CN112032075A - 用于超低温热解耦透平转子的支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，包括轴承箱支撑体（2）、顶部固定组件（5）、底部固定组件（6）、夹紧组件（7）和保温组件；保温组件设置在机壳（3）内；轴承箱支撑体通过顶部固定组件和底部固定组件固定安装在机壳内并限制其周向、水平、垂直和轴向位移；机壳的两侧设有支撑部（31），且支撑部的支撑接触面（310）与底部固定组件和轴承箱支撑体的装配接触面位于同一水平面内；一对夹紧组件设置在机壳内并对称夹持在轴承箱支撑体的两侧端并限制其轴向位移。本发明能避免压缩机各联接部件在超低温环境中运行时产生的热应力问题，还可以保证压缩机轴系标高在不同温度场始终维持不变。

Description

用于超低温热解耦透平转子的支撑装置

技术领域

本发明涉及一种透平转子安装结构，尤其涉及一种用于超低温热解耦透平转子的支撑装置。

背景技术

压缩机转子支撑结构的稳定性直接关系到压缩机的安全与稳定运行，也直接影响着工业生产的全过程，特别是在超低温环境（如-196℃）中运行的压缩机，在工业生产过程中持续高速运行，严格要求转子支撑结构的稳定性。

目前，现有技术中压缩机转子的支撑结构大多采用法兰螺栓的联接形式，在超低温环境中运行的压缩机，考虑到压缩机组的安全性，尽可能减小温度对压缩机组的影响，同时保证受力结构件对刚度强度的要求、流道对尺寸精度的要求，在压缩机材料选择时遵循低温冲击韧性好、强度高、表面硬度好、合金含量少、许用应力大、热膨胀率小等原则。当温度从常温向超低温变化，或者从超低温向常温变化，或者温度速降过程中，压缩机各个部件的温度梯度会存在较大差异，现有技术的螺栓刚性连接压缩机转子支撑结构会造成设备局部热应力偏高，长时间运行后设备容易出现损坏，危害压缩机机组正常运行。同时由于各部件材料、固定位置和温度场存在差异，造成压缩机转子轴系标高发生变化，当变化量超过支撑结构的许用偏转范围后，压缩机转子系开始失稳，振动加剧，影响压缩机安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，能避免压缩机各联接部件在超低温环境中运行时产生的热应力问题，还可以保证压缩机轴系标高在不同温度场始终维持不变。

本发明是这样实现的：

一种用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，包括轴承箱支撑体、顶部固定组件、底部固定组件、夹紧组件和保温组件；保温组件设置在机壳内；轴承箱支撑体的顶部设有与顶部固定组件匹配嵌装的第一键槽，轴承箱支撑体的底部设有与底部固定组件匹配嵌装的第二键槽，使轴承箱支撑体通过顶部固定组件和底部固定组件固定安装在机壳内，且轴承箱支撑体通过顶部固定组件和底部固定组件限制周向、水平、垂直和轴向位移；机壳的两侧设有支撑部，且支撑部的支撑接触面与底部固定组件和轴承箱支撑体的装配接触面位于同一水平面内；一对夹紧组件设置在机壳内并对称夹持在轴承箱支撑体的两侧端，且轴承箱支撑体通过夹紧组件限制轴向位移。

所述的顶部固定组件包括第一固定块、第一键和第二键；一对第二键对称设置在第一固定块顶部两侧的键槽内，并通过螺栓固定连接第一固定块的顶部、第二键和机壳；一对第一键分别对称设置在第一固定块的底部两侧的键槽内，一对第一键和第一固定块的底部匹配插入在第一键槽内，通过螺栓固定连接第一固定块的底部、第一键和第一键槽。

所述的第一固定块的下端面高于一对第一键的下端面，使第一固定块的下端面与第一键槽的底面之间留有间隙。

所述的底部固定组件包括第二固定块、第三键和第四键；一对第三键对称设置在第二固定块的底部两侧的键槽内，并通过螺栓固定连接第二固定块的底部、第三键和机壳；一对第四键分别对称设置在第二固定块的顶部两侧的键槽内，第二固定块的顶部和一对第四键插入在第二键槽内，并通过螺栓固定连接第二固定块的顶部、第四键和第二键槽，第二固定块的顶面与支撑部的支撑接触面位于同一水平面内。

