CN112360566A - 一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构，包括径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂，径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂采用一体化结构，径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂位于同一轴线上，连接轮毂位于径流压气机叶轮的进气端，连接轮毂上设有同转轴连接的结构。根据闭式布雷顿循环发电系统中涡轮和压气机以及转子的结构参数，在确定该结构尺寸参数的基础上，完成整体式径流叶轮加工以及同转子部件之间的装配。该结构将涡轮叶轮和压气机叶轮集成在一起，可以减少发电系统转动部件数量，降低转子组件加工与装配难度，有助于提高系统的结构可靠性与工作寿命。

Description

一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构
技术领域
本发明属于闭式布雷顿循环热电转换系统结构设计技术领域，具体涉及一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构。
背景技术
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、回热器、冷却器、热源等部件组成。
涡轮叶轮与压气机叶轮是闭式布雷顿循环热电转换系统中的高速旋转部件，对闭式布雷顿循环热电转换系统的总体性能与结构布局以及可靠性与寿命有重要影响。闭式布雷顿循环热电转换系统在运转过程中，涡轮叶轮与压气机叶轮处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分。涡轮叶轮与压气机叶轮在高速旋转的同时，不仅实现是机械能与工质总能之间的转换，而且涡轮叶轮与压气机叶轮之间还通过转轴进行功率传递。闭式循环发电系统在工作过程中当涡轮叶轮、压气机叶轮以及连接转轴之间发生相对运动时，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。此外，涡轮叶轮和压气机叶轮采用轻量化结构，可以降低发电系统的转子重量，有利于提高系统的结构可靠性。因此，实现涡轮叶轮与压气机叶轮之间功率及扭矩的可靠传递，是保证闭式布雷顿循环热电转换系统的工作可靠性的关键。
现有的闭式布雷顿循环热电转换系统涡轮叶轮和压气机叶轮均采用独立结构，涡轮叶轮同压气机叶轮之间通过转轴相连接，涡轮叶轮同压气机叶轮的扭矩及功率传递完全依靠涡轮叶轮和压气机叶轮同转轴之间的摩擦力来实现。这该结构组成零部件多，可传递的功率或扭矩有限，特别是在大扭矩传递情况下易引起转轴同压气机叶轮或涡轮叶轮连接部位的松脱。因此，针对闭式布雷顿循环热电转换系统径流式涡轮叶轮与压气机叶轮以及转子结构的工作特点，合理设计涡轮叶轮与压气机叶轮结构，可有效提高涡轮叶轮同压气机叶轮的扭矩及功率传递特性，保证闭式布雷顿循环热电转换系统的工作可靠性。
发明内容
本发明针对闭式布雷顿循环热电转换系统结构设计问题，提出了一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构。该径流叶轮包括径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂，径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂采用一体化结构，径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂位于同一轴线上，连接轮毂位于径流压气机叶轮的进气端，连接轮毂上设有同转轴连接的结构。根据闭式布雷顿循环发电系统中涡轮和压气机以及转子的结构参数，在确定整体式径流叶轮结构尺寸参数的基础上，完成整体式径流叶轮加工以及同转子部件之间的装配。该结构将涡轮叶轮和压气机叶轮集成在一起，不仅可以减少闭式循环发电系统转动部件数量，降低转子组件加工难度，而且有利于保证转子装配精度，有助于提高系统可靠性与寿命。
本发明的技术方案：
一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构包括径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂，所述径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂采用一体化结构，所述径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂位于同一轴线上；
所述径流压气机叶轮的轮背同径流涡轮叶轮的轮背相对，所述径流压气机叶轮的进气端同连接轮毂相邻；
所述连接轮毂的中心部位有用于同转轴连接的内圆柱面，所述连接轮毂的内圆柱面靠近径流压气机叶轮的一端有同转轴相装配的螺纹孔，所述连接轮毂的螺纹孔的螺纹旋向同闭式循环发电系统工作时转子的旋向相同，所述连接轮毂的螺纹孔的底部有退刀槽；
所述径流涡轮叶轮的排气侧端面有用于装夹的六角沉孔，所述径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮和过渡轮毂的中心部位有减重通孔；
所述过渡轮毂位于径流压气机叶轮的轮背与径流涡轮叶轮的轮背之间，所述过渡轮毂同径流涡轮叶轮轮背和径流压气机叶轮轮背过渡部位有防应力集中圆角；
所述径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂采用钛铝合金和陶瓷轻质高温材料制造。
本发明的有益效果是：
本发明的一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构结构，径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂采用一体化结构，不仅可以保证径流涡轮叶轮与径流压气机叶轮之间功率与扭矩的可靠传递，而且可以保证径流涡轮叶轮和径流压气机叶轮以及过渡轮毂温度梯度的合理分布。径流压气机叶轮的轮背和涡轮叶轮的轮背采取相对布置方式，可以防止高温气体和低温气体之间的掺混与热交换。整体式径流叶轮同转轴的连接采用内圆柱面和螺纹孔连接结构可以有效保证连接强度与连接强度。连接轮毂上设有退刀槽，便于螺纹孔的加工。径流涡轮叶轮的排气侧端面有六角沉孔，便于叶轮同转轴及其他部件之间的装配。径流涡轮叶轮和径流压气机叶轮的轮毂部位有通孔可以减小叶轮的重量，同时，径流涡轮叶轮、径流压气机叶轮、过渡轮毂和连接轮毂采用钛铝合金和陶瓷轻质高温材料，可以实现整体式径流叶轮结构的轻量化。该结构可以系统转子部件数量，降低转子组件加工与装配难度，实现叶轮的轻量化与高紧凑性，有助于保证系统的可靠性与寿命。
附图说明
图1是本发明实施例所述一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构结构示意图。
1连接轮毂的内圆柱面 2连接轮毂 3螺纹孔 4退刀槽
5径流压气机叶轮 6过渡轮毂 7径流涡轮叶轮 8减重通孔
9六角沉孔
具体实施方式
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。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构包括径流涡轮叶轮7、径流压气机叶轮5、过渡轮毂6和连接轮毂2，所述径流涡轮叶轮7、径流压气机叶轮5、过渡轮毂6和连接轮毂2采用一体化结构，所述径流涡轮叶轮7、径流压气机叶轮5、过渡轮毂6和连接轮毂2位于同一轴线上，如图1所示；
所述径流压气机叶轮5的轮背同径流涡轮叶轮7的轮背相对，所述径流压气机叶轮5的进气端同连接轮毂2相邻；
所述连接轮毂2的中心部位有用于同转轴连接的内圆柱面1，所述连接轮毂2的内圆柱面1靠近径流压气机叶轮5的一端有同转轴相装配的螺纹孔3，所述连接轮毂2的螺纹孔3的螺纹旋向同闭式循环发电系统工作时转子的旋向相同，所述连接轮毂2的螺纹孔3的底部有退刀槽4；
所述径流涡轮叶轮7的排气侧端面有用于装夹的六角沉孔9，所述径流涡轮叶轮7、径流压气机叶轮5和过渡轮毂6的中心部位有减重通孔8；
所述过渡轮毂6位于径流压气机叶轮5的轮背与径流涡轮叶轮7的轮背之间，所述过渡轮毂6同径流涡轮叶轮7的轮背和径流压气机叶轮5的轮背过渡部位有防应力集中圆角；
所述径流涡轮叶轮7、径流压气机叶轮5、过渡轮毂6和连接轮毂2采用钛铝合金和陶瓷轻质高温材料制造。
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。

