CN107091119B - 磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成及其定位方法，属于透平机械技术领域，包括转子轴、叶轮、锁紧垫片、风帽、轴向位移检测板和配重螺钉。通过在转子轴端部螺纹段对称加工防转纵面的方法，使螺纹段同时具有了轴向连接与周向定位防转的功能，叶轮、锁紧垫片分别加工对应防转孔装配到转子轴上，风帽与转子轴螺纹连接压紧叶轮，锁紧垫片外止动齿扣入风帽止动槽锁紧风帽，叶轮套筒作为密封面的同时压紧位移传感器板，实现风帽压紧力对轴封后零件的轴向限位，被压紧的位移检测板与转子轴螺纹连接限制检测板转动和平动，进而作为转子动平衡配重面和保护轴承限位面。本发明磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成具有结构简单，装配方便，安全可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成及其定位方法，属于透平机械技术领域。
背景技术
目前现有的高速磁悬浮透平膨胀机械中叶轮通常使用键与键槽的配合与轴实现周向定位，键槽与键在径向留有间隙，平键在高转速运行中容易径向松动引起动不平衡，且装配不便；叶轮端部的锁紧垫片等定位件需要在叶轮或转子上另外开孔或开槽实现周向定位，需要对转子或叶轮进行额外加工；叶轮内的键槽需要从叶轮底端一直开到平键配合部位，精加工的键槽壁长度较大，对于底部有套筒的叶轮来说，键槽的存在使得套筒壁厚增大，质量增加
目前最新的无独立推力盘而使用转子轴肩作为轴向磁轴承吸盘的磁悬浮透平膨胀机械，虽然省去了热套的推力盘使得磁轴承模块化和转子装配更容易，但由于轴肩空间紧凑，无法同时作为轴向传感器检测面，因此轴向位移传感器检测板通常直接设置于叶轮轮盘底面或转子尾端，前者使得蜗壳需要单独开孔以安装轴向传感器，使得蜗壳的密封和耐压性能变差；对于在中高温介质环境下运行的透平膨胀机来说，蜗壳内工作温度一般高于传感器的工作要求，叶轮轮盘无法作为轴向位移检测面，这类磁悬浮透平机械通常使用转子尾端作为位移检测面，由于尾端与叶轮端距离过大，其位移容易受中部转子热胀冷缩影响，不利于准确检测叶轮的轴向位移。
目前为了达到比较好的密封效果，磁悬浮透平膨胀机械普遍使用轴向密封并将转子轴直接作为密封面，密封件隔断了端部叶轮与轴封后面零件的联系，而磁悬浮转子在轴封之后安装的其他非热套部件则还需采取额外的紧固措施。
目前现有的磁悬浮透平机械通常采用在叶轮顶端风帽上开设转子动平衡配重孔，由于风帽处于轴向迎风面，其表面开孔对气流的流动有较大影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新的磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成及其定位方法，具有结构简单，拆装方便，安全可靠等优点。
本发明采用如下技术方案：一种磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成，其包括转子轴、保护轴承、轴向位移检测板、轴向密封件、叶轮、锁紧垫片、风帽；叶轮的轮盘底端有定位套筒；转子轴由上向下依次包括小螺纹段、小圆柱段、大螺纹段、大圆柱段； 上述保护轴承、轴向位移检测板、带定位套筒的叶轮、锁紧垫片、风帽由下向上依次安装于转子轴；
进一步的，所述保护轴承安装于转子轴的大圆柱段，内圈与大圆柱段间留有间隙；
进一步的，所述轴向位移检测板通过螺纹配合关系安装于大螺纹段，轴向位移检测板下端面作为保护轴承的内圈限位面，下端面高出转子台阶面外圆，其高度足够挡住保护轴承内圈并与保护轴承之间留有间隙，在转子轴向窜动过量时与保护轴承接触，防止损坏磁轴承，轴向位移检测板延径向内侧作为动平衡配重面，视情况安装配重螺钉，延径向外侧作为轴向位移传感器的检测部分；
