CN103052764B - 用于转子平衡的联接器 - Google Patents

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Abstract

根据这些示范性实施例的系统、装置和方法提供了例如可用于转子的高速平衡试验的联接器或接口。联接器(40)包括主体部(46)，该主体部(46)在其中具有伸出的薄部(51)和伸出的插入部(42)，伸出的薄部(51)构造成配合平衡机的轴(55)，伸出的插入部(42)构造成配合转子(30)中的开口(32)。多个连接元件(48)布置在联接器(40)的主体部(46)中的孔中，并且环(44)布置在伸出的插入部(42)上方且靠近主体部(46)中的孔的出口。

Description

用于转子平衡的联接器
技术领域
本发明大体上涉及设备之间的联接器，且更具体地涉及转子与平衡试验机之间的联接器或接口。
背景技术
涡轮机(有时也称为“涡轮旋转机”)是一类包括压缩机、涡轮发动机等且包括转子的机器，转子在运转中以很高的速度例如数千或数万转每分钟(RPM)旋转。转子通常包括被轴向和径向地支撑以在轴承中旋转的轴。给定此类转子的尺寸和重量，甚至转子中小的不平衡也可能大幅减少涡轮机的运转小时数。例如，对于具有500磅的重量和仅仅0.001英寸的不平衡(例如重心偏移)的转子而言，当转子以12,000RPM旋转时，不平衡所导致的力将为约2000磅，该力作为可快速破坏轴承的振动被观察到。
一种解决该问题的途径是在将转子装配到级中时或者在完全装配好它们之后对它们进行平衡试验，然后进行调节以补偿任何检测到的不平衡。可以通过将转子或转子级连接至平衡试验设备来执行此类平衡试验，该平衡试验设备使转子在真空下高速旋转，并且具有在旋转期间检测不平衡例如重心偏移的传感器。
普遍的高速平衡试验构造显示在图1中。在真空腔室2内部，基架4支撑转子8，并且平衡试验机的马达6经由联接器或接口9连接至待试验的转子8。除轴以外，转子8还可以具有联接到轴的一个或更多元件，例如下文所述的一个或更多叶轮。联接器9将扭矩从马达6传递到转子8并且作为试验系统中的元件提供，因为通常存在着待由平衡试验机进行平衡试验的转子8的很多不同尺寸和构造，因此联接器9作为各种待试验的转子8与平衡试验机之间的转接器而起作用。示范性联接器9显示在图2中。其中，可见联接器9具有朝着配合在转子8上的端部渐缩的大体圆锥形形状，并且相对于转子8具有相对较大的直径。在实践中，联接器9在平衡试验之前在转子8上热收缩，然后被移除以装配到其各自的涡轮机中。
使用这种联接器9作为平衡试验过程的部件给它带来许多缺点。首先，联接器9相对较重，例如大约20-30kg，使得它具备的任何偏心均使它向试验系统增加的作为结果的不平衡足够大，从而不利地影响平衡试验，由此可能导致不平衡的转子8。事实上，在一些情况下，由联接器9增加的不平衡的大小可以达到转子8的可接受的不平衡容限的200%。其次，将联接器9附接至转子的方法(即热收缩)是耗时、复杂的，并且可能损坏转子表面本身。
因此，将期望设计并向平衡试验机提供一种用于转子的联接器，该联接器克服了现有联接器的前述缺点。
发明内容
根据这些示范性实施例的系统、装置和方法提供了例如可用于转子的平衡试验的联接器或接口。通过提供联接器与待试验的转子之间的摩擦配合，能够避免联接器在转子上的热收缩，由此使该过程更快且更安全。此外，该设计能够更轻并且将更小的不平衡引入试验装置中。然而，本领域的技术人员将会意识到，除了在所附权利要求中的一个或更多中清楚地叙述的程度外，不应将此类优点解释为对本发明的限制。
根据一示范性实施例，一种联接器包括主体部，该主体部在其中具有伸出的薄部和伸出的插入部，伸出的薄部构造成配合平衡机的轴，伸出的插入部构造成配合转子中的开口。多个连接元件布置在联接器的主体部中的孔中，并且环布置在伸出的插入部上方且靠近主体部中的孔的出口。
