CN113339138B - 一种燃气轮机发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型燃气轮机发电机，涉及发电设备技术领域，包括：固定机架、机匣、燃气轮机、电机定子、电机转子，所述固定机架上，前端固定机匣，后端固定燃气轮机，燃气轮机与机匣固定，燃气轮机外部机匣固定电机转子，机匣内部固定电机定子。所述的燃气轮机包括启动电机、压气机、燃烧室、涡轮、中间连轴，其中启动电机与压气机固定在中间连轴上，燃烧室前段固定在中间连轴空腔内，后段为连接器结构，涡轮通过连接器与压气机转子机匣固连。本发明提供一种燃气轮机与发电机一体式发电，具有分段燃烧、冷却散热、机动灵活、适用于城区紧急供电与野外抢险作业等工况特点的新型燃气轮机发电机。

Description

一种燃气轮机发电机组

技术领域

本发明涉及发电设备技术领域，尤其是一种燃气轮机发电机组。

背景技术

随着经济的飞速发展，电力***已成为我国不可或缺的重要组成部分，在城市的公共安全体系中发挥着不可替代的作用。但国内基础设施建设相对滞后，电力保护相对薄弱，一旦发成破坏，将对城市的公共安全造成威胁，因此移动式应急燃气轮机发电机组广泛应用于城市应急供电与野外抢险。目前燃气轮机发电机组基本采用燃气轮机核心机带动发电机组合发电形式，其本身体积大、重量重，在复杂地形中移动不灵活，影响作业进度。

对目前已知的燃气轮机发电机分析，以公告号为CN112682172A和名称为“一种车载应急燃气轮机发电机组”等为代表的专利是将传统的燃气轮机发电机组集成到卡车上，构成车载燃气轮机发电机组，以燃气轮机的起动动力源带动发电机完成机组的起动，并未涉及将发电机与燃气轮机集成。以公告号为CN111042924A和名称为“一种转子***及微型燃气轮机发电机组”等为代表的专利是采用一体式旋转轴连接微型燃气轮机转子与发电机转子，轴承壳体和发电机的定子部分设置有进气道，使压气机的进气可通过轴承壳体以及发电机的定子中的进气道进入压气机，保证压气机的充足进气。以公告号为CN212929210U和名称为“一种燃气轮机发电机的减震装置”等为代表的专利是通过弹簧与橡胶块减轻燃气轮机发电机对底面的影响，避免刚性连接，增加机组的使用寿命。此外，目前的燃气轮机采用压气机转子、涡轮与传动轴一体联动、环形燃烧室结构，此结构限制了燃气轮机只能由传动轴输出且与发电机组串联发电，使得其体积缩小与进气受到影响。

