CN109236750B - 一种进气道与叶轮同心度的调节结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进气道与叶轮同心度的调节结构，进气道的外壁面与内壁面偏心设置，偏心环的外壁面与内壁面偏心设置，且进气道中内、外壁之间的偏心距与偏心环中内、外壁之间的偏心距相等，进气道与偏心环组成等臂偏心单元，旋转等臂偏心单元中的进气道或偏心环，调节进气道与叶轮的同心度。本发明的压缩机零部件加工精度要求低、成本低，进气道与叶轮的同心度比原始版本高，偏心环销钉定位方法方便可靠。采用本发明结构的离心叶轮的叶尖漏气损失低，流体效率高。进气道压板压紧摩擦副后可以起到辅助锁定作用，防止叶轮与进气道间隙发生变化。活套法兰安装完成后，两对滑动摩擦副和销钉孔均被遮挡在内，避免了积灰、误操作、或外力损坏。

Description

一种进气道与叶轮同心度的调节结构

技术领域：

本发明涉及一种进气道与叶轮同心度的调节结构。

背景技术：

在离心式压缩机中，进气道与叶轮的间隙大小一个影响风机性能的重要参数。进气道与叶轮的间隙影响风机效率和安全性，而间隙又受同心度制约。普通磁悬浮离心压缩机的进气道-叶轮装配结构如图1。

根据图1，离心式压缩机的叶轮大致呈锥形，安装在进气道末端的喇叭形空腔内。进气道与叶轮的间隙大小的选择通常需要考虑以下两个影响因素：

1)压缩机工作时离心叶轮高速旋转，而进气道却静止不动。此时离心叶轮的叶片尖端与进气道表面的相对速度可以达到200m/s以上。此时一旦零件发生碰擦，就会损坏叶轮、起火燃烧、甚至发生叶轮爆破的严重安全事故。因此希望叶轮与进气道的间隙尽量大一些以确保安全。

2)与此同时，为了减少压缩机工作时的叶轮叶片的叶尖漏气损失，离心叶轮的叶片距离进气道表面的距离需要尽可能地小。鼓风机中通常只有0.5～1.0mm左右，而压缩机中往往只有0.3～0.5mm甚至更小。

进气道与叶轮间隙的上述两个性能要求是相互矛盾的：为了安全，需要间隙尽可能大；为了流体效率高，需要间隙尽可能小。

所以为了同时满足这两个矛盾的性能要求，就需要做到：

1)在加工与装配精度的允许范围内尽可能保证进气道与叶轮的同心度，从而确保间隙的均匀。

2)根据进气道与叶轮的同心度精度，确定进气道与叶轮的最小安全间隙。即：最小安全间隙＞进气道圆度公差值+叶轮圆度公差+同心度公差。

显然，通常的加工方法很容易将进气道和叶轮的圆度公差控制在0.02mm以内，但同心度公差却比较难控制。因为叶轮与进气道并没有直接的装配关系，而是通过一个很长的装配链来保证的。这个装配链的首末零件之间的公差取决于所有配合公差的随机取值之和。

在一般的离心式压缩机中，比较常见的装配链是：叶轮与转轴配合公差，转轴直线度，转轴与轴承内圈配合公差，轴承内外圈游隙，轴承外圈与轴承座(在机壳上)配合公差，机壳内外圆同心度，机壳与蜗壳配合公差，蜗壳内外圆同心度，蜗壳与进气道配合公差，进气道内外圆同心度。

这个装配链中一共有10个装配/加工公差。假设每个公差都是±0.02，那么最后进气道与叶轮的同心度误差值将是±0.2范围内的正态分布。即叶轮在进气道中运转时，间隙最大的一侧和间隙最小的一侧，间隙大小差值有可能达到0.4mm的程度。

这就是为什么大多数离心压缩机的进气道与叶轮间隙都在0.5mm以上的原因。而通常进气道与叶轮间隙每增大0.1mm，压缩机的流体效率就要下降2％左右。因此0.5～1.0mm的间隙就意味着该压缩机会因此损失接近10％～20％的电能。