根据另一示范性实施例，一种用于将转子连接至平衡试验机的方法包括以下步骤：将联接装置的伸出的插入部插入转子中的开口中；向多个连接元件施加扭矩，以迫使布置在伸出的插入部上方的环抵靠着围绕转子的开口的匹配面，所述多个连接元件布置在联接装置的主体部中；以及将平衡试验机的驱动轴连接至联接装置的主体部中的伸出的薄部。
根据又一示范性实施例，一种平衡试验系统包括具有驱动轴的平衡试验机、在一侧连接至驱动轴的联接器以及经由联接器连接成从驱动轴接收扭矩的转子，该联接器包括：主体部，该主体部在其中具有伸出的薄部和伸出的插入部，伸出的薄部构造成配合平衡试验机的驱动轴，伸出的插入部构造成配合转子中的开口；多个连接元件，其布置在主体部中的孔中；以及环，其布置在伸出的插入部上方并靠近主体部中的孔的出口。
附图说明
附图示出了示范性实施例，其中：
图1示出了普遍的转子平衡试验装置；
图2示出了用于图1的平衡试验装置的常规联接器；
图3描绘了具有根据示范性实施例进行平衡试验的转子的压缩机；
图4显示了待根据示范性实施例进行平衡试验的转子的端部；
图5显示了根据一示范性实施例的联接装置；
图6显示了附接至根据一示范性实施例的转子的图4(a)的联接器的剖视图；
图7是连接至根据一示范性实施例的转子的联接器的外部透视图；
图8是显示了与使用根据示范性实施例的联接器进行试验的相同转子相比与使用图2中所示类型的联接器进行试验的转子相关联的振动的曲线图；以及
图9是示出了将转子连接至平衡试验机的方法的流程图。
具体实施方式
以下对示范性实施例的详细描述参照了附图。不同附图中相同的标号表示相同或相似的元件。而且，以下详细描述并不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。
为了对随后与根据文中所述的示范性实施例的联接器有关的论述提供背景，图3示意性地示出了多级、离心压缩机10，其包括优选在最终制造并投入使用前进行了平衡试验(且然后平衡)的转子。其中，压缩机10包括箱或壳体(定子)12，设置有多个离心叶轮16的旋转压缩机轴14安装在该箱或壳体12内。转子组件18包括轴14和叶轮16，并且通过布置在转子组件18的任一侧的轴承20被径向和轴向地支撑。
多级离心压缩机运转而从管道入口22取得输入的工艺气体，以通过转子组件18的运转而使工艺气体的粒子加速，并且随后在高于其输入压力的输出压力下输送工艺气体通过出口管道。在叶轮16与轴承20之间，设有密封系统26，以防止工艺气体流通到轴承20。在所示的示范性实施例中，壳体12构造成以便覆盖轴承20和密封系统26两者，以防止气体从离心压缩机10逸出。还在图3中见到平衡鼓27，该平衡鼓27补偿由叶轮16、平衡鼓的迷宫式密封件28和平衡线路29产生的轴向推力，该平衡线路将平衡鼓27外侧的压力维持在与工艺气体经由管道22进入的压力相同的水平。本领域的技术人员将会意识到，图3中所示的离心压缩机在此仅作为一种涡轮机的示例提供，该涡轮机包括通常在完全装配好前进行了平衡试验的转子类型，并且本发明并不限于此。
图3(a)中所示的转子组件18的端部30可以例如构造为在图4中见到的。其中，可见转子端部30的截面为大体圆形，带有开口32和大体圆柱形的外表面34。根据图5中所示的一个示范性实施例，联接器40设计成用于将转子端部30与平衡试验机接合。其中，联接器40包括伸出的插入部42、环44以及其中布置有多个连接元件例如扭矩螺钉48的主体部46。主体部46具有形成在其中的开口50，该开口50构造成与平衡试验机的驱动轴(未显示在该图中，参见下述的图6)相匹配。在该示例中，开口50是六边形的开口，但是本领域的技术人员将会意识到，开口50可以根据平衡试验机实施方案采取任何期望的形状。根据该示范性实施例的主体部46在其中具有伸出的薄部51，其构造成与平衡试验机的驱动轴55(在图6中可见)相匹配。
