CN112727601B - 微型燃气轮机及热力发电*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微型燃气轮机及热力发电***。该微型燃气轮机包括：转轴；压气机叶轮，套装于转轴外；向心涡轮，套装于转轴外，并背向设置于压气机叶轮的一侧，向心涡轮与压气机叶轮之间设有预留间距；燃烧室，连接于向心涡轮的外缘，燃烧室的出气端通过径向气流通道与向心涡轮连通；扩压器，连接于压气机叶轮与向心涡轮的外缘之间，以在压气机叶轮的出气口与燃烧室的进气端之间构造进气通道。上述结构设置使得微型燃气轮机的结构更紧凑，降低占地面积并避免管路损失；并且，能有效提高压气机的运行效率和运行可靠性。

Description

微型燃气轮机及热力发电***

技术领域

本发明涉及热力发电技术领域，尤其涉及一种微型燃气轮机及热力发电***。

背景技术

燃气轮机将连续流动的气体作为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功。微型燃气轮机是发电功率容量在几百千瓦以内的动力装置，能实现冷热电联产的高效能源利用，具有高速运行、体积小巧、操作简单、安装容易、维护方便、低污染排放等特点，拥有广阔的应用前景和市场价值。

现有的微型燃气轮机中，为了提高燃烧效率通常设置回热器，与来流空气进行热交换，使来流空气实现预热。然而，回热器一般被布置在核心机主体之外，通过管路进行连接，这虽然在一定程度上提升了燃烧效率，但也大大增加了设备的占地面积，难以满足设备紧凑化的布局要求，并且容易引起不必要的管路损失。并且，微型燃气轮机需要商品化扩大应用范围，就要降低制造成本，并使其体积小，效率高，维护方便。

发明内容

本发明提供一种微型燃气轮机，用以解决现有技术中的微型燃气轮机占地面积大，容易引起不必要的管路损失的缺陷，实现减小微型燃气轮机的制造成本，使微型燃气轮机的结构更紧凑、性能更好、运行效率更高。

本发明还提供一种热力发电***。

本发明提供一种微型燃气轮机，包括：

转轴；

压气机叶轮，套装于所述转轴外；

向心涡轮，套装于所述转轴外，并背向设置于所述压气机叶轮的一侧，所述向心涡轮与所述压气机叶轮之间设有预留间距；

燃烧室，连接于所述向心涡轮的外缘，所述燃烧室的出气端通过径向气流通道与所述向心涡轮连通；

扩压器，连接于所述压气机叶轮与所述向心涡轮的外缘之间，以在所述压气机叶轮的出气口与所述燃烧室的进气端之间构造进气通道。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，还包括：

压气机罩壳，沿径向安装于所述压气机叶轮外，并与所述压气机叶轮之间间隔设置，以构成所述压气机叶轮的出气口；

安装盘，连接于所述压气机罩壳并罩装于所述扩压器外，所述安装盘与所述扩压器之间留有能形成所述进气通道的第一间隙；

涡轮罩壳，沿径向安装于所述向心涡轮外并与所述安装盘连接，所述燃烧室位于所述涡轮罩壳内；

导向器，连接于所述向心涡轮与所述燃烧室的出气端之间，并位于所述涡轮罩壳朝向所述压气机叶轮的一侧，所述导向器与所述涡轮罩壳之间留有能形成所述径向气流通道的第二间隙。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，所述扩压器安装于所述预留间距中，所述扩压器的一端抵靠于所述压气机叶轮朝向所述向心涡轮的端面，所述扩压器的另一端连接于所述导向器。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，还包括调距机构，所述调距机构包括：

第一定距环，套装于所述转轴外并位于所述预留间距中，所述第一定距环的两端通过第一封严供油组件活动连接于所述压气机叶轮与所述向心涡轮之间；

第二定距环，套装于所述转轴外，所述第二定距环的一端连接于所述压气机叶轮背向所述向心涡轮的一端，所述第二定距环的另一端外可活动的密封套装有进气导流环，所述进气导流环与所述压气机叶轮连接并构造有所述压气机叶轮的进气口。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，所述第一封严供油组件包括：

