[发明专利]一种基于气浮轴承的闭式循环涡轮发电系统转子结构

说明书

本发明涉及一种基于气浮轴承的闭式循环涡轮发电系统转子结构，包括锁紧螺母、压气机叶轮、复合轴套、连接轴套、过渡轴套、电机轴、固定轴套、径向轴套和涡轮转子。所述压气机叶轮上有外螺纹，所述复合轴套上有同轴向止推轴承配合的环形端面，所述连接轴套一端有内螺纹、另一端有外螺纹，所述电机轴的一端有与过渡轴套相装配的内螺纹，所述电机轴的另一端有与涡轮转子外螺纹相装配的内螺纹，所述固定轴套有与涡轮转子外螺纹相装配的内螺纹，所述涡轮转子上有同固定轴套内螺纹和电机轴内螺纹相装配的外螺纹。该转子结构针对气浮轴承的特点，能够提高闭式循环涡轮发电系统的可靠性。

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，具体涉及一种基于气浮轴承的闭式循环涡轮发电系统转子结构。

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。典型闭式循环径流涡轮发电系统主要由涡轮、压气机、轴承、发电机、回热器、联轴器等零部件组成。

闭式循环径流涡轮发电系统的转子主要包括涡轮与压气机叶轮转子以及发电机转子两部分，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。现有的闭式循环径流涡轮发电系统转子主要由涡轮转子、主轴、压气机叶轮、电机轴、联轴器等零部件装配而成。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，有的闭式循环涡轮发电系统的转子转速甚至达到十几万转/分钟，转子一旦发生故障，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，合理设计转子结构对于保证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通常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。转子采用过盈连接结构，虽然可以在一定程度上保证各部件之间的同轴度，但是由于过盈连接强度取决于各零部件之间的装配尺寸及公差，对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和热载荷的影响，连接部位的实际过盈量会减小，连接强度和刚度得不到保证，转子零件易产生松脱，严重影响闭式循环涡轮发电系统的工作可靠性。

针对闭式循环径流涡轮发电系统转子和轴承的特点以及使用要求，合理设计转子结构，降低装配过程对转子的刚度与制造精度的影响，是提高转子运转稳定性和保证闭式循环涡轮发电系统可靠性的关键。

发明内容

本发明针对闭式循环径流涡轮发电系统转子设计问题，提出了一种基于气浮轴承的闭式循环涡轮发电系统转子结构。根据闭式循环涡轮发电系统涡轮叶轮、压气机叶轮和电机的尺寸参数，通过合理设计锁紧螺母、压气机叶轮、复合轴套、连接轴套、过渡轴套、电机轴、固定轴套、径向轴套和涡轮转子的结构尺寸以及螺纹装配力矩。在完成转子组成零部件加工的基础上，首先完成涡轮端径向轴套组件和电机轴的装配，其次完成涡轮端径向轴套组件、电机轴同涡轮转子之间的装配，然后完成过渡轴套同电机轴之间的装配、压气机端复合轴套组件的装配，最后完成压气机端复合轴套组件同过渡轴套的装配以及压气机叶轮同压气机端复合轴套组件、涡轮转子之间的装配，并将锁紧螺母装配在涡轮转子上，实现对转子结构的锁紧，形成完整的涡轮发电系统转子结构。该转子减少了支承点数量，能够增强转子刚性，降低转子的制造与装配难度，可显著提高闭式循环径流涡轮发电系统的运行稳定性与结构可靠性。

本发明的技术方案：