本发明涉及一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构与工艺，包括压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、径向轴套、涡轮端固定轴套和涡轮转子。在完成转子零部件加工的基础上，首先进行涡轮端轴套组件、压气机端轴套组件以及电机轴的装配，其次进行涡轮转子同涡轮端轴套组件和电机轴的装配，然后进行压气机端轴套组件同电机轴的装配，最后完成压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环的装配，形成完整的转子结构。该转子具有结构紧凑、零部件之间连接强度高、转子与轴承之间摩擦力矩效等特点，有助于提高闭式循环径流涡轮发电系统的结构可靠性与工作寿命。
1.一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构，其特征在于：包括压气机叶轮（1）、弹性锁紧环（2）、轴径向复合轴套（3）、压气机端固定轴套（4）、电机轴（5）、径向轴套（6）、涡轮端固定轴套（7）和涡轮转子（8）；
所述弹性锁紧环（2）置于涡轮转子和压气机叶轮的锁紧环槽中；
所述轴径向复合轴套（3）上有同轴向气体浮动轴承配合的环形端面（14），所述轴径向复合轴套（3）上有同径向气体浮动轴承配合的外圆柱面（16），所述轴径向复合轴套（3）采用具有自润滑、耐磨和耐高温的陶瓷材料，所述轴径向复合轴套（3）通过内孔（15）装配在压气机端固定轴套上;所述压气机端固定轴套（4）一端有与压气机叶轮相装配的内圆柱面（17），所述压气机端固定轴套（4）的一端有与复合轴套相装配的外圆柱面（18），所述压气机端固定轴套（4）的另一端有与电机轴内螺纹相装配的外螺纹（19）;所述电机轴（5）由磁芯（20）和电机轴套（21）组成，所述电机轴（5）的磁芯（20）位于电机轴套（21）内部，所述电机轴（5）的一端有与压气机端固定轴套相装配的内螺纹（23），所述电机轴（5）的另一端有与涡轮转子外螺纹相装配的内螺纹（22）；
所述径向轴套（6）为圆环形结构，所述径向轴套（6）的外圆柱面同径向浮动轴承相配合，所述径向轴套（6）采用具有自润滑、耐磨和耐高温陶瓷材料，所述径向轴套（6）通过内孔装配在涡轮端固定轴套上；
所述涡轮端固定轴套（7）上有与涡轮转子的外螺纹相装配的内螺纹（24），所述涡轮端固定轴套（7）有同径向轴套相装配的外圆柱面（25）；
所述涡轮转子（8）由涡轮叶轮和转轴焊接而成，所述涡轮转子（8）上有同涡轮端固定轴套内螺纹和电机轴内螺纹相装配的外螺纹（26），所述涡轮转子（8）上有同压气机叶轮内螺纹相装配的外螺纹（28），所述涡轮转子（8）上有与弹性锁紧环（2）装配的锁紧环槽（27），所述涡轮转子（8）一端有用于装配夹紧的螺母（29）。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构，其特征在于：所述压气机叶轮（1）上有同压气机端固定轴套相装配的外圆柱面（9），所述压气机叶轮（1）的中心有盲孔，所述压气机叶轮（1）的中心盲孔上有光孔（12）、锁紧环槽（10）和内螺纹（11），所述压气机叶轮（1）的内螺纹旋向与涡轮发电系统转子工作时的转动方向相同，所述压气机叶轮（1）的进气端有用于装配夹紧的螺母（13）。
3.一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的成型工艺，其用于根据权利要求1所述的一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构，其特征在于：包括以下步骤：a、确定长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的结构尺寸参数；
c、进行长寿命闭式循环涡轮发电系统转子组成零部件的制造；
d、涡轮端固定轴套与径向轴套的装配：将径向轴套装配在涡轮端固定轴套的外圆柱面上，并保证配合端面贴紧，形成涡轮端轴套组件；
e、压气机端固定轴与轴径向复合轴套的装配：将轴径向复合轴套装配在压气机端固定轴套的外圆柱面上，并保证配合端面贴紧，形成压气机端轴套组件；
i、压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环的装配。
