CN105604979A - 双级叶轮组件和具有其的离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双级叶轮组件和具有其的离心式压缩机，双级叶轮组件包括：转轴、二级叶轮和一级叶轮，转轴包括第一端、第二端以及邻近第一端设置且横截面形成为非圆形的连接轴段，二级叶轮上具有与连接轴段形状相适配的安装孔，二级叶轮通过安装孔套配在连接轴段上以随转轴同步转动，一级叶轮位于二级叶轮的邻近第一端的一侧且通过紧固件固定在第一端上以随转轴同步转动。根据本发明的双级叶轮组件，由于一级叶轮采用紧固件连接在转轴上并通过紧固件传递扭矩，二级叶轮采用非圆形型面连接在转轴上并通过配合型面传递扭矩，从而使得双级叶轮组件具有加工难度低、拆装效率高、连接强度好、转轴整体长度短、临界转速高等多方便优点。

Description

双级叶轮组件和具有其的离心式压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机设备领域，尤其是涉及一种双级叶轮组件和具有其的离心式压缩机。

背景技术

相关技术中指出，双级离心式压缩机中，两个叶轮以同样的连接方式，例如为键连接、摩擦连接、型面连接等方式连于转轴的同一端。然而，当两个叶轮都以摩擦连接的方式连接在转轴的同一端时，两个叶轮通过预紧力锁死，靠叶轮断面的摩擦力传递扭矩，致使转轴整体的轴长较长，叶轮端面压应力大，临界转速偏低；当两个叶轮都以键连接的方式连接在转轴的同一端时，两叶轮分别通过键与轴进行连接，键连接在键槽处易形成应力集中，连接处的尺寸偏大；当两个叶轮都以型面连接的方式连接在转轴的同一端时，需要将轴的叶轮安装位加工为型面曲线形状，叶轮的孔也加工为配对的型面曲线形状，此连接形式应力分布均匀，但加工难度较高，生产成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种双级叶轮组件，所述双级叶轮组件的性能好。

本发明还提出一种具有上述双级叶轮组件的离心式压缩机。

根据本发明第一方面的双级叶轮组件，包括：转轴，所述转轴包括朝向相反方向延伸的第一端和第二端，且所述转轴包括邻近所述第一端设置且横截面形成为非圆形的连接轴段；二级叶轮，所述二级叶轮上具有与所述连接轴段形状相适配的安装孔，所述二级叶轮通过所述安装孔套配在所述连接轴段上以随所述转轴同步转动；以及一级叶轮，所述一级叶轮位于所述二级叶轮的邻近所述第一端的一侧且通过紧固件固定在所述第一端上以随转轴同步转动。

根据本发明的双级叶轮组件，由于一级叶轮采用紧固件连接在转轴上并通过紧固件传递扭矩，二级叶轮采用非圆形型面连接在转轴上并通过配合型面传递扭矩，从而使得双级叶轮组件具有加工难度低、拆装效率高、连接强度好、转轴整体长度短、临界转速高等多方便优点。

在一些实施例中，所述二级叶轮的工作面和所述一级叶轮的工作面均朝向所述第一端设置。

在一些实施例中，所述转轴进一步包括：轴肩部，所述轴肩部的最大轴径大于所述连接轴段的最大轴径且与所述二级叶轮的邻近所述第二端的一侧端面止抵。

在一些实施例中，所述双级叶轮组件进一步包括：衬套，所述衬套套设在所述转轴上且止抵在所述一级叶轮和所述二级叶轮之间。

在一些实施例中，所述一级叶轮的邻近所述第二端的一侧表面上具有第一安装槽，所述第一端伸入且配合在所述第一安装槽内。

在一些实施例中，所述第一端的外周面形成为圆柱面，所述第一安装槽的周壁面形成为与所述第一端的所述外周面形状相适配的圆柱面。

在一些实施例中，所述一级叶轮的远离所述第二端的一侧表面上具有第二安装槽，双级叶轮组件进一步包括装配在所述第二安装槽内的压板，所述紧固件顺次穿过所述压板和所述一级叶轮后与所述转轴配合。