进一步的，所述叶轮安装于转子轴的小螺纹段的下半部分和小圆柱段，小螺纹段侧面具有两个防转纵面，叶轮顶端开有与小螺纹段的防转纵面配合的异形防转孔，尾端开有与小圆柱段配合的圆柱孔，所述叶轮内圆柱孔与异形孔交界的台阶面在装配时与转子小螺纹段尾部台阶面之间有一定间隙，使叶轮的定位套筒下端面能够压紧位移检测板对其进行轴向固定，轴向密封件安装于叶轮的定位套筒与透平机壳体之间，与叶轮定位套筒接触，放置透平机内流体通过转子轴泄漏；
进一步的，所述锁紧垫片加工有与小螺纹段配合的异形防转孔；其中风帽内开有与小螺纹段尺寸对应的螺纹孔，通过螺纹压紧锁紧垫片叶轮，风帽尾部具有若干止动槽，上述锁紧垫片具有若干对应的外止动耳，风帽安装好后，在预紧力允许范围内旋转调整风帽位置，将锁紧垫片的外止动耳掰进对应的风帽尾端的止动槽中。
进一步的，所述磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成的定位方法，其特征在于：通过风帽的压紧实现所有活动装配件的完全定位，具体的，风帽的轴向压紧力通过垫片和叶轮传递到与转子轴螺纹连接的轴向位移检测板，在轴向压紧力和螺纹连接的共同作用下实现其与转子轴的完全固连，风帽和轴向位移检测板共同对与转子轴通过异型孔配合的叶轮和锁紧垫片施加轴向压紧力，在轴向压紧力和相配合的异形轴孔共同作用下，实现叶轮、锁紧垫片与转子轴的完全固连，风帽由与转子轴完全固连的锁紧垫片的外止动耳锁住防转，在止动耳和螺纹连接的共同作用下实现风帽与转子轴的完全固连。
本发明具有如下有益效果：（1）使用在转子轴端部螺纹段两侧对称铣配合纵面的方法，使该段螺纹集成了叶轮、锁紧垫片防转，风帽螺母压紧的功能，省去了传统的平键、键槽、锁紧垫片内止动耳和对应的止动槽以及独立的双头螺柱，同时避免了平键在转子轴高速旋转时在槽内径向窜动带来的动不平衡，由于省去键槽使得叶轮定位套筒可以做得很薄，结构简单，装配方便，使用可靠。
（2）叶轮套筒穿过轴向密封件压紧轴向与转子轴螺纹配合的位移检测板，同时做到了轴向定位和周向定位，使其既可以作为位移检测板，又可以作为动平衡配重板，同时作为保护轴承限位面，一举多得，同时避免了热套带来的拆装困难和额外紧固带来的多余零件，结构简单实用，安全可靠。
附图说明
图1为转子叶轮总成结构及其与磁悬浮透平膨胀机其他相关部件的位置关系图；
图2为转子与位移检测板及叶轮的配合；
图3为转子叶轮与锁紧垫片的配合；
图4为锁紧垫片与风帽的配合
其中标号名称： 1—转子轴； 11—防转纵面；12—小螺纹段；13—小圆柱段；14—大螺纹段；15—大圆柱段；2—叶轮；21—叶轮防转孔；22—叶轮定位套筒； 3—锁紧垫片；31—垫片防转孔；32—外止动耳；4—风帽；41—风帽螺纹孔；42—止动槽； 5—位移检测板；51—配重螺栓孔；52—螺纹孔；6—配重螺钉；7—轴向密封件；8—保护轴承；9—轴向位移传感器；10—透平机壳体
具体实施方式
请参照图1—图4所示，本发明磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成及其定位方法,包括转子轴1、安装于转子轴上的叶轮2、安装于叶轮上的锁紧垫片3、安装于转子轴上、由锁紧垫片锁紧的风帽4、安装于转子轴上、由叶轮压紧的位移检测板5、安装于位移检测板上的动平衡配重螺钉6
