜，起到轴向止推作用。

上述电机内嵌轴承式微型燃气轮机，转轴通过两端的轴承支撑(即第一径向轴承和第二径向轴承)，受力均匀，可以避免因转子轴端悬置导致的重量不平衡，运转平稳性好，且转轴的轴向方向上尺寸可调范围较大。在电机内设置径向轴承，减少了电机和转轴之间高速旋转时的相互扰动，有效地增强了燃气轮机运转时转子的稳定性。

上述电机内嵌轴承式微型燃气轮机，所有的轴承全部设置在电机机匣内，这样只需保证该机匣内用于设置轴承定子的部位的加工精度即可，在装配时该机匣内用于连接轴承定子的部位通过一次装卡加工即可完成，降低了燃气轮机发电机组的加工精度和装配精度，降低了成本，适合工程化批量生产。

实施例2电机内嵌轴承式微型燃气轮机

同实施例1，与实施例1的不同之处在于：第三轴承910与电机300的配合关系如下：

如图5所示，第三轴承910热套于电机300内并与电机300紧配合，电机300与第三轴承910之间设有防止周向转动的零件(如销钉)，该防止周向转动的零件的一头固定于电机300内，另一头固定于第三轴承910外壁；第三轴承910和转轴100之间设有预定间隙，转轴100依靠该预定间隙内的气膜支撑在第三轴承910内；此时，第三轴承910被用作径向轴承。

实施例3电机内嵌轴承式微型燃气轮机

同实施例2，与实施例2的不同之处在于：第三轴承910与电机300的配合关系如下：

在图5所示的配合关系的基础上，在第三轴承910的表面设置阻尼911，具体方式为：环绕第三轴承910外壁设置至少一圈橡胶涂层，如图6、图7所示。

给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。