[發(fā)明專利]一種基于電磁軸承的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子

有效

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• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110374684B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王正;馬同玲;趙偉;張明鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: F01D5/04
• 分類號: F01D5/04;F01D15/08;F01D15/10;F01D25/00;F04D25/04;F04D29/05;F04D29/28;B23P21/00
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 周恒

本發(fā)明涉及一種基于電磁軸承的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括鎖緊螺母、壓氣機葉輪、壓氣機端軸承保護(hù)套、復(fù)合軸套、壓氣機端徑向磁懸浮軸套、過渡軸套、電機軸、固定軸套、渦輪端徑向磁懸浮軸套、渦輪端軸承保護(hù)套和渦輪轉(zhuǎn)子。所述壓氣機葉輪的輪背有和復(fù)合軸套相裝配的外螺紋，所述過渡軸套的內(nèi)側(cè)有與復(fù)合軸套外螺紋相裝配的內(nèi)螺紋，所述固定軸套有與渦輪轉(zhuǎn)子外螺紋相裝配的內(nèi)螺紋，所述渦輪轉(zhuǎn)子上有同固定軸套內(nèi)螺紋和電機軸內(nèi)螺紋相裝配的外螺紋。該結(jié)構(gòu)針對電磁軸承的特點，設(shè)計的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以增強閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與工作可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于閉式循環(huán)徑流式渦輪發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種基于電磁軸承的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)

閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)作為一種新型高效的熱力轉(zhuǎn)化形式，能夠借助某種氣體工質(zhì)在閉式環(huán)境下通過吸收熱量、膨脹做功、放熱和壓縮等熱力過程實現(xiàn)熱能向電能的轉(zhuǎn)換。閉式循環(huán)徑流渦輪發(fā)電系統(tǒng)通常主要由渦輪、壓氣機、軸承、發(fā)電機、回?zé)崞鳌⒙?lián)軸器等零部件。

閉式循環(huán)徑流渦輪發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子包括渦輪與壓氣機葉輪轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩部分，是閉式循環(huán)徑流渦輪發(fā)電系統(tǒng)中最為核心的部件之一，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、熱電轉(zhuǎn)換效率、可靠性與壽命起著決定性的作用。閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速可達(dá)幾萬轉(zhuǎn)/分，有的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速甚至達(dá)到十幾萬轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)子一旦發(fā)生故障，不僅會導(dǎo)致閉式循環(huán)系統(tǒng)無法正常工作，而且還會引起閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)損壞。因此，合理設(shè)計轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)對于保證閉式渦輪發(fā)電系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。

現(xiàn)有的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子主要包括渦輪轉(zhuǎn)子、主軸、壓氣機葉輪、電機軸、聯(lián)軸器等零部件，并借助聯(lián)軸器通過機械過盈連接實現(xiàn)渦輪與壓氣機葉輪轉(zhuǎn)軸同電機軸之間的連接，具體為：主軸通過其兩端內(nèi)孔分別同渦輪轉(zhuǎn)子輪背凸臺和壓氣機葉輪輪背凸臺的過盈裝配連接一起形成動力轉(zhuǎn)軸，然后通過聯(lián)軸器的兩端內(nèi)孔分別同電機軸一端和壓氣機葉輪進(jìn)口端輪轂之間的過盈裝配，將動力轉(zhuǎn)軸和電機軸連接在一起，形成完整的轉(zhuǎn)子。現(xiàn)有的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子采用過盈連接結(jié)構(gòu)，雖然可以在一定程度上保證轉(zhuǎn)子各部件之間的同軸度，但是由于轉(zhuǎn)子過盈連接強度取決于各零部件之間的裝配尺寸及其公差，對零件裝配部位的加工精度提出了很高要求；加之轉(zhuǎn)子在工作過程中受離心載荷的影響，工作時連接部位的過盈量減小，轉(zhuǎn)子的連接強度和剛度得不到有效保證，轉(zhuǎn)子組成零件間易產(chǎn)生松脫，嚴(yán)重影響閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)的工作可靠性。此外，這類轉(zhuǎn)子加工質(zhì)量要求高、可重復(fù)裝配性差。

針對閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子的特點和使用要求，合理設(shè)計轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及其裝配方式，降低制造及裝配工藝對轉(zhuǎn)子連接強度與剛度的影響，是提高轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和保證閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對閉式循環(huán)徑流渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，提出了一種基于電磁軸承的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。根據(jù)閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)渦輪、壓氣機和電機的尺寸參數(shù)，通過合理設(shè)計鎖緊螺母、壓氣機葉輪、壓氣機端軸承保護(hù)套、復(fù)合軸套、壓氣機端徑向磁懸浮軸套、過渡軸套、電機軸、渦輪端徑向磁懸浮軸套、固定軸套、渦輪端軸承保護(hù)套和渦輪轉(zhuǎn)子等的結(jié)構(gòu)尺寸以及螺紋裝配力矩。在完成轉(zhuǎn)子組成零部件加工的基礎(chǔ)上，首先完成固定軸套同渦輪端徑向磁懸浮軸套和渦輪端軸承保護(hù)套的裝配以及電機軸磁芯與電機軸軸套的裝配，其次完成固定軸套組件、電機軸同渦輪轉(zhuǎn)子之間的裝配以及過渡軸套同電機軸之間的裝配，然后完成復(fù)合軸套同壓氣機端徑向磁懸浮軸套和壓氣機端軸承保護(hù)套的裝配以及復(fù)合軸套組件同過渡軸套的裝配，最后完成壓氣機葉輪同復(fù)合軸套組件、渦輪轉(zhuǎn)子之間的裝配，并用鎖緊螺母裝配在渦輪轉(zhuǎn)子上，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的鎖緊，形成完整的閉式循環(huán)渦輪發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了渦輪和壓氣機轉(zhuǎn)軸同電機軸的集成，減少了支承點的數(shù)量，有利于轉(zhuǎn)子同軸度的保證，降低了轉(zhuǎn)子的制造與裝配難度，可顯著提高閉式循環(huán)徑流渦輪發(fā)電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：