所述的底部固定组件还包括T形结构的压板，压板的下部插入在第二键槽内并与第二固定块的顶面贴合，压板通过螺栓与第二固定块固定连接，且压板的顶部两侧压紧在第二键槽上。

所述的保温组件包括设置在机壳内壁上的绝热结构和安装在轴承箱支撑体外表面的加热源。

所述的夹紧组件包括夹紧曲柄、夹紧螺栓和螺母；夹紧曲柄为一端开口的C形结构，夹紧曲柄的封闭端通过螺栓固定在机壳的内壁上，夹紧曲柄的开口端夹持在轴承箱支撑体的侧端；夹紧螺栓的螺纹端贯穿夹紧曲柄的开口端并与固定在穿夹紧曲柄开口端外壁上的螺母螺纹连接，夹紧螺栓的大头端位于夹紧曲柄的开口端内侧并沿轴承箱支撑体的轴向顶紧在轴承箱支撑体上，使一对夹紧螺栓的大头端对称压紧在轴承箱支撑体的两个面上。

所述的夹紧曲柄上设有第五键，机壳的内壁上设有与第五键相匹配的键槽，第五键嵌装在机壳的键槽内，使夹紧曲柄与机壳在机壳的轴向上相对固定，且夹紧曲柄能沿水平和垂直方向在机壳内移动。

所述的轴承箱支撑体由两块上下对称设置的支撑体构成，两块支撑体通过端面法兰螺栓固定连接，夹紧组件夹持在位于下部的支撑体上。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明通过顶部固定组件和底部固定组件将轴承箱支撑体固定在壳体内，可限制轴承箱支撑体的水平、垂直、轴向和圆周运动，且使压缩机转子找正更方便，拆装省时省力，也避免了热应力对转子高速转动的稳定性和可靠性的影响。

2、本发明通过一对夹紧组件夹紧轴承箱支撑体，有效防止转子的轴向窜动，且温度变化时轴承箱支撑体能向圆心收缩，进一步确保了压缩机转子在超低温工况下的运行稳定性和可靠性。

3、本发明由于设有保温组件，通过阻止低温气体进入轴承箱支撑体腔室和加热保证了轴承箱支撑体不受温度影响，进一步确保了压缩机轴系标高在不同温度场中的一致性，从而确保了压缩机的稳定可靠运行。

4、本发明具有结构简单紧凑、拆装方便且省时省力、对轴系的固定和支撑可靠等优点，适用于超低温热解耦透平转子的安装。

本发明通过顶部固定组件、底部固定组件和夹紧组件使压缩机转子系统轴系找正方便，能避免压缩机壳体、轴承箱支撑体等各联接部件在超低温环境中运行时产生的热应力问题，还可以保证压缩机轴系标高在不同温度场始终维持不变，且拆装省时省力。

