CN101042145A

CN101042145A - 旋转机械

Info

Publication number: CN101042145A
Application number: CN 200710088608
Authority: CN
Inventors: 若林拓也; 河田真广
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: Ihi Rotary Machinery Engineering Of Ko; IHI Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: CN101042145B; JP4946114B2; JP2007255217A

Abstract

本发明的旋转机械包括恒定旋转的叶轮轴和装配在该叶轮轴的轴端部上的叶轮。上述轴端部和上述叶轮的配合部具有紧密配合部和间隙配合部，通过上述紧密配合部以进行上述叶轮轴和上述叶轮之间的扭矩传递。上述间隙配合部处的上述轴端部形成为，在使包括上述叶轮的上述叶轮轴恒定旋转时，抑制包括上述叶轮的上述叶轮轴的共振。

Description

旋转机械

技术领域

本发明涉及涡轮机、压缩机等具有高速旋转的叶轮的旋转机械。

本申请对2006年3月20日申请的日本国特许申请第2006-77168号主张优先权，在此处引用其内容。

背景技术

作为旋转机械、如使叶轮高速旋转的压缩机之一来说，具有带有齿轮的压缩机(例如参考特开2001-173594号公报以及特开2001-173597号公报)。参考图3对该带有齿轮的压缩机进行概要说明。

如图3所示，带有齿轮的压缩机具有轴箱1。在该轴箱1上，驱动轴2经轴承4转动自如地设置，叶轮轴3经轴承5旋转自如地设置。驱动轴2经驱动齿轮6以及被动齿轮7与叶轮轴3相连接。

在叶轮轴3的一方的轴端部8上，通过热压配合装配有叶轮11。叶轮11收纳在安装于轴箱1上的壳体13内。在壳体13和叶轮轴3之间设置有轴封装置15。同样地在叶轮轴3的另一方的轴端部9上，通过热压配合装配有叶轮12。叶轮12收纳在安装于轴箱1上的壳体14内。在壳体14和叶轮轴3之间设置有轴封装置16。

在驱动轴2被电动机等驱动源(未图示)驱动旋转时，经驱动齿轮6以及被动齿轮7使叶轮轴3增速旋转，叶轮11、12同时被高速旋转。

通过叶轮11的旋转，空气等流体通过壳体13的吸入口17而被吸入壳体13，在经过叶轮11以及回转流道18的过程中被压缩。受到压缩的流体通过未图示的排出口被排出。同样地通过叶轮12的旋转，空气等流体通过壳体14的吸入口19被吸入壳体14，在经过叶轮12以及回转流道21的过程中被压缩。受到压缩的流体通过未图示的排出口被排出。

在上述构成的带有齿轮的压缩机中，当由包括叶轮11、12的叶轮轴3等构成的旋转部的固有振动频率(旋转危险速度)与使旋转部恒定旋转时的旋转机械的振动频率(旋转频率)一致时，存在旋转部共振的可能性。为了抑制旋转部的共振，有必要使旋转部的固有振动频率不同于恒定旋转时的旋转机械的振动频率。例如，在旋转部的固有振动频率大于恒定旋转时的旋转机械的振动频率的情况下，优选旋转部的固有振动频率更大，在旋转部的固有振动频率小于恒定旋转时的旋转机械的振动频率的情况下，优选旋转部的固有振动频率更小。

在上述带有齿轮的压缩机中，轴端部8单臂状突出，而且轴端部8的直径与叶轮轴3相比被较细形成，在它的轴端部8上安装有具有较重重量的叶轮11。同样，轴端部9也呈单臂状突出，而且轴端部9的直径与叶轮轴3相比被较细形成，在它的轴端部9上安装有具有较重重量的叶轮12。如此构成的旋转部的固有振动频率(旋转危险速度)因轴端部8、9的刚性不同而较大地改变。

一般来说，在设计压缩机的情况下，为了满足所要求的性能，而要确定叶轮的参数以及转速，而且还要确定其它部位的参数如叶轮轴3的轴径等。在各部位的参数被确定之后，进行与旋转部的固有振动频率有关的模拟以确认旋转部的固有振动频率。

例如，在模拟的结果为旋转部的固有振动频率与恒定旋转时的旋转机械的振动频率一致的情况下、或者是稍大于恒定旋转时的旋转机械的振动频率而存在旋转部共振的可能性的情况下，为了使旋转部的固有振动频率变得更大而采取了提高旋转部的刚性等解决措施。作为简便的解决措施来说，使轴端部8、9的轴径变大以提高叶轮轴3的刚性。

但是，在加大轴端部8、9的轴径时，为了在轴端部8和叶轮11的配合部以及轴端部9和叶轮12的配合部取得既定的配合力而叶轮11、12(尤其在轴端部的前端附近)上所必须的壁厚有可能产生不足。在该情况下轴端部8、9的轴径受到限制。

如果不能使轴端部8、9的轴径成为所需尺寸时，则不得不变更存在于轴端部8、9之间的叶轮轴3的直径，包括叶轮轴3的支持部在内，均需要对旋转机械整体进行重新研究。其结果是需要较多的时间和劳力以确定各部位的最终的参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转机械，可改变旋转部的刚性以不至产生旋转部的固有振动频率与恒定旋转时的旋转机械的振动频率一致、或者是其差值很小的情况，从而可不用对旋转机械的整体进行重新研究地制作。