Claims (4)

1.一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构，其特征在于：包括径流涡轮叶轮(7)、径流压气机叶轮(5)、过渡轮毂(6)和连接轮毂(2)，所述径流涡轮叶轮(7)、径流压气机叶轮(5)、过渡轮毂(6)和连接轮毂(2)采用一体化结构，所述径流涡轮叶轮(7)、径流压气机叶轮(5)、过渡轮毂(6)和连接轮毂(2)位于同一轴线上；
所述径流压气机叶轮(5)的轮背同径流涡轮叶轮(7)的轮背相对，所述径流压气机叶轮(5)的进气端同连接轮毂(2)相邻；
所述过渡轮毂(6)位于径流压气机叶轮(5)的轮背与径流涡轮叶轮(7)的轮背之间，所述过渡轮毂(6)同径流涡轮叶轮(7)的轮背和径流压气机叶轮(5)的轮背过渡部位有防应力集中圆角。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构，其特征在于：所述连接轮毂(2)的中心部位有用于同转轴连接的内圆柱面(1)，所述连接轮毂(2)的内圆柱面(1)靠近径流压气机叶轮(5)的一端有同转轴相装配的螺纹孔(3)，所述连接轮毂(2)的螺纹孔(3)的螺纹旋向同闭式循环发电系统工作时转子的旋向相同，所述连接轮毂(2)的螺纹孔(3)的底部有退刀槽(4)。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构，其特征在于：所述径流涡轮叶轮(7)的排气侧端面有用于装夹的六角沉孔(9)，所述径流涡轮叶轮(7)、径流压气机叶轮(5)和过渡轮毂(6)的中心部位有减重通孔(8)。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化整体式径流涡轮与压气机叶轮结构，其特征在于：所述径流涡轮叶轮(7)、径流压气机叶轮(5)、过渡轮毂(6)和连接轮毂(2)采用钛铝合金和陶瓷轻质高温材料制造。
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