CN110259718B - 蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，包括与叶轮配合的定位芯轴、套设于定位芯轴上的垫圈、第一螺母和第二螺母，其特征在于：还包括设置于机床和定位芯轴之间的连接轴，与机床和定位芯轴固定连接，用于超速试验时配重，设置于连接轴和定位芯轴之间的定位销，对连接轴和定位芯轴周向限位；所述定位芯轴背离连接轴的端面与叶轮大端端面配合，轴端与叶轮内孔配合，定位芯轴上设有螺纹段，用于与第一螺母和第二螺母配合；所述连接轴、定位芯轴的轴心线位于同一直线上。本发明还公开了蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具的使用方法，本发明结构简单，通用性强，适用范围广，能满足各种规格叶轮的超速试验。

Description

蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具及其使用方法。

背景技术

近年来，叶轮新产品市场的不断扩大。在公司蒸汽压缩机压气叶轮的加工过程中，由于蒸汽压缩机机型很多，压气叶轮的规格也很多。而压气叶轮的超速试验工具需要采用专用工装(如图1所示)，针对每种叶轮的尺寸不同，需对超速工具进行重新设计计算，必然会使用很多不同尺寸的超速工具。这样，不仅加大了压气叶轮的制造，增加了工艺人员和工装管理人员的工作量，而且由于此类结构的超速工具通用性较差，只能针对尺寸、重量和结构接近的叶轮的超速试验，而对于尺寸、重量和结构相差较大的叶轮就必须要重新计算设计新的超速工具，增加了叶轮的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具及其使用方法。

本发明的目的是这样实现的：

蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，包括与叶轮配合的定位芯轴、套设于定位芯轴上的垫圈、第一螺母和第二螺母，还包括

连接轴，设置于机床和定位芯轴之间，与机床和定位芯轴固定连接，用于超速试验时配重；

定位销，设置于连接轴和定位芯轴之间，对连接轴和定位芯轴周向限位；

所述定位芯轴背离连接轴的端面与叶轮大端端面配合，轴端与叶轮内孔配合，定位芯轴上设有螺纹段，用于与第一螺母和第二螺母配合；

所述连接轴、定位芯轴的轴心线位于同一直线上。

进一步地，所述连接轴为阶梯轴，包括定位凸台、小径轴和第一大径轴，所述定位凸台伸入机床内，对连接轴限位，所述小径轴与机床通过螺钉紧固连接，第一大径轴与定位芯轴配合的端面上沿轴向开设有内孔、第一定位销孔和螺纹孔，所述第一定位销孔用于安装定位销，所述螺纹孔沿周向均布设置，用于连接轴与定位芯轴紧固连接。

进一步地，所述定位芯轴为阶梯轴，包括设于两端的小径轴a和小径轴b，中间为第二大径轴，所述小径轴a与连接轴的内孔配合，用于控制定位芯轴和连接轴配合间隙，所述第二大径轴与连接轴配合的端面上沿轴向设有第二定位销孔，所述第二定位销孔与第一定位销孔对应，用于安装定位销，第二大径轴沿轴向贯通设有阶梯孔，所述阶梯孔与连接轴的螺纹孔对应并周向均布设置，用于穿入相匹配的内六角螺钉，将连接轴与定位芯轴固定连接，所述第二大径轴靠近小径轴b一端开设有环形凹槽，所述环形凹槽的深度大于叶轮定位面上的台阶凸起，使定位芯轴和叶轮大端端面紧密贴合，所述小径轴b轴端与叶轮和垫圈配合，螺纹段与第一螺母和第二螺母螺纹配合。

进一步的，所述连接轴的第一大径轴外圆、定位芯轴的第二大径轴外圆、垫圈的外圆上均设有标记，对应不同尺寸的连接轴、定位芯轴和垫圈，相同标记或不同标记的连接轴、定位芯轴和垫圈与带肩螺母和螺母组装成组合式超速工具，分别用于不同尺寸、重量和结构的叶轮的超速试验。

进一步的，所述第一螺母为带肩六角螺母，第二螺母为六角螺母。

本发明还提供了蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、获取第一螺母和第二螺母以及多个不同尺寸的连接轴、定位芯轴和垫圈，根据叶轮的尺寸选择相匹配的定位芯轴和垫圈，通过三维模型选择连接轴进行配重计算，组成如权利要求1所述的组合式超速试验工具；