第一轴承，套装并支承于所述转轴外，且位于所述第一定距环背向所述向心涡轮的一端；

第一封严环，套装于所述转轴外并可活动的密封连接于所述扩压器内，所述第一封严环顶紧安装于所述第一轴承与所述压气机叶轮之间；

第二封严环，一端与所述导向器连接，另一端可活动的密封连接于所述第一定距环朝向所述向心涡轮的端部外；

第一供油座，套装于所述第一轴承外，所述第一供油座的一端与所述扩压器连接，所述第一供油座的另一端通过挡油环可活动的密封连接于所述第一定距环朝向所述压气机叶轮的端部外。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，所述调距机构还包括顶紧组件，所述顶紧组件包括：

第一螺母，套装于所述转轴外，并顶紧安装于所述向心涡轮背向所述压气机叶轮的一端；

第二螺母，套装于所述转轴外，并顶紧安装于所述进气导流环背向所述压气机叶轮的一端；

第二轴承，套装于所述转轴外并位于所述第二定距环与所述第二螺母之间，所述第二轴承的一端通过弹压单元与所述进气导流环弹性连接，所述第二轴承的另一端通过第二封严供油组件与所述第二螺母连接。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，所述弹压单元包括第一压板、碟簧和第二压板，所述第一压板连接于所述进气导流环，所述第二压板连接于所述第二轴承，所述碟簧弹性连接于所述第一压板和所述第二压板之间。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，所述第二封严供油组件包括挡板和第二供油座，所述挡板套装于所述转轴外并连接于所述第二螺母和所述第二轴承之间，所述第二供油座套装于所述挡板外并与所述进气导流环连接。

根据本发明提供的一种微型燃气轮机，还包括回热器，所述回热器的第一换热侧连通于所述压气机叶轮和所述燃烧室之间的进气通道，所述回热器的第二换热侧连通于所述向心涡轮的第一尾气出口。

本发明还提供一种热力发电***，包括：

如上所述的微型燃气轮机；

发电机组，连接于所述微型燃气轮机的向心涡轮，并能在所述向心涡轮的旋转驱动作用下做功发电。

本发明提供一种微型燃气轮机，包括：转轴；压气机叶轮，套装于转轴外；向心涡轮，套装于转轴外，并背向设置于压气机叶轮的一侧，向心涡轮与压气机叶轮之间设有预留间距；燃烧室，连接于向心涡轮的外缘，燃烧室的出气端通过径向气流通道与向心涡轮连通；扩压器，连接于压气机叶轮与向心涡轮的外缘之间，以在压气机叶轮的出气口与燃烧室的进气端之间构造进气通道。该微型燃气轮机将压气机叶轮与向心涡轮彼此背向的连接于同一转轴上，从而利用向心涡轮通过旋转带动转轴旋转，进而一方面能利用向心涡轮直接驱动压气机叶轮旋转，另一方面实现做功发电；并且，在压气机叶轮与向心涡轮之间设置预留间距，从而降低向心涡轮向压气机叶轮传热。上述结构设置使得微型燃气轮机的结构更紧凑，降低占地面积并避免管路损失，还能有效提高压气机的运行效率和运行可靠性；并且，能够充分利用燃烧室流向向心涡轮的气流沿向心涡轮的径向产生流速差，以进一步提高向心涡轮的运行效率。

本发明还提供一种热力发电***，包括：如上所述的微型燃气轮机；以及，发电机组，连接于微型燃气轮机的向心涡轮，并能在向心涡轮的旋转驱动作用下做功发电。该热力发电***既实现传统燃气机轮具有的简单循环，也能通过加装回热器实现回热循环。并且，通过设置上述的微型燃气轮机，使得该热力发电***具备上述微型燃气轮机的全部优点，具体在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的微型燃气轮机的剖视图；

