CN217735581U - 一种多级叶轮转子结构及发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于发电机组领域，公开了一种多级叶轮转子结构及发电机组，多级叶轮转子结构包括中心轴、第一拉杆、多个叶轮和螺母，中心轴沿轴向的第一端设有第一安装孔；第一拉杆的一端伸入第一安装孔内且与第一安装孔螺纹连接；多个叶轮沿第一拉杆的轴向分别套设在第一拉杆上，靠近中心轴的第一个叶轮与中心轴的第一端固定连接，且相邻两个叶轮之间固定连接，使中心轴和多个叶轮一起转动；螺母与第一拉杆的另一端螺纹连接，用于轴向固定多个叶轮。本实用新型的中心轴无需穿过多个叶轮，中心轴的轴径不会受到小尺寸叶轮的限制，降低中心轴的长径比，提高转子的稳定性，避免转子高速转动时发生振动而导致转子与静子碰磨，提高零件寿命。

Description

一种多级叶轮转子结构及发电机组

技术领域

本实用新型涉及发电机组领域，尤指一种多级叶轮转子结构及发电机组。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术是采用超临界二氧化碳作为工质的闭式循环涡轮发电技术，其是近年来快速发展起来的一项前沿技术。与电厂常见的高温蒸汽朗肯循环发电***相比，超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术的压缩机和涡轮机尺寸非常小，且转速相对较高，可达30000～60000r/min，这样就会对整个机组转子的转子动力学特性要求非常高，在设计机组各个工况的额定转速时，通常要考虑其转子高阶模态振型。

传统的发电机组中，多级离心叶轮通常是安装至多级台阶中心轴上，通过轴肩进行轴向定位，通过过盈连接或键槽进行周向限位并传递扭矩。但在超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术中，由于压缩机和涡轮机尺寸变小，如仍采用台阶中心轴方案会导致中心轴的轴径特别小，而过大长径比的细长轴在转动过程中的稳定性不足会引发转子高速转动时的振动问题，从而导致转静子碰磨降低零件寿命甚至停机。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多级叶轮转子结构及发电机组，可降低中心轴的长径比，提高转子的稳定性。

本实用新型提供的技术方案如下：

一方面，提供一种多级叶轮转子结构，包括：

中心轴，沿轴向的第一端设有第一安装孔；

第一拉杆，一端伸入所述第一安装孔内且与所述第一安装孔螺纹连接；

多个叶轮，沿所述第一拉杆的轴向分别套设在所述第一拉杆上，靠近所述中心轴的第一个叶轮与所述中心轴的第一端固定连接，且相邻两个所述叶轮之间固定连接，使所述中心轴和多个所述叶轮一起转动；

螺母，与所述第一拉杆的另一端螺纹连接，用于轴向固定多个所述叶轮。

在一些实施方式中，所述中心轴的第一端外壁设有第一轴肩，所述第一个叶轮套设在所述中心轴的第一端且与所述第一轴肩抵接以对所述第一个叶轮进行轴向定位，所述第一个叶轮与所述中心轴的第一端过盈配合以对所述第一个叶轮进行周向和径向定位。

在一些实施方式中，所述中心轴的第一端外壁设有第一轴肩，所述第一个叶轮套设在所述中心轴的第一端且与所述第一轴肩抵接以对所述第一个叶轮进行轴向定位，所述第一个叶轮与所述中心轴的第一端通过花键连接以进行周向定位，并通过圆柱面抵接以进行径向定位。

在一些实施方式中，相邻两个所述叶轮之间通过花键连接传递扭矩或通过过盈配合传递扭矩。

在一些实施方式中，个所述叶轮包括一级叶轮和二级叶轮，所述二级叶轮的一端与所述中心轴的第一端连接，所述二级叶轮的另一端设有装配孔，所述一级叶轮的一端***所述装配孔内并与所述装配孔通过花键连接，所述一级叶轮的外花键的大径与所述二级叶轮的内花键的大径相适配，以径向定位所述一级叶轮和所述二级叶轮，所述螺母与所述一级叶轮抵接，以轴向固定所述一级叶轮和所述二级叶轮。

