CN102388225A - 用于冷气应用的传动式压缩机转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冷气应用的传动式压缩机转子(2)，其具有：小齿轮轴(16)，所述小齿轮轴具有带有齿部(14)的齿部部段(18)；带有叶轮轮毂(8)的至少一个叶轮(6)；以及设置在所述齿部部段(14)和所述叶轮轮毂(8)之间的密封部段(10)，所述密封部段支承密封件(12)。当所述叶轮轮毂(8)和所述密封部段(10)形成由第一材料组成的一体式连接的、共同的区域(4)，并且所述齿部部段(18)由第二材料制成时，所述传动式压缩机转子(2)即便在低温应用的情况下也具有高的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冷气应用的传动式压缩机转子，其具有小齿轮轴，所述小齿轮轴具有带有齿部的齿部部段；带有叶轮轮毂的至少一个叶轮；以及设置在所述齿部部段和叶轮轮毂之间的密封部段，所述密封部段支承密封件。
背景技术
涡轮压缩机以多种方式在工业和发电中使用。因此，传动式压缩机例如用于空气分离，在空气分离中，来自环境空气的氧气和氮气相互分离。为此，空气压缩机吸入已过滤的空气，并且将所述空气压缩至所需要的压力。然后，所述空气被冷却，并且分离为主要组分，即氮气和氧气以及小部分惰性气体。随后，压缩机单元压缩氧气和氮气，以便将所述氧气和氮气例如输入用于其它应用的管线系统中。
在压缩氧气时，由于爆炸危险，必须小心谨慎地将用于压缩机转子的轴承的润滑油和输送介质氧气相互分离。因此，为了分离气体和为了保持过程侧的压力，在转子的轴承和导致压缩的叶轮之间通常设置有迷宫式密封件，特别是多室式密封件。
由于空气的冷却和随后的空气分离，涡轮压缩机的叶轮暴露在低于-30℃的非常低的温度下。在其它气体分离过程中，可达到低于-150℃的温度。为了在这样低的温度下避免脆性断裂行为，为制造叶轮而使用冷硬的材料。如果在传动式压缩机中实现低温，那么在密封区域内直到支承位置，保护叶轮和转子轴免受由于低的工作温度导致的脆性断裂。
在冷气应用中，在密封区域中的叶轮和转子轴通常情况下由高合金的冷硬钢制成。由于可制造性和可安装性的原因，小齿轮轴和叶轮构成为分开的。因此，在齿部区域中，所述小齿轮轴或转子轴满足高的机械要求，已知的是，所述小齿轮轴由与叶轮或所述叶轮的轮毂不同的材料制成。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于涡轮压缩机的传动式压缩机转子，所述传动式压缩机转子在低温应用的情况下具有高的强度。
所述目的通过开始所述类型的传动式压缩机转子得以实现，其中，根据本发明，所述密封部段和叶轮轮毂，特别是整个叶轮，形成由第一材料组成的一体式连接的、共同区域，并且所述齿部部段由第二材料形成。因此制成转子的大的区域由第一材料制成，所述区域的特性与所述叶轮的工作条件相匹配。借助所述设计能够避免冷脆的危险。此外，在两种材料之间的连接位置向内很远地移动到暖工作的区域中。所述齿部部段位于暖工作的区域内，并且能够由传统的齿部材料构成。这导致很小的传动装置尺寸，并且因此导致低的成本和低的机械损失。
适宜的是，涡轮压缩机是传动式压缩机。齿部部段能够是传动装置的一部分，所述传动装置将传动式压缩机转子与例如电动机的驱动装置机械地连接。密封部段能够支承密封件，特别是迷宫式密封件的一部分或者一半，所述迷宫式密封件将压缩机区域的或叶轮的环境相对于转子的轴承、特别是导油的轴承密封。
适宜的是，叶轮是涡轮压缩机的伸出级
的一部分，并且适宜地以浮动的方式支承。因此，所述叶轮必须仅在一侧上相对于转动轴承密封，以至于保持密封耗费低。
当第一材料是比第二材料更冷硬的冷硬材料时，传动式压缩机特别适于在-30℃和低于-30℃的低温范围中使用。因此，特别好地保护叶轮以防止脆性断裂行为，反之，转子轴的内部区域能够根据对它所提出的要求构成。第一材料特别是例如在EN 10.269标准中限定的冷硬的材料。
有利的是，第二材料比第一材料更硬或强度更高。第二材料能够是硬化的、氮化的或高调质的钢，因此，齿轮传动装置满足高的机械要求。
在本发明的另一有利的实施形式中，在第二材料的区域中设置有转子轴承。通过转子轴承的热量输入能够保护第二材料以防止过度的冷却。
所述转子轴承可以是径向轴承，所述径向轴承特别是构成为流体动力学的滑动轴承。能够将具有例如45℃的温度的热的润滑油供应给这样的轴承，因此实现从转动轴承到转子上的高的热量输入。由于所述热量输入，保护由第二材料组成的齿部区域以防止过冷。此外，通过将转子轴承设置在第二材料的区域中，避免了第一材料的不必要的更高的加热，并且因此避免了转子的轴向外部的不必要的更高的加热。
轴轴承有利地设置在密封部段和齿部部段之间。通过转子支承在齿部的外部能够达到转子的稳定的浮动支承。
适宜的是，两个材料区域抗扭地相互连接。所述抗扭的连接能够通过材料配合的连接，例如焊接，通过摩擦配合的连接，例如耦联，或者通过形状接合的连接来达到。有利的是，所述连接通过正齿部形成，以至于两个材料区域形状接合地相互接合。能够避免由于焊接连接而导致的不平衡的危险，或者能够避免由于不足够牢固的摩擦配合的连接而导致的两个区域相对滑动的危险。抗扭的连接有利地设置在密封部段和例如径向轴承的转子轴承之间。