综上所述，进气道与叶轮的同心度只靠零件的公差配合时比较难以保证的，因此为了让加工装配成本不过于高昂，只能牺牲一部分效率。

但如果能在风机装配完成后再调节进气道与叶轮的同心度，就可以大大降低零部件的公差要求、简化装配工艺，同时不必牺牲风机的效率。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种进气道与叶轮同心度的调节结构。

本发明所采用的技术方案有：一种进气道与叶轮同心度的调节结构，包括叶轮、进气道、蜗壳、转轴和机壳，所述蜗壳固定于机壳上，进气道设于蜗壳内侧，转轴转动设于机壳内，且转轴的顶端伸于进气道内并与叶轮固定连接，还包括偏心环，所述偏心环设于进气道与蜗壳之间；

所述进气道的外壁面与内壁面偏心设置，偏心环的外壁面与内壁面偏心设置，且进气道中内、外壁之间的偏心距与偏心环中内、外壁之间的偏心距相等，进气道与偏心环组成等臂偏心单元，旋转等臂偏心单元中的进气道或偏心环，调节进气道与叶轮的同心度。

进一步地，所述进气道与偏心环之间插接第一销钉，偏心环与蜗壳之间插接第二销钉，第一销钉和第二销钉对应将进气道和偏心环进行周向定位。

进一步地，所述偏心环的上端面向外折弯并形成平台状的连接边，在连接边的径向布置两组销钉孔单元，每组销钉孔单元均包括若干个销钉孔。

进一步地，所述偏心环中内侧销钉孔单元的轴线为进气道内壁面的轴线；外侧销钉孔单元的轴线为进气道外壁面的轴线。

进一步地，所述蜗壳上固定连接有压板，压板的一端压触于进气道上，并将进气道压触于偏心环上，压板对进气道和偏心环进行轴向定位。

进一步地，所述进气道的上下两端口均向外延伸并形成圆弧翻边，在进气道下侧的圆弧翻边的外壁面上设有定位槽，定位槽的上端面压触于偏心环上。

进一步地，在进气道下侧的圆弧翻边上设有两个用以周向定位进气道的销钉孔，销钉孔沿着进气道中外壁面的轴线对称分布。

进一步地，所述压板的横截面为具有上水平边、下水平边和中间竖直边的Z形结构，压板的下水平边通过螺钉固定于蜗壳上，上水平边压触在进气道的下侧圆弧翻边上。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明的压缩机零部件加工精度要求低、成本低：

本发明的进气道与叶轮的同心度可以在安装后再调节，因此蜗壳和机壳的加工精度要求可以很低，零件装配也可以用间隙配合取代紧配合，从而可以大大降低加工成本。而原始版本安装后不能调节同心度，完全靠零部件的加工和装配精度保证。因此所有相关零部件，包括机壳、蜗壳等大型零件也需要很高的形位公差和装配精度，导致加工成本高涨。

本发明中需要较高加工精度的只有内外两个滑动摩擦副的配合面，其他形位公差均没有要求。

2)本发明的进气道与叶轮的同心度比原始版本高：

如前面所述，当所有相关零件的加工进度和配合精度都达到±0.02mm(约5～6级精度)时，原始版本的进气道与叶轮的同心度配合公差≥±0.2。

而本发明中，可以通过缩小偏心环的偏心距、增加定位销钉孔密度的简单方法提高定位精度。例如在两个摩擦副的配合公差同样为±0.02mm时：

若外偏心环的偏心距为1mm、定位销钉孔为24×2圈，则调节精度约为±0.12mm；

若外偏心环的偏心距为0.5mm、定位销钉孔为48×2圈，则调节精度约为±0.06mm。

很显然本发明的进气道与叶轮同心度比原始版本高数倍。

而且销孔配合精度对进气道定位精度影响非常小，销孔可以用低精度的间隙配合。所以继续增加定位孔的数量比继续提高加工精度要容易得多。

3)本发明的偏心环销钉定位方法方便可靠。

4)采用本发明结构的离心叶轮的叶尖漏气损失低，流体效率高。

由于叶轮与进气道的同心度较好，所以允许适当降低叶尖与进气道的间隙，从而降低叶尖漏气损失、提高流体效率。

如上面所述，原始版本离心压缩机的叶轮进气道同心度误差±0.2mm，叶顶间隙通常在0.5～1.0mm；而本发明中同心度误差可降至±0.06mm以下，所以叶顶间隙可以缩小到0.1～0.3mm。