因此为适应现代应急燃气轮机发电机小型化、轻量化、移动灵活、适应性强的特点，研制一款将燃气轮机与发电机组集成的应急用燃气轮机发电机十分必要，可最大程度上减少零件数量，简化结构，降低生产成本。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种燃气轮机发电机组，结构简单，成本低廉，缩小设备体积，减轻设备重量，提高了设备的灵活性和适应性，适用于城内应急供电与野外抢险作业，其自身机动灵活，适用复杂地形作业，简化了燃气轮机发电机结构，保证内部油气有效掺混与冷却，保持合理的油气混合比，实现充分燃烧。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种燃气轮机发电机组，包括固定机架、机匣、燃气轮机、电机转子、电机定子，所述固定机架的前端固定连接有机匣，固定机架的后端固定连接有燃气轮机，燃气轮机外部设置有电机转子，机匣内部设置有电机定子；所述的燃气轮机包括启动电机、压气机、燃烧室、涡轮、中间连轴，所述中间连轴固定连接在机匣上，启动电机固定连接在中间连轴上，压气机通过轴承套接在中间连轴上，燃烧室的前段固定连接在中间连轴的空腔内，燃烧室的后端为与涡轮连接的连接器，连接器与涡轮固定连接，涡轮外端通过轴承套接在固定在机架上；启动电机带动压气机压缩空气，达到启动转速后，燃烧室注入煤油点火燃烧，带动后端涡轮转动，之后涡轮带动压气机一体联动，此时启动电机停止工作，依靠持续燃烧产生的高温高压气体带动涡轮转动，压气机外圈固定的电机转子通过高速旋转使电机定子产生电流为外部供电。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的机匣包括头锥、前机匣、中机匣，头锥与前机匣固定连接，前机匣内部肋板中空，前机匣的上部为中空箱体，前机匣的箱体上设置有连接盖，连接盖上设置有电子插头安装孔且连接盖内固定有与油管连接的快速接头，前机匣两侧设置有与中间连轴活动连接的吊耳。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的压气机采用前四级后五级的九级压缩形式，包括风扇、压气机静子、压气机转子、泄气隔断，风扇具有内外风道，内风道气体进入压气机压缩，风扇与带有筒状机匣的压气机转子通过螺钉固定连接，风扇内圈固定连接有启动电机转子和轴承Ⅰ外圈，压气机转子包括八级结构，第八级转子内圈与轴承Ⅱ外圈相配合，压气机静子包括九级结构，压气机静子固定在中间连轴上，压气机静子上设置有小孔，前三级静子与中间连轴固定连接，第四级静子与中间连轴固定连接，第五级至第八级静子通过键Ⅳ连接，轴承Ⅱ通过键Ⅲ对第九级静子进行定位，中间泄气隔断位于两段压气机之间，中间泄气隔断与中间连轴配合，且泄气隔断与中间连轴上设置有泄气孔。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的燃烧室包括前段燃烧室与后段燃烧室，前段燃烧室包括火焰筒、旋流器、燃油喷嘴、油嘴连接件、点火线、尾喷口，后段燃烧室包括连接器，其中前段燃烧室固定连接在中间连轴空腔中，后段燃烧室与第八级转子和涡轮通过螺钉固连，前端燃烧室的油嘴连接件固定连接在中间连轴的空腔内，油嘴连接件与燃油喷嘴通过螺纹进行连接，燃油喷嘴与旋流器相配合，旋流器与火焰筒相配合，尾喷口与火焰筒的出口相配合且固定在中间连轴与第九级静子上。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的涡轮为锥形筒状结构，涡轮的前端设置有扩张口空腔，涡轮的后端设置有输出叶片。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述电机转子为磁铁，电机转子固定连接在压气机转子外圈并随压气机转子一起转动；所述的电机定子上设置有作为发电输出的线圈，电机定子与中机匣通过螺钉固定连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的中间连轴为阶梯轴，中间连轴上设置有键槽、螺钉孔、泄气孔、滑油孔，所述滑油孔中设置有通向压气机静子上的滑油的孔油管。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的后支撑为中间设置有导流叶片的环状结构，后支撑上固定连接有后支撑连接件，后支撑的内部连接润滑油管，后支撑上设置有通向轴承Ⅲ的油管孔。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的电机转子、电机定子、中间连轴的中轴位于同一竖直平面内，压气机的前端设置有组件遮挡。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述的风扇外风道产生的气流流经电机定子。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明结构简单，成本低廉，缩小了设备体积，减轻了设备重量，提高了设备的灵活性和适应性，所述的燃气轮机发电机可适用于城内应急供电与野外抢险作业，其自身机动灵活，可适用复杂地形作业。