位移检测板5首先旋入转子轴大螺纹段14，其端面压紧大螺纹尾端的台阶面，作为装在大圆柱段15上的保护轴承8的近叶轮侧位移限制面。位移检测板延径向外侧作为轴向位移传感器9的检测面。叶轮2套入转子轴1小圆柱段13上，叶轮定位套筒22尾部端面压紧位移检测板，套筒22筒壁与装在透平机壳体10上的轴向密封件7过盈密封配合。叶轮防转孔22的圆弧段直径与转子轴1的端部螺纹12直径相同，平面段与转子轴1的防转纵面11过渡配合，做叶轮周向定位用。锁紧垫片3压于叶轮2上表面上，其垫片防转孔31尺寸与叶轮防转孔21相同，垫片防转孔31两平面段与转子轴1的防转纵面11过渡配合，进行周向定位。风帽4通过内部螺纹孔41拧入转子轴1的端部螺纹段12并压紧锁紧垫片3，在预紧力允许范围内将风帽4底端均布的止动槽42的其中一个对准锁紧垫片3的一个外止动耳32，并将对应的外止动耳32掰进止动槽42中，防止风帽4转动。
位移检测板5延径向内侧均布配重螺纹孔，在转子叶轮装配完成后的动平衡测试中，将补偿不平衡量的配重螺钉6拧入对应方位的螺纹孔中。位移检测板5近叶轮侧端面与叶轮2轮盘底端之间的距离大于配重螺钉6装配所需距离。
锁紧垫片3作为转子叶轮防松关键部件，其垫片防转孔31的防转配合平面与转子防转配合面采用K7/h6过渡配合，叶轮防转孔21与转子1的防转纵面11装配长度较长，采用Js7/h6过渡配合，方便装配。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成，其特征在于：
包括转子轴(1)、保护轴承（8）、轴向位移检测板（5）、轴向密封件（7）、叶轮（2）、锁紧垫片（3）、风帽（4）；叶轮（2)的轮盘底端有定位套筒（22）；转子轴（1）由上向下依次包括小螺纹段、小圆柱段、大螺纹段、大圆柱段；
上述保护轴承（8）、轴向位移检测板（5）、带定位套筒的叶轮（2）、锁紧垫片（3）、风帽（4）由下向上依次安装于转子轴（1）；
其中保护轴承（8）安装于转子轴的大圆柱段；
其中轴向位移检测板（5）通过螺纹配合关系安装于大螺纹段，轴向位移检测板（5）下端面作为保护轴承（8）的内圈限位面；轴向位移检测板（5）上安装有配重螺钉（6）；
其中叶轮（2）安装于转子轴（1）的小螺纹段的下半部分和小圆柱段，小螺纹段侧面具有两个防转纵面（11），叶轮顶端也开有与小螺纹段的防转纵面（11）配合的异形防转孔（21），叶轮的定位套筒（22）下端面紧压于轴向位移检测板（5）上端面；轴向密封件（7）安装于叶轮的定位套筒（22）与透平机壳体（10）之间；
其中锁紧垫片（3）加工有与小螺纹段（12）配合的异形防转孔（31）；其中风帽（4）内开有与小螺纹段（12）尺寸对应的螺纹孔（41），通过螺纹压紧锁紧垫片（3）叶轮（2）；风帽（4）尾部具有若干止动槽（42）， 上述锁紧垫片（3）具有若干对应的外止动耳（32），安装好后，在预紧力允许范围内将锁紧垫片（3）的外止动耳（32）掰进对应的风帽尾端的止动槽（42）。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮透平膨胀机转子叶轮总成的定位方法，其特征在于：通过风帽（4）的压紧实现所有活动装配件的完全定位，具体的，风帽（4）的轴向压紧力通过垫片（3）和叶轮（2）传递到与转子轴（1）螺纹连接的轴向位移检测板（5），在轴向压紧力和螺纹连接的共同作用下实现其与转子轴（1）的完全固连，风帽（4）和轴向位移检测板（5）共同对与转子轴（1）通过异型孔配合的叶轮（2）和锁紧垫片（3）施加轴向压紧力，在轴向压紧力和相配合的异形轴孔共同作用下，实现叶轮（2）、锁紧垫片（3）与转子轴（1）的完全固连，风帽（4）由与转子轴（1）完全固连的锁紧垫片（3）的外止动耳（32）锁住防转，在止动耳（32）和螺纹连接的共同作用下实现风帽（4）与转子轴（1）的完全固连。
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