4.根据权利要求3所述的一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的 成型工艺，其特征在于：在步骤g中，按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过螺纹旋紧，依次将步骤d形成的涡轮端轴套组件和步骤f形成的电机轴装配在涡轮转子上，使端面相互贴紧。
5.根据权利要求3所述的一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的 成型工艺，其特征在于：在步骤h中，将步骤e形成的压气机端轴套组件穿过涡轮转子，按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过螺纹旋紧，将压气机端轴套组件装配在电机轴上，使压气机端固定轴套的端面与电机轴的磁芯贴紧。
6.根据权利要求3所述的一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的 成型工艺，其特征在于：在步骤i中，首先将弹性锁紧环安装在涡轮转子锁紧环槽内，按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过压气机叶轮同涡轮转子的螺纹旋紧装配，将压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环装配在一起，形成完整的转子结构。
一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构与工艺
技术领域
[0001] 本发明属于闭式循环径流式涡轮发电系统结构设计领域，具体涉及一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构与工艺。
背景技术
[0002] 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。典型的闭式循环径流涡轮发电系统在结构上主要由径流涡轮、径流压气机、发电机、回热器等部件组成。
[0003] 转子是闭式循环径流涡轮发电系统中最为核心的部件，主要包括涡轮与压气机转子以及发电机转子两部分。转子结构的设计与制造质量，直接影响着系统的稳定运行、热电转换效率、可靠性与寿命等。闭式循环径流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/分钟，有的甚至可达到十几万转/分钟以上，转子结构一旦发生故障，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障闭式涡轮发电系统的安全可靠运行至关重要。
[0004] 现有的闭式循环径流式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子同电机转子之间的连接，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过盈连接在一起形成动力转轴，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。转子组成零部件之间采用过盈连接方式，虽然可以在一定程度上保证各部件之间的同轴度，但是由于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；此外，转子在工作过程中连接部位的实际过盈量会减小，连接强度和刚度得不到有效保证，转子零部件之间易产生松脱，严重影响闭式循环涡轮发电系统的工作可靠性。
[0005] 长寿命与高可靠性是闭式循环径流涡轮发电系统的普遍要求，针对闭式循环径流涡轮发电系统转子和轴承的特点以及使用要求，合理设计转子结构，提高转子运转的稳定性，降低启停过程中转子与轴承之间的磨损，是保证闭式循环涡轮发电系统高可靠性与长寿命的关键。
发明内容
[0006] 本发明针对闭式循环径流涡轮发电系统长寿命与高可靠性需求，提出一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构与成型工艺。根据闭式循环涡轮发电系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，通过合理设计压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、径向轴套、涡轮端固定轴套和涡轮转子的结构参数以及工艺参数。在完成转子结构组成零部件加工的基础上，首先进行涡轮端轴套组件、压气机端轴套组件和电机轴的装配，其次进行涡轮转子同涡轮端轴套组件和电机轴的装配，然后进行压气机端轴套组件同电机轴的装配，最后完成压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环的装配。该转子实现了涡轮和压气机转轴同电机轴的一体化结构，可以显著提高闭式循环径流涡轮发电系统的运行稳定性，防止转子结构在工作过程中发生松脱，提高转子的工作可靠性，同时还可降低涡轮发电系统在启停过程中轴承与转子接触部位的磨损量，提高系统的工作寿命。
