一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于渦輪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪發(fā)電機(jī)作為一種能源機(jī)構(gòu)，可以有效地將氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能，為用電設(shè)備持續(xù)供電或用于電池充電。小型(包絡(luò)尺寸小于0 200mm*300mm)超高速(轉(zhuǎn)速70krpm以上)渦輪發(fā)電技術(shù)以其較大的功率質(zhì)量比，在航空、航天領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]由于尺寸較小，功率較大(幾千瓦至數(shù)十千瓦級(jí))，發(fā)電機(jī)損耗及由于軸系超高速旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的軸承及動(dòng)密封損耗造成的內(nèi)部發(fā)熱問(wèn)題成為此類(lèi)發(fā)電機(jī)技術(shù)方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
[0004]目前，國(guó)外航空航天領(lǐng)域小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)已有了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的研究還剛起步，近年來(lái)已開(kāi)展了小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)的研制工作(5kW級(jí))，采用增加輔助循環(huán)泵站的方式，利用潤(rùn)滑油液對(duì)軸系內(nèi)部進(jìn)行冷卻，但是由于對(duì)油液本身沒(méi)有冷卻，簡(jiǎn)單依靠在管道流動(dòng)中的散熱，冷卻效果有限，且由于需要較大的油液流量，進(jìn)一步造成功耗加大，最終導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)可靠工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)高可靠性運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部油路自循環(huán)和氣液熱交換。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)，該電機(jī)包括內(nèi)殼體、夕卜殼體、渦輪、空心通油組合軸系、螺旋油管、排氣蓋、回氣管、引氣管、渦輪進(jìn)氣組件、發(fā)電機(jī)定子組件、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件、機(jī)械密封組件，內(nèi)殼體內(nèi)部充滿(mǎn)潤(rùn)滑冷卻油液，空心通油組合軸系安裝在內(nèi)殼體內(nèi)且浸泡在油液當(dāng)中，渦輪安裝在空心通油組合軸系一端，渦輪(4)的渦輪腔與內(nèi)殼體內(nèi)部油腔之間通過(guò)機(jī)械密封組件隔絕；空心通油組合軸系外部、內(nèi)殼體內(nèi)嵌有發(fā)電機(jī)定子組件，內(nèi)殼體與外殼體之間的夾層內(nèi)設(shè)有螺旋油管，螺旋油管與內(nèi)殼體內(nèi)部油腔連通；內(nèi)殼體、外殼體、螺旋油管之間形成熱交換區(qū)域；內(nèi)、外殼體端面連接渦輪進(jìn)氣組件，渦輪進(jìn)氣組件外側(cè)連接排氣蓋，排氣蓋上沿氣流方向順序設(shè)置引氣管、回氣管，分別連通至外殼體上的引氣接頭、回氣接頭，從而實(shí)現(xiàn)從排氣氣流中引一部分氣流進(jìn)入熱交換區(qū)域并回到排氣主流。
[0007]所述的內(nèi)殼體右端尾孔內(nèi)插接有電纜插座。
[0008]所述的空心通油組合軸系包括渦輪軸、進(jìn)油軸、徑向軸承、徑向推力混合軸承、推力軸承、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件、推力盤(pán)、螺桿吸油泵，渦輪軸的右端連接渦輪，渦輪軸中部外套有推力盤(pán)，推力盤(pán)兩側(cè)分別設(shè)有推力軸承和徑向推力混合軸承，渦輪軸的右端腔體內(nèi)設(shè)有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件，進(jìn)油軸的左端連接渦輪軸并將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件緊固在渦輪軸內(nèi)，進(jìn)油軸右端內(nèi)孔插接有螺桿吸油泵；進(jìn)油軸右端中部套有徑向軸承；空心通油組合軸系外部、內(nèi)殼體內(nèi)嵌有發(fā)電機(jī)定子組件。