在一些实施方式中，还包括调整垫，所述调整垫设置在所述装配孔内，所述一级叶轮与所述调整垫抵接，以对所述一级叶轮进行轴向定位。

在一些实施方式中，通过调整所述调整垫的厚度以调节所述一级叶轮在所述第一拉杆上的轴向位置。

在一些实施方式中，还包括第二拉杆和涡轮机叶轮，所述中心轴沿轴向的第二端设有第二安装孔，所述第二拉杆的一端与所述第二安装孔螺纹连接，所述涡轮机叶轮套设在所述第二拉杆上且与所述中心轴的第二端固定连接，所述第二拉杆的另一端设有螺母以轴向固定所述涡轮机叶轮。

在一些实施方式中，所述中心轴的第二端外壁设有第二轴肩，所述涡轮机叶轮套设在所述中心轴的第二端且端部与所述第二轴肩抵接，所述涡轮机叶轮与所述中心轴的第二端过盈配合，或所述涡轮机叶轮与所述中心轴的第二端通过花键连接以进行周向定位，并通过圆柱面抵接以进行径向定位。

另一方面，还提供一种发电机组，包括上述任一实施例所述的多级叶轮转子结构。

本实用新型的技术效果在于：

(1)通过设置第一拉杆来连接多个叶轮与中心轴，多个叶轮套设在第一拉杆上，仅有一个叶轮与中心轴连接，中心轴无需穿过多个叶轮，使得中心轴的轴径不会受到小尺寸叶轮的限制，从而降低中心轴的长径比，使得转子动力学特性较好且降低轴的加工难度，以提高转子的稳定性，避免转子高速转动时发生振动而导致转子与静子碰磨，提高零件寿命。

(2)各级叶轮相互定位和装配，提高了装配灵活性，可以根据整个机组结构调整转子装配顺序，提高机组装配性。

(3)通过设置在叶轮之间设置调整垫，可调节静子与转子的间隙，以提高机组工作效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本申请具体实施例提供的一种多级叶轮转子结构的纵面剖视图；

图2是相邻叶轮采用花键连接时连接处的纵面剖视局部放大图；

图3是图2中A-A处的横剖面示意图；

图4是相邻叶轮采用过盈配合连接时连接处的纵面剖视局部放大图。

附图标号说明：

10、中心轴；11、第一轴肩；12、第二轴肩；20、第一拉杆；31、一级叶轮；32、二级叶轮；40、螺母；50、调整垫；60、第二拉杆；70、涡轮机叶轮。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型的技术构思是：提供一种连接可靠、定位方便且稳定性高的转子结构，该转子结构可应用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术中，避免压缩机和涡轮机尺寸变小而导致中心轴的长径比过大，进而避免中心轴长径比过大在转子转动过程中的稳定性不足而引发的转子高速转动时的振动问题。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，一种多级叶轮转子结构，包括中心轴10、第一拉杆20、多个叶轮和螺母40，中心轴10沿轴向的第一端设有第一安装孔；第一拉杆20的一端伸入第一安装孔内且与第一安装孔螺纹连接；多个叶轮沿第一拉杆20的轴向分别套设在第一拉杆20上，靠近中心轴10的第一个叶轮(二级叶轮32)与中心轴10的第一端固定连接，且相邻两个叶轮之间固定连接，使中心轴10和多个叶轮一起转动；螺母40与第一拉杆20的另一端螺纹连接，用于轴向固定多个叶轮。

具体的，中心轴10沿轴向的一端为第一端，沿轴向的另一端为第二端，第一拉杆20与中心轴10的第一端螺纹连接，使得第一拉杆20与中心轴10可一起转动。多个叶轮分别套设在第一拉杆20上，叶轮的数量可以根据实际需要设计为两个、三个、四个等，叶轮可以为压缩机叶轮或涡轮机叶轮。

