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CN112360570B - 一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴及其工艺 - Google Patents

一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴及其工艺 Download PDF

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CN112360570B CN202011154629.3A CN202011154629A CN112360570B CN 112360570 B CN112360570 B CN 112360570B CN 202011154629 A CN202011154629 A CN 202011154629A CN 112360570 B CN112360570 B CN 112360570B
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Abstract

本发明涉及一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴及其工艺，包括轴承套、电机主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮。根据闭式循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，在确定转轴组成零部件结构尺寸参数与装配力矩的基础上，完成轴承套、电机主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮的加工，通过依次完成电机主轴的装配、轴承套同电机主轴的装配、压气机叶轮和电机主轴的装配以及涡轮叶轮和电机主轴的装配，并按照确定的螺纹拧紧力矩进行螺纹装配结构锁紧，形成完整的高速热电转换系统转轴结构，该转轴具有零部件数量少、刚度大、制造难度低、可靠性高等特点。

Description

一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴及其工艺
技术领域
本发明属于涡轮发电系统结构设计技术领域，具体涉及一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴及其工艺。
背景技术
闭式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。典型的闭式循环热电转换系统主要由涡轮、压气机、发电机、回热器、冷却器等组成。
转轴是闭式循环热电转换系统中最为核心的部件，由涡轮叶轮、压气机叶轮、电机主轴等零件组成，对系统的总体性能与结构、可靠性与寿命具有决定性的影响。热电转换系统在运转过程中，转子处于高速旋转状态，其转速可达几万转/分，有的甚至达到十几万转/分，旋转部件一旦发生故障，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。因此，合理设计旋转组件结构对于保证热电转换系统结构可靠性至关重要。
现有的闭式循环热电转换系统转轴主要由涡轮、主轴、压气机叶轮、电机主轴、联轴器等部件装配而成，具体为：通过主轴将涡轮和压气机叶轮连接在一起形成动力转轴，然后借助联轴器将动力转轴和电机主轴连接在一起，形成完整的旋转组件。这种旋转组件结构由于其连接部位多，对组件加工精度均提出了很高要求，连接强度和刚度保证难度大。
针对闭式循环热电转换系统转轴结构组成与工作特点，合理设计转轴的结构，不仅可以降低转轴的制造及装配工艺难度，而且有助于提高闭式循环热电转换系统的工作可靠性与使用寿命。
发明内容
本发明针对闭式循环热电转换系统结构设计问题，提出了一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴，包括轴承套、电机主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮。根据闭式循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，在确定转轴组成零部件结构尺寸参数与装配力矩的基础上，完成轴承套、电机主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮的加工，通过依次完成电机主轴装配、电机主轴同轴承套以及电机主轴同压气机叶轮和涡轮叶轮的装配，形成完整的热电转换系统转轴结构。该转轴具有零部件数量少、刚度大、制造难度低、可靠性高等特点。
本发明的技术方案：