附图说明

图1是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的装配图；

图2是图1的侧剖图；

图3是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的立体图；

图4是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的主视图；

图5是图4的侧剖图；

图6是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的俯视图；

图7是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的中顶部固定组件的剖视图；

图8是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的中底部固定组件的剖视图；

图9是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的中夹紧组件的立体图；

图10是本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的中夹紧组件的剖视图；

图11本发明用于超低温热解耦透平转子的支撑装置的中轴承箱支撑体的分解图。

图中，1轴承箱支撑体腔室，2轴承箱支撑体，21第一键槽，210第一键槽的底面，22第二键槽，3机壳，310支撑部的支撑接触面，4绝热结构，5顶部固定组件，51第一固定块，510第一固定块的下端面，52第一键，53第二键，6底部固定组件，61第二固定块，610第二固定块的顶面，62第三键，63第四键，64压板，7夹紧组件，71夹紧曲柄，72第五键，73夹紧螺栓，74螺母，8螺栓，9加热源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1和2，一种用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，包括轴承箱支撑体2、顶部固定组件5、底部固定组件6、夹紧组件7和保温组件；保温组件设置在机壳3内；请参见附图3至附图6，轴承箱支撑体2的顶部设有与顶部固定组件5匹配嵌装的第一键槽21，轴承箱支撑体2的底部设有与底部固定组件6匹配嵌装的第二键槽22，使轴承箱支撑体2通过顶部固定组件5和底部固定组件6固定安装在机壳3内，且轴承箱支撑体2通过顶部固定组件5和底部固定组件6限制周向、水平、垂直和轴向位移；机壳3的两侧设有支撑部31，且支撑部31的支撑接触面310与底部固定组件6和轴承箱支撑体2的装配接触面位于同一水平面内；一对夹紧组件7设置在机壳3内并对称夹持在轴承箱支撑体2的两侧端，且轴承箱支撑体2通过夹紧组件7限制轴向位移。

请参见附图7，所述的顶部固定组件5包括第一固定块51、第一键52和第二键53；一对第二键53对称设置在第一固定块51顶部两侧的键槽内，并通过螺栓8固定连接第一固定块51的顶部、第二键53和机壳3；一对第一键52分别对称设置在第一固定块51的底部两侧的键槽内，一对第一键52和第一固定块51的底部匹配插入在第一键槽21内，通过螺栓8固定连接第一固定块51的底部、第一键52和第一键槽21。第二键53和螺栓8能限制轴承箱支撑体2的轴向或水平位移，第一键52和螺栓8能限制轴承箱支撑体2的轴承位移。

所述的第一固定块51的下端面510高于一对第一键52的下端面，使第一固定块51的下端面510与第一键槽21的底面210之间留有间隙。通过在第一固定块51的下端面510与第一键槽21的底面210之间留出足够的间隙，当机壳3在超低温工况下朝圆心收缩时，由于第一固定块51固定在机壳3上，第一固定块51会随着机壳3收缩方向而位移，当位移量小于第一固定块51的下端面510与第一键槽21的底面210之间的间隙时，不会产生热应力集中，当位移量大于该间隙时，就有可能产生热应力集中，因此该间隙的取值可根据该区域的实际温度场进行详细分析后确定，通过预留间隙也有效防止了轴承箱支撑体2的过定位现象。

请参见附图8，所述的底部固定组件6包括第二固定块61、第三键62和第四键63；一对第三键62对称设置在第二固定块61的底部两侧的键槽内，并通过螺栓8固定连接第二固定块61的底部、第三键62和机壳3；一对第四键63分别对称设置在第二固定块61的顶部两侧的键槽内，第二固定块61的顶部和一对第四键63插入在第二键槽22内，并通过螺栓8固定连接第二固定块61的顶部、第四键63和第二键槽22，第二固定块61的顶面610与支撑部31的支撑接触面310位于同一水平面内。第三键62和螺栓8能进一步限制轴承箱支撑体2的轴向或水平位移，第四键64和螺栓8能进一步限制轴承箱支撑体2的轴承位移。

由于压缩机运行在超低温（如-196℃）环境中，轴承箱的支撑设计与整个压缩机轴线相关，而压缩机轴线控制需要考虑机壳支撑位置、轴承箱支撑位置和其所在区域的温度场分布。轴承的运行对温度有一定要求，若轴承所在区域温度过低，将导致压缩机无法正常运行，因此需要对轴承箱进行保温处理。请参见附图1，所述的保温组件包括设置在机壳3内壁上的绝热结构4和安装在轴承箱支撑体2外表面的加热源9，保温结构也可根据实际需要选择其他保温措施。通过阻止低温气体进入轴承箱支撑体腔室1和加热来保证轴承箱支撑体2不受温度影响，保温处理后轴承箱支撑体2在常温环境中不会因温度变化而产生位移，而轴承箱支撑体2需要固定在机壳3中，机壳3在超低温环境中运行时，因材料的物理特性，会发生位移变化。

