[发明专利]用于气体轴承的气路系统及微型燃气轮机

说明书

本发明公开了一种用于气体轴承的气路系统，包括气源气路、补气气路、轴承气路和缓冲罐，轴承气路的输入端与缓冲罐连通，输出端与气体轴承连通；气源气路的输入端与外部气源连通，输出端与缓冲罐连通，气源气路用于在气体轴承处于静压工作模式或者由动压工作模式切换至静压工作模式时，通过缓冲罐向气体轴承供气；补气气路的输入端与补气气源连通，输出端与缓冲罐连通，补气气路用于在气体轴承由静压工作模式切换至动压工作模式时，通过缓冲罐向气体轴承供气。本发明还公开了包括该气路系统的微型燃气轮机。本发明的气路系统通过设置缓冲罐和补气气路，可以实现气体轴承从“静压工作状态”到“动压工作状态”的平稳切换，保证转子工作状态稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于气体轴承的气路系统，及包括该气路系统的微型燃气轮机，属于轴承技术领域。

背景技术

微型燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件，压气机从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并可通过连接发电机输出电能。

转子高速转动时，转子会受到径向方向的力和轴向方向的力。为了限制旋转轴发生径向和轴向上的移动，转子系统中需要安装径向轴承和推力轴承。传统的径向轴承和推力轴承均为普通的接触式轴承，随着转子转速的提高，尤其是转子转速每分钟超过40000转时，普通的接触式轴承由于存在较大的机械磨损，已不能满足工作转速的需求。因此，研究人员提出了采用非接触性轴承替代原有的机械轴承的方案，其中，最有代表性的是气体轴承。

气体轴承(又称为气浮轴承)指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的轴承，气体轴承采用无接触的支承方式，通过节流孔向轴承间隙提供空气，使其在间隙形成具有一定承载和刚度的润滑气膜，能够减小摩擦力对电机主轴转速的影响。压气机以及涡轮都需要通过气体轴承安装在主轴上，所以气体轴承的运转稳定性决定了整个机组的运行稳定性。

现有的相关技术中，气体轴承可支持静压工作状态和动压工作状态，其中静压工作状态是指通过外部气源向气体轴承供气，轴承通过节流孔向轴表面吹气，以在轴承与轴表面之间的间隙形成具有一定承载和刚度的润滑气膜，工作过程需要外部气源持续供气。动压工作状态是指当微型燃气轮机运行达到一定转速时，利用气体轴承表面的切向运动而形成气体润滑膜，从而不需要外部气源持续供气，只需要在启动阶段燃机转速达到预定转速前供气即可，从而可延长外部气源设备使用寿命。但是，在执行气体轴承的动静压状态切换瞬间，气膜形态会出现波动，影响稳定性。因此，需要研发一种方案以解决在执行气体轴承的动静压状态切换瞬间“气膜形态”出现波动的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种用于气体轴承的气路系统，及包括该气路系统的微型燃气轮机。本发明通过提供具有缓冲罐和补气气路的气路系统来为气体轴承供气，以保证动静压切换时的气膜稳定。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于气体轴承的气路系统，包括气源气路、补气气路、轴承气路和缓冲罐，其中，轴承气路的输入端与缓冲罐连通，输出端与气体轴承连通；

气源气路的输入端与外部气源连通，输出端与缓冲罐连通，气源气路用于在气体轴承处于静压工作模式或者由动压工作模式切换至静压工作模式时，通过缓冲罐向气体轴承供气；

补气气路的输入端与补气气源连通，输出端与缓冲罐连通，补气气路用于在气体轴承由静压工作模式切换至动压工作模式时，通过缓冲罐向气体轴承供气。

进一步地，所述缓冲罐为刚性罐体或弹性罐体；弹性罐体具有自调节功能，可以通过膨胀、收缩的方式来抵消压力波动，增强缓冲效果。