本发明所述的燃气轮机工作时，可带动自身固定的电机转子运动实现发电，简化了燃气轮机发电机结构。

本发明具有分段燃烧与压气机分段压缩功能，可保证内部油气有效掺混与冷却，保持合理的油气混合比，实现充分燃烧。

本发明所述的发电机组件沿中间连轴径向布置，压气机前端设置有组件遮挡，可以保证压气机充足的进气，提高燃烧效率。

本发明所述压气机前端设置有大风扇，其产生的气流流经发电机定子，因此可以给发电机散热，省去加装发电机散热片，降低了燃气轮机发电机的重量

与现有技术相比，更加快速有效实现搬运、发电功能，适用范围广，有效保证发电稳定性，提高了发电效率，具备广泛的推广使用价值。

所述滑油孔中设置有通向压气机静子上的滑油的孔油管，对轴承Ⅰ与轴承Ⅱ进行有效的润滑。

附图说明

图1是本发明所述的一种应急燃气轮机发电机的结构示意图；

图2是本发明所述的一种应急燃气轮机发电机轴侧图；

图3是本发明所述的固定机架的结构示意图；

图4是本发明所述的机匣的结构示意图；

图5是本发明所述的燃气轮机的结构示意图；

图6是本发明所述的燃气轮机轴侧图；

图7是本发明所述的压气机的结构示意图；

图8是本发明所述的压气机轴测图；

图9是本发明所述的燃烧室的结构示意图；

图10是本发明所述的涡轮轴测图；

图11是本发明所述的电机转子轴测图；

图12是本发明所述的电机定子轴测图；

图13是本发明所述的中间连轴轴测图；

图14是本发明所述的后支撑的结构示意图；

图15是本发明所述的后支撑的轴测图；

其中，1、固定机架，2、机匣，3、燃气轮机，4、电机转子，5、电机定子，11、底板，12、支架Ⅰ，13、支架Ⅰ上盖，14、连接板，15、连接轴，16、支架Ⅱ上盖，17、支架Ⅱ，18、支架Ⅳ，19、橡胶垫，20、支架Ⅲ上盖，21、支架Ⅲ，22、头锥，23、前机匣，24、连接盖，25、快速接头，26、中机匣，27、启动电机，28、挡圈Ⅱ，29、防松螺母，30、中间连轴，31、键Ⅰ，32、键Ⅱ，33、挡圈Ⅰ，34、轴承Ⅰ，35、压气机，36、轴承Ⅱ，37、连接器，38、涡轮，39、后支撑，40、燃烧室，41、挡片，42、轴承Ⅲ，43、密封环，44、风扇，45、压气机转子，46、键Ⅳ，47、压气机静子，48、泄气隔断，49、键Ⅲ，50、点火线，51、火焰筒，52、尾喷口，53、旋流器，54、燃油喷嘴，55、油嘴连接件，56、后支撑连接件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1、2所示，所述的一种燃气轮机发电机组，采用径向布置，包括：固定机架1、机匣2、燃气轮机3、电机转子4、电机定子5，在所述固定机架1上，其前端固定机匣2，其后端固定燃气轮机3，燃气轮机3外部设置有电机转子4，机匣2内部设置有电机定子5；所述的燃气轮机3包括启动电机27、压气机35、燃烧室40、涡轮38、中间连轴30，所述中间连轴30固定连接在机匣2上，启动电机27固定连接在中间连轴30上，压气机35通过轴承套接在中间连轴30上，燃烧室40的前段固定连接在中间连轴30的空腔内，燃烧室40的后端为与涡轮38连接的连接器37，连接器37与涡轮38固定连接，涡轮38外端通过轴承套接在固定在机架1上，燃气轮机3与机匣2固定连接，燃气轮机3外部固定电机转子4，机匣2内部固定电机定子5，涡轮38通过连接器37与压气机转子45机匣固连。涡轮38的外端与轴承Ⅲ42内圈配合，轴承Ⅲ42外圈与后支撑39配合，后支撑39固定于支架Ⅲ21上，所述的电机转子4固定在压气机转子45的机匣上。启动电机27为24v直流电机，通过锂电池进行供电，工作时启动电机27转动到一定转速，带动压气机35进行空气压缩，分段压缩后的空气一部分进入中间连轴30空腔的燃烧室40，一部分进入后段燃烧室的连接器37进行分段燃烧，燃烧后的高温燃气在涡轮38空腔中膨胀压缩带动涡轮38旋转，而后涡轮38带动压气机35一体联动，此时启动电机27停止工作，依靠持续燃烧产生的高温高压气体带动涡轮38转动，压气机35外圈固定的电机转子4通过高速旋转使电机定子5产生电流，为外部供电。

如图3所示，所述的固定机架1包括底板11、支架Ⅰ12、支架Ⅱ17、连接板14、连接轴15、支架Ⅰ上盖13、支架Ⅱ上盖16、支架Ⅲ21、支架Ⅲ上盖20、橡胶垫19、支架Ⅳ18，支架Ⅰ12与支架Ⅱ17、支架Ⅲ21固定在底板11上，支架Ⅰ12和支架Ⅱ17之间通过螺栓固定连接板14，支架Ⅰ12和支架Ⅱ17上设置有凹槽，连接轴15固定在凹槽中，支架Ⅰ上盖13、支架Ⅱ上盖16分别与支架Ⅰ12、支架Ⅱ17通过螺栓固定，支架Ⅲ21与支架Ⅲ上盖20通过螺栓连接，支架Ⅲ21固定在底板11上，支架Ⅳ18固定在底板11上且位于支架Ⅰ12与支架Ⅲ21之间，支架Ⅳ18中固定有橡胶垫19，与机匣2接触起到减震作用。

如图2、4所示，所述的机匣2包括头锥22、前机匣23、中机匣26，头锥22与前机匣23通过螺钉连接，前机匣23内部肋板中空，上部为中空箱体，作为管路和线路，前机匣23箱体上设置有连接盖24，连接盖24上设置有电子插头安装孔且连接盖24内固定有连接油管的快速接头25，可连接外部油泵、电机控制器、点火器等器件，前机匣23两侧设置有吊耳，与连接轴15活动连接。

