[发明专利]轴向载荷管理系统

说明书

本发明公开了一种用于涡轮机的轴向载荷管理系统，该轴向载荷管理系统包括旋转动力传动系统、推力轴承组件、传感器和阀供给管线。该旋转动力传动系统包括由封闭流动路径流体地耦接在一起的压缩机区段和膨胀机区段。该推力轴承组件包括推力镜板、推力轴承外壳以及在该推力镜板与该推力轴承外壳之间延伸的气体推力轴承。此外，该气体推力轴承支撑该旋转动力传动系统。该传感器附接到该推力轴承外壳或该气体推力轴承中的至少一者。该阀供给管线流体地耦接到该封闭流动路径。定位在该阀供给管线内的阀选择性地允许工作流体在该封闭流动路径与由旋转表面和固定表面限定的推力室之间流动以修改该旋转动力传动系统上的轴向载荷。

联邦资助研究

本发明根据能源部的合同号DE-EE0007109由政府支持完成。政府可能对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明主题整体涉及轴向载荷管理系统，或更具体地涉及用于气体推力轴承的推力轴承载荷管理系统。

背景技术

涡轮机通常按连续流顺序包括压缩机区段、热交换区段和膨胀机区段。常规涡轮机包括转子组件，这些转子组件具有轴、压缩机叶轮、涡轮、联轴器、密封包装以及其他在给定操作条件下实现最佳操作的元件。这些转子组件具有因重力而生成恒定静态力的质量，并且还因例如操作期间转子组件的不平衡、加速等而生成动态力。除了径向轴力之外，旋转组件还经历由例如涡轮机械级之间的内部压力和涡轮机的推力生成的轴向力。此类涡轮机包括径向轴承和推力轴承以在允许转子组件旋转的同时维持和支撑这些力。例如，这些轴向力之和可产生净轴向力或推力。此类推力可沿前向方向或后向方向。推力轴承可用于吸收该推力并且允许转子组件继续旋转。

涡轮机的旋转动力传动系统(例如，压缩机区段和涡轮区段)通常可由油润滑轴承支撑。然而，油润滑轴承需要附加泵、贮槽和专用流动路径，这可增加涡轮机的成本和/或重量。另外，油润滑轴承可因流体切变而在油膜间隙处生成非期望的热量。一些涡轮机包含利用气体来润滑旋转动力传动系统的气体轴承。某些气体推力轴承可具有比油润滑轴承降低的负载能力，这是由于在与像油一样的液体相比时气体或类似流体具有固有降低的粘度。

因此，期望降低和控制作用于气体推力轴承的轴向推力。

发明内容

各方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。

在一个方面，本公开涉及用于涡轮机的轴向载荷管理系统。轴向载荷管理系统包括旋转动力传动系统、推力轴承组件、传感器和阀供给管线。旋转动力传动系统包括压缩机区段和膨胀机区段。封闭流动路径流体地耦接压缩机区段和膨胀机区段。推力轴承组件包括推力镜板、推力轴承外壳和气体推力轴承。气体推力轴承在推力镜板与推力轴承外壳之间延伸。此外，该气体推力轴承支撑该旋转动力传动系统。该传感器附接到该推力轴承外壳或该气体推力轴承中的至少一者。该阀供给管线流体地耦接到该封闭流动路径。定位在该阀供给管线内的阀选择性地允许工作流体在该封闭流动路径与由旋转表面和固定表面限定的推力室之间流动以修改该旋转动力传动系统上的轴向载荷。

在一个实施方案中，气体推力轴承可与封闭流动路径气密地密封。因此，气体推力轴承可利用工作流体来支撑旋转动力传动系统。在另选的实施方案中，推力室可与封闭流动路径气密地密封。此外，阀可允许工作流体流动并改变推力室的压力。在某些实施方案中，推力室可定位在压缩机区段的高压区域中。在另外一个实施方案中，推力室可定位在压缩机区段的低压区域中。在附加实施方案中，轴向载荷管理系统还可包括热交换器，该热交换器热耦接到封闭流动路径以便向工作流体添加热量。在另一个实施方案中，阀可为第一阀，并且推力室可为第一推力室。在这种实施方案中，轴向载荷管理系统还可包括流体地耦接到封闭流动路径的第二阀。第二阀可选择性地允许工作流体在封闭流动路径与第二推力室之间流动。