[0007] 本发明的技术方案：
[0008] 一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构，包括压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、径向轴套、涡轮端固定轴套和涡轮转子。所述压气机叶轮上有同压气机端固定轴套相装配的外圆柱面，所述压气机叶轮的中心有盲孔，所述压气机叶轮中心盲孔上有光孔、锁紧环槽和内螺纹，所述压气机叶轮的内螺纹旋向与涡轮发电系统转子工作时的转动方向相同，所述压气机叶轮的进气端有用于装配夹紧的螺母；所述弹性锁紧环置于涡轮转子和压气机叶轮的锁紧环槽中；所述轴径向复合轴套上有同轴向气体浮动轴承配合的环形端面，所述轴径向复合轴套上有同径向气体浮动轴承配合的外圆柱面，所述轴径向复合轴套采用具有自润滑、耐磨和耐高温的陶瓷材料，所述轴径向复合轴套通过内孔装配在压气机端固定轴套上；所述压气机端固定轴套一端有与压气机叶轮相装配的内圆柱面，所述压气机端固定轴套的一端有与复合轴套相装配的外圆柱面，所述压气机端固定轴套的另一端有与电机轴内螺纹相装配的外螺纹；所述电机轴由磁芯和电机轴套组成，所述电机轴的磁芯位于电机轴套的内部，所述电机轴的一端有与压气机端固定轴套相装配的内螺纹，所述电机轴的另一端有与涡轮转子外螺纹相装配的内螺纹；所述径向轴套为圆环形结构，所述径向轴套的外圆柱面同径向浮动轴承相配合，所述径向轴套采用具有自润滑、耐磨和耐高温陶瓷材料，所述径向轴套通过内孔装配在涡轮端固定轴套上；所述涡轮端固定轴套上有与涡轮转子的外螺纹相装配的内螺纹，所述涡轮端固定轴套有同径向轴套相装配的外圆柱面；所述涡轮转子由涡轮叶轮和转轴焊接而成，所述涡轮转子上有同涡轮端固定轴套内螺纹和电机轴内螺纹相装配的外螺纹，所述涡轮转子上有同压气机叶轮内螺纹相装配的外螺纹，所述涡轮转子上有与弹性锁紧环装配的锁紧环槽，所述涡轮转子一端有用于装配夹紧的螺母。
[0009] 一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子成型工艺，包括以下步骤：
[0010] a、确定长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的结构尺寸参数：根据闭式循环涡轮发电系统的涡轮、压气机和电机的尺寸参数，确定涡轮发电系统转子组成零部件即压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、涡轮端固定轴套、径向轴套和涡轮转子的结构尺寸；
[0011] b、确定转子组成零部件之间的螺纹装配拧紧力矩：根据闭式循环涡轮发电系统转子的转速、扭矩传递要求和动力学参数，确定闭式循环涡轮发电系统转子组成零部件之间的螺纹装配拧紧力矩；
[0012] c、进行长寿命闭式循环涡轮发电系统转子组成零部件的制造：按照步骤a确定的涡轮发电系统转子组成零部件的结构尺寸参数，加工压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、涡轮端固定轴套、径向轴套和涡轮转子；
[0013] d、涡轮端固定轴套与径向轴套的装配：将径向轴套装配在涡轮端固定轴套的外圆柱面上，并保证配合端面贴紧，形成涡轮端轴套组件；
[0014] e、压气机端固定轴与轴径向复合轴套的装配：将轴径向复合轴套装配在压气机端固定轴套的外圆柱面上，并保证配合端面贴紧，形成压气机端轴套组件；
[0015] f、电机轴磁芯与电机轴轴套的装配：将步骤c中完成加工的电机轴磁芯和电机轴轴套，采用加热电机轴轴套方式，实现电机轴磁芯和电机轴轴套的过盈装配，使电机轴磁芯一端与轴套内端面贴紧，形成完整的电机轴；
[0016] g、涡轮转子同涡轮端轴套组件和电机轴的装配：按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过螺纹旋紧，依次将步骤d形成的涡轮端轴套组件和步骤f形成的电机轴装配在涡轮转子上，使端面相互贴紧；
