[发明专利]一种高速低应力涡轮发电系统旋转组件结构

说明书

本发明涉及一种高速低应力涡轮发电系统旋转组件结构，包括螺母、轴套、电机轴、主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮。根据闭式布雷顿循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，在确定旋转组件尺寸参数与装配力矩的基础上，完成螺母、轴套、电机轴、主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮的加工，通过依次完成电机轴装配、压气机叶轮与涡轮叶轮装配、主轴与压气机叶轮装配、主轴同电机轴的装配、轴套同电机轴和主轴的装配以及螺母同主轴的装配，形成完整的闭式布雷顿循环热电转换系统旋转组件结构。该结构具有组成部件少、紧凑性好等特点，能够提高径流闭式布雷顿循环发电系统旋转组件的结构强度与可靠性，保证发电系统的服役寿命。

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，具体涉及一种高速低应力涡轮发电系统旋转组件结构。

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、转子及支承结构、回热器等部件组成。

高速旋转组件是闭式布雷顿循环热电转换系统中最为核心的部件，对闭式布雷顿循环热电转换系统的总体性能、结构布局、可靠性与寿命具有决定性的影响。闭式布雷顿循环热电转换系统在运转过程中，旋转部件始终处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分，有的转速甚至达到十几万转/分，旋转部件一旦发生故障，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，合理设计旋转组件结构对于保证闭式布雷顿循环热电转换系统的结构可靠性至关重要。

现有的闭式布雷顿循环热电转换系统旋转组件结构主要由涡轮转轴、主轴、压气机叶轮、电机轴、联轴器等部件装配而成，具体为：通过主轴将涡轮转轴和压气机叶轮连接在一起形成动力转轴，然后借助联轴器将动力转轴和电机轴连接在一起，形成完整的旋转组件。这种旋转组件结构虽然可以有效提高稳定工作转速，但是由于其连接部位多、轴向尺寸大且大量采用过盈连接结构，对组件的加工与装配精度均提出了很高要求，连接强度和刚度保证难度大，影响闭式布雷顿循环热电转换系统的工作可靠性。

针对闭式布雷顿循环热电转换系统转子的特点和使用要求，合理设计旋转组件结构，降低制造及装配工艺难度，是提高和保证闭式布雷顿循环热电转换系统工作可靠性与服役寿命的关键。

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，提出了一种高速低应力涡轮发电系统旋转组件结构，包括螺母、轴套、电机轴、主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮。根据闭式布雷顿循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，在确定旋转组件尺寸参数与装配力矩的基础上，完成螺母、轴套、电机轴、主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮的加工，通过依次完成电机轴装配、压气机叶轮与涡轮叶轮装配、主轴与压气机叶轮装配、主轴同电机轴的装配、轴套同电机轴和主轴的装配以及螺母同主轴的装配，形成完整的闭式布雷顿循环热电转换系统旋转组件结构。该结构具有紧凑性好、刚度大等特点，能够提高径流闭式布雷顿循环发电系统旋转组件结构的连接强度与工作可靠性，保证发电系统的服役寿命。

本发明的技术方案：

一种高速低应力涡轮发电系统旋转组件结构，包括螺母、轴套、电机轴、主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮；

所述螺母位于轴套一侧并与主轴的外螺纹相配配合，所述螺母的螺纹旋向与热电转换系统工作时的旋向相反；

所述轴套上有同径向轴承相装配的外圆柱面，所述轴套上有同轴向轴承相装配的环形端面，所述轴套的一端有与电机轴相装配的内圆柱面，所述轴套的另一端有放置螺母的沉孔，所述轴套的轴向中心部位有同主轴相装配的通孔；