用于空间热电转换的耐高温涡轮发电机转子及其装配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112049687A(43)申请公布日2020.12.08(21)申请号202010738863.4(22)申请日2020.07.28(71)申请人北京控制工程研究所地址100080北京市海淀区北京2729信箱(72)发明人刘镇星刘锦涛周成李永王戈丛云天丁凤林魏延明(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人徐晓艳(51)Int.Cl.F01D5/04(2006.01)F01D5/02(2006.01)F01D15/10(2006.01)F02C3/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称用于空间热电转换的耐高温涡轮发电机转子及其装配方法(57)摘要本发明公开了用于空间热电转换的耐高温涡轮发电机转子及其装配方法，属于空间核电源技术领域。该转子采用气浮轴承支承，工作时由高温高压的氦‑氙混合气或纯质氩气工质气体吹动转子一端的涡轮，带动转子中段的永磁体同步旋转发电，同时驱动转子另一端的压气机叶轮为热力循环系统的工质气体升压。该转子结构紧凑，采用高性能的隔热段设计，可在超高温度梯度下工作的同时，有效保护中段永磁体免于退磁失效。经过反复迭代设计，综合考虑了转子的轴承支承限制、热固耦合效应、热防护要求、高速旋转工况、加工工艺要求，具有重量轻、强度高、耐高温、抗热震、动力学特性优良、高可靠性等特点，适用于高功率密度的闭式热力发电系统。CN112049687ACN112049687A权利要求书1/1页1.一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于为一体化单根转子结构，包括涡轮(1)、陶瓷隔热段(2)、高温侧连接段(3)、永磁体(4)、低温侧连接段(5)、止推盘(6)、压气机叶轮(7)；涡轮(1)、陶瓷隔热段(2)、高温侧连接段(3)、永磁体(4)、低温侧连接段(5)、止推盘(6)、压气机叶轮(7)依次沿轴向串联连接，其中，陶瓷隔热段(2)用于减小涡轮(1)向高温侧连接段(3)和永磁体(4)之间的热流传导。2.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于所述陶瓷隔热段(2)径向表面布置有迷宫密封齿，用于与机壳之间形成密封流道。3.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于所述陶瓷隔热段(2)采用ZrO2陶瓷或Al2O3陶瓷制造而成。4.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于所述陶瓷隔热段与涡轮(1)之间采用均布在某一直径分度圆上的螺栓连接；陶瓷隔热段与高温侧连接段(3)之间采用均布在另一直径分度圆上的螺栓连接，且螺栓的朝向与陶瓷隔热段与涡轮(1)之间的螺栓朝向相反。5.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于所述高温侧连接段(3)、低温侧连接段(5)的周向布置为径向气浮轴承的支点，使耐高温涡轮发电机转子由气浮轴承支承。6.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于高温侧连接段(3)、低温侧连接段(5)为半中空结构。7.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子，其特征在于所述陶瓷隔热段(2)的厚度为12mm～16mm。8.根据权利要求1所述的一种用于空间热电转换的涡轮发电机转子的装配方法，其特征在于包括如下步骤：S1、将陶瓷隔热段(2)、高温侧连接段(3)、涡轮(1)做热处理，对螺栓孔及准备好的螺栓进行标记；S2、将陶瓷隔热段(2)与高温侧连接段(3)使用螺栓连接，连接过程中对相隔180度相位处的螺栓使用力矩扳手进行同步拧紧，统一所有螺栓的拧紧力矩，并对螺栓、螺栓孔的对应关系及拧紧顺序进行记录；S3、将陶瓷隔热段(2)与涡轮(1)使用螺栓连接，方法与步骤S2相同；S4、应先置于陶瓷轴承支承下完成完转子的整装，依次进行冷态工况下及热态工况下的动平衡，以消除热弯曲带来的附加不平衡量。9.根据权利要求8所述的一种用于空间热电转换的耐高温涡轮发电机转子的装配方法，其特征在于所述热态工况为涡轮端受热至工作温度的工况。10.根据权利要求8所述的一种用于空间热电转换的耐高温涡轮发电机转子的装配方法，其特征在于所述冷态工况为常温工况。2CN112049687A说明书1/4页用于空间热电转换的耐高温涡轮发电机转子及其装配方法技术领域[0001]本发明涉及用于空间热电转换的涡轮发电机转子及其装配方法，应用各类闭式布雷顿循环发电装置，包括空间飞行器动力、水下潜航器动力、非内燃式的热功转换发动机等，属于空间核电源技术领域。技术背景[0002]随着航天器应用电推进平台和深空探测任务的需求，我国已开展多种电推进技术研究，并取得了长足的进步，但鉴于我国空间核电源技术仍处于研制阶段，已有空间发电技术较受日照