图2是本发明提供的轴系结构的剖视图；

图3是本发明提供的热力发电***的结构简化示意图之一；

图4是本发明提供的热力发电***的结构简化示意图之二。

附图标记：

1：转轴； 2：向心涡轮； 3：压气机叶轮；

4：燃烧室； 5：导向器； 6：挡油环；

7：第一供油座； 8：第一定距环； 9：第一封严环；

10：止动垫圈； 11：第一螺母； 12：弹性环；

13：第二封严环； 14：涡轮罩壳； 15：第一回油管；

16：扩压器； 17：安装盘； 18：压气机罩壳；

19：承力机匣； 20：进气导流环； 21：第二定距环；

22：第一螺堵； 23：第一压板； 24：碟簧；

25：第二压板； 26：第二供油座； 27：挡板；

28：第二螺母； 29：第二回油管； 30：第二螺堵；

31：第一轴承； 32：第二轴承； 33：回热器；

34：齿轮箱； 35：发电机； A：进气口

B：第一尾气出口； C：第二尾气出口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的，本发明所述的“两端”是指沿转轴1的轴向两端；本发明所述的“外”是指沿转轴1的径向并远离转轴1的方向，对应的，本发明所述的“内”是指沿转轴1的径向并靠近转轴1的方向。

下面结合图1至图4描述本发明的微型燃气轮机以及装有该微型燃气轮机的热力发电***。

如图1所示，该微型燃气轮机包括转轴1、压气机叶轮3、向心涡轮2、燃烧室4和扩压器16。

压气机叶轮3和向心涡轮2分别套装于转轴1外，并且向心涡轮2背向设置于压气机叶轮3的一侧，即压气机叶轮3与向心涡轮2彼此背向的连接于同一转轴1上。燃烧室4连接于向心涡轮2的外缘，燃烧室4的出气端通过径向气流通道与向心涡轮2连通；扩压器16连接于压气机叶轮3与向心涡轮2的外缘之间，以在压气机叶轮3的出气口与燃烧室4的进气端之间构造进气通道。该结构设置使得进气通道紧凑的设置于微型燃气轮机的内部，并且连通在压气机叶轮3以及位于向心涡轮2外缘的燃烧室4之间，以使得微型燃气轮机的结构更紧凑。空气进入压气机叶轮3内经过压缩增压形成高压空气；然后，高压空气通过进气通道进入燃烧室4与燃料混合燃烧产生高温高压燃气；接着，将高温高压燃气引入径向气流通道以使气流对向心涡轮2产生径向冲击，从而驱动涡轮转动，进而带动转轴1旋转。旋转的转轴1一方面能直接驱动压气机叶轮3旋转以提高压气机叶轮3的运行效率，另一方面能实现做功发电以提高发电效率。

向心涡轮2与压气机叶轮3之间设有预留间距，并且结合向心涡轮2与压气机叶轮3的相互背向设置的结构，能够有效降低向心涡轮2向压气机叶轮3传热。并且，扩压器16的设置能够将进气通道与预留间距之间隔开，即将进气通道构造于压气机叶轮3的外缘和向心涡轮2的外缘之间，以避免进气通道内的气流与旋转中的转轴1之间产生相互影响。

由此可见，上述结构设置使得微型燃气轮机的结构更紧凑，降低占地面积并避免管路损失，还能有效提高压气机的运行效率和运行可靠性；并且，能够充分利用燃烧室4流向向心涡轮2的气流沿向心涡轮2的径向产生流速差，以进一步提高向心涡轮2的运行效率。并且，上述的微型燃气轮机还具有运动部件少、功率密度比高、排放低、振动低、噪音低、寿命长以及运行成本低、维护保养方便、模块化、可多台集成扩容等优点。微型燃气轮机能对负荷要求快速反应、电力品质高、联网供电灵活，可用于基本负荷发电、峰时发电、冷热电联供、备用电站、资源利用等场合，并能作为重要的分布式能源装备。

