CN110017300B - 一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构，涉及压缩机的叶轮结构技术领域，解决了现有技术中离心压缩机的叶轮与转子轴之间的连接可靠性低的技术问题。包括叶轮以及转子轴，叶轮的端面设置有外锥面，转子轴的端面设置有内锥面，外锥面通过过渡配合或者过盈配合连接于内锥面内，使转子轴锁紧叶轮。由于高速旋转的叶轮受到自身离心力作用以及做功发热会向外膨胀，本发明在现有技术中叶轮与转子轴之间止口配合的基础上，增加叶轮的外锥面与转子轴的内锥面接触的结构设计，使得转子轴的内锥面会限制叶轮的外锥面向外膨胀的作用，从而有利于维持转子轴和叶轮工作中的动平衡精度，并且提升了可传递的最大扭矩。

Description

一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构

技术领域

本发明涉及压缩机的叶轮结构技术领域，具体来说，是指一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构。

背景技术

离心压缩机是一种透平式压缩机，它通过叶轮的高速旋转给予气体离心力的作用，对气体的动能进行提升，之后经过扩压器作用使气体流速下降，从而提高气体的压力。由于离心压缩机的气量大、结构简单紧凑、重量轻、机组尺寸小、占地面积小、效率高等优点，目前广泛应用于化工、石油、制冷、污水处理等行业中。

对于离心压缩机而言转速越高意味着能量密度越高、效率越高，然而更高的转速带来的问题是对振动的控制更加严格、对稳定性的要求更加苛刻、对可靠性的要求更加严苛。对于高速离心压缩机转子的残余不平衡会严重影响系统的振动特性和稳定性，因此对动平衡等级要求更高。

现有技术中的离心压缩机由于叶轮与转子轴通常设计为分离式的两个部件甚至是多个部件，安装过程中动平衡经常容易被破坏，或者需要对叶轮和转子轴加工精度要求高、拆装难度大、成本高。除此之外，对于高速离心压缩机由于设备转子轴直驱叶轮，因此要求叶轮与转子轴之间的连接能够传递较大的扭矩。目前常用传递大扭矩的连接方式有端面齿、三角轴连接等，但无一例外需要对叶轮和转子轴要求很高的加工精度。

而现有技术中通过叶轮与转子轴之间的止口配合来提高对叶轮的摩擦力的连接方法可靠性低，高速离心压缩机在长期的高转速大扭矩工况下工作，锁紧拉杆会出现疲劳或者应力集中的现象，使得叶轮与转子轴之间连接的可靠性严重不足。

因此，提供一种在不增加其余零部件的情况下能够使转子轴锁紧叶轮的离心压缩机叶轮结构，是本技术领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构，以解决现有技术中离心压缩机的叶轮与转子轴之间的连接可靠性低的技术问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

提供一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构，包括通过止口过渡配合或者过盈配合的叶轮以及转子轴，其中：

所述叶轮的端面还设置有外锥面；

所述转子轴的端面还设置有内锥面；

所述外锥面面接触于内锥面内；

所述转子轴通过止口的过渡配合或者过盈配合带动叶轮旋转，并且所述转子轴通过内锥面限制外锥面的膨胀锁紧叶轮。

在上述技术方案的基础上，该自锁紧式离心压缩机叶轮结构还可以做如下的改进。

进一步，所述叶轮与转子轴之间设置有拉杆，在转子轴的轴心设置有螺纹孔，所述拉杆通过端部所具有的外螺纹与所述螺纹孔螺纹连接。

进一步，所述螺纹孔的螺纹方向与所述叶轮的旋转方向相反。

进一步，所述拉杆在靠近外螺纹的位置设置有用于确定拉杆旋入所述螺纹孔深度的限位凸台。

进一步，所述拉杆上设置有用于将叶轮锁紧在转子轴上的锁紧螺母，在锁紧螺母与叶轮之间设置有叶轮垫片，所述叶轮垫片与所述叶轮键连接。

进一步，所述拉杆上还设置有方形键，所述叶轮与叶轮垫片的中心均设置有与所述方形键间隙配合的方型孔，在叶轮垫片上还设置有螺钉孔，所述叶轮垫片通过螺钉穿过螺钉孔与所述叶轮固定连接。

进一步，所述叶轮垫片上还设置有若干动平衡螺纹孔。

进一步，所述叶轮垫片的材质为17-4PH合金。

进一步，所述外锥面与内锥面相对于水平方向的夹角为50°至80°。

进一步，所述叶轮上设置有内止口，所述转子轴上设置有外止口，所述叶轮通过内止口与外止口的过渡配合或者过盈配合连接于所述转子轴上。

与现有技术相比，本发明提供的自锁紧式离心压缩机叶轮结构具有的有益效果是：

由于高速旋转的叶轮受到自身离心力作用以及做功发热会向外膨胀，本发明在现有技术中叶轮与转子轴之间止口配合的基础上，增加叶轮的外锥面与转子轴的内锥面接触的结构设计，使得转子轴的内锥面会限制叶轮的外锥面向外膨胀的作用，从而使转子轴锁紧叶轮，有利于提高转子轴和叶轮工作中的动平衡精度，提升了叶轮的预紧力、增大了叶轮与转子轴之间的摩擦力，从而提高了可传递的最大扭矩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的自锁紧式离心压缩机叶轮结构的整体结构示意图；

