CN109630211B - 一种超高速涡轮发电增压一体机 - Google Patents

一种超高速涡轮发电增压一体机 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种超高速涡轮发电增压一体机,包括壳体组件、轴系组件、电机定子组件、压缩机壳、压缩机轮、涡轮壳、涡轮;所述轴系组件左右两侧分别通过左径向动压气浮轴承、右径向动压气浮轴承以及两推力气浮轴承悬浮定位于壳体组件中,所述电机定子组件由所述轴系组件定位并约束于壳体组件的内腔中;所述轴系组件左端连接压缩机轮,所述轴系组件右端连接涡轮。该一体机即可以使用高压流体介质进行发电,又可以对做功后的低压流体介质进行增压再循环。另外,其采用动压气浮轴承,避免了使用传统滚动轴承技术支撑方式所需要的额外附属润滑冷却设备,极大地降低了整机的结构体积及重量,同时动压气浮轴承的使用可以使整机工作转速达10000rpm以上。

Description

一种超高速涡轮发电增压一体机
技术领域
本发明涉及一种超高速涡轮发电增压一体机,属于涡轮发电机领域。
背景技术
涡轮发电机是一种利用旋转的机件自穿过它的流体中汲取动能的发电机形式,是发电机的一种。常用作飞机与大型的船舶或车辆的发电机。近些年,涡轮发电机在航空航天领域应用越来越广泛。在涡轮发电机领域,需要一种即可以利用高压流体介质进行发电,同时又可对做功后的低压流体介质进行再增压的超高速涡轮发电增压一体机。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中的上述需求,本发明提出一种超高速涡轮发电增压一体机,其即可以利用高压流体介质进行发电,又可以对做功后的低压流体介质进行增压再循环。另外,其采用动压气浮轴承,避免了使用传统滚动轴承技术支撑方式所需要的额外附属润滑冷却设备,极大地降低了整机的结构体积及重量,同时动压气浮轴承的使用可以使整机工作转速达10000rpm以上。
(二)技术方案
一种超高速涡轮发电增压一体机,包括壳体组件、轴系组件、电机定子组件、压缩机壳、压缩机轮、涡轮壳、涡轮;所述轴系组件左右两侧分别通过左径向动压气浮轴承、右径向动压气浮轴承以及两推力气浮轴承悬浮定位于壳体组件中,所述电机定子组件由所述轴系组件定位并约束于壳体组件的内腔中;所述轴系组件左端连接压缩机轮,压缩机轮内置于压缩机壳内,压缩机壳固定连接于壳体组件的左端面;所述轴系组件右端连接涡轮,涡轮内置于涡轮壳内,涡轮壳固定连接于壳体组件的右端面。
其中,所述壳体组件包括壳体本体、左径向轴承座、右径向轴承座、推力轴承座;左径向轴承座与左径向动压气浮轴承通过相应的紧定螺钉紧固适配并通过相应的定位销定位于壳体本体1的左端面上,右径向轴承座与右径向动压气浮轴承通过相应的紧定螺钉紧固适配并通过相应的定位销定位于壳体本体的右端面上,推力轴承座具有沿其径向延伸的凹台面,推力轴承座固定连接于右径向轴承座的右端面,且所述凹台面朝向右径向轴承座的右端面,两推力气浮轴承分别固定于右径向轴承座的右端面和所述凹台面。
其中,所述电机定子组件过盈安装于壳体本体中,其包括绕组、定子铁芯、冲片、轴向限位套;电机定子组件外周绕设线圈骨架,壳体本体的内壁中间偏右处设置凸台,线圈骨架右端抵紧所述凸台,线圈骨架左端通过轴向限位套与左径向轴承座抵紧。
