CN102449316B - 旋转机器及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转机器(30)及其组装方法。所提出的方法包括沿着轴(3)上的锥形接触表面(9)围绕所述轴(3)安装叶轮(2)。随后，所述方法包括在所述叶轮(2)上施加径向作用液压力以使所述叶轮(2)绕所述轴(3)的轴线径向扩展。轴向作用液压力被施加到所述叶轮(2)上以使所述叶轮(2)沿着所述轴(3)上的所述锥形表面(9)相对地纵向移动。随后，所述方法包括释放所述液压力以使所述叶轮(2)径向收缩并且牢固地装配到所述轴(3)上。

Description

旋转机器及其组装方法
技术领域
本发明涉及一种包括安装在轴上的一个或多个叶轮的类型的旋转机器，并且具体地，涉及该旋转机器的改进的组装方法。
背景技术
在诸如压缩机之类的旋转涡轮机中，叶轮被安装到以较高转速被驱动的旋转轴上。旋转轴可以联接到马达或涡轮的轴上，从而从其获得动力。在一些应用中，可以使用共用的一体式压缩机/马达轴。在叶轮在高载荷下以高转速旋转期间，由高离心力以及各叶轮上出现的压差所产生的推力被施加到叶轮上。为了防止叶轮在该推力的作用下在轴上发生滑移，已经采用了一种通过收缩配合将叶轮固定地安装在主轴上的方法来代替使用花键、压装配等的传统方法。
传统地，叶轮在轴上的收缩配合通过将叶轮均匀地加热到较高温度从而导致叶轮的孔/开口径向扩展来实现。例如，叶轮在炉中热吸收到大约257℉(125℃)的温度。随后将叶轮从炉中取出并且将轴插入叶轮孔内。在冷却时，孔周围的质量体缩回到其初始尺寸并且摩擦力产生高度牢固的配合。
但是，利用热进行的收缩配合在组装旋转机器时提供了有限的灵活性，这是因为这仅在轴是自由的并且还没有构建到旋转机器的其余部件中时才可能。
文献NL-A-6806392公开了一种通过沿径向和轴向方向作用在叶毂上的加压液压流体将诸如推进器的叶毂液压安装到轴的锥形部分上的方法。但是，该文献中公开的布置不适于将多个叶毂液压安装到同一个轴上。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于组装多级旋转机器的改进方法。
以上目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求8所述的旋转机器得以实现。
本发明的基本概念是使得能够通过在其余部件已经在位时将叶轮组装到诸如压缩机之类的旋转机器的轴上来组装多级旋转机器。这通过使用液压工具将叶轮一个接一个地收缩到轴上而实现。在该组装方法中，首先沿着轴上的锥形接触表面手动地或以其他方式围绕轴安装叶轮。然后使用液压力使叶轮径向扩展并且还使叶轮沿着锥形表面轴向移动。然后释放液压力，从而导致叶轮径向收缩并且因摩擦力而配合到轴上。旋转机器的多个级通过将叶轮一个接一个地收缩装配到轴上来连续地组装。例如当旋转机器的轴已经安装到马达或涡轮轴上时，或者在一体式压缩机/轴的情况下当一体式压缩机/马达轴已经安装到马达/压缩机壳体内时，能够使用所提出的组装方法。另外，极大地减小了重型举升设备的使用。
在另一个实施例中，为了每个连续级的组装，所述方法还包括围绕装配在所述轴上的所述叶轮安装隔挡件，所述隔挡件安装为单个一体式部件，所述隔挡件限定有返回通道，所述返回通道用于使流体流到所述旋转机器的下一个下游叶轮。在又一个示例性实施例中，所提出的方法包括将级间密封件安装到装配在所述轴上的所述收缩装配的叶轮上，所述级间密封件安装为单个一体式部件。这允许制造分别为一件式的级间密封件和隔挡件，这是有利的，因为其提供了这些部件增大的强度并且由此减小了这些部件的所需设计厚度。其还因为使诸如螺栓的紧固件的数量最小化而提供了一种简单的构型。