图2是本发明的叶轮与转子轴连接的局部放大图；

图3是本发明的叶轮与叶轮垫片连接的侧视图；

图4是本发明的叶轮与叶轮垫片连接的主视图；

图5是本发明的自锁紧式离心压缩机叶轮结构的立体结构示意图。

图中：

1—叶轮；11—内止口；12—外锥面；

2—转子轴；21—外止口；22—内锥面；

3—拉杆；31—限位凸台；32—螺纹孔；

4—叶轮垫片；41—螺钉孔；42—平衡螺纹孔；

5—锁紧螺母；

6—螺钉；

7—方形键。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构，如图1与图2所示，包括叶轮1与转子轴2。如图2所示，叶轮1的端面上设置有内止口11，与内止口11垂直的面上设置有外锥面12。转子轴2的端面上设置有外止口21，与外止口21垂直的面上设置有内锥面22。外止口21过渡配合或者过盈配合于内止口11内，同时，外锥面12面接触于内锥面22内，从而使叶轮1与转子轴2相连接。值得注意的是：外锥面12与内锥面22相对于水平方向的夹角为50°至80°，考虑到叶轮1与转子轴2止口和锥面位置的自身材料的强度，本实施例优选70°。

叶轮1与转子轴2之间通过止口配合使叶轮1与转子轴2之间紧密连接，提升了叶轮1与转子轴2拆装的动平衡精度。更重要的是，在此基础上，叶轮1与转子轴2之间还设计有锥面配合，在叶轮1的高速旋转过程中受到自身离心力作用以及做功发热会向外膨胀，转子轴2上的内锥面22会限制叶轮1的外锥面12向外膨胀。另一方面，叶轮1的外锥面12向外膨胀时又巧妙的增加了与内锥面22之间的摩擦力，使得叶轮1与转子轴2之间在未工作时由于锥面接触配合而方便拆卸，叶轮1与转子轴2之间在工作时由于外锥面12向外膨胀而增大摩擦力。从而使得本发明进一步提升了叶轮1与转子轴2之间的动平衡精度，提升了叶轮1的预紧力、增大了叶轮1与转子轴2之间的摩擦力，从而提高了叶轮结构可传递的最大扭矩。另外，锥面配合只用于接触传力，对叶轮1与转子轴2的制造加工精度要求低，同时也方便叶轮1与转子轴2之间的拆卸。并且本发明相对现有技术中的离心压缩机并没有增加多余的零部件，组合零部件越少，则叶轮转动时的动平衡精度也越高。

实际生产过程中，叶轮1与转子轴2之间的止口配合可以通过热套安装，使叶轮结构的生产效率更高、操作更简便。

实施例2：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

如图1至图5所示，转子轴2的内部具有空腔，在叶轮1与转子轴2之间设置有拉杆3，拉杆3设置于空腔中。在转子轴2空腔中的轴心位置设置有螺纹孔32，拉杆3的端部具有外螺纹，拉杆3通过外螺纹与螺纹孔32螺纹连接。其中，螺纹孔32的螺纹方向与叶轮1的旋转方向相反。拉杆3在靠近外螺纹的位置设置有限位凸台31。拉杆3上设置有锁紧螺母5，用于将叶轮1锁紧在转子轴2上。

螺纹孔32的螺纹方向与叶轮1的旋转方向相反，使叶轮1在启动过程中旋转产生的惯性力不断地拧紧拉杆3与转子轴2之间的螺纹连接。拉杆3上设置的限位凸台31一方面能够确定拉杆3旋入螺纹孔32的深度；另一方面，由于叶轮1与转子轴2之间的过渡配合或者过盈配合使得直接拔出叶轮1非常困难，本发明设计限位凸台31后，可以通过限位凸台31的直径大于叶轮1中心孔的直径而拉出叶轮1，而不至于当拉杆3拉出后叶轮1依然与转子轴2过渡或者过盈连接，从而使得叶轮1与转子轴2的拆卸极为方便。

实施例3：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

如图1至图5所示，在锁紧螺母5与叶轮1之间设置有叶轮垫片4，叶轮垫片4与叶轮1的端面之间采用键连接。在叶轮垫片4上设置有螺钉孔41，叶轮垫片4通过螺钉6穿过螺钉孔41与叶轮1固定连接。以保证叶轮垫片4与叶轮1之间不会发生相对转动。