如图5、6、14所示，所述的燃气轮机3包括启动电机27、压气机35、燃烧室40、涡轮38、中间连轴30，启动电机27定子通过键Ⅱ32固定在中间连轴30上，启动电机27转子外圈与压气机35配合，压气机35与轴承Ⅰ34、轴承Ⅱ36外圈配合，轴承Ⅰ34、轴承Ⅱ36内圈固定在中间连轴30上，轴承Ⅰ34与启动电机27之间设置有挡片41与挡圈Ⅰ33，进行轴承Ⅰ34的密封与启动电机27的定位，启动电机27与前机匣23之间通过挡圈Ⅱ28进行定位，燃烧室40的前段固定于中间连轴30空腔内，燃烧室40的后段连接压气机35与涡轮38，涡轮38外端与轴承Ⅲ42内圈配合，轴承Ⅲ42外圈与后支撑39配合，后支撑39固定于支架Ⅲ21上，后支撑39通过螺钉固定有密封环43，中间连轴30通过防松螺母29和键Ⅰ31与前机匣23固定。

如图7、8所示，所述的压气机35采用前四级后五级的九级压缩形式，包括风扇44、压气机静子47、压气机转子45、泄气隔断48，风扇44具有内外风道，内风道气体进入压气机35压缩，外部气体流经燃气涡轮3与机匣2之间的通道，对电机定子5起到冷却作用，风扇44与带有筒状机匣的压气机转子45通过螺钉连接，风扇44内圈固定有启动电机27转子和轴承Ⅰ34外圈，压气机转子45共八级，每级之间通过螺钉连接，第八级转子内圈与轴承Ⅱ36外圈配合，压气机静子47共九级，固定在中间连轴30上且设置有小孔，可通入润滑油管，前三级静子通过键Ⅲ49与中间连轴30连接，第四级静子与中间连轴30通过螺栓连接，第五级至第八级静子通过键Ⅳ46连接，轴承Ⅱ36通过键Ⅲ49与第九级静子进行定位，中间泄气隔断48与中间连轴30配合，且泄气隔断48中间连轴30上存在泄气孔。

如图5、9所述，所述的燃烧室40采用分段燃烧的方式，分为前段燃烧室与后段燃烧室，前段燃烧室包括火焰筒51、旋流器53、燃油喷嘴54、油嘴连接件55、点火线50、尾喷口52，连接器37为后段燃烧室40，其中前段燃烧室固定于中间连轴30空腔中，后段燃烧室与第八级转子和涡轮38通过螺钉固连，前端燃烧室油嘴连接件55固定在中间连轴30空腔内，与燃油喷嘴54螺纹连接，燃油喷嘴54与旋流器53配合，旋流器53与火焰筒51配合，尾喷口52与火焰筒51出口配合且固定在中间连轴30与第九级静子上。

如图10所示，所述的涡轮38为锥形筒状一体式结构，前端为扩张口空腔，进行高温燃气膨胀压缩，后端有输出叶片。

如图11所示，所述的电机转子4为磁铁，固定在压气机转子45外圈，随压气机转子45一起转动。

如图12所示，所述的电机定子5上有线圈，作为发电输出，电机定子5与中机匣26通过螺钉固定。

如图13所示，所述的中间连轴30为阶梯轴，且设置有键槽、螺钉孔、泄气孔、滑油孔，滑油孔中的油管通向压气机静子47上的滑油孔，分别对轴承Ⅰ34与轴承Ⅱ36进行润滑。

如图14、15所示，所述的后支撑39为环状结构，中间有导流叶片，流过的压缩空气对涡轮38进行冷却，后支撑39上固定有后支撑连接件56，内部连接润滑油管，后支撑39上设置有油管孔，通向轴承Ⅲ42，进行润滑。