步骤2、计算叶轮和超速工具整体装配后的转动惯量，以满足转动惯量的要求；

步骤3、将选择好的连接轴、定位芯轴组装后，以两端中心孔为基准，检测连接轴凸台外圆、定位芯轴外圆以及连接轴与机床固定端面、定位芯轴与叶轮大端面配合的端面的跳动值是否达到设计要求范围；

步骤4、检测合格后将组合式超速工具进行动平衡试验，残余不平衡量控制在HM2BK动平衡机所能读数的最小值；

步骤5、动平衡试验合格后，再将叶轮安装在组合式超速工具上进行超速试验检测。

进一步的，所述步骤5中，叶轮安装时，首先用第一螺母将叶轮压紧，然后再用第二螺母进行压紧。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、结构简单：组合式超速试验工具主要由连接轴、定位芯轴、垫圈等组成，并且连接轴和定位芯轴均采用阶梯轴加工制成。

2、通用性强：连接轴、定位芯轴和垫圈分别设计有多种尺寸，并在零件表面做标记，不同的标记代表不同的零件尺寸，组装时，根据叶轮的尺寸、重量和结构选择相匹配的连接轴、定位芯轴和垫圈进行组合装配。

3、适用范围广：不仅适用于尺寸、重量和结构接近的叶轮的超速试验，也能够适用于尺寸、重量和结构相差较大的叶轮的超速试验。

4、节约成本：该超速工具通过组合装配后能够满足不同叶轮的超速试验要求，减少了超速工具的使用数量，对工装设计人员来说，仅需将已有的二维图和三维图进行组合就可以，减少了设计和制造的周期和成本，不管是工装的制造成本，还是人员管理成本方面，都具有巨大优势。

附图说明

图1为现有技术中超速工具的结构示意图；

图2为本发明的超速工具安装叶轮后的结构示意图；

图3为本发明中连接轴的主视图；

图4为图3中A-A剖视图；

图5为本发明中定位芯轴的主视图；

图6为图5中B-B剖视图；

图7为本发明中垫圈的结构示意图；

图8为本发明中定位销的结构示意图；

图9为本发明中连接轴与定位芯轴组装后进行跳动检测的示意图；

附图标记

1为连接轴，2为定位销，3为定位芯轴，4为垫圈，5为第一螺母，

6为第二螺母，7为内六角螺钉，8为叶轮

101为定位凸台，102为小径轴，103为第一大径轴，104为内孔，105为第一定位销孔，106为螺纹孔

301为小径轴a，302为小径轴b，303为第二大径轴，304为第二定位销孔，305阶梯孔，306为环形凹槽，307为螺纹段，

图4中为连接轴最大外圆直径，L1为连接轴最大外圆长度；

图6中L2为定位芯轴的轴向定位长度；

图7中H为垫圈的厚度；

图9中A为连接轴凸台外圆，B为连接轴与机床固定端面，C、D为定位芯轴的小径端b外圆，E为定位芯轴与叶轮大端端面配合的端面

具体实施方式

如图2所示，本发明的蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，包括与叶轮8配合的定位芯轴3、套设于定位芯轴3上的垫圈4、第一螺母5和第二螺母6，还包括设置于机床(图中未示出)和定位芯轴3之间的连接轴1，连接轴1的两端分别与机床和定位芯轴3固定连接，用于超速试验时配重；

设置于连接轴1和定位芯轴3之间的定位销2，对连接轴和定位芯轴周向限位，防止在超速试验过程中连接轴1和定位芯轴3发生相对旋转；

所述定位芯轴3背离连接轴1的端面与叶轮大端端面配合，轴端与叶轮内孔配合，定位芯轴3上设有螺纹段307，用于与第一螺母和第二螺母配合；

定位芯轴3的轴端上套设垫圈4，用于压紧叶轮8，防止第二螺母6在拧紧的过程中摩擦损伤叶轮端面以及对第二螺母压紧时的轴向长度进行调整；设于垫圈4和第二螺母6之间的第一螺母5，与定位芯轴的螺纹段307配合，将叶轮8通过螺纹压紧在定位芯轴3上；与定位芯轴螺纹段307配合的第二螺母6，用于锁紧第一螺母5，辅助第一螺母5压紧叶轮8，防止在超速试验过程中第一螺母5松动；所述连接轴1、定位芯轴3、垫圈4、第一螺母5和第二螺母6的轴心线均位于同一直线上。

