[发明专利]一种闭式循环涡轮发电系统部件试验转子及其制造方法

说明书

本发明涉及一种闭式循环涡轮发电系统部件试验转子及其制造方法，该转子包括锁紧螺母、压气机叶轮、轴径向复合轴套、连接轴套、电机轴、径向轴套、转轴和涡轮叶轮。结合闭式循环涡轮发电系统部件试验需求，在合理设计转子组成零部件并完成制造的基础上，首先分别进行电机轴装配和转轴与涡轮叶轮的装配，其次进行径向轴套、电机轴与转轴的装配，然后进行连接轴套与电机轴的装配以及轴径向复合轴套与连接轴套的装配，最后进行压气机叶轮与连接轴套以及转轴和锁紧螺母的装配。该转子及其组成零部件具有良好的装配性与互换性，能够实现不同涡轮叶轮、压气机叶轮等零部件的重复装配，更好地满足闭式循环涡轮发电系统部件试验部件的试验验证需求。

技术领域

本发明属于闭式循环径流式涡轮发电系统试验技术领域，具体涉及一种闭式循环涡轮发电系统部件试验转子及其制造方法。

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主要由径流涡轮、径流压气机、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涡轮与压气机转子和发电机转子两部分，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、可靠性与寿命起着决定性的作用。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，其转速可达几万转/分钟，有的甚可达十几万转/分钟以上，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与工艺对于保障闭式涡轮发电系统的可靠性至关重要。

现有的闭式循环径流式涡轮发电系统转子主要包括涡轮转子、主轴、压气机叶轮、电机轴、联轴器等零部件，并借助联轴器通过机械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。现有闭式循环涡轮发电系统转子采用过盈连接结构，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的影响，工作时连接部位的过盈量减小，转子的连接强度和刚度得不到有效保证，转子组成零件间易产生松脱，严重影响闭式循环涡轮发电系统的工作可靠性。此外，这类转子加工质量要求高、可重复装配性差。

在闭式循环径流涡轮发电系统的研制阶段，需要对涡轮与压气机等部件性能与可靠性进行有效的验证，采用现有的闭式循环径流式涡轮发电系统转子结构，将难以实现不同零部件的互换与重复装配。因此，十分有必要针对闭式循环径流式涡轮发电系统关键零部件性能与可靠性试验验证需求，设计与制造闭式循环径流式涡轮发电系统部件试验用转子结构。

发明内容

本发明针对闭式循环径流涡轮发电系统转子部件的试验验证需求，提出了一种闭式循环涡轮发电系统部件试验转子及其制造方法。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，确定锁紧螺母、压气机叶轮、轴径向复合轴套、连接轴套、电机轴、径向轴套、转轴和涡轮叶轮的结构尺寸与装配工艺参数。在完成转子零部件加工的基础上，首先分别进行电机轴装配和转轴与涡轮叶轮的装配，其次进行径向轴套、电机轴与转轴的装配，然后进行连接轴套与电机轴的装配以及轴径向复合轴套与连接轴套的装配，最后进行压气机叶轮与连接轴套、转轴和锁紧螺母的装配。该转子组成零部件之间采用螺纹连接以及过渡装配与端面压紧结构，能够实现涡轮叶轮、压气机叶轮等关键部件的重复装配，有利于开展闭式循环径流式涡轮发电系统转子不同零部件以及不同尺寸零部件的部件特性与结构可靠性试验。

本发明的技术方案：