如图1至图5所示，在拉杆3上还设置有方形键7，叶轮1与叶轮垫片4的中心均设置有与方形键7间隙配合的方型孔，叶轮1和叶轮垫片4分别通过方形键7与拉杆3间隙连接。

首先，最重要的是：本发明利用叶轮1工作中受到自身离心力的作用以及做功发热会向外膨胀而受到锥面配合斜向内轴心方向的挤压力、拉杆3的拉力以及叶轮1前端轴径小离心力小，这三种力的合力指向拉杆3的轴心方向，从而使得叶轮1和叶轮垫片4的方形孔与拉杆3的方形键7配合的间隙减小，进一步提升了可传递的最大扭矩，同时也进一步提高了叶轮结构的动平衡精度。其次，叶轮1、拉杆3以及叶轮垫片4在未工作时由于间隙配合而方便叶轮1的装配，叶轮1、拉杆3以及叶轮垫片4在工作时由于间隙减小而提高可传递的最大扭矩与动平衡精度。

实施例4：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

如图1至图5所示，叶轮垫片4在拉杆3的轴向方向具有一定的厚度，在叶轮垫片4上还设置有若干动平衡螺纹孔42，这些动平衡螺纹孔42沿方形孔的周向均匀分布。叶轮垫片4的材质优选17-4PH合金，当然也不排除采用耐磨性高强度高的其他不锈钢或者非不锈钢材料。

叶轮垫片4具有一定的厚度，能够对叶轮1进气口起到导流的作用，有利于提升叶轮结构的工作效率。叶轮垫片4上设置的动平衡螺纹孔42，能够提供径向振动测试空间位置，使叶轮结构通过动平衡螺纹孔42增加配重螺钉，有利于对叶轮结构进行现场动平衡检测及处理，减小叶轮结构运行时的振动。17-4PH合金耐磨强度高、硬度高，能够防止拆装次数太多而引起严重的磨损。叶轮垫片4采用17-4PH合金避免了锁紧螺母5与叶轮1的直接连接，减少叶轮1的磨损，提升了叶轮1的使用寿命及可靠性。

本发明通过在叶轮1与转子轴2之间止口配合的基础上增加锥面配合，加之叶轮1、拉杆3以及叶轮垫片4之间通过方型孔的间隙配合，再加上叶轮垫片4上设置的动平衡螺纹孔42，三者共同作用使得叶轮1与转子轴2之间的动平衡精度极大提高，从而增强了叶轮1与转子轴2之间连接的可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，包括通过止口过渡配合或者过盈配合的叶轮（1）以及转子轴（2），其中：

所述叶轮（1）的端面还设置有外锥面（12）；

所述转子轴（2）的端面还设置有内锥面（22）；

所述外锥面（12）面接触于内锥面（22）内；

所述转子轴（2）通过止口的过渡配合或者过盈配合带动叶轮（1）旋转，并且所述转子轴（2）通过内锥面（22）限制外锥面（12）的膨胀锁紧叶轮（1）；

所述叶轮（1）与转子轴（2）之间设置有拉杆（3），在转子轴（2）的轴心设置有螺纹孔（32），所述拉杆（3）通过端部所具有的外螺纹与所述螺纹孔（32）螺纹连接；

所述拉杆（3）在靠近外螺纹的位置设置有用于确定拉杆（3）旋入所述螺纹孔（32）深度的限位凸台（31）；

所述限位凸台（31）的直径大于所述叶轮（1）中心孔的直径。

2.根据权利要求1所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述螺纹孔（32）的螺纹方向与所述叶轮（1）的旋转方向相反。

3.根据权利要求1所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述拉杆（3）上设置有用于将叶轮（1）锁紧在转子轴（2）上的锁紧螺母（5），在锁紧螺母（5）与叶轮（1）之间设置有叶轮垫片（4），所述叶轮垫片（4）与所述叶轮（1）键连接。

4.根据权利要求3所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述拉杆（3）上还设置有方形键（7），所述叶轮（1）与叶轮垫片（4）的中心均设置有与所述方形键（7）间隙配合的方型孔，在叶轮垫片（4）上还设置有螺钉孔（41），所述叶轮垫片（4）通过螺钉（6）穿过螺钉孔（41）与所述叶轮（1）固定连接。

5.根据权利要求4所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述叶轮垫片（4）上还设置有若干动平衡螺纹孔（42）。

6.根据权利要求5所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述叶轮垫片（4）的材质为17-4PH合金。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述外锥面（12）与内锥面（22）相对于水平方向的夹角为50°至80°。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的自锁紧式离心压缩机叶轮结构，其特征在于，所述叶轮（1）上设置有内止口（11），所述转子轴（2）上设置有外止口（21），所述叶轮（1）通过内止口（11）与外止口（21）的过渡配合或者过盈配合连接于所述转子轴（2）上。