在一些实施例中，如图1所示，为了进一步优化结构，使微型燃气轮机的结构更加紧凑，该微型燃气轮机还包括压气机罩壳18、涡轮罩壳14、安装盘17和导向器5。压气机罩壳18沿径向安装于压气机叶轮3外，并与压气机叶轮3之间间隔设置。压气机罩壳18与压气机叶轮3之间能构成压气机叶轮3的出气口。安装盘17连接于压气机罩壳18并罩装于扩压器16外，安装盘17与扩压器16之间留有能形成进气通道的第一间隙。涡轮罩壳14沿径向安装于向心涡轮2外并与安装盘17连接，燃烧室4位于涡轮罩壳14内。导向器5连接于向心涡轮2与燃烧室4的出气端之间，并位于涡轮罩壳14朝向压气机叶轮3的一侧，导向器5与涡轮罩壳14之间留有能形成径向气流通道的第二间隙。上述设置中，导向器5与扩压器16的连接能够将进气通道构造于压气机叶轮3的外缘和向心涡轮2的外缘之间，并且利用导向器5将进气通道、预留间距以及径向气流通道三者之间彼此隔开，避免气流泄漏，并提高微型燃气轮机的运行稳定性和运行效率。

在一些实施例中，优选扩压器16安装于预留间距中，扩压器16的一端抵靠于压气机叶轮3朝向向心涡轮2的端面，扩压器16的另一端连接于导向器5。该结构设置能更方便的调节预留间距的大小，又能保证预留间距内部的气密性，更可靠的避免进气通道和径向气流通道中的气流泄漏入预留间距中。优选进气通道构造于压气机叶轮3、安装板17和扩压器16中，进气通道具体包括无叶扩压段、径向扩压段以及轴向扩压段，以使气流流过各扩压段时可以增大压比，进而提高整机效率。可以理解的是，因为压气机叶轮3和向心涡轮2之间间隔设置，进而扩压器16的横向延伸长度更长，由此可以在扩压器16与转轴1平齐方向上设置轴向扩压段，由此提高进气通道的进出口压比。基于该设置，将压气机叶轮3与向心涡轮2间隔设置，由此使得位于向心涡轮2一侧的高温不会大量传输至压气机叶轮3一侧，进而减少向心涡轮2至压气机叶轮3一侧的热传导，如此可以使得压气机叶轮3中的各部件不用采用耐热性更好的材料以提高使用寿命，进而起到节省成本的作用。

可理解的，为了对微型燃气轮机进行封严和保护，优选涡轮罩壳14整体罩扣于向心涡轮2背向压气机叶轮3的一端外，并且涡轮罩壳14与安装盘17的一端连接。并且，安装盘17的另一端连接有承力机匣19，该承力机匣19整体罩扣于压气机叶轮3背向向心涡轮2的一端外。进一步的，为了提高压气机叶轮3的进气导向精准性和稳定性，优选在承力机匣19与压气机叶轮3之间连接有进气导流环20，该进气导流环20中构造有气流引入通道，并且利用进气导流环20、承力机匣19以及压气机叶轮3合围形成更大的气体压缩空间，进一步提升压气机叶轮3的运行效率。

可理解的，为了更好的引导燃烧室4的进气气流，优选涡轮罩壳14的内部构造有轴向气流通道，轴向气流通道可以成S型设置以使结构紧凑。该轴向气流通道的进气端与进气通道连通，该轴向气流通道的出气端与燃烧室4的进气端连通。

在一些实施例中，该微型燃气轮机设置有如图2所示的轴系结构。该轴系结构包括如上所述的转轴1、压气机叶轮3和向心涡轮2，具体结构如上所述，在此不再赘述。优选的，该微型燃气轮机还包括调距机构，调距机构安装在压气机叶轮3和向心涡轮2之间的预留间距中，以使上述预留间距的大小可调，从而能够灵活的调节压气机叶轮3和向心涡轮2的间距，以适配不同功率需求。

需要说明的是，为了提高微型燃机的热效率，考虑到将来实际应用中可能需要采用回热器33来回收燃气余热，而在热力发电***中回热循环与传统的简单循环的结构设置以及效率计算有所不同：传统的燃气轮机简单循环，热效率通常是随着增压比增加而增加，而带回热循环热效率却会随着压比的变化存在最优值。该微型燃气轮机通过调节预留间距的大小，还可以灵活构造不同长度的进气通道，从而更方便的在进气通道中拆装回热器33，以实现微型燃气轮机在简单循环和回热循环之间的灵活切换，进而扩大微型燃气轮机的适用范围。因此，该微型燃气轮机的总压比的确定是综合考虑了简单循环和带回热循环下总压比对热效率的影响，能够实现效率最大化。