[0009]所述的發(fā)電機(jī)定子組件的與電纜插座通過(guò)內(nèi)部線(xiàn)纜連接。
[0010]所述的內(nèi)殼體由內(nèi)上殼體、內(nèi)下殼體組合形成。
[0011]所述的內(nèi)上殼體頂部設(shè)有渦輪端油管接頭，螺旋油管的一端通過(guò)渦輪端油管接頭與內(nèi)殼體內(nèi)部渦輪端的油腔連通。
[0012]所述的內(nèi)下殼體底部設(shè)有油泵端油管接頭，螺旋油管的另一端通過(guò)油泵端油管接頭與內(nèi)殼體內(nèi)部油泵端的油腔連通。
[0013]所述的外殼體上部設(shè)有與渦輪端油管接頭內(nèi)部連通的出油嘴組件，的外殼體底部設(shè)有與油泵端油管接頭內(nèi)部連通的充油嘴組件。
[0014]所述的外殼體底部設(shè)有引氣接頭，引氣管通過(guò)引氣接頭與熱交換區(qū)域連通。
[0015]所述的外殼體上部設(shè)有回氣接頭，回氣管通過(guò)回氣接頭與熱交換區(qū)域連通。
[0016]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:(I)殼體設(shè)計(jì)成內(nèi)外兩層，內(nèi)殼體采用上下切分式。內(nèi)外殼體間的空腔區(qū)域能提供油與氣進(jìn)行熱交換的場(chǎng)所；此外采用切分式殼體設(shè)計(jì)能大大簡(jiǎn)化軸系安裝過(guò)程。(2)油液在機(jī)體內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)，在保證密封的前提下可以有效減少了潤(rùn)滑油的重量，有利于系統(tǒng)減重。(3)氣液熱交換在機(jī)體內(nèi)部進(jìn)行，油液在螺紋纏繞在內(nèi)殼體上的金屬軟管內(nèi)部流動(dòng)，與外部熱交換腔體內(nèi)低溫氣體進(jìn)行充分的熱交換，可以有效降低油液溫度，同時(shí)氣體流過(guò)機(jī)體內(nèi)部也可直接帶走內(nèi)部大量熱量；(4)熱交換結(jié)構(gòu)與渦輪發(fā)電機(jī)本體采用高度融合的一體化設(shè)計(jì)，集成度高，無(wú)需附加設(shè)備，利于提高工作可靠性。能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)體內(nèi)部的有效降溫，適應(yīng)軸系長(zhǎng)時(shí)高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速的工況，并提高可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明所提供的一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)的二維剖視示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明所提供的一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)的三維剖視示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明所提供的一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)的二維局部剖視示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明所提供的雙層切分式殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明所提供的外殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明所提供的渦輪及空心組合軸系的二維剖視示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明所提供的渦輪及空心組合軸系的油路示意圖；
[0024]圖8為本發(fā)明所提供的渦輪軸及其外壁螺旋槽的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖9為本發(fā)明所提供的渦輪軸及其內(nèi)壁螺旋槽的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖10為本發(fā)明所提供的螺旋油管的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中:1.內(nèi)上殼體，2內(nèi)下殼體，3.外殼體，4.渦輪，5.渦輪軸，6.進(jìn)油軸，7.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件，8.推力盤(pán)，9.徑向軸承，10徑向推力混合軸承，11.