在一些实施例中，所述紧固件包括至少三个在所述转轴的周向上均匀地间隔开的压紧螺栓。

在一些实施例中，所述连接轴段的横截面外轮廓由首尾依次相连的至少三段圆弧构成。

根据本发明第二方面的离心式压缩机，包括根据本发明第一方面的双级叶轮组件。

根据本发明的离心式压缩机，通过设置上述第一方面的双级叶轮组件，从而提高了离心式压缩机的整体性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的双级叶轮组件的轴向投影图；

图2是沿图1中A-A线的剖面图；

图3是沿图2中B-B线的剖面图。

附图标记：

双级叶轮组件100；

转轴1；连接轴段11；轴肩部12；衬套13；二级叶轮2；安装孔21；

一级叶轮3；第一安装槽31；第二安装槽32；压板4；压紧螺栓5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考图1-图3描述根据本发明第一方面实施例的双级叶轮组件100。

如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的双级叶轮组件100，包括：转轴1、二级叶轮2以及一级叶轮3。

转轴1包括朝向相反方向延伸的第一端和第二端，例如在图2所示的示例中，转轴1为水平设置的直轴，转轴1的前端为第一端，转轴1的后端为第二端，参照图2和图3，转轴1包括邻近第一端设置且横截面形成为非圆形的连接轴段11，也就是说，连接轴段11是转轴1上的一段且邻近转轴1的前端设置，连接轴段11的横截面形成为非圆形以对套配在其上的部件进行周向和径向定位，即防止套配在其上的部件与其发生相对周向转动和相对径向窜动。其中，“套配”指的是横截面形状相同、尺寸大体相等的两个部件套接配合。

二级叶轮2上具有与连接轴段11形状相适配的安装孔21，二级叶轮2通过安装孔21套配在连接轴段11上以随转轴1同步转动。参照图2和图3，安装孔21沿二级叶轮2的轴向贯穿二级叶轮2，其中，安装孔21的形状与连接轴段11的形状相同且尺寸等于或略大于连接轴段11的尺寸，从而二级叶轮2和转轴1通过非圆截面的配合可以实现周向定位和径向定位，即二级叶轮2可以随转轴1同步转动，且与转轴1不发生相对径向窜动。

例如，连接轴段11的横截面外轮廓形状可以形成为由首尾依次相连的至少三段圆弧构成。例如在图3所示的示例中，连接轴段11的横截面外轮廓形状形成为由首尾依次相连的三段圆弧构成，且三段圆弧的形状和长度均相等，从而有效地降低了连接轴段11的加工难度和与二级叶轮2的拆装难度，而且，有效地提高了连接轴段11传递扭矩的稳定性可靠性，使得二级叶轮2受力均匀以更加平稳地转动，改善了二级叶轮2和转轴1的接触应力集中问题，另外，还提高了连接轴段11与转轴1连接的可靠性，延长双级叶轮组件100的使用寿命。当然，本发明不限于此，连接轴段11的外轮廓面还可以由首尾依次相连的四段圆弧、或者更多段圆弧构成，此种多段圆弧面的连接称为型面连接。

一级叶轮3位于二级叶轮2的邻近第一端的一侧(例如一级叶轮3的前侧)，即一级叶轮3位于二级叶轮2的远离第二端的一侧，且一级叶轮3通过紧固件固定在第一端上以随转轴1同步转动，也就是说，一级叶轮3通过紧固件固定安装在第一端上，从而紧固件可以对一级叶轮3和转轴1进行轴向限位、周向限位和径向限位，使得一级叶轮3可以与转轴1同步转动。

这里，可以理解的是，在双级叶轮组件100压缩气体的气体流动方向上，一级叶轮3应当位于二级叶轮2上游侧，这样，转轴1转动的过程中带动一级叶轮3和二级叶轮2同步转动时，位于上游侧的一级叶轮3可以对气体进行一级压缩，一级压缩后的气体可以流向二级叶轮2进行二级压缩，从而实现双级叶轮组件100的双级压缩功能。

