一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子技术方案

本发明专利技术涉及一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子，其结构包括轴端锁紧螺母、复合轴套、电机转轴、轴套、压气机叶轮和涡轮转轴。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，在确定转子组件尺寸参数与装配力矩的基础上，完成转子组成零部件的加工，通过电机转轴装配、压气机叶轮与涡轮转轴的装配、轴套同压气机叶轮和涡轮转轴的装配、电机转轴同轴套和涡轮转轴的装配、复合轴套同电机转轴和涡轮转轴的装配以及轴端锁紧螺母同涡轮转轴的装配，形成完整的转子结构。该结构具有刚度大、工艺性好等特点，能够提高转子临界转速和最高工作转速，可有效提升闭式布雷顿循环热电转换系统的功率密度。布雷顿循环热电转换系统的功率密度。布雷顿循环热电转换系统的功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子


[0001]本专利技术属于闭式布雷顿循环热电转换系统结构设计
，具体涉及一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子。

技术介绍

[0002]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。
[0003]作为闭式布雷顿循环热电转换系统中的高速旋转部件，转子是整个系统最为核心的部件，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，转子处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分，有的转子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，合理设计转子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。
[0004]现有的闭式布雷顿循环热电转换系统转子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，形成完整的转子。这种转子结构虽然可以有效提高转子的稳定工作转速，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，对转子组件的加工与装配精度均提出了很高要求，转子的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。
[0005]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，合理设计转子及其组件结构，降低制造及装配工艺难度，是提高转子工作可靠性和保证闭式布雷顿循环热电转换系统服役寿命的关键。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对闭式布雷顿循环热电转换系统结构设计问题，提出了一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子，其结构包括轴端锁紧螺母、复合轴套、电机转轴、轴套、压气机叶轮和涡轮转轴。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，在确定转子组件的尺寸参数与转子装配力矩的基础上，完成轴端锁紧螺母、复合轴套、电机转轴磁芯、电机转轴长护套、电机转轴短护套、轴套、压气机叶轮和涡轮转轴的加工，依次通过电机转轴装配、压气机叶轮与涡轮转轴的装配、轴套同压气机叶轮和涡轮转轴的装配、电机转轴同轴套和涡轮转轴的装配、复合轴套同电机转轴和涡轮转轴的装配以及轴端锁紧螺母同涡轮转轴的装配，形成完整的闭式布雷顿循环热电转换系统转子结构。该结构具有刚度大，易制造等特点，能够提高转子临界转速和最高工作转速，进而提升闭式布雷顿
循环热电转换系统的功率密度。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子结构，包括轴端锁紧螺母、复合轴套、电机转轴、轴套、压气机叶轮和涡轮转轴；
[0009]所述轴端锁紧螺母位于复合轴套一侧并与涡轮转轴的外螺纹相配配合，所述轴端锁紧螺母的螺纹旋向与转子工作时的旋向相反；
[0010]所述复合轴套上有同径向轴承相装配的外圆柱面，所述复合轴套上有同轴向轴承相装配的环形端面，所述复合轴套的一端有与电机转轴相装配的内圆柱面，所述复合轴套的另一端有放置轴端锁紧螺母的圆孔，所述复合轴套的轴向中心部位有同涡轮转轴相装配的通孔；
[0011]所述电机转轴由磁芯、长护套和短护套组成，所述电机转轴的磁芯位于长护套和短护套的内部，所述电机转轴的一侧有同复合轴套相装配的圆形凸台，所述电机转轴的另一侧有同轴套相装配的圆形凸台，所述电机转轴的轴向中心部位有同涡轮转轴装配的通孔；
[0012]所述轴套上有同径向轴承相装配的外圆柱面，所述轴套一侧有同电机转轴相装配的内圆柱面，所述轴套的另一侧有同压气机叶轮进气端相装配的圆形凸台，所述轴套的轴向中心部位有同涡轮转轴装配的通孔；