一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴结构，包括轴承套、电机主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮；
所述轴承套上有轴向止推盘，所述轴承套上有同径向轴承相装配的外圆柱面，所述轴承套的一端有同电机主轴相装配的阶梯孔，所述轴承套的阶梯孔的底部有同电机主轴的阶梯轴的螺柱相装配的螺纹孔，所述轴承套的螺纹孔的底部有退刀槽，所述轴承套的另一端有用于装配夹紧的六角凸台；
所述电机主轴由磁芯、护套轴和端盖轴组成，所述电机主轴的磁芯位于护套轴的套筒内，所述电机主轴的磁芯的一端同护套轴的套筒底部相接触，所述电机主轴的磁芯的另一端同端盖轴的端盖相接触；所述电机主轴的护套轴的一端有放置磁芯的套筒，所述电机主轴的护套轴的另一端有同径向轴承装配的圆柱，所述电机主轴护套轴的圆柱端部有同压气机叶轮相装配的凸台，所述电机主轴护套轴的凸台端部有同压气机叶轮和涡轮叶轮相装配的光轴，所述电机主轴护套轴的光轴的端部有同涡轮叶轮相装配的螺柱；所述电机主轴的端盖轴的一端有同护套轴相连接的端盖，所述电机主轴的端盖轴的另一端有同轴承套的阶梯孔相装配的阶梯轴，所述电机主轴的端盖轴的阶梯轴的端部有螺柱；
所述压气机叶轮的进气端设有导流凸台，所述压气机叶轮上有同电机主轴的凸台相装配的沉孔，所述压气机叶轮上有同电机转轴的光轴相装配的通孔；
所述涡轮叶轮上有同电机主轴的光轴相装配的沉孔，所述涡轮叶轮上有同电机主轴的光轴端的螺柱相装配的螺纹孔，所述涡轮叶轮的螺纹孔底部有退刀槽，所述涡轮叶轮上有用于装配夹紧的六角凸台。
上述一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴的制造工艺，包括以下步骤：
a、确定径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的尺寸参数：根据闭式循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，确定轴承套、电机主轴、压气机叶轮和涡轮叶轮的尺寸；
b、确定径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴的装配力矩：根据闭式循环热电转换系统工作参数，确定转轴的螺纹装配拧紧力矩；
c、进行径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的加工：按照步骤a确定的一体化叶轮侧置热电转换系统转轴零部件的尺寸参数，加工轴承套、电机主轴的磁芯、护套轴和端盖轴以及压气机叶轮和涡轮叶轮；
d、电机主轴的加工：将步骤c中加工好的电机主轴的磁芯、护套轴和端盖轴，采用加热护套轴的方式，将磁芯同长护套装配在一起，使磁芯的端面同护套轴的套筒底部贴紧，然后将端盖轴的端盖放置在护套轴的套筒内并与磁芯的端面贴紧，对护套轴和端盖轴的接触面进行焊接连接，形成完整的电机主轴；
e、轴承套同电机主轴的装配：将电机主轴的阶梯轴穿过轴承套的阶梯孔，使电机主轴的阶段轴端螺柱同轴承套的螺纹孔相配合，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧；
f、压气机叶轮和电机主轴的装配：将电机主轴的凸台和光轴分别同压气机叶轮的沉孔和通孔相装配；
g、涡轮叶轮和电机主轴的装配：将电机主轴的光轴和光轴端螺柱分别同涡轮叶轮的沉孔和螺纹孔相装配，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧。
本发明的有益效果是：
本发明的一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴结构，在轴承套内设有同主轴装配的螺纹结构，可以有效缩短电机主轴的长度，不仅降低了电机主轴加工难度，同时还可以提高电机主轴的刚性，有利于提高转轴的整体刚度与工作转速；轴承套端部设有六角凸台，便于转轴的装配。电机主轴同压气机叶轮采用凸台同沉孔以及光轴同通孔的配合结构，可以实现压气机叶轮同电机主轴之间的良好定位，防止工作过程中发生径向相对运动。电机主轴同涡轮叶轮之间采用螺柱与螺纹孔装配结构，便于转轴的装配。压气机叶轮进气端设置导流凸台，可以降低流动损失与气动噪声。
附图说明
图1是本发明实施例所述一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴结构示意图。
图2是本发明实施例所述轴承套结构示意图。
图3是本发明实施例所述电机主轴结构示意图。
图4是本发明实施例所述主轴结构示意图。
图5是本发明实施例所述一体化叶轮结构示意图。
1轴承套 2电机主轴 3压气机叶轮 4涡轮叶轮 5轴承套止推盘