[0017] h、压气机端轴套组件同电机轴的装配：将步骤e形成的压气机端轴套组件穿过涡轮转子，按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过螺纹旋紧，将压气机端轴套组件装配在电机轴上，使压气机端固定轴套的端面与电机轴的磁芯贴紧；
[0018] i、压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环的装配：首先将弹性锁紧环安装在涡轮转子的锁紧环槽内，按照步骤b所确定的装配拧紧力矩，通过压气机叶轮同涡轮转子的螺纹旋紧装配，将压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环装配在一起，形成完整的转子结构。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 本发明提出的一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构与成型工艺，采用涡轮和压气机转轴同电机轴的同轴结构，避免了联轴器的使用，可以显著提高转子的整体刚度，增强涡轮发电系统转子运转的稳定性；轴径向复合轴套和径向轴套采用具有自润滑、耐磨和耐高温的陶瓷材料，可以有效降低闭式循环涡轮发电系统在启动和停车过程中气体浮动轴承与转子接触部位的磨损量，提高涡轮发电系统的使用寿命；采用螺纹装配锁紧结构，可以防止转子结构在工作过程中发生松脱，提高转子的工作可靠性。
附图说明
[0021] 图1是本发明实施例所述一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构示意图。
[0022] 图2是本发明实施例所述锁紧结构局部放大示意图。
[0023] 图3是本发明实施例所述压气机叶轮结构示意图。
[0024] 图4是本发明实施例所述轴径向复合轴套结构示意图。
[0025] 图5是本发明实施例所述压气机端固定轴套结构示意图。
[0026] 图6是本发明实施例所述电机轴结构示意图。
[0027] 图7是本发明实施例所述涡轮端固定轴套结构示意图。
[0028] 图8是本发明实施例所述涡轮转子结构示意图。
[0029] 1压气机叶轮 2弹性锁紧环 3轴径向复合轴套 4压气机端固定轴套[0030] 5电机轴 6径向轴套 7涡轮端固定轴套 8涡轮转子
[0031] 9压气机叶轮外圆柱面 10压气机叶轮锁紧环槽 11压气机叶轮内螺纹[0032] 12压气机叶轮光孔 13压气机叶轮装夹螺母
[0033] 14轴径向复合轴套环形端面 15轴径向复合轴套内孔
[0034] 16轴径向复合轴套外圆柱面 17压气机端固定轴套内圆柱面
[0035] 18压气机端固定轴套外圆柱面 19压气机端固定轴套外螺纹
[0036] 20电机轴磁芯 21电机轴轴套
[0037] 22电机轴与涡轮转子外螺纹相配合的内螺纹
[0038] 23电机轴与压气机端固定轴套相装配的内螺纹 24涡轮端固定轴套内螺纹[0039] 25涡轮端固定轴套外圆柱面 26涡轮转子外螺纹 27涡轮转子锁紧环槽[0040] 28涡轮转子与压气机叶轮装配外螺纹 29涡轮转子装夹螺母
具体实施方式
[0041] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0043] 一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子结构，包括压气机叶轮1、弹性锁紧环2、轴径向复合轴套3、压气机端固定轴套4、电机轴5、径向轴套6、涡轮端固定轴套7和涡轮转子8。所述压气机叶轮1上有同压气机端固定轴套相装配的外圆柱面9，所述压气机叶轮1的中心有盲孔，所述压气机叶轮1的中心盲孔上有光孔12、锁紧环槽10和内螺纹11，所述压气机叶轮1的内螺纹旋向与涡轮发电系统转子工作时的转动方向相同，所述压气机叶轮1的进气端有用于装配夹紧的螺母13；所述弹性锁紧2环置于涡轮转子和压气机叶轮的锁紧环槽中；所述轴径向复合轴套3上有同轴向气体浮动轴承配合的环形端面14，所述轴径向复合轴套3上有同径向浮动轴承配合的外圆柱面16，所述轴径向复合轴套3采用具有自润滑、耐磨和耐高温的陶瓷材料，所述轴径向复合轴套3通过内孔15装配在压气机端固定轴套上；所述压气机端固定轴套4一端有与压气机叶轮相装配的内圆柱面17，所述压气机端固定轴套4的一端有与复合轴套相装配的外圆柱面18，所述压气机端固定轴套4的另一端有与电机轴内螺纹相装配的外螺纹19；所述电机轴5由磁芯20和电机轴套21组成，所述电机轴5的磁芯20位于电机轴套21内部，所述电机轴5的一端有与压气机端固定轴套相装配的内螺纹23，所述电机轴
