[发明专利]一种具有压盖的涡轮及转子系统

说明书

本发明提供一种具有压盖的涡轮及转子系统，其中所述涡轮包括锥形轮体和叶片，所述轮体的大端面外周边缘设有第一减重凹口，还包括安装于涡轮上的压盖，所述压盖包括环形本体与柱形本体，环形本体一端与柱形本体垂直成型为一体，所述环形本体另一端设有连接部，所述压盖通过所述连接部与轮体的大端面固定连接并将所述第一减重凹口整体或部分覆盖。本发明通过涡轮压盖的设置，在减轻涡轮重量的同时，不影响整体气动效率，提高了燃机总效率。

技术领域

本发明涉及微型燃气轮机技术领域，尤其涉及一种具有压盖的涡轮及转子系统。

背景技术

微型燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件：压气机从外界大气环境吸入空气，并逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并可通过连接发电机输出电能。

但现有技术中微型燃气轮机发电机组存在如下缺陷：

现有技术中，涡轮多为一体化部件，制作材料为镍，重量比较大，当承受微型燃气轮机转子系统的高转速工况时，需要设置槽、孔、洞减轻重量以减轻离心力载荷，但该方式同时会严重影响气动效率，造成多达两个点的损失，作为微型燃气轮机的核心动力部分，涡轮的气动效率损失接近于整机的效率损失，整机也会造成两个点的效率损失；此外，涡轮转动同样需要强度，耐温要求比较高，尺寸无法变动，涡轮重量不易减轻。

金属基碳纤维复合材料主要是用于制造高温高转速下工作的零部件，是做燃气涡轮发动机零部件最有前途的应用材料，但由于碳纤维表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的化学键，反应活性低，与基体的结合力差，表面存在较多的缺陷，直接影响了复合材料的力学性能，限制了碳纤维高性能的发挥。此外，对于微型燃气轮机用碳纤维应用温度高，增强体与基体之间反应的可能性较大，其制作难度也较高，现有技术中对碳纤维金属化方法做了很多有效的尝试和探索，但现有的方法都存在一定的缺陷，复合化的碳纤维材料的质量参差不齐，普适性不强。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有压盖的涡轮及转子系统，能够在减轻涡轮重量的同时，不影响整体气动效率，且便于批产制造。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种具有压盖的涡轮，所述涡轮包括锥形轮体和叶片，所述轮体的大端面外周边缘设有第一减重凹口，涡轮安装于转轴上，还包括安装于涡轮上的压盖，所述压盖包括环形本体与柱形本体，环形本体一端与柱形本体垂直成型为一体，环形本体另一端设有连接部，所述压盖通过所述连接部与轮体的大端面固定连接并将所述第一减重凹口整体或部分覆盖。

进一步的，所述压盖材料为镍基碳纤维。

进一步的，所述压盖的制作方法包括如下步骤：将碳纤维逐步缠绕成圆盘，在碳纤维圆盘上进行镀镍，直至每一圈碳纤维上的镍融合在一起，或者，每圈碳纤维镀镍后，整体加热至镍熔点，使各个圈层的镍微熔后融合在一起，形成表面粗糙、凹凸不平、覆盖有镍合金的初始圆盘；对初始圆盘进行磨削方式的精加工，得到光滑的、尺寸达到装配精度要求的精细圆盘。

进一步的，所述压盖的连接部为凸块或者凹孔，所述轮体大端面设置有与连接部配合的凹孔或者凸块。

进一步的，所述压盖和轮体之间在连接部通过焊接或粘接的方式固定连接。

进一步的，所述轮体的大端面轴向设有第二减重凹口，所述第二减重凹口内填充碳纤维复合材料。

进一步的，所述第二减重凹口为喇叭口，所述喇叭口的弧线与涡轮的形状线相匹配。

进一步的，所述轮体材料为碳纤维复合材料。