CN103765015A - 用于涡轮机的转子组件 - Google Patents

Abstract

一种转子组件，包括轴、轴承组件、叶轮和罩。该叶轮和轴承组件被安装到轴，且该罩被安装到轴承组件以便覆盖叶轮。

Description

用于涡轮机的转子组件

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的转子组件。

背景技术

涡轮机的转子组件可包括叶轮，该叶轮相对于固定在涡轮机内的罩旋转。在操作期间，该转子组件由于不平衡的力震动。结果，叶轮相对于罩的震动，产生噪音。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种转子组件，该转子组件包括轴、轴承组件、叶轮和罩，该叶轮和轴承组件被安装到轴，且该罩被安装到轴承组件以便覆盖叶轮。

在将罩安装到轴承组件中，叶轮相对于罩自由地旋转。由于罩形成转子组件的一部分，由于转子组件的震动导致的叶轮的位移伴随着罩的位移。因此，叶轮和罩之间的间隙在不考虑转子组件的震动的情况下被保持。结果，在操作期间更少的噪音由转子组件产生。将罩安装到轴承组件还使得能够在叶轮和罩之间建立良好限定的间隙。特别地，间隙可不受涡轮机内的转子组件的安装或对齐影响。

该轴承组件可包括一对由套筒围绕的间隔开的轴承。该罩于是被安装到套筒，套筒提供了相对大的表面，罩于是被安装在该表面上。结果，相对良好的固定可被形成在罩和轴承组件之间。附加地，由套筒围绕的间隔开的轴承的措施增加了转子组件的刚度，其进而导致更高的第一挠曲频率。因此，该转子组件能够使在更高的亚临界速度处操作。

该轴承组件可突入叶轮。结果，更紧凑的转子组件可被实现。附加地，叶轮和轴承组件之间的悬臂长度被减少。因此，作用在叶轮上的不平衡的力导致较小力矩，且由此轴承组件的径向负载被减少。

该罩可被粘接到轴承组件。这于是可使罩在罩的内直径和/或轴承组件的外直径上没有严格的公差的情况下与叶轮同中心地对齐。

该叶轮和罩可为塑料制成。于是这具有减少成本和/或转子组件的重量的优势。通常与塑料部件关联的尺寸和几何公差可意味着塑料不适合用于某些传统的涡轮机中的。例如，产生的公差叠加可要求不能接受的大叶轮-罩间隙。与此相反，通过安装罩到轴承组件，良好限定的叶轮-罩间隙可被实现。因此，塑料叶轮和罩可被使用同时保持可接受的叶轮-罩间隙。

在第二方面，本发明提供了一种涡轮机，该涡轮机包括框架和如上述任一段中所述的转子组件，其中该转子组件在罩处或轴承组件处被安装到框架。

因此，当转子组件震动时，叶轮相对框架的位移伴随着罩的相当的位移。结果，该叶轮-罩间隙不管转子组件相对于框架的运动而被保持。

该转子组件可在罩处和轴承组件处被安装到框架。通过将转子组件在轴向地间隔开的两个点处被安装，转子组件的刚度增加且由此更高的第一挠曲频率被实现。

该转子组件可在罩处或轴承组件处被软安装到框架。例如，该转子组件可通过O环形被安装到框架，该O环形被定位于罩或轴承组件的座中。因此，较少的转子组件的震动被传输到框架。附加地，轴承组件的负载减少，且转子组件的第一挠曲频率增大。

附图说明

为了本发明可被更容易地理解，本发明的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中：

图1是根据本发明的涡轮机的截面视图；

图2是涡轮机的转子组件的分解图；

图3示出了转子组件的制造中的步骤；以及

图4是在涡轮机的轴承组件和罩之间的粘合接合部的截面视图。

具体实施方式

图1和图2中的涡轮机1包括转子组件2，该转子组件2通过一对O环形4、5被安装到框架3。

该转子组件2包括轴6，轴承组件7，叶轮8和罩9。该轴承组件7和叶轮8被安装到轴6，且罩9被安装到轴承组件7以便覆盖叶轮8。

该轴承组件7包括一对轴承10、11，弹簧12和套筒13。

每个轴承10、11包括内环，支撑多个球的笼和外环。该轴承10、11在阶梯式区段的相对侧处被安装到轴6。每个轴承10、11的内环邻接阶梯式区段；该阶梯式区段用于将两个轴承10、11间隔开预定的长度。

