[發明專利]一種高速徑流式渦輪與壓氣機復合葉輪

在審

• 申請號: 202011154703.1
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112360567A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 馬同玲;王正;趙偉;王力國
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: F01D15/08
• 分類號: F01D15/08;F01D1/22;F01D5/04;F01D11/00;F04D25/04;F04D29/28;F04D29/26;F04D29/66;F04D29/62;F04D29/08
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 周恒

本發明涉及一種高速徑流式渦輪與壓氣機復合葉輪，主要包括渦輪葉輪、壓氣機葉輪和過渡輪轂等。渦輪葉輪、壓氣機葉輪和過渡輪轂采用整體式結構，渦輪葉輪與壓氣機葉輪位于同一軸線上，過渡輪轂位于壓氣機葉輪的輪背與渦輪葉輪的輪背之間，復合葉輪通過壓氣機葉輪側進氣端的進氣導流凸臺中的盲孔和螺紋孔同轉軸之間實現可靠連接。根據閉式布雷頓循環發電系統中渦輪和壓氣機以及轉軸的尺寸參數，在確定復合葉輪結構參數的基礎上，完成復合葉輪加工以及復合葉輪同轉軸之間的裝配。該結構可以減少閉式循環發電系統轉動部件數量，降低轉子組件的加工難度，提高轉子結構的裝配精度，保證發電系統的工作可靠性與壽命。

技術領域

本發明屬于閉式布雷頓循環熱電轉換系統結構設計技術領域，具體涉及一種高速徑流式渦輪與壓氣機復合葉輪。

背景技術

閉式布雷頓循環熱電轉換系統作為一種新型的熱電轉化形式，能夠借助某種氣體工質在閉式環境下通過吸收熱量、膨脹做功、放熱和壓縮等熱力過程實現熱能向機械功的轉換，并通過發電機將機械功進一步轉換為電能。閉式布雷頓循環熱電轉化系統工作過程中，與外界僅有能量交換，而無工質交換。典型的閉式布雷頓循環熱電轉換系統在結構上主要由渦輪、壓氣機、發電機、回熱器、冷卻器、熱源等部件組成。

渦輪葉輪與壓氣機葉輪是閉式布雷頓循環熱電轉換系統中的高速旋轉部件，對閉式布雷頓循環熱電轉換系統的總體性能與結構布局以及可靠性與壽命有重要影響。閉式布雷頓循環熱電轉換系統在運轉過程中，渦輪葉輪與壓氣機葉輪處于高速旋轉狀態，其轉速可達幾萬轉/分。渦輪葉輪與壓氣機葉輪在高速旋轉的同時，不僅實現是機械能與工質總能之間的轉換，而且渦輪葉輪與壓氣機葉輪之間還通過轉軸進行功率傳遞。閉式循環發電系統在工作過程中當渦輪葉輪、壓氣機葉輪以及連接轉軸之間發生相對運動時，不僅會導致閉式布雷頓循環熱電轉換系統無法正常工作，而且還會引起系統的結構損壞。因此，實現渦輪葉輪與壓氣機葉輪之間功率及扭矩的可靠傳遞，是保證閉式布雷頓循環熱電轉換系統的工作可靠性的關鍵。

現有的閉式布雷頓循環熱電轉換系統渦輪葉輪和壓氣機葉輪采用獨立結構，渦輪葉輪同壓氣機葉輪之間通過轉軸相連接，渦輪葉輪同壓氣機葉輪的扭矩及功率傳遞完全依靠渦輪葉輪和壓氣機葉輪同轉軸之間的摩擦力來實現。這該結構組成零部件多，可傳遞的功率或扭矩有限，特別是在大扭矩傳遞情況下易引起轉軸同壓氣機葉輪或渦輪葉輪連接部位的松脫。因此，針對閉式布雷頓循環熱電轉換系統徑流式渦輪葉輪與壓氣機葉輪以及轉子結構的工作特點，合理設計渦輪葉輪與壓氣機葉輪結構，可有效提高渦輪葉輪同壓氣機葉輪的扭矩及功率傳遞特性，保證閉式布雷頓循環熱電轉換系統的工作可靠性。

發明內容

本發明針對閉式布雷頓循環熱電轉換系統結構設計問題，提出了一種高速徑流式渦輪與壓氣機復合葉輪。該復合葉輪中渦輪葉輪、壓氣機葉輪和過渡輪轂采用整體式結構，渦輪葉輪與壓氣機葉輪位于同一軸線上，過渡輪轂位于壓氣機葉輪的輪背與渦輪葉輪的輪背之間，復合葉輪通過壓氣機葉輪側進氣端的進氣導流凸臺中的盲孔和螺紋孔同轉軸之間實現可靠連接。根據閉式布雷頓循環發電系統中渦輪和壓氣機以及轉軸的尺寸參數，在確定復合葉輪結構參數的基礎上，完成復合葉輪加工以及復合葉輪同轉軸之間的裝配。該結構可以減少閉式循環發電系統轉動部件數量，降低轉子組件的加工難度，提高轉子結構的裝配精度，保證發電系統的結構可靠性與壽命。

本發明的技術方案：

一種高速徑流式渦輪與壓氣機復合葉輪包括渦輪葉輪、壓氣機葉輪和過渡輪轂，所述渦輪葉輪、壓氣機葉輪和過渡輪轂采用整體式結構，所述渦輪葉輪與壓氣機葉輪位于同一軸線上；所述壓氣機葉輪的排氣端和渦輪葉輪的進氣端相臨，所述壓氣機葉輪的進氣端有進氣導流凸臺，所述進氣端導流凸臺的中心部位有用于同轉軸連接的盲孔，所述盲孔的底部有同轉軸相裝配的螺紋孔，所述的螺紋孔底部有用于螺紋加工的退刀槽，所述螺紋孔的螺紋旋向同閉式循環發電系統工作時渦輪的旋向相同；所述渦輪葉輪的排氣側端面有用于裝夾的六角凸臺；所述過渡輪轂位于壓氣機葉輪的輪背與渦輪葉輪的輪背之間，所述過渡輪轂同渦輪葉輪輪背和壓氣機葉輪輪背過渡部位有防應力集中圓角，所述過渡輪轂上有密封環槽。