在一个优选实施例中，所述轴向作用的液压力的施加间歇地执行，直到所述叶轮纵向地移动到所述叶轮在所述轴上的最终配合位置。这避免了因由于叶轮沿着锥形接触表面纵向运动而出现的金属与金属接触导致的磨损。
在一个实施例中，轴还包括沿着所述轴的轴线的中心孔、以及从所述中心孔径向向外延伸到所述叶轮围绕所述轴安装的位置处的多个径向孔，所述中心孔适于容纳插塞，所述插塞具有用于将加压的液压流体传送到所述径向孔的流体连通端口，以用于将所述径向作用压力施加到所述叶轮上。
在一个示例性实施例中，通过输送加压的液压流体通过由围绕所述轴设置的环形套管限定的环形端口来施加轴向作用流体压力。
附图说明
下文中，参照在附图中示出的说明性实施例进一步描述本发明，其中：
图1是旋转机器的转子的一部分的立体图，该旋转机器具有安装在轴上的叶轮；
图2是使用液压工具将叶轮收缩到轴上的装置的示意图；
图3A和图3B分别示出了叶轮在轴上的初始安装位置和最终装配位置；
图4是使用液压工具将第二叶轮收缩到轴上的装置的示意图；
图5A是在图2的实施例中使用的插塞的放大图；
图5B是在图4的实施例中使用的插塞的放大图；
图6是根据本发明组装的旋转机器的纵向截面图。
具体实施方式
现在参照附图，其中相似的附图标记指代相似或相应的部件，图1示出了诸如压缩机的旋转机器的转子1的一部分的立体图。转子1包括绕轴线4安装到轴3上的叶片轮2(下文中称为“叶轮2”)。叶轮2形成吸入孔眼5，流体(即，气体)通过该吸入孔眼5进入叶轮内。叶轮2由前板或罩6和后板或毂7形成。后板7抵接套管部分25，该套管部分25的内表面形成与轴3接触的表面。多个径向叶片8在后板7与前罩8之间延伸。根据本发明，叶轮2通过如下文描述的液压工具收缩装配到轴3上。在所示的实施例中，叶轮2为封闭型径向叶轮。应当理解，本发明的基本概念还能够扩展到包括轴向叶轮在内的任何其他类型的叶轮。
图2示出了根据本发明的一个实施例的使用液压工具来实现将叶轮2收缩装配到轴3上的装置。首先，围绕轴3手动地或以另外的方式安装叶轮2。在图3A中示出了叶轮2在轴3上的初始安装位置。如图2中所示并且如图3A中更详细地所示，轴3上安装叶轮2的部分具有锥形外表面9。轴3的该锥形外表面9形成与叶轮2的套管部分25的内表面相接触的表面。叶轮2的套管25的内表面可以被机加工成具有与表面9的锥形相匹配的锥形。对于具有多个叶轮的常见转子而言，轴3可以被机加工成具有多个这种具有被贝壳形部分10隔开的锥形外表面9的部分。
往回参照图2，轴3具有沿着轴的轴线4延伸的中心孔11。在每个叶轮位置处，多个径向孔12(例如，数目为四)被设置在轴3中，所述径向孔12从中心孔11径向向外延伸到叶轮2围绕轴3安装的位置。为了安装多个叶轮，多个这种径向孔12被设置在各个叶轮的相应的安装位置处。
叶轮2在轴3上的收缩装配通过诸如液压泵13和14的液压致动装置以及液压安装工具15和16来实现。安装工具15和液压泵13使用液压力来实现叶轮2围绕轴3的径向扩展。安装工具15包括插入在轴3的中心孔11内的插塞。插塞11具有与在叶轮2的安装位置处的径向孔12流体连通的流体输送端口27。装配到液压泵13上的压力软管线路17将加压的液压流体(例如，油)传送到插塞15。插塞15适于将来自泵13的加压液压流体输送通过端口27，以填满在叶轮2的位置处的径向孔12，由此在叶轮2上施加径向作用压力，从而导致叶轮2围绕轴3径向扩展。如图5A中所示，图5A是图2中的部分19的放大图，O形圈20围绕插塞15设置以防止液压流体通过孔11泄漏到轴上的相邻叶轮安装位置中的径向孔中(即，泄漏到图1中的叶轮2的左边)。