由此，装配双级叶轮组件100的过程中，可以首先将二级叶轮2套配在转轴1上，再将一级叶轮3通过紧固件固定在转轴1上，从而根据本发明实施例的双级叶轮组件100可以具有以下几方面优点：(1)转轴1上的连接应力均匀，不存在应力集中问题，从而提高了一级叶轮3、二级叶轮2与转轴1的连接可靠性；(2)一级叶轮3、二级叶轮2与转轴1的连接方式简单，安装和拆卸方便；(3)转轴1的整体长度可以加工的较小，提高轴系的临界转速；(4)仅需加工连接轴段11的型面，从而降低加工难度和生产成本，提高生产效率。

在本发明的一个实施例中，二级叶轮2的工作面和一级叶轮3的工作面均朝向第一端设置。例如在图2所示的示例中，二级叶轮2的工作面朝向前方设置，一级叶轮3设在二级叶轮2的前侧，且一级叶轮3的工作面也朝向前方设置。由此，经一级叶轮3一级压缩后的气体可以更加顺利且便捷地流入二级叶轮2以被二次压缩，从而提高了气体的压缩效率和双级叶轮组件100整体的工作性能，且便于离心压缩机蜗壳的加工。

转轴1进一步包括轴肩部12，轴肩部12的最大轴径大于连接轴段11的轴径且与二级叶轮2的邻近第二端的一侧端面止抵。例如在图2所示的示例中，轴肩部12为转轴1的一段且连接在连接轴段11的后端，其中，安装孔21的最大孔径与连接轴段11的最大轴径大体相等，且安装孔21的最大孔径小于轴肩部12的最大轴径，这样，轴肩部12就无法穿入安装孔21内以抵挡在二级叶轮2的后端面上，以防止二级叶轮2向远离一级叶轮3的方向(即向后)窜动。

由此，通过在转轴1上设置轴肩部12，可以对二级叶轮2进行有效地轴向定位，从而提高二级叶轮2与连接轴段11的配合可靠性，进而提高二级叶轮2的工作可靠性，另外，由于在转轴1上一体加工出轴肩部12，可以有效地降低轴肩部12的加工难度，从而在限制二级叶轮2向远离一级叶轮3的方向发生窜动的问题上，降低了解决方案的实现难度。

当然，本发明不限于此，还可以通过其他装置对二级叶轮2进行轴向限位，例如可以在转轴1上套设用于抵挡二级叶轮2的定位环等，以对二级叶轮2进行轴向定位。

进一步地，双级叶轮组件100还可以包括衬套13，衬套13套设在转轴1上且止抵在一级叶轮3和二级叶轮2之间。例如在图2所示的示例中，衬套13套设在转轴1上且位于连接轴段11的前端，这样，当一级叶轮3和二级叶轮2均与转轴1装配到位、且当一级叶轮3通过紧固件固定在转轴1上时，衬套13的后端可以抵挡在二级叶轮2的前端面上，衬套13的前端可以抵挡在一级叶轮3的后端面上，从而衬套13就可以防止一级叶轮3向靠近一级叶轮3的方向(即向前)窜动，且在安装的一级叶轮3的过程中，轴承可以对一级叶轮3进行轴向限位以防止一级叶轮3向二级叶轮2的方向窜动。

由此，通过在转轴1上安装衬套13，可以对一级叶轮3和二级叶轮2进行有效地轴向限位，从而提高二级叶轮2与连接轴段11的配合可靠性，进而提高二级叶轮2的工作可靠性，另外，由于在转轴1上装配衬套13，可以有效地降低装配和加工难度，从而在限制二级叶轮2向靠近一级叶轮3的方向发生窜动的问题上，降低了解决方案的实现难度。

当然，本发明不限于此，还可以通过其他装置对二级叶轮2进行轴向限位，例如可以在一级叶轮3的后端面上加工向后延伸且止抵在二级叶轮2前端面上的定位柱，或者在二级叶轮2的前端面上加工向前延伸且止抵在一级叶轮3后端面上的定位柱，以对二级叶轮2进行轴向定位。

