[发明专利]一种基于电磁轴承的闭式循环涡轮发电系统转子

说明书

本发明涉及一种基于电磁轴承的闭式循环涡轮发电系统转子结构，包括锁紧螺母、压气机叶轮、压气机端轴承保护套、复合轴套、压气机端径向磁悬浮轴套、过渡轴套、电机轴、固定轴套、涡轮端径向磁悬浮轴套、涡轮端轴承保护套和涡轮转子。所述压气机叶轮的轮背有和复合轴套相装配的外螺纹，所述过渡轴套的内侧有与复合轴套外螺纹相装配的内螺纹，所述固定轴套有与涡轮转子外螺纹相装配的内螺纹，所述涡轮转子上有同固定轴套内螺纹和电机轴内螺纹相装配的外螺纹。该结构针对电磁轴承的特点，设计的闭式循环涡轮发电系统转子结构，可以增强闭式循环涡轮发电系统的运行稳定性与工作可靠性。

技术领域

本发明属于闭式循环径流式涡轮发电系统结构设计领域，具体涉及一种基于电磁轴承的闭式循环涡轮发电系统转子。

背景技术

闭式循环涡轮发电系统作为一种新型高效的热力转化形式，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电能的转换。闭式循环径流涡轮发电系统通常主要由涡轮、压气机、轴承、发电机、回热器、联轴器等零部件。

闭式循环径流涡轮发电系统的转子包括涡轮与压气机叶轮转子和发电机转子两部分，是闭式循环径流涡轮发电系统中最为核心的部件之一，对系统的稳定运行、热电转换效率、可靠性与寿命起着决定性的作用。闭式循环涡轮发电系统在运转过程中，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，转子一旦发生故障，不仅会导致闭式循环系统无法正常工作，而且还会引起闭式循环涡轮发电系统的结构损坏。因此，合理设计转子的结构对于保证闭式涡轮发电系统的可靠性至关重要。

现有的闭式循环涡轮发电系统转子主要包括涡轮转子、主轴、压气机叶轮、电机轴、联轴器等零部件，并借助联轴器通过机械过盈连接实现涡轮与压气机叶轮转轴同电机轴之间的连接，具体为：主轴通过其两端内孔分别同涡轮转子轮背凸台和压气机叶轮轮背凸台的过盈装配连接一起形成动力转轴，然后通过联轴器的两端内孔分别同电机轴一端和压气机叶轮进口端轮毂之间的过盈装配，将动力转轴和电机轴连接在一起，形成完整的转子。现有的闭式循环涡轮发电系统转子采用过盈连接结构，虽然可以在一定程度上保证转子各部件之间的同轴度，但是由于转子过盈连接强度取决于各零部件之间的装配尺寸及其公差，对零件装配部位的加工精度提出了很高要求；加之转子在工作过程中受离心载荷的影响，工作时连接部位的过盈量减小，转子的连接强度和刚度得不到有效保证，转子组成零件间易产生松脱，严重影响闭式循环涡轮发电系统的工作可靠性。此外，这类转子加工质量要求高、可重复装配性差。

针对闭式循环涡轮发电系统转子的特点和使用要求，合理设计转子结构及其装配方式，降低制造及装配工艺对转子连接强度与刚度的影响，是提高转子运转稳定性和保证闭式循环涡轮发电系统可靠性的关键。

发明内容

本发明针对闭式循环径流涡轮发电系统转子的结构设计问题，提出了一种基于电磁轴承的闭式循环涡轮发电系统转子结构。根据闭式循环涡轮发电系统涡轮、压气机和电机的尺寸参数，通过合理设计锁紧螺母、压气机叶轮、压气机端轴承保护套、复合轴套、压气机端径向磁悬浮轴套、过渡轴套、电机轴、涡轮端径向磁悬浮轴套、固定轴套、涡轮端轴承保护套和涡轮转子等的结构尺寸以及螺纹装配力矩。在完成转子组成零部件加工的基础上，首先完成固定轴套同涡轮端径向磁悬浮轴套和涡轮端轴承保护套的装配以及电机轴磁芯与电机轴轴套的装配，其次完成固定轴套组件、电机轴同涡轮转子之间的装配以及过渡轴套同电机轴之间的装配，然后完成复合轴套同压气机端径向磁悬浮轴套和压气机端轴承保护套的装配以及复合轴套组件同过渡轴套的装配，最后完成压气机叶轮同复合轴套组件、涡轮转子之间的装配，并用锁紧螺母装配在涡轮转子上，实现对转子结构的锁紧，形成完整的闭式循环涡轮发电系统转子。该转子结构实现了涡轮和压气机转轴同电机轴的集成，减少了支承点的数量，有利于转子同轴度的保证，降低了转子的制造与装配难度，可显著提高闭式循环径流涡轮发电系统的运行稳定性与结构可靠性。

本发明的技术方案：