靠近中心轴10的第一端的叶轮(二级叶轮32)与中心轴10的第一端固定连接，然后多个叶轮之间依次固定连接，例如，叶轮数量为两个时，一级叶轮31与二级叶轮32固定连接，以使多个叶轮可与中心轴10一起转动，且多个叶轮与中心轴10、第一拉杆20之间无相对运动。最靠近中心轴10的叶轮(二级叶轮32)与中心轴10之间可通过螺纹、花键、楔销、过盈配合等实现固定连接，相邻两个叶轮之间也可通过螺纹、花键、楔销、过盈配合等实现固定连接。

第一拉杆20远离中心轴10的一端还设有螺母40，通过拧紧螺母40将多个叶轮固定在第一拉杆20上，实现多个叶轮的轴向固定，避免多个叶轮在第一拉杆20上进行轴向移动。

本实施例中通过设置第一拉杆20来连接多个叶轮与中心轴10，多个叶轮套设在第一拉杆20上，仅有一个叶轮与中心轴10连接，中心轴10无需穿过多个叶轮，使得中心轴10的轴径不会受到小尺寸叶轮的限制，从而降低中心轴10的长径比，使得转子动力学特性较好且降低轴的加工难度，以提高转子的稳定性，避免转子高速转动时发生振动而导致转子与静子碰磨，提高零件寿命。

相比于现有技术，本实施例的多级叶轮转子结构具有以下有益效果：

(1)转子结构无细长轴，转子动力学特性较好且降低轴零件加工难度；

(2)各级叶轮相互定位和装配，提高了装配灵活性，可以根据整个机组结构调整转子装配顺序，提高机组装配性；

(3)为小尺寸多级叶轮转子提供了一个可行的结构形式和装配方式；

(4)可以选用轴径较大的连接轴，从而选用承载能力更强的轴承；

(5)在叶轮之间设置调整垫，可调节静子与转子的间隙，以提高机组工作效率。

在一些实施例中，如图1所示，中心轴10的第一端外壁设有第一轴肩11，离中心轴10最近的叶轮(二级叶轮32)套设在中心轴10的第一端且端部与第一轴肩11抵接，离中心轴10最近的叶轮(二级叶轮32)与中心轴10的第一端过盈配合。

本实施例中，通过二级叶轮32端部与第一轴肩11的抵接，可实现二级叶轮32的轴向定位，通过二级叶轮32与中心轴10的过盈配合来实现二级叶轮32与中心轴10的周向和径向定位，以使二级叶轮32与中心轴10一起转动。

在一些实施例中，如图1所示，中心轴10的第一端外壁设有第一轴肩11，离中心轴10最近的叶轮(二级叶轮32)套设在中心轴10的第一端且端部与第一轴肩11抵接，最靠近中心轴10的叶轮(二级叶轮32)与中心轴10的第一端通过花键连接以进行周向定位，并通过圆柱面抵接以进行径向定位。

中心轴10的第一端外壁设有外花键和外圆柱段，最靠近中心轴10的叶轮(二级叶轮32)的一端设有内花键和内圆柱段，最靠近中心轴10的叶轮(二级叶轮32)套设在中心轴10上时，二级叶轮32的内花键与中心轴10的外花键啮合实现二级叶轮32与中心轴10的周向定位，二级叶轮32的内圆柱段的内径与中心轴10的外圆柱段的外径适配以实现二级叶轮32与中心轴10的径向定位。

在一些实施例中，如图2和图3所示，相邻两个叶轮之间通过花键连接进行周向限位和传递扭矩。

具体的，如图1和图3所示，多个叶轮包括一级叶轮31和二级叶轮32，二级叶轮32的一端与中心轴10的第一端连接，且二级叶轮32通过后端面和圆柱面与中心轴10进行轴向和径向定位，并通过内外花键进行周向(角向)定位，二级叶轮32的另一端设有装配孔，一级叶轮31的一端***装配孔内并与装配孔通过花键连接，一级叶轮31的外花键的大径与二级叶轮32的内花键的大径相适配，以径向定位一级叶轮31和二级叶轮32，螺母40与一级叶轮31抵接，以轴向固定一级叶轮31和二级叶轮32。