进一步地，一级叶轮3的邻近第二端的一侧表面上具有第一安装槽31，第一端伸入且配合在第一安装槽31内。例如在图2所示的示例中，第一安装槽31可以由一级叶轮3的后端面向前凹入形成，其中，第一安装槽31的形状可以与转轴1的第一端的形状相同、尺寸大体相等，从而一级叶轮3可以通过第一安装槽31套设在转轴1的第一端上。由此，通过第一安装槽31与转轴1的第一端的配合，可以对转轴1和一级叶轮3进行进一步地径向定位，从而有效地提高了一级叶轮3与转轴1的连接可靠性，且方便紧固件的安装。

优选地，第一端的外周面和第一安装槽31的周壁面均形成为圆柱面，由此，降低了转轴1和一级叶轮3的加工难度，降低了生产成本，且降低了一级叶轮3与转轴1的拆装难度，提高了双级叶轮组件100的整体装配效率。另外，根据本发明的一个变形实施例，第一安装槽31还可以形成为与衬套13的前端外周面相适配的形状，以套配在衬套13上，从而由衬套13对一级叶轮3进行径向限位和轴向限位。

在本发明的一个实施例中，一级叶轮3的远离第二端的一侧表面上具有第二安装槽32，双级叶轮组件100进一步包括装配在第二安装槽32内的压板4，紧固件顺次穿过压板4和一级叶轮3后与转轴1配合。例如在图2所示的示例中，第二安装槽32可以由一级叶轮3的前端面向后凹入形成，第二安装槽32的形状与压板4的形状相同、尺寸大体相等，从而压板4可以装配在第二安装槽32内，接着可以将紧固件沿着转轴1的轴向顺次穿过压板4和一级叶轮3，以连接至转轴1的第一端。由此，紧固件可以通过压板4将一级叶轮3牢靠地固定在转轴1上，从而提高了一级叶轮3与转轴1连接的可靠性。

优选地，紧固件包括至少三个在转轴1周向上均匀地间隔开的压紧螺栓5。例如在图1的示例中，转轴1的第一端上可以形成有三个螺纹孔，三个螺纹孔在转轴1的周向上均匀地间隔开，且每个螺纹孔均沿转轴1的轴向延伸，压板4上形成有三个穿孔、一级叶轮3上形成有三个通孔，三个通孔和三个穿孔均与三个螺纹孔位置正对，这样，当紧固件包括三个压紧螺栓5时，三个压紧螺栓5的螺杆部可以对应地穿过压板4上的三个穿孔和一级叶轮3上的三个通孔，后与转轴1上的三个螺纹孔对应螺纹连接，从而三个压紧螺栓5可以将一级叶轮3牢靠地固定在转轴1上。

由此，由于转轴1通过多个均匀分布的压紧螺栓5向一级叶轮3传递扭矩时，扭矩可以均匀地传递，从而改善一级叶轮3的受力情况，使得一级叶轮3可以更加平稳且可靠地转动，且提高一级叶轮3与转轴1连接的可靠性，延长双级叶轮组件100的使用寿命。

当然，本发明不限于此，根据实际情况的不同，紧固件还可以包括其他数量的压紧螺栓5，例如四个、五个或者六个。另外，紧固件还可以是其他具有紧固功能的结构件，例如卡扣件等。另外，紧固件还可以不沿转轴1的轴线贯穿一级叶轮3以将一级叶轮3连接至转轴1，例如紧固件还可以沿转轴1的径向延伸并贯穿一级叶轮3的轴部以将一级叶轮3连接至转轴1。