本实施例中，第一螺母5选用带肩六角螺母，第二螺母6选用六角螺母。

如图3、图4所示，在本实施例中，所述连接轴1为阶梯轴，包括定位凸台101、小径轴102和第一大径轴103，所述定位凸台101伸入机床内，对连接轴1限位，所述小径轴102与机床通过螺钉紧固连接，第一大径轴103与定位芯轴3配合的端面上沿轴向开设有内孔104、第一定位销孔105和螺纹孔106，所述第一定位销孔105用于安装定位销2，所述螺纹孔106沿周向均布设置六个，用于连接轴1与定位芯轴3紧固连接，连接轴1在加工时需要在轴心两端打B2.5的中心孔作为定位基准。

如图5、图6所示，在本实施例中，所述定位芯轴3为阶梯轴，包括设于两端的小径轴a301和小径轴b302，中间为第二大径轴303，所述小径轴a301与连接轴的内孔104配合，用于控制定位芯轴3和连接轴1配合间隙，定位芯轴的小径轴a301外圆和连接轴的内孔104的尺寸/>加工时采用配合制作，配合间隙≦0.02mm，加工时控制定位芯轴Φ40外圆与连接轴Φ40内孔的配合间隙，以保证定位芯轴旋转中心与连接轴的旋转中心的一致性(即要求两者的旋转中心尽量重合)防止连接轴与定位芯轴在装配后各圆及端面跳动超差；所述第二大径轴303与连接轴1配合的端面上沿轴向设有第二定位销孔304，所述第二定位销孔304与第一定位销孔105对应，用于安装定位销2，第二大径轴303沿轴向贯通设有阶梯孔305，所述阶梯孔305与连接轴的螺纹孔106对应并周向均布设置，用于穿入相匹配的内六角螺钉7，将连接轴1与定位芯轴3固定连接，所述第二大径轴303靠近小径轴b一端开设有环形凹槽306，所述环形凹槽306的深度大于叶轮定位面上的台阶凸起，使定位芯轴3和叶轮8大端端面紧密贴合，所述小径轴b302轴端与叶轮8和垫圈4配合，螺纹段307与第一螺母5和第二螺母6螺纹配合，定位芯轴在加工时需要在轴心两端打B2.5的中心孔作为定位基准，设计定位芯轴时先选择内孔直径相同的叶轮设计，这样就只需要对定位芯轴的轴向定位长度进行变化。

连接轴1与定位芯轴3在分别加工时均应以各自零件两端中心孔作为旋转中心的基准，这样才能保证连接轴1与定位芯轴3组合后各个外圆及端面的跳动值在设计的要求范围内。

如图7所示，本实施例中，垫圈4中心处开设有通孔，通孔的直径和定位芯轴的轴端直径/>在加工时采用配合制作，配合间隙≦0.02mm，防止装配后零件的各圆及端面跳动超差。

为了便于管理，根据叶轮的尺寸、重量和结构能够快速选取不同尺寸的相匹配的连接轴1、定位芯轴3和垫圈4，组装成超速工具，在本实施例中，连接轴的第一大径轴103外圆、定位芯轴的第二大径轴303外圆、垫圈4的外圆上均设有标记，对应不同尺寸的连接轴1、定位芯轴3和垫圈4，相同或不同标记的连接轴1、定位芯轴3和垫圈4与第一螺母5和第二螺母6组装成组合式超速工具，分别用于不同尺寸、重量和结构的叶轮的超速试验。

下表中分别为不同尺寸的连接轴、定位芯轴和垫圈所采用的不同的标记，

连接轴

定位芯轴

垫圈

本发明还提供了蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、获取第一螺母和第二螺母以及多个不同尺寸的连接轴、定位芯轴和垫圈，根据叶轮的尺寸选择相匹配的定位芯轴和垫圈，通过三维模型选择连接轴进行配重计算，组成前述所述的组合式超速试验工具；

步骤2、计算叶轮和超速工具整体装配后的转动惯量，以满足转动惯量的要求；

步骤3、将选择好的连接轴、定位芯轴组装后，以两端中心孔为基准，检测连接轴凸台外圆、定位芯轴外圆以及连接轴与机床固定端面、定位芯轴与叶轮大端面配合的端面的跳动值是否达到设计要求范围；