联接器40在连接至转子端部30时的侧面剖视图作为图6提供。其中，移除了其中一个扭矩螺钉48，以更好地揭示其对应的螺纹孔52。在该示例中，联接器40在对应的螺孔52中具有围绕主体部46的周边均匀地(对称地)隔开的六个扭矩螺钉48，但是本领域的技术人员将认识到，扭矩螺钉48的数量和范围两者都可以变化。如在图4(b)中所见，扭矩螺钉48的端部54邻接着置于联接器40上的环44。根据该示范性实施例，环44置于主体部46的表面上而未附接，并由扭矩螺钉48加压。环44提供均匀的压力，使得摩擦均匀地传输到转子端部上并且避免由螺钉48损坏转子端部。根据一个示范性实施例，扭矩螺钉48可以由具有700MPa的抗拉强度的材料形成，但是也可以使用其它值和材料。
为了将联接器40附接至转子，首先将伸出的插入部42插入转子端部30中的开口32中。例如，可以使用开口50中的六边形扭矩键将伸出的插入部42穿接并拧入到设置在转子端部30中的开口32中的对应螺纹中。然后，可以例如使用测力计键并施加2-5N-m的扭矩来拧紧扭矩螺钉48，从而将环44压靠在转子端部30的外表面34上。因此，根据该示范性实施例，联接器40与转子摩擦配合，并且扭矩从平衡试验机通过联接器40经由摩擦连接而传输到转子。在该示范性实施例中，平衡试验机的轴55经由与联接器的伸出的薄(环状)部51相匹配的开口54而连接至联接器40。该示范性附接特征具有维持联接器的同心度(以减少/消除试验装置中的不平衡)的进一步优点。图7描绘了根据该示范性实施例在转子和联接器40彼此附接之后组合的转子和联接器40。
因此，不同于上文关于图2描述的圆锥形热收缩联接器14，根据图5-图7的示范性实施例的联接器40可以容易且机械地附接至待进行平衡试验的转子。该过程是更不耗时且更加安全的，因为它不包括使用炉子来使联接器在转子上热收缩。此外，示范性联接器40比热收缩更不可能损坏转子的表面。此外，联接器40可以制造成比联接器14更轻且将更少的不平衡引入系统中。
例如，通过首先使用联接器14将转子附接至平衡试验机并随后使用联接器40将相同转子附接至平衡试验机使转子平衡来运行试验，其结果在图8中绘出。使用来自SchenckGMBH的高速平衡设备进行该试验，该高速平衡设备大体如图1中所示设置且采用加速计作为振动传感器。为了产生图8中所示的结果，作为RPM的函数以mm/srms振动的单位在转子的驱动端(即转子连接至联接器的一端(结果封闭在矩形60中))和转子的相对端(结果在矩形60下方绘出)两者处测量转子的振动。更具体而言，虚线62代表测出的经由联接器14连接至平衡机的转子的振动，而实线64代表测出的经由联接器40连接至平衡试验机的转子的振动。比较两个函数62和64，可见振动在使用根据前述示范性实施例的联接器40时比在使用联接器14时明显地在峰值振动水平上小约25%。驱动器的另一侧的振动差异较不明显，如预料的那样，因为驱动器的这一端更远离与平衡试验系统的接口。
因此，根据一个示范性实施例，一种用于将转子连接至平衡试验机的方法包括在图9的流程图中示出的步骤。其中，在步骤70，将联接装置的伸出的插入部插入转子中的开口中。在步骤72，将扭矩施加到多个连接元件，以迫使布置在伸出的插入部上方的环抵靠着围绕转子的开口布置的匹配面。在步骤74，将平衡试验机的驱动轴连接至联接装置的主体部中的伸出的薄部。
上述示范性实施例在所有方面意图说明而不是限制本发明。因此，本发明能够有在本领域的技术人员可以从本文包含的描述推导出的详细实施方案中的许多变型。认为所有此类变型和修改均处于如由以下权利要求限定的本发明的范围和精神内。本申请的描述中所用的元件、方案或指示不应被解释为对本发明是关键的或必需的，除非清楚地这样描述。而且，如文中所用，冠词“一”意图包括一项或更多项。

Claims (13)