在一些实施例中，如图1和图2所示，调距机构包括第一定距环8和第二定距环21。第一定距环8和第二定距环21分别设置在压气机叶轮3的轴向两端，以便于以向心涡轮2为基准，灵活调节压气机叶轮3在转轴1上的安装位置，从而灵活调节压气机叶轮3与向心涡轮2之间的预留间距大小，并保证压气机叶轮3与向心涡轮2分别能顶紧在转轴1上，防止运行过程中发生轴向窜动和径向窜动，提高微型燃气轮机的运行稳定性和运行效率。

具体的：第一定距环8套装于转轴1外并位于预留间距中，第一定距环8的两端通过第一封严供油组件活动连接于压气机叶轮3与向心涡轮2之间，第一封严供油组件能够保证第一定距环8在压气机叶轮3与向心涡轮2之间进行灵活调距，并且第一封严供油组件还能够保证第一定距环8在随同转轴1旋转的过程中能够与装配于预定间距中的其它部件之间实现非接触密封；第二定距环21套装于转轴1外，第二定距环21的一端连接于压气机叶轮3背向向心涡轮2的一端，第二定距环21的另一端可活动的密封套装有进气导流环20，即第二定距环21能够配合第一定距环8在压气机叶轮3的两端对压气机叶轮3在转轴1上的装配位置进行灵活调节，并且还能够保证第二定距环21在随同转轴1旋转的过程中能够进气导流环20之间实现非接触密封。

在一些实施例中，第一封严供油组件具体包括第一轴承31、第一封严环9、第二封严环13和第一供油座7。第一轴承31、第一封严环9、第二封严环13和第一供油座7都装配在压气机叶轮3和向心涡轮2之间的预定间距中。具体的：第一轴承31套装并支承于转轴1外，且位于第一定距环8背向向心涡轮2的一端；第一封严环9套装于转轴1外并可活动的密封连接于扩压器16内，第一封严环9顶紧安装于第一轴承31与压气机叶轮3之间，第一封严环9能随同转轴1旋转并与扩压器16的轴孔之间实现非接触密封；第二封严环13的一端与导向器5连接，第二封严环13的另一端可活动的密封连接于第一定距环8朝向向心涡轮2的端部外；第一供油座7套装于第一轴承31外，第一供油座7的一端与扩压器16连接，第一供油座7的另一端通过挡油环6可活动的密封连接于第一定距环8朝向压气机叶轮3的端部外。第一定距环8能随同转轴1旋转，并且，第一定距环8的一端与第二封严环13的轴孔之间能实现非接触密封，第一定距环8的另一端与挡油环6的轴孔之间能实现非接触密封。

在一些实施例中，调距机构还包括顶紧组件，顶紧组件能够分别顶紧在向心涡轮2背向压气机轮机的一端以及第二定距环21背向压气机叶轮3的一端，从而使第一定距环8、第二定距环21和顶紧结构相互配合实现向心涡轮2和压气机叶轮3的装配定位和间距调控。

具体的，顶紧组件包括第一螺母11、第二螺母28和第二轴承32。其中，第一螺母11套装于转轴1外，并顶紧安装于向心涡轮2背向压气机叶轮3的一端；第二螺母28套装于转轴1外，并顶紧安装于进气导流环20背向压气机叶轮3的一端。第一螺母11和第二螺母28分别从转轴1两端对向心涡轮2和压气机叶轮3实现顶紧和防脱作用。第二轴承32套装于转轴1外并位于第二定距环21与第二螺母28之间，第二轴承32与位于向心涡轮2和压气机叶轮3之间的第一轴承31相互配合，从而共同在转轴1上实现1-1-0支承方案。第二轴承32的一端通过弹压单元与进气导流环20弹性连接，弹压单元能够在第二轴承32和进气导流环20之间形成缓冲，起到对压气机叶轮3的保护和减振作用；第二轴承32的另一端通过第二封严供油组件与第二螺母28连接，第二封严供油组件能在第二螺母28与第二轴承32之间形成可靠密封，防止漏油漏气。