步骤4、检测合格后将组合式超速工具进行动平衡试验，残余不平衡量控制在HM2BK动平衡机所能读数的最小值；

步骤5、动平衡试验合格后，再将叶轮安装在组合式超速工具上进行超速试验检测。

由于超速试验的转速很高，为了安全考虑，在装配叶轮时，首先需要用第一螺母将叶轮压紧后再用第二螺母进行压紧，并且对连接轴和定位芯轴的内六角螺钉、第一螺母以及第二螺母的拧紧力矩均作了规定(根据连接螺纹尺寸计算力矩值)

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，包括与叶轮配合的定位芯轴、套设于定位芯轴上的垫圈、第一螺母和第二螺母，其特征在于：还包括连接轴，设置于机床和定位芯轴之间，与机床和定位芯轴固定连接，用于超速试验时配重；

定位销，设置于连接轴和定位芯轴之间，对连接轴和定位芯轴周向限位；

所述定位芯轴背离连接轴的端面与叶轮大端端面配合，轴端与叶轮内孔配合，定位芯轴上设有螺纹段，用于与第一螺母和第二螺母配合；

所述连接轴、定位芯轴的轴心线位于同一直线上；

所述连接轴为阶梯轴，包括定位凸台、小径轴和第一大径轴，所述定位凸台伸入机床内，对连接轴限位，所述小径轴与机床通过螺钉紧固连接，第一大径轴与定位芯轴配合的端面上沿轴向开设有内孔、第一定位销孔和螺纹孔，所述第一定位销孔用于安装定位销，所述螺纹孔沿周向均布设置，用于连接轴与定位芯轴紧固连接。

2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，其特征在于：所述定位芯轴为阶梯轴，包括设于两端的小径轴a和小径轴b，中间为第二大径轴，所述小径轴a与连接轴的内孔配合，用于控制定位芯轴和连接轴配合间隙，所述第二大径轴与连接轴配合的端面上沿轴向设有第二定位销孔，所述第二定位销孔与第一定位销孔对应，用于安装定位销，第二大径轴沿轴向贯通设有阶梯孔，所述阶梯孔与连接轴的螺纹孔对应并周向均布设置，用于穿入相匹配的内六角螺钉，将连接轴与定位芯轴固定连接，所述第二大径轴靠近小径轴b一端开设有环形凹槽，所述环形凹槽的深度大于叶轮定位面上的台阶凸起，使定位芯轴和叶轮大端端面紧密贴合，所述小径轴b轴端与叶轮和垫圈配合，螺纹段与第一螺母和第二螺母螺纹配合。

3.根据权利要求2所述的蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，其特征在于：所述连接轴的第一大径轴外圆、定位芯轴的第二大径轴外圆、垫圈的外圆上均设有标记，对应不同尺寸的连接轴、定位芯轴和垫圈，相同标记或不同标记的连接轴、定位芯轴和垫圈与第一螺母和第二螺母组装成组合式超速工具，分别用于不同尺寸、重量和结构的叶轮的超速试验。

4.根据权利要求3所述的蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具，其特征在于：所述第一螺母为带肩六角螺母，第二螺母为六角螺母。

5.蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取第一螺母和第二螺母以及多个不同尺寸的连接轴、定位芯轴和垫圈，根据叶轮的尺寸选择相匹配的定位芯轴和垫圈，通过三维模型选择连接轴进行配重计算，组成如权利要求1所述的组合式超速试验工具；

步骤2、计算叶轮和超速工具整体装配后的转动惯量，以满足转动惯量的要求；

步骤3、将选择好的连接轴、定位芯轴组装后，以两端中心孔为基准，检测连接轴凸台外圆、定位芯轴外圆以及连接轴与机床固定端面、定位芯轴与叶轮大端面配合的端面的跳动值是否达到设计要求范围；

步骤4、检测合格后将组合式超速工具进行动平衡试验，残余不平衡量控制在HM2BK动平衡机所能读数的最小值；

步骤5、动平衡试验合格后，再将叶轮安装在组合式超速工具上进行超速试验检测。

6.根据权利要求5所述的蒸汽压缩机压气叶轮组合式超速试验工具的使用方法，其特征在于，所述步骤5中，叶轮安装时，首先用第一螺母将叶轮压紧，然后再用第二螺母进行压紧。