根据材料的物理特性，第二固定块61与轴承箱支撑体2的重力接触平面即顶面610是否随温度变化而发生位移与机壳3的支撑接触面310相关，当顶面610与支撑接触面310位于同一平面内时，温度变化对顶面610无影响。因此，为控制压缩机轴系，应确保第二固定块61的顶面610不随温度变化而发生位移变化，且确保轴承箱支撑体腔室1内的温度不变，使轴承箱支撑体2不随温度变化而位移变化，从而确保压缩机轴承箱支撑体2的中心与原中心保持一致。

请参见附图4和附图5，所述的底部固定组件6还包括T形结构的压板64，压板64的下部插入在第二键槽22内并与第二固定块61的顶面610贴合，压板64通过螺栓8与第二固定块61固定连接，且压板64的顶部两侧压紧在第二键槽22上，可有效防止轴承箱支撑体2垂直向上窜动。

请参见附图9和附图10，所述的夹紧组件7包括夹紧曲柄71、夹紧螺栓73和螺母74；夹紧曲柄71为一端开口的C形结构，夹紧曲柄71的封闭端通过螺栓8固定在机壳3的内壁上，夹紧曲柄71的开口端夹持在轴承箱支撑体2的侧端；夹紧螺栓73的螺纹端贯穿夹紧曲柄71的开口端并与固定在穿夹紧曲柄71开口端外壁上的螺母74螺纹连接，夹紧螺栓73的大头端位于夹紧曲柄71的开口端内侧并沿轴承箱支撑体2的轴向顶紧在轴承箱支撑体2上，使一对夹紧螺栓73的大头端对称压紧在轴承箱支撑体2的两个面上。通过夹紧螺栓73与螺母74的相对转动，实现夹紧螺栓73的轴向窜动，从而使夹紧螺栓73能沿轴承箱支撑体2的轴向顶紧在轴承箱支撑体2的两个面上，达到限制轴承箱支撑体2轴向移动的目的。

所述的夹紧曲柄71上设有第五键72，机壳3的内壁上设有与第五键72相匹配的键槽（图中未示出），第五键72嵌装在机壳3的键槽内，使夹紧曲柄71与机壳3在机壳3的轴向上相对固定，且夹紧曲柄71能沿水平和垂直方向在机壳3内移动。由于夹紧曲柄71与机壳3连接处的螺栓孔间隙可能较大，无法完全限制夹紧组件7的轴向运动，可通过第五键72的定位有效避免夹紧组件7与机壳3之间的轴向相对运动，但第五键72不限制夹紧组件7与机壳3之间的水平相对运动，以适应热应力较大引起的机壳3收缩变形等情况。

请参见附图11，所述的轴承箱支撑体2由两块上下对称设置的支撑体构成，两块支撑体通过端面法兰螺栓固定连接，夹紧组件7夹持在位于下部的支撑体上，采用水平中分面剖分结构更方便转子的拆装和检修。

本发明采用顶部固定组件5、底部固定组件6和夹紧组件7从顶部、底部和两侧分别将轴承箱支撑体2固定在机壳3内，采取多点限制自由度的结构形式解决热应力偏高问题，顶部固定组件5可限制轴承箱支撑体2的水平运动和轴向运动，考虑热应力影响，顶部固定组件5沿轴承箱支撑体2的第一键槽21垂直运动；底部固定组件6可限制轴承箱支撑体2的水平、垂直和轴向运动；顶部固定组件5、底部固定组件6同时作用可限制轴承箱支撑体2的圆周运动；夹紧组件7可限制轴承箱支撑体2的轴向运动，考虑热应力影响，允许夹紧组件7在温度变化时在垂直和水平方向上移动即向圆心方向收缩，从而确保压缩机运行时转子能可靠稳定的保持高速旋转。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：包括轴承箱支撑体（2）、顶部固定组件（5）、底部固定组件（6）、夹紧组件（7）和保温组件；保温组件设置在机壳（3）内；轴承箱支撑体（2）的顶部设有与顶部固定组件（5）匹配嵌装的第一键槽（21），轴承箱支撑体（2）的底部设有与底部固定组件（6）匹配嵌装的第二键槽（22），使轴承箱支撑体（2）通过顶部固定组件（5）和底部固定组件（6）固定安装在机壳（3）内，且轴承箱支撑体（2）通过顶部固定组件（5）和底部固定组件（6）限制周向、水平、垂直和轴向位移；机壳（3）的两侧设有支撑部（31），且支撑部（31）的支撑接触面（310）与底部固定组件（6）和轴承箱支撑体（2）的装配接触面位于同一水平面内；一对夹紧组件（7）设置在机壳（3）内并对称夹持在轴承箱支撑体（2）的两侧端，且轴承箱支撑体（2）通过夹紧组件（7）限制轴向位移。

