[发明专利]一种高紧凑闭式循环径流涡轮发电系统转子

说明书

本发明涉及一种高紧凑闭式循环径流涡轮发电系统转子，包括锁紧螺母、压气机叶轮、轴套、电机轴和涡轮转轴。轴套上有止推环形端面，轴套两端分别有与压气机叶轮和电机轴装配的内圆柱面，轴套上有与涡轮转轴装配的通孔和螺纹孔。在合理设计转子组成零件尺寸参数与完成加工制造的基础上，首先进行电机轴的装配，其次进行电机轴与涡轮转轴的装配，然后进行轴套、电机轴和涡轮转轴的装配，最后进行压气机叶轮、轴套、涡轮转轴和锁紧螺母之间的装配，形成完整的转子结构。该转子可以减小闭式循环径流涡轮发电系统的转子的空间尺寸，有利于实现系统的高紧凑性，同时还可以提高转子刚度，有助于提高涡轮发电系统的工作可靠性。

技术领域

本发明属于闭式循环径流式涡轮发电系统结构设计领域，具体涉及一种高紧凑闭式循环径流涡轮发电系统转子。

背景技术

闭式循环涡轮发电系统作为一种新型高效的热力转化形式，能够借助某种气体工质在闭式环境下通过吸收热量、膨胀做功、放热和压缩等热力过程实现热能向电能的转换。典型的闭式循环径流涡轮发电系统在结构上由涡轮、压气机、电机、回热器等部件组成。

闭式循环径流涡轮发电系统的转子包括由涡轮与压气机组成的动力转子和电机转子两部分，是闭式循环径流涡轮发电系统中最为核心的部件之一，对系统的稳定运行、热电转换效率、可靠性与寿命具有决定性影响。闭式循环径流涡轮发电系统在运转过程中，转子处于高速旋转状态，转速可达几万转/分，有的转速甚至达到十几万转/分。转子结构一旦发生故障，不仅会导致闭式循环系统无法正常工作，而且还会引起闭式循环涡轮发电系统的结构损坏。因此，合理设计转子的结构对于保证闭式涡轮发电系统的可靠性至关重要。

现有闭式循环径流式涡轮发电系统转子组成零部件主要有：涡轮转子、主轴、压气机叶轮、电机轴、联轴器等。零部件之间主要采用过盈装配，并借助联轴器通过过盈连接实现涡轮与压气机叶轮转子同电机转子之间的连接，具体为：主轴通过其两端内孔分别同涡轮转子轮背凸台和压气机叶轮轮背凸台过盈连接在一起形成动力转轴，然后通过联轴器的两端内孔分别同电机轴一端和压气机叶轮进口端轮毂之间的过盈装配，将动力转轴和电机轴连接在一起，形成完整的转子。现有转子结构采用过盈连接，虽然可以在一定程度上保证转子各部件之间的同轴度，但是由于转子过盈连接强度取决于各零部件之间的装配尺寸及其公差，对零件装配部位的加工精度提出了很高要求；加之转子在工作过程中受离心载荷、热载荷和气动载荷的影响，工作时连接部位的实际过盈量会减小，转子的连接强度得不到有效保证，零件间易松脱，严重影响闭式循环涡轮发电系统的工作可靠性。此外，这种转子结构的可重复装配性较差。

闭式循环径流式涡轮发电系统普遍要求具有体积小、重量轻等特点，同时要满足高可靠性与长寿命的使用要求。因此，在满足性能与可靠性要求的前提下，应尽可能减小闭式循环径流式涡轮发电系统的空间尺寸与重量，其中，通过对涡轮发电系统转子结构的优化，减小转子的尺寸，是实现闭式循环径流涡轮发电系统高紧凑性与高功率密度的重要技术途径之一。

发明内容

本发明针对闭式循环径流涡轮发电系统转子结构，提出一种高紧凑闭式循环径流涡轮发电系统转子。根据闭式循环涡轮发电系统的涡轮、压气机和电机的尺寸参数，通过合理设计锁紧螺母、压气机叶轮、轴套、电机轴和涡轮转轴的结构尺寸以及装配工艺参数。在完成转子组成零部件加工的基础上，首先进行电机轴的装配，其次进行电机轴与涡轮转轴的装配，然后进行轴套、电机轴和涡轮转轴的装配，最后进行压气机叶轮、轴套、涡轮转轴和锁紧螺母之间的装配，形成完整的转子结构。该转子采用涡轮和压气机的转轴同电机轴的同轴的结构，可以减小闭式循环径流涡轮发电系统的体积，实现系统的高紧凑，同时可以提高转子的整体刚度，有利于提高系统工作可靠性。

本发明的技术方案：