本发明的旋转机械的第一方式，包括恒定旋转的叶轮轴和装配在该叶轮轴的轴端部上的叶轮，上述轴端部和上述叶轮的配合部具有紧密配合部和间隙配合部，通过上述紧密配合部进行上述叶轮轴和上述叶轮之间的扭矩传递，上述间隙配合部处的上述轴端部形成为，在使包括上述叶轮的上述叶轮轴恒定旋转时，抑制包括上述叶轮的上述叶轮轴的共振。

本发明的旋转机械的第二方式，包括恒定旋转的叶轮轴和装配在该叶轮轴的轴端部上的叶轮，上述轴端部和上述叶轮的配合部具有紧密配合部和间隙配合部，上述紧密配合部设置成进行上述叶轮轴和上述叶轮之间的扭矩传递，上述间隙配合部处的上述轴端部形成为，根据与包括上述叶轮的上述叶轮轴的固有振动频率有关的数值模拟所获得的固有振动频率解析结果，在使包括上述叶轮的上述叶轮轴恒定旋转时，抑制包括上述叶轮的上述叶轮轴的共振。

在本发明的旋转机械中，上述紧密配合部与上述间隙配合部相比，可以配置在更靠上述轴端部的前端。

在本发明的旋转机械中，上述轴端部的间隙配合部的直径既可以大于上述紧密配合部的直径，也可以小于上述紧密配合部的直径。

在本发明的旋转机械中，上述轴端部的间隙配合部既可以形成为直径随着远离上述紧密配合部而逐渐变大；也可以形成为直径随着远离上述紧密配合部而逐渐变小。

根据本发明的旋转机械，既是简单的构造，又可抑制包括叶轮的叶轮轴的共振。此外，在为了抑制共振而在进行轴端部的变更的情况，也不必对旋转机械整体进行重新研究，所以可短时间且简单地进行变更作业，结果可实现制作费的降低。

附图说明

图1是表示本发明的旋转机械的实施方式的图，是表示在本发明的旋转机械中所具备的叶轮轴的要部的侧视图。

图2是表示叶轮轴的变形例的侧视图。

图3是表示旋转机械的一例的概要图。

具体实施方式

下面参照附图来说明用于实施本发明的优选形式。

图1是表示作为本发明所述的旋转机械之一的带有齿轮的压缩机的旋转部的一部分的图。在图1中，对于与图3示出的构成要件相同的构成要件采用同一附图标记并省略说明。此外，图1中的箭头A表示轴承的中心位置。

在叶轮轴3的端部形成有直径小于叶轮轴3的轴端部8。轴端部8和叶轮11的配合部包括紧密配合部和间隙配合部。轴端部8包括：装配部8a，热压配合叶轮11；轴端加强部8b，与装配部8a相比直径较大且与叶轮轴3相比直径较小。另一方面，在叶轮11上穿设有配合孔23。配合孔23是具有装配孔23a和松动孔23b的阶梯孔，其中，装配孔23a将装配部8a牢固地紧密配合，松动孔23b将轴端加强部8b较松地间隙配合。紧密配合部由装配部8a和装配孔23a构成，间隙配合部由轴端加强部8b和松动孔23b构成。

将叶轮11热压配合在轴端部8上，而且螺母24螺纹安装在轴端部8的前端上，从而被固定在轴端部8上。

装配部8a的轴径设定成穿设叶轮11的装配孔23a的部分的壁厚度取为在热压配合时所需的大小。此外，装配部8a的轴长设定成用于由热压配合产生的紧固力进行叶轮11和叶轮轴3之间的扭矩传递所足够的大小。轴端加强部8b，为了在热压配合装配部8a和装配孔23a时不使轴端加强部8b和松动孔23b相互干扰，而相对于松动孔23b设置充分的间隙以间隙配合。

在使叶轮11高速旋转的状况下，叶轮11的离心力较大地作用于穿设叶轮11的松动孔23b的部分，在该离心力的作用下松动孔23b扩大。即，穿设松动孔23b的部分是即使假设将轴端加强部8b热压配合于松动孔23b中，在离心力的作用下孔也会扩大的部分，热压配合的效果难以发挥或者是根据情况不同而不会发挥。因而，即使将轴端加强部8b间隙配合在松动孔23b中或者是使轴端加强部8b的直径小于装配部8a的直径(参考图2)，都不会对叶轮11的紧固力带来影响，不会导致紧固力的不足。

如上所述，在叶轮3中，对固有振动频率带来最大影响的部分是轴径被较细地形成、安装了叶轮11的轴端部8。通过提高轴端部8的刚性，可提高叶轮轴3的刚性。或者是通过降低轴端8的刚性以降低叶轮轴3的刚性。