2.根据权利要求1所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的顶部固定组件（5）包括第一固定块（51）、第一键（52）和第二键（53）；一对第二键（53）对称设置在第一固定块（51）顶部两侧的键槽内，并通过螺栓（8）固定连接第一固定块（51）的顶部、第二键（53）和机壳（3）；一对第一键（52）分别对称设置在第一固定块（51）的底部两侧的键槽内，一对第一键（52） 和第一固定块（51）的底部匹配插入在第一键槽（21）内，通过螺栓（8）固定连接第一固定块（51）的底部、第一键（52）和第一键槽（21）。

3.根据权利要求2所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的第一固定块（51）的下端面（510）高于一对第一键（52）的下端面，使第一固定块（51）的下端面（510）与第一键槽（21）的底面（210）之间留有间隙。

4.根据权利要求1所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的底部固定组件（6）包括第二固定块（61）、第三键（62）和第四键（63）；一对第三键（62）对称设置在第二固定块（61）的底部两侧的键槽内，并通过螺栓（8）固定连接第二固定块（61）的底部、第三键（62）和机壳（3）；一对第四键（63）分别对称设置在第二固定块（61）的顶部两侧的键槽内，第二固定块（61）的顶部和一对第四键（63）插入在第二键槽（22）内，并通过螺栓（8）固定连接第二固定块（61）的顶部、第四键（63）和第二键槽（22），第二固定块（61）的顶面（610）与支撑部（31）的支撑接触面（310）位于同一水平面内。

5.根据权利要求4所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的底部固定组件（6）还包括T形结构的压板（64），压板（64）的下部插入在第二键槽（22）内并与第二固定块（61）的顶面（610）贴合，压板（64）通过螺栓（8）与第二固定块（61）固定连接，且压板（64）的顶部两侧压紧在第二键槽（22）上。

6.根据权利要求1所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的保温组件包括设置在机壳（3）内壁上的绝热结构（4）和安装在轴承箱支撑体（2）外表面的加热源（9）。

7.根据权利要求1所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的夹紧组件（7）包括夹紧曲柄（71）、夹紧螺栓（73）和螺母（74）；夹紧曲柄（71）为一端开口的C形结构，夹紧曲柄（71）的封闭端通过螺栓（8）固定在机壳（3）的内壁上，夹紧曲柄（71）的开口端夹持在轴承箱支撑体（2）的侧端；夹紧螺栓（73）的螺纹端贯穿夹紧曲柄（71）的开口端并与固定在穿夹紧曲柄（71）开口端外壁上的螺母（74）螺纹连接，夹紧螺栓（73）的大头端位于夹紧曲柄（71）的开口端内侧并沿轴承箱支撑体（2）的轴向顶紧在轴承箱支撑体（2）上，使一对夹紧螺栓（73）的大头端对称压紧在轴承箱支撑体（2）的两个面上。

8.根据权利要求7所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的夹紧曲柄（71）上设有第五键（72），机壳（3）的内壁上设有与第五键（72）相匹配的键槽，第五键（72）嵌装在机壳（3）的键槽内，使夹紧曲柄（71）与机壳（3）在机壳（3）的轴向上相对固定，且夹紧曲柄（71）能沿水平和垂直方向在机壳（3）内移动。

9.根据权利要求1、6或7所述的用于超低温热解耦透平转子的支撑装置，其特征是：所述的轴承箱支撑体（2）由两块上下对称设置的支撑体构成，两块支撑体通过端面法兰螺栓固定连接，夹紧组件（7）夹持在位于下部的支撑体上。

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