根据流体设计的经验数据，叶顶间隙从原始结构的平均0.75mm缩小至本专利的平均0.2mm，可以将离心叶轮的流体效率提高11％左右。即能够节约11％左右的电能消耗。

5)进气道压板压紧摩擦副后可以起到辅助锁定作用，防止叶轮与进气道间隙发生变化。

6)活套法兰安装完成后，两对滑动摩擦副和销钉孔均被遮挡在内，避免了积灰、误操作、或外力损坏。

附图说明：

图1为本现有技术中磁悬浮离心压缩机的进气道-叶轮装配结构图。

图2为本发明双偏心可调进气道装配结构图。

图3为本发明局部放大图。

图4为本发明中进气道轴向剖视图。

图5为本发明中偏心环轴向剖视图。

图6为本发明中压板轴向剖视图。

图7为本发明中蜗壳轴向剖视图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图2至图7所示，本发明公开一种进气道与叶轮同心度的调节结构，包括叶轮1、进气道2、蜗壳3、转轴4、机壳5和偏心环6，蜗壳3固定于机壳5上，进气道2设于蜗壳3内侧，转轴4转动设于机壳5内，且转轴4的顶端伸于进气道2内并与叶轮1固定连接，偏心环6设于进气道2与蜗壳3之间。

进气道2的外壁面与内壁面偏心设置，且两者之间的偏心距为A1，偏心环6的外壁面与内壁面偏心设置，且两者之间的偏心距为A2，A1与A2相等。进气道2与偏心环6组成等臂偏心单元，旋转等臂偏心单元中的进气道2或偏心环6，调节进气道2与叶轮1的同心度。

为防止偏心环6在风机工作中松动、影响进气道定心，在进气道2与偏心环6之间插接第一销钉，偏心环6与蜗壳3之间插接第二销钉，第一销钉与第二销钉均沿着转轴4的轴向方向设置，第一销钉和第二销钉对应将进气道2和偏心环6进行周向定位。

偏心环6的上端面向外折弯并形成平台状的连接边61，在连接边61的径向布置两组销钉孔单元，且每组销钉孔单元均包括若干个销钉孔。

其中内侧销钉孔单元(进气道2的定位销钉孔)的轴线为进气道2内壁面的轴线；外侧销钉孔单元(偏心环6的定位销钉孔)的轴线为进气道2外壁面的轴线。

蜗壳3上固定连接有压板7，压板7的一端压触于进气道2上，并将进气道2压触于偏心环6上，压板7对进气道2和偏心环6进行轴向定位。

进气道2的上下两端口均向外延伸并形成圆弧翻边21，在进气道2下侧的圆弧翻边21的外壁面上设有定位槽22，定位槽22的上端面压触于偏心环6上。

在进气道2下侧的圆弧翻边21上设有两个用以周向定位进气道销钉孔，销钉孔沿着进气道2中外壁面的轴线对称分布。

压板7的横截面为具有上水平边、下水平边和中间竖直边的Z形结构，压板7的下水平边通过螺钉固定于蜗壳3上，上水平边压触在进气道2的下侧圆弧翻边21上，进而将将进气道2轴向压紧、固定。

蜗壳3的圆周方向设有若干法兰连接螺纹孔，在法兰连接螺纹孔的内侧设有两个用于偏心环定位的销钉孔，销钉孔沿着蜗壳3的轴线对称分布。

本发明的使用方法为：

1)安装好蜗壳3后，依次安装偏心环6、进气道2；

2)本发明中，进气道2与偏心环6组成等臂偏心单元，通过旋转两个滑动摩擦副(进气道2或偏心环6)，便可以在0～2×A1的范围内矫正进气道与叶轮的同心度；

本发明中的等臂偏心单元等同于现有技术中的一对等臂连杆机构。该机构的特点是当连杆一端固定支承时，另一端可以到达以固定点为圆心、半径2L(L为连杆长度)的圆内任意一点。