6轴承套外圆柱面 7轴承套阶梯孔 8轴承套螺纹孔 9轴承套退刀槽
10轴承套六角凸台 11电机主轴磁芯 12电机主轴护套轴
13电机主轴端盖轴 14电机主轴阶梯轴 15电机主轴阶梯轴端螺柱
16电机主轴同径向轴承装配的圆柱 17电机主轴凸台 18电机主轴光轴
19电机主轴光轴端螺柱 20压气机叶轮导流凸台 21压气机叶轮沉孔
22压气机叶轮通孔 23涡轮叶轮的沉孔 24涡轮叶轮螺纹孔
25涡轮叶轮退刀槽 26涡轮叶轮的六角凸台
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。
一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴结构，包括轴承套1、电机主轴2、压气机叶轮3和涡轮叶轮4，如图1所示；
所述轴承套1上有轴向止推盘5，所述轴承套1上有同径向轴承相装配的外圆柱面6，所述轴承套1的一端有同电机主轴相装配的阶梯孔7，所述轴承套1的阶梯孔7的底部有同电机主轴的阶梯轴的螺柱相装配的螺纹孔8，所述轴承套1的螺纹孔8的底部有退刀槽9，所述轴承套1的另一端有用于装配夹紧的六角凸台10，如图2所示；
所述电机主轴2由磁芯11、护套轴12和端盖轴13组成，所述电机主轴2的磁芯11位于护套轴12的套筒内，所述电机主轴2的磁芯11的一端同护套轴12的套筒底部相接触，所述电机主轴2的磁芯11的另一端同端盖轴13的端盖相接触；所述电机主轴2的护套轴12的一端有放置磁芯11的套筒，所述电机主轴2的护套轴12的另一端有同径向轴承装配的圆柱16，所述电机主轴2护套轴12的圆柱16端部有同压气机叶轮相装配的凸台17，所述电机主轴2护套轴12的凸台17端部有同压气机叶轮和涡轮叶轮相装配的光轴18，所述电机主轴2护套轴12的光轴18的端部有同涡轮叶轮相装配的螺柱19；所述电机主轴2的端盖轴13的一端有同护套轴12相连接的端盖，所述电机主轴2的端盖轴13的另一端有同轴承套的阶梯孔相装配的阶梯轴14，所述电机主轴2的端盖轴13的阶梯轴14的端部有螺柱15，如图3所示；
所述压气机叶轮3的进气端设有导流凸台20，所述压气机叶轮3上有同电机主轴的凸台相装配的沉孔21，所述压气机叶轮3上有同电机转轴的光轴相装配的通孔22，如图4所示；
所述涡轮叶轮4上有同电机主轴的光轴相装配的沉孔23，所述涡轮叶轮4上有同电机主轴的光轴端的螺柱相装配的螺纹孔24，所述涡轮叶轮4的螺纹孔24的底部有退刀槽25，所述涡轮叶轮4上有用于装配夹紧的六角凸台26，如图5所示。
上述一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴的制造工艺，包括以下步骤：
a、确定径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的尺寸参数：根据闭式循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，确定轴承套1、电机主轴2、压气机叶轮3和涡轮叶轮4的尺寸；
b、确定径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴的装配力矩：根据闭式循环热电转换系统工作参数，确定转轴的螺纹装配拧紧力矩；
c、进行径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的加工：按照步骤a确定的一体化叶轮侧置热电转换系统转轴零部件的尺寸参数，加工轴承套1、电机主轴2的磁芯11、护套轴12和端盖轴13以及压气机叶轮3和涡轮叶轮4；
d、电机主轴2的加工：将步骤c中加工好的电机主轴2的磁芯11、护套轴12和端盖轴13，采用加热护套轴12的方式，将磁芯11同长护套12装配在一起，使磁芯11的端面同护套轴12的套筒底部贴紧，然后将端盖轴13的端盖放置在护套轴12的套筒内并与磁芯11的端面贴紧，对护套轴12和端盖轴13的接触面进行焊接连接，形成完整的电机主轴2；
e、轴承套1同电机主轴2的装配：将电机主轴2的阶梯轴14穿过轴承套1的阶梯孔7，使电机主轴2的阶段轴端螺柱15同轴承套1的螺纹孔8相配合，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧；
f、压气机叶轮3和电机主轴2的装配：将电机主轴2的凸台17和光轴18分别同压气机叶轮3的沉孔21和通孔22相装配，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧；
g、涡轮叶轮4和电机主轴2的装配：将电机主轴2的光轴18和光轴端螺柱19分别同涡轮叶轮4的沉孔23和螺纹孔24相装配，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧。