该弹簧12围绕轴6的阶梯式区段且施加轴向力到两个轴承10、11的外环。由于该阶梯式区段具有预定的长度，且弹簧12具有预定的弹簧系数，每个轴承10、11预装载有相同的预定力。

该套筒13围绕轴承10、11和弹簧12，且通过粘合剂被固定到每个轴承10、11的外环。套筒的端部轴向地延伸超过轴承10的一个且具有直径减小的台阶，其限定用于O环形4的一个的座14。

该叶轮8是半敞开离心式叶轮，其包括基座15和多个叶片16。该基座15具有空气动力学上表面和中心孔17，叶片16绕该空气动力学上表面被支撑，轴6被接收穿过该中心孔17。该轴6于是通过过盈配合和/或粘合接合被固定到叶轮8。

该罩9包括毂18，遮盖19和多个辐条20，该辐条20在毂18和遮盖19之间径向地延伸。该毂18是圆柱形的且包括中心孔21。该遮盖19轴向上比毂18和在毂18和遮盖19的上部部分之间延伸的辐条20更长。该遮盖19的内表面具有空气动力学轮廓，其对应于叶轮8的叶片16的边缘。该遮盖19的外周边被成形以限定用于O环形的另一个的环形座22。

该罩9被固定到轴承组件7，以致该罩9覆盖叶轮8。更具体地说，该轴承组件7延伸穿过毂18中的孔且通过粘合剂被固定到毂18。

该转子组件2在轴承组件和罩9两者处被安装到框架3。更具体地说，该转子组件2在每个位置处通过一个O环形4、5柔性地安装。第一O环形4定位在轴承组件7的座14中，且第二O环形5定位在罩9的座22中。

在涡轮机1的操作期间，由于不平衡的力该转子组件2相对于框架3震动。在将罩9安装到轴承组件7中，叶轮8相对于框架3的任何位移被罩9所跟踪。结果，叶轮8和罩9之间的间隙无视震动被保持。因此，较少的噪音由转子组件2产生。与此相反，如果叶轮8相对于罩9震动，该震动将压缩且稀薄周围的空气，从而产生噪音。

将罩9安装到轴承组件7还能够在叶轮8和罩9之间建立良好限定的间隙。如下面描述的，当制造转子组件2时，该叶轮8和罩9可接触且然后分离以便建立良好限定的间隙。该叶轮8和罩9之间的间隙因此不受涡轮机1的框架3内的转子组件2的对齐的影响。

将罩9安装到轴承组件7还可对于相对柔性的和/或被要求在临界速度或接近临界速度处操作转子组件具有益处。对于传统的转子组件，叶轮相对于罩的震动可为如此大的，以致叶轮-罩间隙必须增加以便适应该震动。然而，间隙的任何增加将不利地影响涡轮机的性能。通过将罩9安装到轴承组件7中，叶轮8的震动被罩9跟踪。因此，较小的间隙可被使用，从而改进涡轮机1的性能。

该叶轮8和/或罩9可通过材料或方法（其尺寸和几何公差可能否则导致它们不适合用于现有涡轮机中）形成。例如，该叶轮8和罩9可由塑料使用模制工艺形成。通过安装罩9到轴承组件7，良好限定的叶轮-罩间隙仍可被获得。

轴承组件7的包括由套筒13围绕的间隔开的轴承10、11的措施增加了转子组件2的刚性。这进而增加了第一弯曲模式的频率且由此增加了转子组件2的临界速度。

由于轴承10、11通过预定的间距间隔开且弹簧13具有预定的弹簧系数，轴承10、11预装载有相同的良好限定的力。该预载荷的大小可因此被限定以便防止在预载荷没有过大的情况下轴承10、11滑移，其否则将导致不好的轴承性能。

通过将轴承组件7突入叶轮8，转子组件2的轴向长度被减少。此外，在叶轮8和轴承组件7之间的悬臂长度被减少，且由此作用于叶轮8上的任何不平衡的力将导致更小的力矩。因此，轴承10、11的径向负载被减少且由此轴承组件7的寿命被增加。

该转子组件2在轴向间隔开的两个位置处被安装到框架3。于是这提供了转子组件2在框架3内的良好稳定性。附加地，该转子组件2的刚度被增加且由此更高的第一挠曲频率被实现。在转子组件2到框架3的软安装中，较少的转子组件2的震动被传输到框架3。附加地，轴承组件7的加载减小且转子组件2的第一挠曲频率增大。然而，不管软安装的优势，该转子组件2可能想象在一个或多个位置处被硬安装到框架3。