如图3所示，一级叶轮31与二级叶轮32的花键为非标花键，一级叶轮31和二级叶轮32的内外花键的大径R为一对配合尺寸，保证一级叶轮31与二级叶轮32的径向定位，并通过花键实现周向定位；一级叶轮31与二级叶轮32抵接时，实现一级叶轮31的轴向定位。第一拉杆20的另一端拧上螺母40，实现一级叶轮31与二级叶轮32的固定。第一拉杆20与螺母40和中心轴10的螺纹连接还可设置防转结构，以保证转子在加减速过程中转子连接的可靠性。

优选地，如图1所示，一级叶轮31与二级叶轮32之间还设有调整垫50，调整垫50设置在装配孔内，一级叶轮31与调整垫50抵接，以对一级叶轮31进行轴向定位。

通过调整调整垫50的厚度以调节一级叶轮31在第一拉杆20上的轴向位置。静子位于转子结构的一侧，也即静子位于一级叶轮31的一侧，通过调节一级叶轮31在第一拉杆20上的轴向位置，可调节一级叶轮31与静子的间隙，避免因加工误差或公差累计造成的转子与静子的间隙过大或过小，转子与静子间隙过小时，会导致转子与静子碰磨，间隙过大时效率低，通过调节静转子间隙至最佳，可保证机组工作效率。

需要说明的是，当叶轮的数量为三个以上时，可在每个叶轮之间都设置调整垫50，也可仅在任意一组相邻的两个叶轮之间设置调整垫50，只要可实现调节离中心轴10最远的叶轮与静子之间的间隙即可。

在其他实施例中，如图4所示，一级叶轮31与二级叶轮32之间还可通过过盈配合进行周向限位和传递扭矩。

在一些实施例中，如图1所示，多级叶轮转子结构还包括第二拉杆60和涡轮机叶轮70，中心轴10沿轴向的第二端设有第二安装孔，第二拉杆60的一端与第二安装孔螺纹连接，涡轮机叶轮70套设在第二拉杆60上且与中心轴10的第二端固定连接，第二拉杆60的另一端设有螺母以轴向固定涡轮机叶轮70。当与中心轴10的第二端连接的叶轮为涡轮机叶轮70时，与中心轴10的第一端连接的叶轮则为压缩机叶轮，也即上述实施例中的一级叶轮31和二级叶轮32均为压缩机叶轮，当然，也可以是与中心轴10的第一端连接的叶轮为涡轮机叶轮70，与中心轴10的第二端连接的叶轮为压缩机叶轮。

中心轴10的第二端外壁设有第二轴肩12，涡轮机叶轮70套设在中心轴10的第二端且端部与第二轴肩12抵接，涡轮机叶轮70与中心轴10的第二端过盈配合，或涡轮机叶轮70与中心轴10的第二端通过花键连接以进行周向定位，并通过圆柱面抵接以进行径向定位。涡轮机叶轮70与中心轴10的连接方式和二级叶轮32与中心轴10的连接方式相同，在此不再赘述。

多级叶轮转子结构的装配过程为：先将第一拉杆20旋入中心轴10的第一安装孔内，然后将二级叶轮32套设在第一拉杆20上并沿第一拉杆20的轴向将二级叶轮32推入中心轴10，二级叶轮32与中心轴10固定连接，实现轴向、径向和周向定位；然后将一级叶轮31套设在第一拉杆20上并沿第一拉杆20的轴向将一级叶轮31推向二级叶轮32，使一级叶轮31与装配孔内的调整垫50抵接，最后在第一拉杆20的另一端拧紧螺母40，将各个零件进行限位和固定，完成压缩机侧转子的装配后，在中心轴10的第二端安装第二拉杆60、涡轮机叶轮70和螺母40，以完成转子涡轮侧的装配。整个转子结构中，中心轴10无需穿过全部叶轮，其轴径就不会受到小尺寸叶轮的限制，从而降低中心轴10的长泾比，增加转子的稳定性。