其中,所述轴系组件包括拉杆轴、套筒、磁钢、右配合轴颈、推力盘、左配合轴颈、键;所述拉杆轴为所述轴系组件的中心轴,磁钢套设于拉杆轴的中部,套筒套设于磁钢的外径且二者过盈配合;左配合轴颈右段为左外缩颈段,左配合轴颈的左段为内扩颈段,左配合轴颈右端面与磁钢左端面抵紧,所述左外缩颈段与套筒过盈定位配合,所述内扩颈段与拉杆轴中间偏左位置设置的凸环抵紧,左配合轴颈左端面与压缩机轮抵紧,压缩机轮圆柱段置于所述内扩颈段内并通过相应的键实现压缩机轮与拉杆轴的适配固定。
其中,右配合轴颈左段具有右外缩颈段,右配合轴颈的右段具有内凹台段,右配合轴颈的左端面与磁钢的右端面抵紧,右外缩颈段与套筒过盈定位配合,所述内凹台段与推力盘凹凸适配并抵紧,推力盘内径处容纳涡轮的涡轮圆柱段,涡轮圆柱段通过相应的键与拉杆轴适配固定。
其中,压缩机轮左端面通过相应的锁紧螺母锁紧在拉杆轴上。
其中,涡轮右端面具有容置弹性垫圈的凹面,涡轮右端面通过相应的锁紧螺母和所述弹性垫圈抵紧并固定于拉杆轴上。
其中,所述壳体本体具有沿其周壁径向设置的孔作为绕组的引线出口。
其中,压缩机壳通过相应的螺栓与壳体组件紧固,压缩机壳具有沿其轴向设置的进气孔以供压缩机轮进气,压缩机壳上的压缩机壳法兰以供压缩机轮排气。
其中,涡轮壳通过相应的螺栓与壳体组件紧固,其具有沿其轴向设置的排气孔以供涡轮的排气,涡轮壳上的涡轮壳法兰进气口以供涡轮进气。
(三)有益效果
1)整机的轴系组件采用拉杆套装式结构,零件涡轮、压缩机、磁钢、套筒、配合轴颈、推力盘等通过拉杆轴向拉紧,配合轴颈及推力盘等易损零件可根据使用情况进行更换;2)磁钢与套筒采用过盈配合、配合轴颈与套筒、推力盘与配合轴颈、推力盘与涡轮等通过压紧后产生的摩擦力传递力矩,涡轮、压缩机与拉杆轴通过键传递力矩,结构简单可靠;3)径向轴承和推力轴承采用组件结构,可拆装更换,轴承形式为动压气浮轴承,结构可以是箔片轴承或螺旋槽动压轴承;4)轴系组件中零部件通过涡轮与压缩机两端锁紧螺母轴向预紧与锁死。本发明的一种超高速涡轮发电增压一体机,即可以使用高压流体介质进行发电,又可以对做功后的低压流体介质进行增压再循环。另外,其采用动压气浮轴承,避免了使用传统滚动轴承技术支撑方式所需要的额外附属润滑冷却设备,极大地降低了整机的结构体积及重量,同时动压气浮轴承的使用可以使整机工作转速达10000rpm以上。
附图说明
图1本发明的一种超高速涡轮发电增压一体机剖视图。
图2壳体组件的剖视图。
图3壳体组件的左视图。
图4壳体组件的右视图。
图5轴系组件的剖视图。
图中,1-壳体组件,2-轴系组件,3-壳体本体,4-右径向轴承座,5-推力轴承座,6-涡轮壳,7-左径向轴承座,8-压缩机壳,9-左径向动压气浮轴承,10-右径向动压气浮轴承,11-冲片,12-绕组,13-线圈骨架,14-推力气浮轴承,15-定位销,16-紧定螺钉,17-轴向限位套,18-拉杆轴,19-套筒,20-磁钢,21-右配合轴颈,22-推力盘,23-涡轮,24-左配合轴颈,25-键,26-压缩机轮,27-锁紧螺母,28-弹性垫圈,29-进气孔,30-压缩机壳法兰,31-排气孔,32-涡轮壳法兰进气口,33-孔,34-电机定子组件,35-凸台,36-压缩机轮圆柱段,37-左外缩颈段,38-右外缩颈段,39-内凹台段,40-涡轮圆柱段。
具体实施方式