下面，参照图1-图3，简要描述根据本发明一个具体实施例的双级叶轮组件100。

双级叶轮组件100包括：一级叶轮3、二级叶轮2、转轴1、衬套13、压板4、压紧螺栓5，其中，一级叶轮3和二级叶轮2朝向相同地位于转轴1的同侧，其中，二级叶轮2上加工有三圆弧型面的安装孔21，与转轴1上的三圆弧型面的连接轴段11套配连接，以通过三圆弧型面传递扭矩，转轴1上加工有轴肩部12，二级叶轮2通过轴肩部12的端面进行轴向定位，衬套13安装在转轴1上，且靠二级叶轮2的前端进行轴向定位，一级叶轮3上设计有第一安装槽31，以安装在转轴1的第一端上，从而形成径向定位，一级叶轮3靠衬套13的前端进行轴向定位，压板4安装在一级叶轮3前端的第二安装槽32内，压板4上钻有三个穿孔，一级叶轮3上设计有三个通孔，转轴1上设有三个螺栓孔，三个压紧螺栓5穿过压板4上的三个穿孔和一级叶轮3上的三个通孔后，螺纹连接至转轴1上的三个螺纹孔，以将一级叶轮3压紧在转轴1上，从而将双级叶轮组件100整体压紧。

这里，需要说明的是，当双级组件整体压紧装配到位后，一级叶轮3受衬套13、二级叶轮2以及轴肩部12的止抵力，从而一级叶轮3的第一安装槽31的底壁与转轴1的第一端的端面之间应当具有间隙，从而提高双级叶轮组件100装配的可靠性和有效性，避免二级叶轮2发生轴向窜动的问题。

综上所述，由于一级叶轮3采用多个压紧螺栓5连接，依靠压紧螺栓5传递扭矩，二级叶轮2采用非圆形的型面连接，依靠型面的相互配合传递扭矩，从而不但可以降低加工难度，还可以提供较好的连接强度，同时转轴1的整体长度还可以比采用其他连接方式的转轴1的整体长度短，从而有效地提高了双级叶轮组件100的临界转速。

根据本发明第二方面实施例的离心式压缩机，包括根据本发明上述第一方面实施例的双级叶轮组件100。根据本发明实施例的离心式压缩机的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

根据本发明实施例的离心式压缩机，通过设置上述第一方面实施例的双级叶轮组件100，从而提高了离心式压缩机的整体性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种双级叶轮组件，其特征在于，包括：

转轴，所述转轴包括朝向相反方向延伸的第一端和第二端，且所述转轴包括邻近所述第一端设置且横截面形成为非圆形的连接轴段；

二级叶轮，所述二级叶轮上具有与所述连接轴段形状相适配的安装孔，所述二级叶轮通过所述安装孔套配在所述连接轴段上以随所述转轴同步转动；以及

一级叶轮，所述一级叶轮位于所述二级叶轮的邻近所述第一端的一侧且通过紧固件固定在所述第一端上以随转轴同步转动。

2.根据权利要求1所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述二级叶轮的工作面和所述一级叶轮的工作面均朝向所述第一端设置。

3.根据权利要求1所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述转轴进一步包括：

轴肩部，所述轴肩部的最大轴径大于所述连接轴段的最大轴径且与所述二级叶轮的邻近所述第二端的一侧端面止抵。

4.根据权利要求1所述的双级叶轮组件，其特征在于，进一步包括：

衬套，所述衬套套设在所述转轴上且止抵在所述一级叶轮和所述二级叶轮之间。

5.根据权利要求1所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述一级叶轮的邻近所述第二端的一侧表面上具有第一安装槽，所述第一端伸入且配合在所述第一安装槽内。

6.根据权利要求5所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述第一端的外周面形成为圆柱面，所述第一安装槽的周壁面形成为与所述第一端的所述外周面形状相适配的圆柱面。

7.根据权利要求1所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述一级叶轮的远离所述第二端的一侧表面上具有第二安装槽，双级叶轮组件进一步包括装配在所述第二安装槽内的压板，所述紧固件顺次穿过所述压板和所述一级叶轮后与所述转轴配合。

8.根据权利要求7所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述紧固件包括至少三个在所述转轴的周向上均匀地间隔开的压紧螺栓。

9.根据权利要求1所述的双级叶轮组件，其特征在于，所述连接轴段的横截面外轮廓由首尾依次相连的至少三段圆弧构成。

10.一种离心式压缩机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的双级叶轮组件。