当叶轮2已经足够地径向扩展以允许叶轮2沿着轴3轴向移位时，向叶轮2施加轴向作用压力以使叶轮沿着轴3的锥面在纵向方向上移动。这通过安装工具16和液压泵14实现。安装工具16包括围绕轴3环形设置并且延伸到叶轮2的安装位置的套管。经由装配到液压泵14上的压力软管线路18将加压的液压流体(例如，油)供应给套管16。套管16限定有环形流体输送端口28，用于将加压的液压流体轴向输送给已安装的叶轮2，在叶轮上施加轴向作用压力，从而导致叶轮2沿着锥形表面9相对于轴3相对地纵向移动。当叶轮2沿着锥形表面9向上移动时，在叶轮2的套管部分25的内表面与轴3之间存在增大的金属与金属接触。为了避免轴3和叶轮2的金属表面之间的磨损，所述轴向作用压力被间歇地施加，从而每次均允许叶轮的充分的径向扩展，以使金属与金属接触之间的磨损最小化。该过程一直持续到叶轮2沿锥形表面9向上移动到如图3B中所示的围绕轴3的最终装配位置。随后，释放液压力，从而导致叶轮2围绕轴3径向收缩，其中摩擦力产生叶轮2在轴3上的高度牢固的配合。
往回参照图2，泵13和14可以是传统类型的液压泵(例如，油泵)，包括阀门齿轮组、压力分配器、控制压力表、压力比率调节器和安全阀。通常，压力泵13为能够操作成在收缩装配过程期间在叶轮2上施加1000bar-2000bar的径向动作压力的高压泵，而液压泵14为能够操作成在收缩装配过程期间在叶轮2上施加大约500bar的轴向压力的低压泵。
使用以上方法，多个叶轮能够一个接一个地收缩装配到轴3上。取决于各叶轮的位置，对各叶轮使用不同组的安装工具。叶轮从安装工具装配在轴3上的位置处一个接一个地组装在从相对于轴3的端部22最远到最近的连续的安装位置中。图4示出了在第一叶轮2已经被收缩装配到轴上之后使用液压工具将第二叶轮2A收缩装配到轴3上的装置，其中叶轮2A与叶轮2基本相似。能够看到，用于叶轮2A的该组安装工具(即插塞15A和套管16A)在尺寸上比用于装配叶轮2的安装工具15和16短。插塞15A的内部布置也与插塞15的不同。这在图5B中示出，其中图5B是图4中的部分21的放大图。这里，如图所示，两个O形圈20A和20B围绕插塞15A设置在径向孔12的任一侧上，以防止液压流体通过孔11泄漏到位于任一侧上的相邻叶轮安装位置中的径向孔12A和12B内。
图6是根据本发明组装的多级旋转机器30(例如压缩机)的一半部分的纵向截面图。压缩机30包括容置转子的外壳31，该转子包括安装在能够绕轴线4旋转的轴3上的多个叶轮2。压缩机的每一级均包括如上所述液压收缩装配到轴3上的叶轮2。因此，为了在轴3上安装叶轮，轴3具有中心孔11和在每个叶轮位置处的径向孔12。而且，对于每一级，隔挡件32围绕叶轮2环形地设置。隔挡件32是位于压缩机的两个级之间的不动部件，并且包括扩散器33和返回通道34。对于每一级，流体(即，气体)通过叶轮2的孔眼5进入。返回通道32将流体从相邻的上游级中的叶轮引导到叶轮2的孔眼5内，而扩散器33——其可以为有叶片的或没有叶片的——将气体的速度转变成压力。
在所提出的组装方法中，叶轮2可以在轴3已经安装到外壳31中时一个接一个地液压收缩装配。在将叶轮2液压收缩装配到轴3上之后并且在将下一个相邻的叶轮安装到轴3上之前，能够环形地围绕相应级的收缩装配叶轮2安装一件式隔挡件32，即作为单个整体部件。在叶轮的基于热的收缩装配的情况下，所有叶轮都在轴被安装到外壳中之前组装到轴上，这使得难以安装一件式隔挡件。所提出的将叶轮液压收缩装配到轴上的方法由此使得能够制造一件式隔挡件32，这为隔挡件提供了增大的刚度。这是有利的，因为隔挡件由于过量的连续气体涌入而受到严重的轴向摩擦。制造一件式隔挡件减小了对隔挡件的厚度的设计需求。