3)当叶轮1与进气道2同心度达到要求后，再稍微调整偏心环6的角度，使偏心环6上的偏心环定位销钉孔与蜗壳3上的偏心环定位销钉孔对齐，并插入第二销钉完成偏心环6的周向定位；

4)当叶轮1与进气道2同心度达到要求后，再稍微调整进气道2的角度，使进气道2上的定位销钉孔与偏心环6上的进气道定位销钉孔对齐，并插入第一销钉完成偏心进气道的周向定位；

5)装入压板7，通过法兰螺栓固定在蜗壳3上并轴向拉紧；

6)压板7压紧进气道2，完成进气道2的安装。

7)拧紧压板的法兰螺栓后，通过螺栓预紧力使上述所有摩擦副轴向压紧、保证进气道连接紧固。

本发明中的进气道2与叶轮1同心度的测量是在进气道2与叶轮1的叶片顶端之间塞入塞尺，通过多位置处测量，得出测量数值一致，则表示同心。该同心度的检测方法为现有技术中的常用手段，故本发明不再详细赘述。

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 (8)

1.一种进气道与叶轮同心度的调节结构，包括叶轮(1)、进气道(2)、蜗壳(3)、转轴(4)和机壳(5)，所述蜗壳(3)固定于机壳(5)上，进气道(2)设于蜗壳(3)内侧，转轴(4)转动设于机壳(5)内，且转轴(4)的顶端伸于进气道(2)内并与叶轮(1)固定连接，其特征在于：还包括偏心环(6)，所述偏心环(6)设于进气道(2)与蜗壳(3)之间；

所述进气道(2)的外壁面与内壁面偏心设置，偏心环(6)的外壁面与内壁面偏心设置，且进气道(2)中内、外壁之间的偏心距与偏心环(6)中内、外壁之间的偏心距相等，进气道(2)与偏心环(6)组成等臂偏心单元，旋转等臂偏心单元中的进气道(2)或偏心环(6)，调节进气道(2)与叶轮(1)的同心度。

2.如权利要求1所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：所述进气道(2)与偏心环(6)之间插接第一销钉，偏心环(6)与蜗壳(3)之间插接第二销钉，第一销钉和第二销钉对应将进气道(2)和偏心环(6)进行周向定位。

3.如权利要求1所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：所述偏心环(6)的上端面向外折弯并形成平台状的连接边(61)，在连接边(61)的径向布置两组销钉孔单元，每组销钉孔单元均包括若干个销钉孔。

4.如权利要求3所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：所述偏心环(6)中内侧销钉孔单元的轴线为进气道(2)内壁面的轴线；外侧销钉孔单元的轴线为进气道(2)外壁面的轴线。

5.如权利要求1所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：所述蜗壳(3)上固定连接有压板(7)，压板(7)的一端压触于进气道(2)上，并将进气道(2)压触于偏心环(6)上，压板(7)对进气道(2)和偏心环(6)进行轴向定位。

6.如权利要求5所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：所述进气道(2)的上、下两端口均向外延伸并形成圆弧翻边(21)，在进气道(2)下侧的圆弧翻边(21)的外壁面上设有定位槽(22)，定位槽(22)的上端面压触于偏心环(6)上。

7.如权利要求6所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：在进气道(2)下侧的圆弧翻边(21)上设有两个用以周向定位进气道的销钉孔，销钉孔沿着进气道(2)中外壁面的轴线对称分布。

8.如权利要求6所述的进气道与叶轮同心度的调节结构，其特征在于：所述压板(7)的横截面为具有上水平边、下水平边和中间竖直边的Z形结构，压板(7)的下水平边通过螺钉固定于蜗壳(3)上，上水平边压触在进气道(2)的下侧圆弧翻边(21)上。