希尔特式连接(Hirthverbindung)特别适合作为在两个转子区域或转子的材料区域之间的抗扭的连接。通过希尔特式连接的切端面齿部，借助简单的机构可达到固定的、自定心的且可拆卸的连接。切端面齿部的齿在力配合的耦联方面具有相互固定和平坦的性质，并且径向地定向，因此达到定心。借助于希尔特式连接能够达到在转子区域之间的非常小地构造成的连接。为了力配合，需要轴向拉紧，所述轴向拉紧又限定从一个区域到另一区域的力传递。
附图说明
借助在附图中示出的一个实施例详细阐述本发明。本发明的唯一的附图示出传动式压缩机转子2的截面，所述传动式压缩机转子的轴向外部区域4包括具有叶轮轮毂8的叶轮6和具有为迷宫式密封件的形式的密封件12的密封部段10。叶轮6浮动地支承，并且是传动式压缩机的伸出级的一部分。
具体实施方式
传动式压缩机转子2既能够构成有一个叶轮，也能够构成有两个叶轮。在具有两个叶轮的设计中，图1可以看做为具有在齿部区域中的镜平面的半视图。在仅具有一个叶轮的实施形式中，小齿轮轴16以位于齿部后的未示出的第二支承区域终止。
传动式压缩机转子2是具有传动装置的涡轮传动式压缩机的组成部分，所述传动装置通过齿部14与例如蒸汽轮机或电动机的驱动装置与叶轮6连接，以用于力传递。转子2的齿部14在小齿轮轴16上制成，所述小齿轮轴16能够分为齿部部段18和支承区域20，所述齿部部段和支承区域又形成转子的内部区域22。在支承区域20中，所述小齿轮轴16支承具有径向轴承的形式，更确切的说是流体动力学的滑动轴承的形式的转子轴承24。
两个区域4、22通过形状接合的连接26相互连接，所述连接通过箭头标明。在连接26中，小齿轮轴16和叶轮6形状结合地且抗扭地相互连接。连接26构成为希尔特式连接，其中，螺栓连接28将传动式压缩机转子2的两个区域4、22相互轴向挤压，以至于通过希尔特式连接能够将大的力和扭矩从一个区域传递到另一区域4、22上。
两个区域4、22由不同的材料制成。在外部区域4中的叶轮轮毂8和密封部段10由例如冷硬钢X8Ni9的冷硬的材料制成。在这种情况下，叶轮轮毂8和密封部段10制成为例如锻件的一体式部件。为了避免由于不均匀的应力分布引起的不平衡的危险，也放弃了在叶轮轮毂8和密封部段10之间的焊接。
内部区域22或小齿轮轴16能够由例如18CrNiMo7-6的硬化钢制成。例如56NiCrMoV7的高强度的调质钢也是有利的。硬化钢和高强度的调质钢都是特别硬和耐磨损的，以至于齿部14具有长的使用寿命。但是所述钢仅是受限地冷硬的，以至于在非常低的工作温度下存在脆性断裂的危险。外部区域4的冷硬钢特别适用于防止脆性断裂，以至于用于在例如低于-30℃或者低于-120℃的特别冷的温度下工作的转子轴2特别适用于例如空气分离。
在工作时，为转子轴承24供应热的润滑油，以至于确保转子2的流体动力学的滑动支承。借助所述热的润滑油，热量传递到转子2的内部区域22上，以至于所述区域在已设定的运行中从不被冷却到引起小齿轮轴16的脆性断裂行为的危险的温度范围中。通过将连接26很远地向内设置在转子2的暖工作的区域内，由第一冷硬的材料组成的外部区域4非常长，以至于转子2的大部分适用于低的工作温度。尽管存在这个大的冷硬的区域，但是由于将转子2分隔为两个不同的区域4、22，保留了由适合的齿部材料制造齿部部段16的可能性。因此，传动装置能够构成为特别小地且抗磨损地构成。
Claims (8)
1.一种用于冷气应用的传动式压缩机转子(2)，具有：小齿轮轴(16)，所述小齿轮轴具有带有齿部(14)的齿部部段(18)；带有叶轮轮毂(8)的至少一个叶轮(6)；以及设置在所述齿部部段(18)和所述叶轮轮毂(8)之间的密封部段(10)，所述密封部段支承密封件(12)，
其特征在于，所述叶轮轮毂(8)和所述密封部段(10)形成由第一材料组成的一体式连接的、共同的区域(4)，并且所述齿部部段(18)由第二材料形成。
2.如权利要求1所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，所述叶轮(6)浮动地支承。
3.如上述权利要求之一所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，所述第一材料比所述第二材料更冷硬。
4.如上述权利要求之一所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，所述第二材料比所述第一材料更硬。
5.如上述权利要求之一所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，在所述第二材料的区域(22)中设置有转子轴承(24)。
6.如上述权利要求之一所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，在所述密封部段(10)和所述齿部部段(18)之间设置有转子轴承(24)。
7.如上述权利要求之一所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，两个材料区域(4、22)的抗扭的连接(26)设置在所述密封部段(10)和转子轴承(24)之间。
8.如上述权利要求之一所述的传动式压缩机转子(2)，其特征在于，在所述两个材料区域(4、22)之间的抗扭的连接(26)是希尔特式连接。
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