参见图1,本发明的一种超高速涡轮发电增压一体机,包括壳体组件1、轴系组件2、电机定子组件34、压缩机壳8、压缩机轮26、涡轮壳6、涡轮23;所述轴系组件2左右两侧分别通过左径向动压气浮轴承9、右径向动压气浮轴承10以及两推力气浮轴承14悬浮定位于壳体组件1中,所述电机定子组件34由所述轴系组件2定位并约束于壳体组件1的内腔中;所述轴系组件2左端连接压缩机轮26,压缩机轮26内置于压缩机壳8内,压缩机壳8固定连接于壳体组件1的左端面;所述轴系组件2右端连接涡轮23,涡轮23内置于涡轮壳6内,涡轮壳6固定连接于壳体组件1的右端面。
参见图2,所述壳体组件1包括壳体本体3、左径向轴承座7、右径向轴承座4、推力轴承座5;左径向轴承座7与左径向动压气浮轴承9通过相应的紧定螺钉16紧固适配并通过相应的定位销15定位于壳体本体3的左端面上,右径向轴承座4与右径向动压气浮轴承10通过相应的紧定螺钉16紧固适配并通过相应的定位销15定位于壳体本体3的右端面上,推力轴承座5具有沿其径向延伸的凹台面,推力轴承座5固定连接于右径向轴承座4的右端面,且所述凹台面朝向右径向轴承座4的右端面,两推力气浮轴承14分别固定于右径向轴承座4的右端面和所述凹台面。
参见图1-2,所述电机定子组件34过盈安装于壳体本体3中,其包括绕组12、定子铁芯、冲片11、轴向限位套17;电机定子组件34外周绕设线圈骨架13,壳体本体3的内壁中间偏右处设置凸台35,线圈骨架13右端抵紧所述凸台35,线圈骨架13左端通过轴向限位套17与左径向轴承座7抵紧。
参见图1、5,所述轴系组件2包括拉杆轴18、套筒19、磁钢20、右配合轴颈21、推力盘22、左配合轴颈24、键25;所述拉杆轴18为所述轴系组件2的中心轴,磁钢20套设于拉杆轴18的中部,套筒19套设于磁钢20的外径且二者过盈配合;左配合轴颈24右段为左外缩颈段37,左配合轴颈24的左段为内扩颈段,左配合轴颈24右端面与磁钢20左端面抵紧,所述左外缩颈段37与套筒19过盈定位配合,所述内扩颈段与拉杆轴18中间偏左位置设置的凸环抵紧,左配合轴颈24左端面与压缩机轮26抵紧,压缩机轮圆柱段36置于所述内扩颈段内并通过相应的键25实现压缩机轮26与拉杆轴18的适配固定。
右配合轴颈21左段具有右外缩颈段38,右配合轴颈21的右段具有内凹台段39,右配合轴颈21的左端面与磁钢20的右端面抵紧,右外缩颈段38与套筒19过盈定位配合,所述内凹台段39与推力盘22凹凸适配并抵紧,推力盘22内径处容纳涡轮23的涡轮圆柱段40,涡轮圆柱段40通过相应的键25与拉杆轴18适配固定。
压缩机轮26左端面通过相应的锁紧螺母27锁紧在拉杆轴18上。
涡轮23右端面具有容置弹性垫圈28的凹面,涡轮23右端面通过相应的锁紧螺母27和所述弹性垫圈28抵紧并固定于拉杆轴18上。
参见图1-2,所述壳体本体3具有沿其周壁径向设置的孔33作为绕组12的引线出口。
参见图1、3,压缩机壳8通过相应的螺栓28与壳体组件1紧固,压缩机壳8具有沿其轴向设置的进气孔29以供压缩机轮26进气,压缩机壳8上的压缩机壳法兰30以供压缩机轮26排气。
参见图1、4,涡轮壳6通过相应的螺栓28与壳体组件1紧固,其具有沿其轴向设置的排气孔31以供涡轮23的排气,涡轮壳6上的涡轮壳法兰进气口32以供涡轮23进气。

Claims (7)