可理解的，优选弹压单元包括第一压板23、碟簧24和第二压板25。第一压板23连接于进气导流环20，第二压板25连接于第二轴承32，碟簧24弹性连接于第一压板23和第二压板25之间。

可理解的，第二封严供油组件包括挡板27和第二供油座26。挡板27套装于转轴1外并连接于第二螺母28和第二轴承32之间，第二供油座26套装于挡板27外并与进气导流环20连接。

可理解的，进气导流环20与压气机叶轮3连接并构造有压气机叶轮3的进气口A(图1中未示出)，以便于压气机叶轮3的顺畅进气，并保证进入压气机叶轮3的气流更加均匀，即进气导流环20能够对进入压气机叶轮3的气流起整流作用。

需要说明的是，本发明实施例所述的非接触密封是指彼此密封连接的两个部件之间相互不直接接触。上述的非接触密封可以通过篦齿结构或螺旋槽结构实施。其中，篦齿结构通过减小压力差来减少漏气漏油损失。气流或液流在流经篦齿结构的过程中能量、流体压力和流体速度都逐渐损失，从而使气体或液体的能量难以通过篦齿结构，进而实现非接触密封。

具体的：第一封严环9优选为篦齿环，即第一封严环9的外壁构造有篦齿结构，第一封严环9利用篦齿结构与扩压器16的轴孔内壁之间形成迷宫式气封。同理，第一定距环8的两端的外壁分别构造有篦齿结构，第一定距环8的一端与第二封严环13之间通过篦齿结构形成迷宫式气封，进而实现非接触密封；而由于挡油环6连接于第一供油座7，其内部充满有油液，则第一定距环8的另一端与挡油环6之间通过篦齿结构形成迷宫式油封，进而实现非接触密封。

进一步的，第二定距环21的外缘构造有至少两段相间隔设置的篦齿结构。优选的，第二定距环21的外缘构造有两段相间隔设置的篦齿结构，以实现双层非接触密封的结构，其中一段篦齿结构对应的位于进气导流环20的轴孔中朝向压气机叶轮的位置，另一段篦齿结构对应的位于进气导流环20的轴孔中朝向第二轴承32的位置。为适应转轴的工作环境，第一定距环21利用位于进气导流环20的轴孔中朝向压气机叶轮3的位置的篦齿结构形成迷宫式气封，以防止压气机叶轮3内的高压气流泄漏；并且，利用位于进气导流环20的轴孔中朝向第二轴承32的位置的篦齿结构形成迷宫式气封，以防止气流进入第二轴承32的轴腔中，进而破坏转轴1和第二轴承32的工作环境。

可理解的，优选进气导流环20构造有气流通道，该气流通道能连通于上述的两端篦齿结构之间，以便于向各段篦齿结构引入气流以实现迷宫式气封。

可理解的，优选挡油环6连接有第一回油管15。优选进气导流环20还构造有第二回油管29，以便于控制第一轴承31和第二轴承32的轴腔内的油液量。

可理解的，为使压气机叶轮3的空间内部实现高气密性，通过第一螺堵22封堵在该气流通道直通压气机叶轮3的空间内部的端部中；并且，通过第二螺堵30封堵在第二回油管29通向压气机叶轮3的空间内部的一端中。利用第一螺堵22和第二螺堵30能实现接触式封严。

可理解的，优选第一供油座7和第二供油座26分别构造有进油口，以便在不影响转轴1的油封封严结构的情况下实现向第一轴承31和第二轴承32以及转轴1分别供油。

可理解的，为了提高第一螺母11在转轴1上对向心涡轮2的锁紧止动作用，优选第一螺母11与向心涡轮2之间设置止动垫圈10。

可理解的，优选燃烧室4为全环燃烧室4，燃烧室4的燃料优选为天然气。该微型燃气轮机的净输出功率大于400KW。

可理解的，压气机叶轮3优选采用单级离心压气机的叶轮结构，叶片与轮盘为整体式结构，共13个叶片至18个叶片，材料型号为K417G或者2A70。向心涡轮2优选采用单级向心涡轮2结构。转轴1优选支承结构采用1-1-0方案。转轴1优选前后支承的第一轴承31和第二轴承32均采用角接触球轴承，支承跨距至少306mm。优选在第一轴承31和第二轴承32的外缘分别设置弹性环12，以降低支承刚度，增加滚珠轴承支承的阻尼，借以大幅度减小振动。优选压气机叶轮3和向心涡轮2分别与转轴1之间的配合为过盈配合，以实现可靠的扭矩传递。