5的另一端有与涡轮转子外螺纹相装配的内螺纹22；所述径向轴套6为圆环形结构，所述径向轴套6的外圆柱面同径向气体浮动轴承相配合，所述径向轴套6采用具有自润滑、耐磨和耐高温陶瓷材料，所述径向轴套6通过内孔装配在涡轮端固定轴套上；所述涡轮端固定轴套
7上有与涡轮转子的外螺纹相装配的内螺纹24，所述涡轮端固定轴套7有同径向轴套相装配的外圆柱面25；所述涡轮转子8由涡轮叶轮和转轴焊接而成，所述涡轮转子8上有同涡轮端固定轴套内螺纹和电机轴内螺纹相装配的外螺纹26，所述涡轮转子8上有同压气机叶轮内螺纹相装配的外螺纹28，所述涡轮转子8上有与弹性锁紧环装配的锁紧环槽27，所述涡轮转子8一端有用于装配夹紧的螺母29。
[0044] 一种长寿命闭式循环涡轮发电系统转子成型工艺，包括以下步骤：
[0045] a、确定长寿命闭式循环涡轮发电系统转子的结构尺寸参数：根据闭式循环涡轮发电系统的涡轮、压气机和电机的尺寸参数，确定涡轮发电系统转子组成零部件即压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、涡轮端固定轴套、径向轴套和涡轮转子的结构尺寸；
[0046] 本实施例某型闭式循环涡轮发电系统的涡轮叶轮直径为Ф90mm、压气机叶轮直径为Ф96mm、电机轴直径为Ф38mm，涡轮发电系统转子工作时的旋转方向为右旋，根据闭式循环涡轮发电系统的涡轮叶轮、压气机叶轮和电机的尺寸参数，确定的压气机叶轮1的内螺纹11尺寸为M12×1‑H7H7‑LH、光孔12的直径为Ф12mm、外圆柱面9直径为Ф20mm，确定的轴径向复合轴套3的内圆柱面15的直径为Ф28mm，确定的压气机端固定轴套4的内圆柱面17的尺寸为Ф20mm、外圆柱面18的尺寸为Ф28mm、外螺纹19的尺寸为M36×1‑p6p6‑LH，确定的电机轴5的内螺纹23尺寸为M36×1‑H7H7‑LH、内螺纹22尺寸为M20×1‑H7H7‑LH，确定的径向轴套
6的内径和外径分别为Ф28mm和Ф36mm，确定的涡轮端固定轴套7的内螺纹24的尺寸为M24×1‑H7H7‑LH，确定的涡轮转子8的外螺纹26尺寸为M24×1‑p6p6‑LH、外螺纹28的尺寸为M12×1‑p6p6‑LH。
[0047] b、确定转子组成零部件之间的螺纹装配拧紧力矩：根据闭式循环涡轮发电系统转子的的转速、扭矩传递要求和动力学参数，确定闭式循环涡轮发电系统转子组成零部件之间的螺纹装配拧紧力矩；
[0048] c、进行长寿命闭式循环涡轮发电系统转子组成零部件的制造：按照步骤a确定的涡轮发电系统转子组成零部件的结构尺寸参数，加工压气机叶轮、弹性锁紧环、轴径向复合轴套、压气机端固定轴套、电机轴、涡轮端固定轴套、径向轴套和涡轮转子；
[0049] d、涡轮端固定轴套与径向轴套的装配：将径向轴套6装配在涡轮端固定轴套7的外圆柱面25上，并保证配合端面贴紧，形成涡轮端轴套组件；
[0050] e、压气机端固定轴与轴径向复合轴套的装配：将轴径向复合轴套3装配在压气机端固定轴套4的外圆柱面18上，并保证配合端面贴紧，形成压气机端轴套组件；
[0051] f、电机轴磁芯与电机轴轴套的装配：将步骤c中完成加工的电机轴磁芯20和电机轴轴套21，采用加热电机轴轴套方式，实现电机轴磁芯20和电机轴轴套21的过盈装配，使电机轴磁芯一端与轴套内端面贴紧，形成完整的电机轴；
[0052] g、涡轮转子同涡轮端轴套组件和电机轴的装配：按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过螺纹旋紧，依次将步骤d形成的涡轮端轴套组件和步骤f形成的电机轴装配在涡轮转子8上，使端面相互贴紧；
[0053] h、压气机端轴套组件同电机轴的装配：将步骤e形成的压气机端轴套组件穿过涡轮转子8，按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过螺纹旋紧，将压气机端轴套组件装配在电机轴上，使压气机端固定轴套4的端面与电机轴5的磁芯20贴紧；
[0054] i、压气机叶轮同压气机端固定轴套、涡轮转子和弹性锁紧环的装配：首先将弹性锁紧环2安装在涡轮转子8的锁紧环槽27内，按照步骤b确定的装配拧紧力矩，通过压气机叶轮1同涡轮转子8的螺纹旋紧装配，将压气机叶轮1同压气机端固定轴套3、涡轮转子8和弹性锁紧环2装配在一起，形成完整的转子结构。
[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