在叶轮8和罩9的对齐中的任何偏心将导致更大的叶轮-罩间隙，其将不利地影响涡轮机1的性能。在两个O环形的对齐中的任何偏心将意味着转子组件2在框架3内不对齐，也就是，转子组件2的旋转轴线将为倾斜的。同样，这有可能不利地影响涡轮机1的性能。通过将罩9粘附于轴承组件7，该罩9可在固化之前与轴6同中心地对齐。因此，同中心地对齐可被实现在叶轮8和罩9之间且在两个O环形4、5之间。

该轴承组件7的套筒13提供了相对大的表面，在该表面上罩9可被固定到轴承组件7。结果，相对良好的固定可被形成在罩9和轴承组件7之间。不使用粘合接合，该罩9可通过过盈配合被固定到轴承组件7。然而，于是这要求罩9的内直径和轴承组件7的外直径上的更严格的公差以便确保罩9与轴6同中心地对齐。更严格的公差自然地增加转子组件2的成本。通过将罩9粘合到轴承组件7，居中性可在更加成本有效的方式下被实现。而且，否则将导致对于实现过盈配合不可接受的公差的制造过程和材料可被使用。例如，该罩9可由塑料通过模制工艺的方式在不需要在模制后机械加工罩9的孔21的情况下形成。

该转子组件2的公差叠加可意味着相对大的间隙被要求在罩9和轴承组件7之间，以便罩9可被同中心地安装。大的间隙可意味着被用于将罩9固定到轴承组件7的粘合剂可在固化之前从两个部件之间漏出且弄脏叶轮8。较高的粘度的粘合剂可被使用以便防止漏出。然而，填充满罩9和轴承组件7之间的空间所需的时间于是增加。因此，一种方法现在将被描述，其阻止粘合剂从罩9和轴承组件7之间漏出同时保持相对快速填充时间。

现在参考图3，该轴承组件7和叶轮8被首先固定到轴6以产生子组件23。轴承组件7和叶轮8被固定到轴6的方式不与本讨论相关。该子组件23被安装到夹具24的一个部件中且该罩9被安装到另一部件。该夹具24作用于将罩9的O环形座22与轴6同中心地对齐。

该罩9和子组件23最初是分开的且高粘度的粘合剂25的环被施加到轴承组件7，图3(a)。该罩9和子组件23然后被放在一起，导致轴承组件7被插入罩9的孔21，图3(b)。该高粘度粘合剂25在罩9和轴承组件7之间形成环形密封。由于高粘度粘合剂25被供应到轴承组件7的位置，该粘合剂25在罩9的孔21的第一端部处形成密封。该罩9和子组件23被放在一起以致罩9接触叶轮，其后罩9和子组件23被分开预定距离。于是这用于限定叶轮8和罩9之间的间隙。该高粘度粘合剂25然后被固化且转子组件2从夹具24移除。

该转子组件2于是被倒转且低粘度粘合剂26通过孔21的第二端部被引进罩9和轴承组件7之间的空间，图3(c)。该高粘度粘合剂25充当用于低粘度粘合剂26的止动器或塞子，其在罩9和轴承组件7之间的空间的剩余部分内上升且填充该剩余部分。

该罩9的孔21包括一个或多个轴向凹槽27，如图2中所示。该低粘度粘合剂26通过凹槽27被引入，其用于向下传送低粘度粘合剂26到高粘度粘合剂25。当低粘度粘合剂26继续通过凹槽27被引进，该粘合剂26在罩9和轴承组件7之间的空间内上升以便驱逐出任何空气。于是这减少了滞留空气的风险，其否则将导致较弱的粘合剂接合。附加地，罩9的孔21是锥形的。更具体地说，该孔21从第一端部到第二端部呈锥形以致第二端部的直径较大。因此，当低粘度粘合剂26上升时，空气被驱逐入扩大的体积，由此也减少了滞留空气的风险。

该凹槽27在孔21的第二端部处开始且在第一端部处之前终止。这是用于制造罩9的模制工艺的人为产物。然而，优势在于在孔21的第一端部处之前终止凹槽27。如果该凹槽27沿孔21的整个长度延伸，存在该高粘度粘合剂25可未能充分地渗透入一个或多个凹槽27的可能；当然这将取决于凹槽27的深度，以及高粘度粘合剂25被供应到轴承组件7的数量。结果，高粘度粘合剂25可未能在罩9和轴承组件7之间形成完整的密封。通过将凹槽27在孔21的第一端部之前终止，完整的密封可在不需要过多的高粘度粘合剂25的数量的情况下被形成。附加地，相对深的凹槽27可被使用用于低粘度粘合剂26的更快传送。