可理解的，优选进气导流环20与承力机匣19通过螺钉连接。安装盘17与承力机匣19通过螺钉连接。压气机罩壳18与安装盘17通过螺钉连接。

在一些实施例中，该微型燃气轮机还包括回热器33。回热器33的第一换热侧连通于压气机叶轮3和燃烧室4之间的进气通道，以使利用压气机叶轮3产生的高压气流预先通过回热器33产生预热作用，然后再进入燃烧室4内。回热器33的第二换热侧连通于向心涡轮2的第一尾气出口B，以利用向心涡轮2排放的高温尾气预热进气通道内的气流。该结构设置一方面利用预热使得燃烧室4内的燃烧效率得到有力提高；另一方面，如图3和图4对比可见，回热器33的第二回热侧的进气口与向心涡轮2的第一尾气出口B连通，回热器33的第二回热侧的出气口即构成该微型燃气轮机的第二尾气出口C，从而利用回热器33重新回收利用由向心涡轮2的第一尾气出口B排出的高温尾气的余热，并且，还能有效降低该微型燃气轮机的尾气排放的温度。

本发明还提供一种热力发电***，包括：如上所述的微型燃气轮机；以及，发电机35组，连接于微型燃气轮机的向心涡轮2，并能在向心涡轮2的旋转驱动作用下做功发电。该热力发电***既实现传统燃气机轮具有的简单循环，也能通过加装回热器33实现回热循环。并且，通过设置上述的微型燃气轮机，使得该热力发电***具备上述微型燃气轮机的全部优点，具体在此不再赘述。

可理解的，发电机35组优选包括齿轮箱34和发电机35。发电机35与齿轮箱34的动力输出轴连接，齿轮箱34的动力输入轴连接于向心涡轮2或者直接连接于转轴1。

需要说明的是，未安装回热器的微型燃气轮机在热力发电***中能够使热力发电***实施简单循环，即如图3所示；对应的，连接有回热器的微型燃气轮机在热力发电***中能够使热力发电***实施回热循环，即如图4所示。

本发明实施例具体给出热力发电***基于简单布莱顿循环(本发明实施例简称为“简单循环”)的性能计算截面、参数选取和性能结果分别如图3、表1和表2所示。

表1、基于简单循环的热力发电***的相关参数数据表

系数名称	数值
		进气道总压恢复系数	0.98
燃烧室总压恢复系数	0.96
		压气机效率	0.78
燃烧室效率	0.98
		涡轮效率	0.83
机械效率	0.905
		发电机效率	0.9

表2、基于简单循环的热力发电***的总体性能结果表

本发明实施例具体给出热力发电***基于回热布莱顿循环(本发明实施例简称为“回热循环”)的性能计算截面、参数选取和性能结果分别如图4、表3和表4所示。

表3、基于回热循环的热力发电***的相关参数数据表

系数名称	数值
		进气道总压恢复系数	0.98
回热器总压恢复系数	0.96
		燃烧室总压恢复系数	0.96
压气机效率	0.78
		燃烧室效率	0.98
涡轮效率	0.83
		机械效率	0.905
发电机效率	0.9
		回热器漏气率	0.01

表4、基于回热循环的热力发电***的总体性能结果表

基于上述内容可知，本发明实施例所述的微型燃气轮机能够分别实施简单循环和回热循环以确定压气机压比，并且能够实现运行效率最大化。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种微型燃气轮机，其特征在于，包括：