组装压缩机30的一个级还包括将级间密封件安装到收缩装配叶轮2上，其中级间密封件包括孔眼密封件35和轴密封件36。孔眼密封件35为围绕叶轮2的前罩8安装的环形密封元件，并且适于使从扩散器33向叶轮2的入口的流体泄漏最小化，而轴密封件36为围绕叶轮2的套管25安装的环形密封元件，并且适于使向下一级的叶轮的入口的流体泄漏最小化。与隔挡件32的情况相似，并且出于相同的原因，能够将级间密封件35和36分别作为环形一体式部件安装到相应级的叶轮2上。这使得能够制造分别为一件式的级间密封件35和36，这为这些密封件提供了增大的刚度。一件式的隔挡件和级间密封件的安装还通过使诸如螺栓之类的紧固件的数量最小化而提供了简单的构型。对每一级重复收缩装配叶轮2以及随后安装隔挡件32和级间密封件35和36(每一个均作为单个一体式部件)的上述过程，由此完成压缩机30的组装过程。
总之，本发明涉及一种旋转机器及其组装方法。所提出的方法包括沿着轴上的锥形接触表面围绕所述轴安装叶轮。随后，所述方法包括在所述叶轮上施加径向作用液压力，以使所述叶轮围绕所述轴的轴线径向扩展。轴向作用液压力被施加到所述叶轮上以使所述叶轮沿着轴上的所述锥形表面相对地纵向移动。随后，所述方法包括释放所述液压力以使所述叶轮径向收缩并且牢固地装配到所述轴上。
尽管已经参照具体的实施例对本发明进行了描述，但是本说明书并非意在以限制的意义来理解。对于本领域的技术人员而言，当参照本发明的说明书时，所公开的实施例及本发明的可选实施例的各种变型将变得明显。由此，应当明白，能够实施这些变型而不会偏离如由专利权利要求限定的本发明的精神或范围。

Claims (13)

1.一种用于组装旋转机器(30)的方法，包括：
-沿着轴(3)上的锥形接触表面(9)围绕所述轴(3)安装叶轮(2)；
-使用液压工具在所述叶轮(2)上施加径向作用液压力，以使所述叶轮(2)绕所述轴(3)的轴线(4)径向扩展；
-使用液压工具在所述叶轮(2)上施加轴向作用液压力，以使所述叶轮沿所述轴(3)上的所述锥形表面(9)相对地纵向移动；以及
-释放所述液压力，以使所述叶轮(2)径向收缩并牢固地装配到所述轴(3)上；
其特征在于，所述旋转机器(30)包括具有公共轴(3)的多个级，所述液压工具能够对每个级依次提供径向作用液压力和轴向作用液压力，其中每个级通过根据所述方法使用所述液压工具将相应的叶轮(2)装配到所述轴(3)上而连续地组装。
2.根据权利要求中1所述的方法，其特征还在于，每个连续级的组装还包括围绕装配到所述轴(3)上的所述叶轮(2)环形地安装隔挡件(32)，所述隔挡件(32)安装为单个一体式部件，所述隔挡件(32)限定有返回通道(34)，所述返回通道(34)用于使流体从所述旋转机器(30)的相邻的上游级返回到所述叶轮(2)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，每个连续级的组装还包括在装配到所述轴上的所述收缩装配叶轮(2)上安装级间密封件(35，36)，所述级间密封件(35，36)安装为单个一体式部件。