该孔21的第二端部被斜切（chamfered），如图4中所示。该斜切部分充当用于上升的低粘度粘合剂26的容器。因此，在被引进罩9和轴承组件7之间的空间的粘合剂26的数量上的严密控制是不需要的。

在低粘度粘合剂26已被引进之后，粘合剂26被固化的。如图4中所示，静结果是高粘度粘合剂25被定位于罩9的孔21的第一端部处。该低粘度粘合剂26于是从高粘度粘合剂25延伸到孔21的第二端部处。通过使用两种不同粘度的粘合剂，罩9可在粘合剂没有从两个部件之间漏出的情况下相对迅速地被固定到轴承组件7。而且，通过使用低粘度粘合剂26填满罩9和轴承组件7之间的空间，在引进粘合剂26中可能被捕获的任何空气更能够上升到顶部且逸出。因此，该低粘度粘合剂26促进在罩9和轴承组件7之间的更均匀的粘合剂层。

该低粘度粘合剂26沿孔21轴向延伸的长度比高粘度粘合剂25更长。该低粘度粘合剂26因此用于提供在罩9和轴承组件7之间的粘合剂接合部的大部分强度。与此相反，高粘度粘合剂25主要被用于充当用于低粘度粘合剂26的挡块。因此，相对便宜的高粘度粘合剂25可被使用，其粘合强度可为相对差的。

在上述的方法中，该罩9被安装到子组件23，其中叶轮8已被安装到轴6。因此，仅可能将轴承组件7通过第一端部插入罩9的孔21。然而，想象得到，叶轮8可在罩9已被安装到子组件23之后被安装到轴6。在此情况下，轴承组件7可通过第一端部或第二端部插入到罩9的孔21。因此，该高粘度粘合剂25可被供应到轴承组件7和/或罩9的孔21。

上述的方法可能同样地或替代地被用于固定转子组件2的其他部件，特别当部件之间的间隙的尺寸阻止某些粘合剂的使用时。例如，与叶轮8关联的尺寸公差可意味着叶轮8的孔17必须相对大，以便叶轮8的外直径可与轴6同中心地对齐。该方法可因此被使用用于将叶轮8粘接到轴6。在此情况下，环形的高粘度粘合剂首先被供应到轴6和/或叶轮8的孔17。轴6然后被插入叶轮8的孔17中。根据顺序，其中转子组件2是已制成的，叶轮8可被接触罩9且然后被分开以便限定叶轮-罩间隙。该高粘度粘合剂然后被固化，且低粘度粘合剂被引进叶轮8和轴6之间的空间。最后，低粘度粘合剂被固化。

该方法因此适用于以时间效率高的方式固定具有相对大间隙的转子组件的部件。而且，因为该间隙可能是大的，该方法可被用于固定具有相对差的公差的部件。不管该差的公差，该部件仍可被同中心地对齐且固定。因此，该方法可被用于在不需要用于高精度制造的情况下制造同中心的转子组件，其中高精度制造可为昂贵的和/或阻止使用某些材料和工艺。

尽管已经参考高粘度粘合剂和低粘度粘合剂，这些标识仅被用于指示两个粘合剂是不同粘度的。该标识不应被理解为提供对粘合剂的绝对粘度的任何指示。

Claims (9)

1.一种转子组件，包括轴、轴承组件、叶轮和罩，所述叶轮和轴承组件被安装到轴，且所述罩被安装到轴承组件以便覆盖叶轮。

2.如权利要求1所述的转子组件，其中所述轴承组件包括一对由套筒围绕的轴承。

3.如权利要求1或2所述的转子组件，其中所述轴承组件突入叶轮。

4.如前述权利要求中任一项所述的转子组件，其中所述罩被粘合到轴承组件。

5.如前述权利要求中任一项所述的转子组件，其中所述叶轮和所述罩是由塑料形成。

6.一种涡轮机，所述涡轮机包括框架和如上述权利要求中任一项中所述的转子组件，其中所述转子组件在罩处或轴承组件处被安装到框架。

7.如权利要求6所述的涡轮机，其中所述转子组件在罩处和轴承组件处被安装到框架。

8.如权利要求6或7所述的涡轮机，其中所述转子组件在罩处或轴承组件处被软安装到框架。

9.如权利要求8所述的涡轮机，其中所述转子组件通过定位在轴承组件或罩的座中的O形环而被软安装到框架。

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