转轴；

压气机叶轮，套装于所述转轴外；

向心涡轮，套装于所述转轴外，并背向设置于所述压气机叶轮的一侧，所述向心涡轮与所述压气机叶轮之间设有预留间距；

燃烧室，连接于所述向心涡轮的外缘，所述燃烧室的出气端通过径向气流通道与所述向心涡轮连通；

扩压器，连接于所述压气机叶轮与所述向心涡轮的外缘之间，以在所述压气机叶轮的出气口与所述燃烧室的进气端之间构造进气通道；

压气机罩壳，沿径向安装于所述压气机叶轮外，并与所述压气机叶轮之间间隔设置，以构成所述压气机叶轮的出气口；

安装盘，连接于所述压气机罩壳并罩装于所述扩压器外，所述安装盘与所述扩压器之间留有能形成所述进气通道的第一间隙；

涡轮罩壳，沿径向安装于所述向心涡轮外并与所述安装盘连接，所述燃烧室位于所述涡轮罩壳内；

导向器，连接于所述向心涡轮与所述燃烧室的出气端之间，并位于所述涡轮罩壳朝向所述压气机叶轮的一侧，所述导向器与所述涡轮罩壳之间留有能形成所述径向气流通道的第二间隙；

调距机构，所述调距机构包括：

第一定距环，套装于所述转轴外并位于所述预留间距中，所述第一定距环的两端通过第一封严供油组件活动连接于所述压气机叶轮与所述向心涡轮之间；

第二定距环，套装于所述转轴外，所述第二定距环的一端连接于所述压气机叶轮背向所述向心涡轮的一端，所述第二定距环的另一端外可活动的密封套装有进气导流环，所述进气导流环与所述压气机叶轮连接并构造有所述压气机叶轮的进气口。

2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述扩压器安装于所述预留间距中，所述扩压器的一端抵靠于所述压气机叶轮朝向所述向心涡轮的端面，所述扩压器的另一端连接于所述导向器。

3.根据权利要求1所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述第一封严供油组件包括：

第一轴承，套装并支承于所述转轴外，且位于所述第一定距环背向所述向心涡轮的一端；

第一封严环，套装于所述转轴外并可活动的密封连接于所述扩压器内，所述第一封严环顶紧安装于所述第一轴承与所述压气机叶轮之间；

第二封严环，一端与所述导向器连接，另一端可活动的密封连接于所述第一定距环朝向所述向心涡轮的端部外；

第一供油座，套装于所述第一轴承外，所述第一供油座的一端与所述扩压器连接，所述第一供油座的另一端通过挡油环可活动的密封连接于所述第一定距环朝向所述压气机叶轮的端部外。

4.根据权利要求1所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述调距机构还包括顶紧组件，所述顶紧组件包括：

第一螺母，套装于所述转轴外，并顶紧安装于所述向心涡轮背向所述压气机叶轮的一端；

第二螺母，套装于所述转轴外，并顶紧安装于所述进气导流环背向所述压气机叶轮的一端；

第二轴承，套装于所述转轴外并位于所述第二定距环与所述第二螺母之间，所述第二轴承的一端通过弹压单元与所述进气导流环弹性连接，所述第二轴承的另一端通过第二封严供油组件与所述第二螺母连接。

5.根据权利要求4所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述弹压单元包括第一压板、碟簧和第二压板，所述第一压板连接于所述进气导流环，所述第二压板连接于所述第二轴承，所述碟簧弹性连接于所述第一压板和所述第二压板之间。

6.根据权利要求4所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述第二封严供油组件包括挡板和第二供油座，所述挡板套装于所述转轴外并连接于所述第二螺母和所述第二轴承之间，所述第二供油座套装于所述挡板外并与所述进气导流环连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的微型燃气轮机，其特征在于，还包括回热器，所述回热器的第一换热侧连通于所述压气机叶轮和所述燃烧室之间的进气通道，所述回热器的第二换热侧连通于所述向心涡轮的第一尾气出口。

8.一种热力发电***，其特征在于，包括：

如权利要求1至7任一项所述的微型燃气轮机；

发电机组，连接于所述微型燃气轮机的向心涡轮，并能在所述向心涡轮的旋转驱动作用下做功发电。

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