即通过加大轴端加强部8b的直径可提高叶轮轴3的刚性，所以可加大叶轮轴3的固有振动频率而不会对叶轮11和叶轮轴3之间的扭矩传递带来影响。通过减小轴端加强部8b的直径可降低叶轮轴3的刚性，所以可减小叶轮轴3的固有振动频率。或者是通过变更轴端加强部8b的形状来改变叶轮轴3的刚性，所以可将叶轮轴3的固有振动频率加大或者减小。另外，在变更轴端加强部8b的直径的大小或者是变更轴端加强部8b的形状的情况下，无需对叶轮轴3或叶轮11等除轴端加强部8b以外的部位施加任何变更。因而，不会变更作为带有齿轮的压缩机的性能，即可使叶轮轴3的刚性改变。

作为确定轴端加强部8b的直径的情况的顺序的一例，首先确定叶轮11的参数、恒定转速、轴承的参数等，以满足作为旋转机械所要求的性能。接下来暂时确定轴端加强部8b的直径。然后进行使旋转部(即包括叶轮11的叶轮轴3)恒定旋转情况下的数值模拟(固有振动频率解析)，以求出旋转部的旋转危险速度、即固有振动频率。

上述模拟的结果是，在旋转部的固有振动频率与恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率一致的情况下，或者是稍大于恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率(旋转频率)而存在旋转部共振的可能性的情况下，加大轴端加强部8b的直径或者是变更形状。由此，可提高叶轮轴3的刚性，所以不会对叶轮11和叶轮轴3之间的扭矩传递带来影响，可使旋转部的固有振动频率远大于恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率(旋转频率)。

此外，上述模拟的结果是，在旋转部的固有振动频率与恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率(旋转频率)一致的情况下，或者是稍小于恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率而存在旋转部共振的可能性的情况下，减小轴端加强部8b的直径或者是变更形状。由此，可降低叶轮轴3的刚性，所以可使旋转部的固有振动频率远小于恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率。

在变更了轴端加强部8b的大小或形状之后，再次进行模拟，确认在恒定旋转带有齿轮的压缩机时旋转部不会引起共振。

另外，对于轴端加强部8b的直径的大小或者形状的变更，不会对叶轮轴3的支持部等带来影响，所以无需对旋转机械整体进行重新研究，仅变更轴端加强部8b简单易行。

在变更轴端加强部8b的形状的情况下，可以使叶轮轴3的刚性改变，以使旋转部的固有振动频率较大地不同于恒定旋转时的带有齿轮的压缩机的振动频率。即在提高旋转部的固有振动频率的情况下，可以使轴端加强部8b形成为直径随着远离装配部8a而逐渐变大。而在降低旋转部的固有振动频率的情况下，既可以使轴端加强部8b的直径如图2所示小于装配部8a的直径，也可以使轴端加强部8b形成为直径随着远离装配部8a而逐渐变小。

另外，轴端加强部8b可以不与松动孔23b接触。因而，在轴端加强部8b、松动孔23b的加工、精加工中不要求精度。

此外，在本实施方式中，作为本发明的旋转机械的一例，对带有齿轮的压缩机进行了说明，但是本发明的旋转机械并不限定于带有齿轮的压缩机，也可适用于其它压缩机、涡轮机等具有高速旋转的叶轮的旋转机械。

Claims

1.一种旋转机械，包括恒定旋转的叶轮轴和装配在该叶轮轴的轴端部上的叶轮，其特征在于，上述轴端部和上述叶轮的配合部具有紧密配合部和间隙配合部，通过上述紧密配合部进行上述叶轮轴和上述叶轮之间的扭矩传递，上述间隙配合部处的上述轴端部形成为，在使包括上述叶轮的上述叶轮轴恒定旋转时，抑制包括上述叶轮的上述叶轮轴的共振。

2.如权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，上述紧密配合部与上述间隙配合部相比，配置在更靠上述轴端部的前端。

3.如权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部的直径大于上述紧密配合部的直径。

4.如权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部形成为，直径随着远离上述紧密配合部而逐渐变大。

5.如权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部的直径小于上述紧密配合部的直径。

6.如权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部形成为，直径随着远离上述紧密配合部而逐渐变小。

7.一种旋转机械，包括恒定旋转的叶轮轴和装配在该叶轮轴的轴端部上的叶轮，其特征在于，上述轴端部和上述叶轮的配合部具有紧密配合部和间隙配合部，上述紧密配合部设置成进行上述叶轮轴和上述叶轮之间的扭矩传递，上述间隙配合部处的上述轴端部形成为，根据与包括上述叶轮的上述叶轮轴的固有振动频率有关的数值模拟所获得的固有振动频率解析结果，在使包括上述叶轮的上述叶轮轴恒定旋转时，抑制包括上述叶轮的上述叶轮轴的共振。

8.如权利要求7所述的旋转机械，其特征在于，上述紧密配合部与上述间隙配合部相比，配置在更靠上述轴端部的前端。

9.如权利要求7所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部的直径大于上述紧密配合部的直径。

10.如权利要求7所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部形成为，直径随着远离上述紧密配合部而逐渐变大。

11.如权利要求7所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部的直径小于上述紧密配合部的直径。

12.如权利要求7所述的旋转机械，其特征在于，上述轴端部的间隙配合部形成为，直径随着远离上述紧密配合部而逐渐变小。