[发明专利]一种高速径流式涡轮与压气机复合叶轮

说明书

本发明涉及一种高速径流式涡轮与压气机复合叶轮，主要包括涡轮叶轮、压气机叶轮和过渡轮毂等。涡轮叶轮、压气机叶轮和过渡轮毂采用整体式结构，涡轮叶轮与压气机叶轮位于同一轴线上，过渡轮毂位于压气机叶轮的轮背与涡轮叶轮的轮背之间，复合叶轮通过压气机叶轮侧进气端的进气导流凸台中的盲孔和螺纹孔同转轴之间实现可靠连接。根据闭式布雷顿循环发电系统中涡轮和压气机以及转轴的尺寸参数，在确定复合叶轮结构参数的基础上，完成复合叶轮加工以及复合叶轮同转轴之间的装配。该结构可以减少闭式循环发电系统转动部件数量，降低转子组件的加工难度，提高转子结构的装配精度，保证发电系统的工作可靠性与寿命。

技术领域

本发明属于闭式布雷顿循环热电转换系统结构设计技术领域，具体涉及一种高速径流式涡轮与压气机复合叶轮。

背景技术

闭式布雷顿循环热电转换系统作为一种新型的热电转化形式，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机械功的转换，并通过发电机将机械功进一步转换为电能。闭式布雷顿循环热电转化系统工作过程中，与外界仅有能量交换，而无工质交换。典型的闭式布雷顿循环热电转换系统在结构上主要由涡轮、压气机、发电机、回热器、冷却器、热源等部件组成。

涡轮叶轮与压气机叶轮是闭式布雷顿循环热电转换系统中的高速旋转部件，对闭式布雷顿循环热电转换系统的总体性能与结构布局以及可靠性与寿命有重要影响。闭式布雷顿循环热电转换系统在运转过程中，涡轮叶轮与压气机叶轮处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分。涡轮叶轮与压气机叶轮在高速旋转的同时，不仅实现是机械能与工质总能之间的转换，而且涡轮叶轮与压气机叶轮之间还通过转轴进行功率传递。闭式循环发电系统在工作过程中当涡轮叶轮、压气机叶轮以及连接转轴之间发生相对运动时，不仅会导致闭式布雷顿循环热电转换系统无法正常工作，而且还会引起系统的结构损坏。因此，实现涡轮叶轮与压气机叶轮之间功率及扭矩的可靠传递，是保证闭式布雷顿循环热电转换系统的工作可靠性的关键。

现有的闭式布雷顿循环热电转换系统涡轮叶轮和压气机叶轮采用独立结构，涡轮叶轮同压气机叶轮之间通过转轴相连接，涡轮叶轮同压气机叶轮的扭矩及功率传递完全依靠涡轮叶轮和压气机叶轮同转轴之间的摩擦力来实现。这该结构组成零部件多，可传递的功率或扭矩有限，特别是在大扭矩传递情况下易引起转轴同压气机叶轮或涡轮叶轮连接部位的松脱。因此，针对闭式布雷顿循环热电转换系统径流式涡轮叶轮与压气机叶轮以及转子结构的工作特点，合理设计涡轮叶轮与压气机叶轮结构，可有效提高涡轮叶轮同压气机叶轮的扭矩及功率传递特性，保证闭式布雷顿循环热电转换系统的工作可靠性。

发明内容

本发明针对闭式布雷顿循环热电转换系统结构设计问题，提出了一种高速径流式涡轮与压气机复合叶轮。该复合叶轮中涡轮叶轮、压气机叶轮和过渡轮毂采用整体式结构，涡轮叶轮与压气机叶轮位于同一轴线上，过渡轮毂位于压气机叶轮的轮背与涡轮叶轮的轮背之间，复合叶轮通过压气机叶轮侧进气端的进气导流凸台中的盲孔和螺纹孔同转轴之间实现可靠连接。根据闭式布雷顿循环发电系统中涡轮和压气机以及转轴的尺寸参数，在确定复合叶轮结构参数的基础上，完成复合叶轮加工以及复合叶轮同转轴之间的装配。该结构可以减少闭式循环发电系统转动部件数量，降低转子组件的加工难度，提高转子结构的装配精度，保证发电系统的结构可靠性与寿命。

本发明的技术方案：

一种高速径流式涡轮与压气机复合叶轮包括涡轮叶轮、压气机叶轮和过渡轮毂，所述涡轮叶轮、压气机叶轮和过渡轮毂采用整体式结构，所述涡轮叶轮与压气机叶轮位于同一轴线上；所述压气机叶轮的排气端和涡轮叶轮的进气端相临，所述压气机叶轮的进气端有进气导流凸台，所述进气端导流凸台的中心部位有用于同转轴连接的盲孔，所述盲孔的底部有同转轴相装配的螺纹孔，所述的螺纹孔底部有用于螺纹加工的退刀槽，所述螺纹孔的螺纹旋向同闭式循环发电系统工作时涡轮的旋向相同；所述涡轮叶轮的排气侧端面有用于装夹的六角凸台；所述过渡轮毂位于压气机叶轮的轮背与涡轮叶轮的轮背之间，所述过渡轮毂同涡轮叶轮轮背和压气机叶轮轮背过渡部位有防应力集中圆角，所述过渡轮毂上有密封环槽。