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征还在于，每个连续级的组装还包括在装配到所述轴上的所述收缩装配叶轮(2)上安装级间密封件(35，36)，所述级间密封件(35，36)安装为单个一体式部件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征还在于，所述轴向作用液压力的施加间歇地执行，直至所述叶轮(2)纵向地移动到所述叶轮(2)在所述轴(3)上的最终装配位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征还在于，施加所述径向作用液压力包括输送加压的液压流体通过插塞(15)，所述插塞(15)具有流体输送端口(27)，所述插塞(15)插入在所述轴(3)中的中心轴向延伸孔(11)内，所述流体输送端口(27)将加压的液压流体输送至设置在所述轴(3)中的多个径向孔(12)，所述径向孔(12)径向向外地延伸到所述叶轮(2)围绕所述轴(3)安装的位置。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征还在于，施加所述轴向作用流体压力包括输送加压的液压流体通过由套管(16)限定的环形流体输送端口(28)，所述套管(16)围绕所述轴(3)环形地设置，由所述套管(16)限定的所述环形流体输送端口(28)轴向延伸到所述叶轮(2)围绕所述轴(3)安装的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征还在于，基于每个叶轮(2)在所述轴(3)上的安装位置对每个叶轮(2)使用单独的插塞(15)和单独的套管(16)。
9.一种具有组装在公共轴(3)上的多个级的多级旋转机器，所述旋转机器(30)的每个级均包括：
-所述轴(3)的具有锥形外表面(9)的一部分；以及
-叶轮(2)，所述叶轮(2)通过下述步骤收缩装配到所述轴(3)上：沿所述锥形表面(9)围绕所述轴(3)安装所述叶轮(2)，在所述叶轮(2)上施加径向作用液压力以使所述叶轮(2)绕所述轴(3)的轴线(4)径向扩展，在所述叶轮(2)上施加轴向作用流体压力以使所述叶轮(2)沿所述轴(3)上的所述锥形表面(9)相对地纵向移动，以及释放所述液压力以使所述叶轮(2)径向收缩并且牢固地装配到所述轴(3)上。
10.根据权利要求9所述的旋转机器(30)，其中，每个级还包括围绕所述收缩装配叶轮(2)安装的隔挡件(32)，所述隔挡件(32)安装为单个一体式部件，所述隔挡件(32)限定有返回通道(34)，所述返回通道(34)用于使流体从所述旋转机器(30)的相邻的上游级返回到所述叶轮(2)。
11.根据权利要求9所述的旋转机器(30)，其中，每个级还包括安装在所述收缩装配叶轮(2)上的级间密封件(35，36)，所述级间密封件(35，36)安装为单个一体式部件。
12.根据权利要求10所述的旋转机器(30)，其中，每个级还包括安装在所述收缩装配叶轮(2)上的级间密封件(35，36)，所述级间密封件(35，36)安装为单个一体式部件。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的旋转机器(30)，其中，所述轴(3)还包括沿所述轴(3)的所述轴线(4)的中心孔(11)以及从所述中心孔(11)径向向外延伸到所述叶轮(2)围绕所述轴(3)安装的位置的多个径向孔(12)，所述中心孔(11)适于容纳具有流体输送端口(27)的插塞(15)，所述流体输送端口(27)用于将加压的液压流体输送到所述径向孔(12)，以将所述径向作用压力施加到所述叶轮(2)上。
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