[0013]所述压气机叶轮进气端有同轴套圆形凸台相装配的内圆柱面，所述压气机叶轮的进气端有锥形进气导流凸台，所述压气机叶轮的轮背中心部位有同涡轮转轴装配的内圆柱面，所述压气机叶轮轴向中心部位有同涡轮转轴装配的通孔；
[0014]所述涡轮转轴上有同压气机叶轮、轴套、电机转轴和复合轴套相装配的光轴，所述涡轮转轴上有同压气机叶轮轮背内圆柱面相装配的圆形凸台，所述涡轮转轴的排气端有用于装配的螺帽，所述涡轮转轴的远离涡轮叶轮一侧的光轴上有同轴端锁紧螺母相装配的外螺纹。
[0015]一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子的制造工艺，包括以下步骤：
[0016]a、确定高功率密度闭式布雷顿循环热电转换系统转子组件的尺寸参数：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，确定轴端锁紧螺母、复合轴套、电机转轴磁芯、电机转轴长护套、电机转轴短护套、轴套、压气机叶轮和涡轮转轴的尺寸；
[0017]b、确定高功率密度闭式布雷顿循环热电转换系统转子装配力矩：根据闭式布雷顿循环热电转换系统转子的工作状态参数，确定高功率密度闭式布雷顿循环热电转换系统转子的螺纹装配拧紧力矩；
[0018]c、高功率密度闭式布雷顿循环热电转换系统转子组件的制造：按照步骤a确定的闭式布雷顿循环热电转换系统转子组件的尺寸参数，加工轴端锁紧螺母、复合轴套、电机转轴磁芯、电机转轴长护套、电机转轴短护套、轴套、压气机叶轮和涡轮转轴；
[0019]d、电机转轴的装配：将步骤c中完成加工的电机转轴磁芯、电机转轴长护套和电机转轴短护套，采用加热电机转轴电机长护套和短护套的方式，实现电机转轴磁芯同长护套和短护套的过盈装配，并保证电机转轴磁芯的两侧端面分别同长护套和短护套的底部端面相贴紧，形成完整的电机转轴；
[0020]e、压气机叶轮与涡轮转轴的装配：将涡轮转轴的光轴部位穿过压气机叶轮的通孔，使压气机叶轮轮背中心部位的内圆柱面同涡轮转轴轮背部位的圆形凸台相配合，并保证配合端面贴紧；
[0021]f、轴套同压气机叶轮和涡轮转轴的装配：将涡轮转轴的光轴部位穿过轴套的通孔，使轴套的一侧圆形凸台同压气机叶轮进气端的内圆柱面相配合，并保证配合端面贴紧；
[0022]g、电机转轴同轴套和涡轮转轴的装配：将涡轮转轴的光轴部位穿过电机转轴的通孔，使电机转轴的一侧圆形凸台同轴套的内圆柱面相装配，并保证配合端面贴紧；
[0023]h、复合轴套同电机转轴和涡轮转轴的装配：将涡轮转轴的光轴部位穿过复合轴套的通孔，使复合轴套的内圆柱面同电机转轴的圆形凸台相装配，并保证配合端面贴紧；
[0024]i、轴端锁紧螺母同涡轮转轴的装配：按照步骤b确定的螺纹装配拧紧力矩，将轴端锁紧螺母安装在涡轮转轴的外螺纹上，使轴端锁紧螺母的端面同复合轴套的圆孔端面贴紧。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子结构，其特征在于：包括轴端锁紧螺母(1)、复合轴套(2)、电机转轴(3)、轴套(4)、压气机叶轮(5)和涡轮转轴(6)；所述轴端锁紧螺母(1)位于复合轴套(2)一侧并与涡轮转轴的外螺纹(28)相配配合，所述轴端锁紧螺母(1)的螺纹旋向与转子工作时的旋向相反；所述轴套(4)上有同径向轴承相装配的外圆柱面(18)，所述轴套(4)一侧有同电机转轴(3)相装配的内圆柱面(19)，所述轴套(4)的另一侧有同压气机叶轮(5)进气端相装配的圆形凸台(21)，所述轴套(4)的轴向中心部位有同涡轮转轴(6)装配的通孔(20)；所述涡轮转轴(6)上有同压气机叶轮(5)、轴套(4)、电机转轴(3)和复合轴套(2)相装配的光轴(27)，所述涡轮转轴(6)上有同压气机叶轮轮背内圆柱面(25)相装配的圆形凸台(29)，所述涡轮转轴(6)的排气端有用于装配的螺帽(26)，所述涡轮转轴(6)的远离涡轮叶轮一侧的光轴上有同轴端锁紧螺母相装配的外螺纹(28)。2.根据权利要求1所述的一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子结构，其特征在于：所述复合轴套(2)上有同径向轴承相装配的外圆柱面(11)，所述复合轴套(2)上有同轴向轴承相装配的环形端面(9)，所述复合轴套(2)的一端有与电机转轴相装配的内圆柱面(8)，所述复合轴套(2)的另一端有放置轴端锁紧螺母的圆孔(10)，所述复合轴套(2)的轴向中心部位有同涡轮转轴(6)相装配的通孔(7)。3.根据权利要求1所述的一种高功率密度闭式循环热电转换系统转子结构，其特征在于：所述电机转轴(3)由磁芯(14)、长护套(13)和短护套(12)组成，所述电机转轴(3)的磁芯(14)位于长护套(13)和短护套(12)的内部，所述电机转轴(3)的一侧有同复合轴套(2)相装配的圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：马同玲，王正，赵伟，王力国，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：