1.一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,包括壳体组件、轴系组件、电机定子组件、压缩机壳、压缩机轮、涡轮壳、涡轮;所述轴系组件左右两侧分别通过左径向动压气浮轴承、右径向动压气浮轴承以及两推力气浮轴承悬浮定位于壳体组件中,所述电机定子组件由所述轴系组件定位并约束于壳体组件的内腔中;所述轴系组件左端连接压缩机轮,压缩机轮内置于压缩机壳内,压缩机壳固定连接于壳体组件的左端面;所述轴系组件右端连接涡轮,涡轮内置于涡轮壳内,涡轮壳固定连接于壳体组件的右端面;
所述壳体组件包括壳体本体、左径向轴承座、右径向轴承座、推力轴承座;左径向轴承座与左径向动压气浮轴承通过相应的紧定螺钉紧固适配并通过相应的定位销定位于壳体本体的左端面上,右径向轴承座与右径向动压气浮轴承通过相应的紧定螺钉紧固适配并通过相应的定位销定位于壳体本体的右端面上,推力轴承座具有沿其径向延伸的凹台面,推力轴承座固定连接于右径向轴承座的右端面,且所述凹台面朝向右径向轴承座的右端面,两推力气浮轴承分别固定于右径向轴承座的右端面和所述凹台面;
所述电机定子组件过盈安装于壳体本体中,其包括绕组、定子铁芯、冲片、轴向限位套;电机定子组件外周绕设线圈骨架,壳体本体的内壁中间偏右处设置凸台,线圈骨架右端抵紧所述凸台,线圈骨架左端通过轴向限位套与左径向轴承座抵紧;
所述轴系组件包括拉杆轴、套筒、磁钢、右配合轴颈、推力盘、左配合轴颈、键;所述拉杆轴为所述轴系组件的中心轴,磁钢套设于拉杆轴的中部,套筒套设于磁钢的外径且二者过盈配合;左配合轴颈右段为左外缩颈段,左配合轴颈的左段为内扩颈段,左配合轴颈右端面与磁钢左端面抵紧,所述左外缩颈段与套筒过盈定位配合,所述内扩颈段与拉杆轴中间偏左位置设置的凸环抵紧,左配合轴颈左端面与压缩机轮抵紧,压缩机轮圆柱段置于所述内扩颈段内并通过相应的键实现压缩机轮与拉杆轴的适配固定。
2.如权利要求1所述的一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,右配合轴颈左段具有右外缩颈段,右配合轴颈的右段具有内凹台段,右配合轴颈的左端面与磁钢的右端面抵紧,右外缩颈段与套筒过盈定位配合,所述内凹台段与推力盘凹凸适配并抵紧,推力盘内径处容纳涡轮的涡轮圆柱段,涡轮圆柱段通过相应的键与拉杆轴适配固定。
3.如权利要求2所述的一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,压缩机轮左端面通过相应的锁紧螺母锁紧在拉杆轴上。
4.如权利要求3所述的一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,涡轮右端面具有容置弹性垫圈的凹面,涡轮右端面通过相应的锁紧螺母和所述弹性垫圈抵紧并固定于拉杆轴上。
5.如权利要求4所述的一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,所述壳体本体具有沿其周壁径向设置的孔作为绕组的引线出口。
6.如权利要求1所述的一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,压缩机壳通过相应的螺栓与壳体组件紧固,压缩机壳具有沿其轴向设置的进气孔以供压缩机轮进气,压缩机壳上的压缩机壳法兰以供压缩机轮排气。
7.如权利要求1所述的一种超高速涡轮发电增压一体机,其特征在于,涡轮壳通过相应的螺栓与壳体组件紧固,其具有沿其轴向设置的排气孔以供涡轮的排气,涡轮壳上的涡轮壳法兰进气口以供涡轮进气。
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