[发明专利]用于布雷顿循环系统的膨胀压缩一体机

说明书

本发明涉及一种用于布雷顿循环系统的膨胀压缩一体机，包括压缩机、膨胀机、主轴和拉紧组件，所述压缩机和膨胀机安装于同一缸体内，膨胀机叶轮安装于所述膨胀机腔室内且该膨胀机腔室上设有膨胀机进气端和膨胀机出气端，所述主轴的一端设有主轴端面齿结构，压缩机叶轮的两端分别设有压缩机端面齿结构，所述膨胀机叶轮的一端设有膨胀机端面齿结构，所述压缩机叶轮一端的压缩机端面齿结构与主轴端面齿结构相互啮合，另一端压缩机端面齿结构与膨胀机端面齿结构相互啮合，所述拉紧组件将膨胀机叶轮和压缩机叶轮固定于主轴上。本发明有效规避了膨胀机叶轮、压缩机叶轮与输出主轴间的大扭矩带来的主轴选材及高强度高抗扭难题。

技术领域

本发明涉及布雷顿循环系统，具体涉及一种用于布雷顿循环系统的膨胀压缩一体机。

背景技术

布雷顿循环的热效率远高于当前的火力发电，目前已经得到共识。如何设计合理的布雷顿循环关键设备的结构，使其能够满足试验及工业应用，越来越得到业界关注。为了有效解决布雷顿循环中超临界二氧化碳膨胀机端工作温度高(500℃以上)带来的密封、热膨胀控制等问题，将压缩机叶轮与膨胀机叶轮同轴同缸布置是非常有效的方法之一。

常规的连接方式，即同一根主轴分别与压缩机叶轮和膨胀机叶轮连接，由于在实际工况下，膨胀机叶轮为主动轮(输出动能)，压缩机叶轮为从动轮(消耗部分动能)，所以在膨胀机叶轮与压缩机叶轮间的主轴上，会产生极大的扭矩，在膨胀机侧的高温环境中，仍然具备大扭矩的主轴材料选择非常困难；且因其全周期处于大扭矩工作状态，使用寿命受限。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种用于布雷顿循环系统的膨胀压缩一体机，该一体机中压缩机叶轮与主轴之间以及压缩机叶轮与膨胀机叶轮之间皆采用端面齿啮合的方式连接，从而有效规避了膨胀机叶轮与压缩机叶轮间的大扭矩带来的主轴选材及高强度高抗扭难题。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于布雷顿循环系统的膨胀压缩一体机，包括压缩机、膨胀机、主轴和拉紧组件，所述压缩机和膨胀机安装于同一缸体内，所述压缩机包括压缩机叶轮，所述膨胀机包括膨胀机叶轮，所述缸体内形成相互独立且封闭的压缩机腔室和膨胀机腔室，所述压缩机叶轮安装于所述压缩机腔室内且该压缩机腔室上设有压缩机进气端和压缩机出气端，所述膨胀机叶轮安装于所述膨胀机腔室内且该膨胀机腔室上设有膨胀机进气端和膨胀机出气端，所述主轴的一端设有主轴端面齿结构，所述压缩机叶轮的两端分别设有压缩机端面齿结构，所述膨胀机叶轮的一端设有膨胀机端面齿结构，所述压缩机叶轮一端的压缩机端面齿结构与主轴端面齿结构相互啮合，其另一端压缩机端面齿结构与膨胀机端面齿结构相互啮合，所述拉紧组件依次穿过膨胀机叶轮和压缩机叶轮并将膨胀机叶轮和压缩机叶轮固定于主轴上。

优选地，所述压缩机叶轮包括压缩机轮盖、压缩机叶片和压缩机轮盘，所述压缩机叶片固定安装于所述压缩机轮盖和压缩机轮盘之间，所述压缩机端面齿结构设置于所述压缩机轮盘上，其一端的压缩机端面齿结构为轮盘侧端面齿结构，另一端的压缩机端面齿结构为轮盖侧端面齿结构。

优选地，所述轮盘侧端面齿结构与主轴端面齿结构相互啮合，所述轮盖侧端面齿结构与膨胀机端面齿结构相互啮合。

优选地，所述轮盘侧端面齿结构与膨胀机端面齿结构相互啮合，所述轮盖侧端面齿结构与主轴端面齿结构相互啮合。

优选地，所述膨胀机叶轮包括膨胀机轮盖、膨胀机叶片和膨胀机轮盘，所述膨胀机叶片固定安装于所述膨胀机轮盖和膨胀机轮盘之间，所述膨胀机端面齿结构设置于所述膨胀机轮盘上。

优选地，所述膨胀机叶轮和压缩机叶轮上开设有沿其轴向贯穿的中心孔，所述拉紧组件包括拉杆螺栓和锁紧螺母，所述拉杆螺栓具有分别位于轴向两端的第一连接部和第二连接部，所述主轴内开设螺纹孔，所述拉杆螺栓穿过所述中心孔，所述第一连接部螺接于所述主轴的螺纹孔内，所述第二连接部通过锁紧螺母锁紧固定而将膨胀机叶轮和压缩机叶轮与所述主轴轴向固定。