推力軸承，12.內(nèi)壁螺旋槽，13.徑向直槽，14.渦輪軸徑向小孔陣列，15.徑向通油孔，16.螺桿吸油泵，17.軸端孔，18.外壁螺旋槽，19.螺旋油管，20.渦輪端油管接頭，21.油泵端油管接頭，22.集油腔，23.油泵端油腔，24.排氣蓋，25.引氣接頭，26.引氣管，27.熱交換區(qū)域，28.回氣接頭，29.回氣管，30.推力盤(pán)軸向小孔，31.渦輪端油腔，32.渦輪進(jìn)氣組件，33.發(fā)電機(jī)定子組件，34.機(jī)械動(dòng)密封組件，35.出油嘴組件，36.充油嘴組件，37.電纜插座，38.進(jìn)油軸徑向小孔陣列，39.渦輪進(jìn)氣組件的進(jìn)氣嘴。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]如圖1、圖2、圖3和圖6所示，本發(fā)明所提供的一種小型超高速渦輪發(fā)電機(jī)包括內(nèi)上殼體1、內(nèi)下殼體2、外殼體3、渦輪4、渦輪軸5、進(jìn)油軸6、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件7、推力盤(pán)8、徑向軸承9、徑向推力混合軸承10和推力軸承11、螺桿吸油泵16、螺旋油管19、渦輪端油管接頭20、油泵端油管接頭21、排氣蓋24、引氣接頭25、引氣管26、回氣接頭28、回氣管29、渦輪進(jìn)氣組件32、發(fā)電機(jī)定子組件33、機(jī)械動(dòng)密封組件34、出油嘴組件35、充油嘴組件36、電纜插座37。
[0030]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，殼體分為內(nèi)外兩層，內(nèi)殼體采用上下切分式，分別為內(nèi)上殼體I和內(nèi)下殼體2。內(nèi)上殼體I和內(nèi)下殼體2接形成內(nèi)殼體，內(nèi)殼體整體套在外殼體3內(nèi)，內(nèi)外殼體間的夾層為熱交換區(qū)域27。
[0031]如圖6和圖7所，空心通油組合軸系包括渦輪軸5、進(jìn)油軸6、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件7、推力盤(pán)8、徑向軸承9、徑向推力混合軸承10和推力軸承11、螺桿吸油泵16。渦輪軸5上設(shè)有內(nèi)壁螺旋槽12、徑向直槽13、渦輪軸徑向小孔陣列14、外壁螺旋槽18。進(jìn)油軸6上設(shè)有軸端孔17、進(jìn)油軸徑向小孔陣列38。推力盤(pán)8上設(shè)有軸向小孔30、徑向通油孔15。渦輪4通過(guò)螺紋固定連接在渦輪軸5的左端端部，渦輪軸5的右端連接有進(jìn)油軸6，兩者通過(guò)螺紋固定連接，并將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件(7)緊固在渦輪軸6右端的內(nèi)腔內(nèi)，渦輪軸5和進(jìn)油軸6形成內(nèi)部通油的空心通油組合軸系的主體。推力盤(pán)8套在渦輪軸5—側(cè)的臺(tái)肩處，且兩者之間鍵聯(lián)接，使兩者能夠同軸旋轉(zhuǎn)。整個(gè)軸系分布有三個(gè)油浮箔片軸承，分別為徑向軸承9、徑向推力混合軸承10和推力軸承11。渦輪軸5上設(shè)有徑向推力混合軸承10和推力軸承11，徑向推力混合軸承10和推力軸承11分別位于推力盤(pán)8的兩側(cè)。進(jìn)油軸6的右端中部外套有徑向軸承9。機(jī)械動(dòng)密封組件34與推力盤(pán)8緊密貼合形成機(jī)械密封副，使渦輪腔(氣腔)與內(nèi)殼體內(nèi)部的油腔密封隔絕。進(jìn)油軸6的軸端孔17內(nèi)嵌套有螺桿吸油泵16?？招慕M合式軸系整體放置在內(nèi)上殼體I和內(nèi)下殼體2組成的內(nèi)殼體內(nèi)部，浸泡在油液中。空心通油組合軸系外部、內(nèi)殼體內(nèi)嵌有發(fā)電機(jī)定子組件33。內(nèi)殼體尾端密封插接有與電纜插座37,發(fā)電機(jī)定子組件33的輸出電纜連接在電纜插座37上。
[0032]如圖6、圖8和圖9所，渦輪軸5與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件7接觸的內(nèi)表面開(kāi)有螺旋槽12和徑向直槽13，以實(shí)現(xiàn)組合軸空心軸系內(nèi)部通油功能，并通過(guò)渦輪軸徑向小孔陣列14、進(jìn)油軸徑向小孔陣列38在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)向徑向軸承9和徑向推力混合軸承10供油。推力盤(pán)8開(kāi)有與渦輪軸5內(nèi)部相通的徑向通油孔15，如圖3所示，同時(shí)推力盤(pán)8開(kāi)有軸向小孔30，空心通油組合軸系旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)離心力作