本发明的保护范围并不局限于以上内容，相关技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案进行的变更和修改，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机发电机组，其特征在于：包括固定机架（1）、机匣（2）、燃气轮机（3）、电机转子（4）、电机定子（5），所述固定机架（1）的前端固定连接有机匣（2），固定机架（1）的后端固定连接有燃气轮机（3），燃气轮机（3）外部设置有电机转子（4），机匣（2）内部设置有电机定子（5）；所述的燃气轮机（3）包括启动电机（27）、压气机（35）、燃烧室（40）、涡轮（38）、中间连轴（30），所述中间连轴（30）固定连接在机匣（2）上，启动电机（27）固定连接在中间连轴（30）上，压气机（35）通过轴承套接在中间连轴（30）上，燃烧室（40）的前段固定连接在中间连轴（30）的空腔内，燃烧室（40）的后端为与涡轮（38）连接的连接器（37），连接器（37）与涡轮（38）固定连接，涡轮（38）外端与轴承Ⅲ（42）内圈配合，轴承Ⅲ（42）外圈与后支撑（39）配合，后支撑（39）固定于支架Ⅲ21上；启动电机（27）带动压气机（35）压缩空气，达到启动转速后，燃烧室（40）注入煤油点火燃烧，带动后端涡轮（38）转动，之后涡轮（38）带动压气机（35）一体联动，此时启动电机（27）停止工作，依靠持续燃烧产生的高温高压气体带动涡轮（38）转动，压气机（35）外圈固定的电机转子（4）通过高速旋转使电机定子（5）产生电流为外部供电；

所述的压气机（35）采用前四级后五级的九级压缩形式，包括风扇（44）、压气机静子（47）、压气机转子（45）、泄气隔断（48），风扇（44）具有内外风道，内风道气体进入压气机（35）压缩，风扇（44）与带有筒状机匣的压气机转子（45）通过螺钉固定连接，风扇（44）内圈固定连接有启动电机（27）转子和轴承Ⅰ（34）外圈，压气机转子（45）包括八级结构，第八级转子内圈与轴承Ⅱ（36）外圈相配合，压气机静子（47）包括九级结构，压气机静子（47）固定在中间连轴（30）上，压气机静子（47）上设置有小孔，前三级静子与中间连轴（30）固定连接，第四级静子与中间连轴（30）固定连接，第五级至第八级静子通过键Ⅳ（46）连接，轴承Ⅱ（36）通过键Ⅲ（49）对第九级静子进行定位，中间泄气隔断（48）位于两段压气机（35）之间，中间泄气隔断（48）与中间连轴（30）配合，且泄气隔断（48）与中间连轴（30）上设置有泄气孔。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的机匣（2）包括头锥（22）、前机匣（23）、中机匣（26），头锥（22）与前机匣（23）固定连接，前机匣（23）内部肋板中空，前机匣（23）的上部为中空箱体，前机匣（23）的箱体上设置有连接盖（24），连接盖（24）上设置有电子插头安装孔且连接盖（24）内固定有与油管连接的快速接头（25），前机匣（23）两侧设置有与中间连轴（30）活动连接的吊耳。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的燃烧室（40）包括前段燃烧室与后段燃烧室，前段燃烧室包括火焰筒（51）、旋流器（53）、燃油喷嘴（54）、油嘴连接件（55）、点火线（50）、尾喷口（52），后段燃烧室包括连接器（37），其中前段燃烧室固定连接在中间连轴（30）空腔中，后段燃烧室与第八级转子和涡轮（38）通过螺钉固连，前端燃烧室的油嘴连接件（55）固定连接在中间连轴（30）的空腔内，油嘴连接件（55）与燃油喷嘴（54）通过螺纹进行连接，燃油喷嘴（54）与旋流器（53）相配合，旋流器（53）与火焰筒（51）相配合，尾喷口（52）与火焰筒（51）的出口相配合且固定在中间连轴（30）与第九级静子上。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的涡轮（38）为锥形筒状结构，涡轮（38）的前端设置有扩张口空腔，涡轮（38）的后端设置有输出叶片。

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述电机转子（4）为磁铁，电机转子（4）固定连接在压气机转子（45）外圈并随压气机转子（45）一起转动；所述的电机定子（5）上设置有作为发电输出的线圈，电机定子（5）与中机匣（26）通过螺钉固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的中间连轴（30）为阶梯轴，中间连轴（30）上设置有键槽、螺钉孔、泄气孔、滑油孔，所述滑油孔中设置有通向压气机静子（47）上的滑油的孔油管。

7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的后支撑（39）为中间设置有导流叶片的环状结构，后支撑（39）上固定连接有后支撑连接件（56），后支撑（39）的内部连接润滑油管，后支撑（39）上设置有通向轴承Ⅲ（42）的油管孔。

8.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的电机转子（4）、电机定子（5）、中间连轴（30）的中轴位于同一竖直平面内，压气机（35）的前端设置有组件遮挡。

9.根据权利要求1所述的一种燃气轮机发电机组，其特征在于：所述的风扇（44）外风道产生的气流流经电机定子（5）。

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