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 (2)

1.一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴，其特征在于：轴承套(1)、电机主轴(2)、压气机叶轮(3)和涡轮叶轮(4)；
所述轴承套(1)上有轴向止推盘(5)，所述轴承套(1)上有同径向轴承相装配的外圆柱面(6)，所述轴承套(1)的一端有同电机主轴相装配的阶梯孔(7)，所述轴承套(1)的阶梯孔(7)的底部有同电机主轴的阶梯轴的螺柱相装配的螺纹孔(8)，所述轴承套(1)的螺纹孔(8)的底部有退刀槽(9)，所述轴承套(1)的另一端有用于装配夹紧的六角凸台(10)；
所述电机主轴(2)由磁芯(11)、护套轴(12)和端盖轴(13)组成，所述电机主轴(2)的磁芯(11)位于护套轴(12)的套筒内，所述电机主轴(2)的磁芯(11)的一端同护套轴(12)的套筒底部相接触，所述电机主轴(2)的磁芯(11)的另一端同端盖轴(13)的端盖相接触；所述电机主轴(2)的护套轴(12)的一端有放置磁芯(11)的套筒，所述电机主轴(2)的护套轴(12)的另一端有同径向轴承装配的圆柱(16)，所述电机主轴(2)护套轴(12)的圆柱(16)端部有同压气机叶轮相装配的凸台(17)，所述电机主轴(2)护套轴(12)的凸台(17)端部有同压气机叶轮和涡轮叶轮相装配的光轴(18)，所述电机主轴(2)护套轴(12)的光轴(18)的端部有同涡轮叶轮相装配的螺柱(19)；所述电机主轴(2)的端盖轴(13)的一端有同护套轴(12)相连接的端盖，所述电机主轴(2)的端盖轴(13)的另一端有同轴承套的阶梯孔相装配的阶梯轴(14)，所述电机主轴(2)的端盖轴(13)的阶梯轴(14)的端部有螺柱(15)；
所述压气机叶轮(3)的进气端设有导流凸台(20)，所述压气机叶轮(3)上有同电机主轴的凸台相装配的沉孔(21)，所述压气机叶轮(3)上有同电机转轴的光轴相装配的通孔(22)；
所述涡轮叶轮(4)上有同电机主轴的光轴相装配的沉孔(23)，所述涡轮叶轮(4)上有同电机主轴的光轴端的螺柱相装配的螺纹孔(24)，所述涡轮叶轮(4)的螺纹孔(24)的底部有退刀槽(25)，所述涡轮叶轮(4)上有用于装配夹紧的六角凸台(26)。
2.根据权利要求1所述的一种径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、确定径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的尺寸参数：根据闭式循环热电转换系统的涡轮、压气机和电机的结构尺寸参数，确定轴承套(1)、电机主轴(2)、压气机叶轮(3)和涡轮叶轮(4)的尺寸；
b、确定径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴的装配力矩：根据闭式循环热电转换系统工作参数，确定转轴的螺纹装配拧紧力矩；
c、进行径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的加工：按照步骤a确定的径流叶轮侧置式高速热电转换系统转轴零部件的尺寸参数，加工轴承套(1)、电机主轴(2)的磁芯(11)、护套轴(12)和端盖轴(13)以及压气机叶轮(3)和涡轮叶轮(4)；
d、电机主轴(2)的加工:将步骤c中加工好的电机主轴(2)的磁芯(11)、护套轴(12)和端盖轴(13)，采用加热护套轴(12)的方式，将磁芯(11)同长护套(12)装配在一起，使磁芯(11)的端面同护套轴(12)的套筒底部贴紧，然后将端盖轴(13)的端盖放置在护套轴(12)的套筒内并与磁芯(11)的端面贴紧，对护套轴(12)和端盖轴(13)的接触面进行焊接连接，形成完整的电机主轴(2)；
e、轴承套(1)同电机主轴(2)的装配：将电机主轴(2)的阶梯轴(14)穿过轴承套(1)的阶梯孔(7)，使电机主轴(2)的阶段轴端螺柱(15)同轴承套(1)的螺纹孔(8)相配合，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧；
f、压气机叶轮(3)和电机主轴(2)的装配：将电机主轴(2)的凸台(17)和光轴(18)分别同压气机叶轮(3)的沉孔(21)和通孔(22)相装配，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧；
g、涡轮叶轮(4)和电机主轴(2)的装配：将电机主轴(2)的光轴(18)和光轴端螺柱(19)分别同涡轮叶轮(4)的沉孔(23)和螺纹孔(24)相装配，并按照步骤b确定的拧紧力矩进行螺纹装配拧紧。
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