[发明专利]一种高可靠性涡轮发电系统转子结构与制造工艺

说明书

本发明涉及一种高可靠性涡轮发电系统转子结构与制造工艺。该转子由锁紧螺母、压气机叶轮、复合轴套、电机轴、径向轴套和涡轮转轴组成。根据涡轮、压气机和电机的尺寸参数，通过合理确定转子组成零部件的结构参数以及装配工艺参数，在完成转子组成零部件加工的基础上，首先进行电机轴零部件之间的装配，其次进行径向轴套与涡轮转轴之间以及电机轴与涡轮转轴之间的装配，然后进行复合轴套与电机轴、涡轮转轴之间的装配，最后进行压气机叶轮、复合轴套、涡轮转轴和锁紧螺母之间的装配，形成完整的转子结构。该转子结构能够保证涡轮发电系统转子组成零部件的连接强度与整体刚度，降低转子与轴承之间的磨损，提高涡轮发电系统转子的结构可靠性与工作寿命。

技术领域

本发明属于闭式循环涡轮发电系统结构设计与制造领域，具体涉及一种高可靠性涡轮发电系统转子结构与制造工艺。

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。典型的闭式循环涡轮发电系统主要由涡轮、压气机、起发电机、回热器、管路等零部件组成。

闭式循环涡轮发电系统的转子主要由涡轮与压气机叶轮转轴和电机转轴两部分组成，是闭式循环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、结构可靠性与工作寿命起着决定性的作用。闭式循环涡轮发电系统工作时，转子处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分，有的闭式循环涡轮发电系统转速甚至可达十万转/分以上。高速旋转的转子结构一旦发生故障，不仅会导致闭式循环涡轮发电系统无法正常工作，而且还会引起系统相关结构的损坏。因此，合理设计转子的组成及装配结构对于保证闭式涡轮发电系统的可靠性至关重要。

现有的闭式循环涡轮发电系统的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，并借助联轴器通过过盈连接实现涡轮与压气机叶轮转子同电机轴之间的连接。转子的装配工艺具体为：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。该闭式循环涡轮发电系统的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组成零部件之间的同轴度，但是由于转子连接强度取决于各零部件之间的装配尺寸及公差，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工作载荷影响，连接部位的实际过盈量会有不同程度的降低，转子的连接强度得不到保证，转子组成零件易发生松脱，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。

可靠性是闭式循环涡轮发电系统有效发挥其功能的基础与保证，是闭式循环涡轮发电系统最为重要的技术指标之一。因此，针对闭式循环涡轮发电系统及其轴承结构的特点，合理地设计涡轮发电系统转子的结构及其组成零部件的尺寸，科学地制定转子的制造工艺，是提高闭式循环涡轮发电系统转子结构可靠性的关键，也是实现闭式循环涡轮发电系统长时间稳定运转的保证。

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，提出一种高可靠性涡轮发电系统转子结构与制造工艺。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，在合理确定锁紧螺母、压气机叶轮、复合轴套、电机轴、径向轴套和涡轮转轴结构和工艺参数的基础上，完成转子零部件的加工。首先进行电机轴零部件之间的装配，其次进行径向轴套与涡轮转轴之间以及电机轴与涡轮转轴之间的装配，然后进行复合轴套与电机轴、涡轮转轴之间的装配，最后进行压气机叶轮、复合轴套、涡轮转轴和锁紧螺母之间的装配，形成完整的转子结构。该转子采用螺纹连接方式实现转子零部件之间的装配，可以有效保证涡轮发电系统转子的连接强度与刚度；复合轴套和径向轴套采用具有自润滑和耐高温特性的陶瓷材料或复合材料，能够减小转子与轴承之间的磨损，保证涡轮发电系统转子的结构可靠性。

本发明的技术方案：