1.一种用于将转子连接至平衡试验机的联接器(40)，所述联接器(40)包括：
主体部(46)，所述主体部(46)在其中具有伸出的薄部(51)和伸出的插入部(42)，所述伸出的薄部(51)构造成配合所述平衡试验机的轴，所述伸出的插入部(42)构造成配合所述转子中的开口；
多个连接元件(48)，其布置在所述主体部(46)中的孔中；以及
环(44)，其布置在所述伸出的插入部(42)上方并靠近所述主体部(46)中的所述孔的出口；其中，所述连接元件可操作成朝着所述伸出的插入部的一端向外推动所述环。
2.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于，所述多个连接元件中的每一个均布置在所述主体部中的凹进孔中。
3.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于，所述连接元件是螺钉。
4.根据权利要求3所述的联接器，其特征在于，用于所述螺钉的所述孔是围绕所述主体部的周边对称地布置的。
5.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于，所述主体部和所述环形成为具有相同的直径的圆柱体，并且所述伸出的插入部是具有比所述主体部和所述环的直径更小的直径的圆柱体。
6.一种用于将转子连接至平衡试验机的方法，所述方法包括：
将联接器(40)的伸出的插入部(42)插入所述转子(30)中的开口(32)中；
向多个连接元件(48)施加扭矩，以迫使布置在所述伸出的插入部(42)上方的环(44)抵靠着围绕所述转子(30)的所述开口(32)的匹配面，所述多个连接元件(48)布置在所述联接器(40)的主体部(46)中，其中，所述连接元件可操作成朝着所述伸出的插入部的一端向外推动所述环；以及
将所述平衡试验机的驱动轴连接至所述联接器(40)的所述主体部(46)中的伸出的薄部(51)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个连接元件中的每一个均布置在所述主体部中的凹进孔中。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主体部和所述环形成为具有相同的直径的圆柱体，并且所述伸出的插入部是具有比所述主体部和所述环的直径更小的直径的圆柱体。
9.一种平衡试验系统，包括：
平衡试验机，其包括驱动轴(55)；
联接器(40)，其在一侧连接至所述驱动轴(55)；以及
转子(30)，其经由所述联接器(40)连接成从所述驱动轴(55)接收扭矩，
所述联接器(40)包括：
主体部(46)，所述主体部(46)在其中具有伸出的薄部(51)和伸出的插入部(42)，所述伸出的薄部(51)构造成配合所述平衡试验机的所述驱动轴(55)，所述伸出的插入部(42)构造成配合所述转子(30)中的开口(32)；
多个连接元件(48)，其布置在所述主体部(46)中的孔中；以及
环(44)，其布置在所述伸出的插入部(42)上方并靠近所述主体部(46)中的所述孔的出口；
其中，所述连接元件可操作成朝着所述伸出的插入部的一端向外推动所述环。
10.根据权利要求9所述的平衡试验系统，其特征在于，所述多个连接元件中的每一个均布置在所述主体部中的凹进孔中。
11.根据权利要求9所述的平衡试验系统，其特征在于，所述连接元件是螺钉。
12.根据权利要求11所述的平衡试验系统，其特征在于，用于所述螺钉的所述孔是围绕所述主体部的周边对称地布置的。
13.根据权利要求9所述的平衡试验系统，其特征在于，所述主体部和所述环形成为具有相同的直径的圆柱体，并且所述伸出的插入部是具有比所述主体部和所述环的直径更小的直径的圆柱体。
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