本实用新型还提供一种发电机组的具体实施例，包括上述任一实施例的多级叶轮转子结构。该多级叶轮转子结构可应用于小型高速多级超临界二氧化碳发电机组中，中心轴10不受压缩机和涡轮机尺寸小的限制，可以选用轴径较大的中心轴10，降低中心轴10的长径比，提高整个机组的稳定性和寿命，且可选用承载能力更强的轴承。中心轴10的结构及轴径也可以根据发电机组的具体结构，轴承的承载能力要求，转静子密封等要求进行适应性调整。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多级叶轮转子结构，其特征在于，包括：

中心轴，沿轴向的第一端设有第一安装孔；

第一拉杆，一端伸入所述第一安装孔内且与所述第一安装孔螺纹连接；

多个叶轮，沿所述第一拉杆的轴向分别套设在所述第一拉杆上，靠近所述中心轴的第一个叶轮与所述中心轴的第一端固定连接，且相邻两个所述叶轮之间固定连接，使所述中心轴和多个所述叶轮一起转动；

螺母，与所述第一拉杆的另一端螺纹连接，用于轴向固定多个所述叶轮。

2.根据权利要求1所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，所述中心轴的第一端外壁设有第一轴肩，所述第一个叶轮套设在所述中心轴的第一端且与所述第一轴肩抵接以对所述第一个叶轮进行轴向定位，所述第一个叶轮与所述中心轴的第一端过盈配合以对所述第一个叶轮进行周向和径向定位。

3.根据权利要求1所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，所述中心轴的第一端外壁设有第一轴肩，所述第一个叶轮套设在所述中心轴的第一端且与所述第一轴肩抵接以对所述第一个叶轮进行轴向定位，所述第一个叶轮与所述中心轴的第一端通过花键连接以进行周向定位，并通过圆柱面抵接以进行径向定位。

4.根据权利要求1所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，相邻两个所述叶轮之间通过花键连接传递扭矩或通过过盈配合传递扭矩。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，多个所述叶轮包括一级叶轮和二级叶轮，所述二级叶轮的一端与所述中心轴的第一端连接，所述二级叶轮的另一端设有装配孔，所述一级叶轮的一端***所述装配孔内并与所述装配孔通过花键连接，所述一级叶轮的外花键的大径与所述二级叶轮的内花键的大径相适配，以径向定位所述一级叶轮和所述二级叶轮，所述螺母与所述一级叶轮抵接，以轴向固定所述一级叶轮和所述二级叶轮。

6.根据权利要求5所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，还包括调整垫，所述调整垫设置在所述装配孔内，所述一级叶轮与所述调整垫抵接，以对所述一级叶轮进行轴向定位。

7.根据权利要求6所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，通过调整所述调整垫的厚度以调节所述一级叶轮在所述第一拉杆上的轴向位置。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，还包括第二拉杆和涡轮机叶轮，所述中心轴沿轴向的第二端设有第二安装孔，所述第二拉杆的一端与所述第二安装孔螺纹连接，所述涡轮机叶轮套设在所述第二拉杆上且与所述中心轴的第二端固定连接，所述第二拉杆的另一端设有螺母以轴向固定所述涡轮机叶轮。

9.根据权利要求8所述的一种多级叶轮转子结构，其特征在于，所述中心轴的第二端外壁设有第二轴肩，所述涡轮机叶轮套设在所述中心轴的第二端且端部与所述第二轴肩抵接，所述涡轮机叶轮与所述中心轴的第二端过盈配合，或所述涡轮机叶轮与所述中心轴的第二端通过花键连接以进行周向定位，并通过圆柱面抵接以进行径向定位。

10.一种发电机组，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的多级叶轮转子结构。

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