CN116146290A - 一种大型透平膨胀机转子轴系结构 - Google Patents

一种大型透平膨胀机转子轴系结构 Download PDF

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王科
郑春来
蒋志明
杨苗
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Abstract

本发明属于透平膨胀机技术领域，具体涉及一种大型透平膨胀机转子轴系结构。其技术方案为：一种大型透平膨胀机转子轴系结构，包括主轴，主轴的两端均设置有六方轴段和锥形段，锥形段位于六方轴段靠近主轴中部的一侧；所述主轴的一端设置有膨胀轮，主轴的另一端设置有压机轮，膨胀轮和压机轮内均设置有锥形孔和六方孔，膨胀轮的锥形孔和压机轮的锥形孔与主轴的锥形段配合，膨胀轮的六方孔和压机轮的六方孔与主轴的六方轴段配合。本发明提供了一种转子动平衡精度重复性好的大型透平膨胀机转子轴系结构。

Description

一种大型透平膨胀机转子轴系结构
技术领域
本发明属于透平膨胀机技术领域，具体涉及一种大型透平膨胀机转子轴系结构。
背景技术
目前低温技术应用非常广泛，从航天到超导，从气体分离到能量回收等，而低温能量的获得主要靠气体的膨胀，透平膨胀机是空气分离、轻烃回收装置等获得低温的重要设备，是整个装置的心脏。随着空气分离、轻烃回收装置等处理量不断增大，膨胀机处理量也在随之增大，膨胀机发出功率已达到2000kW～10000kW，甚至更大，因此膨胀转子轴系结构就显得非常重要，直接决定了机组运行是否可靠。
目前，膨胀机转子常规结构如下：
第一、叶轮(膨胀轮、压机轮)与主轴配合为一段，即直圆孔、直圆轴间隙配合或直三棱孔、直三棱轴间隙配合结构，直圆孔与直圆轴配合利用这段的键传递扭矩，直三棱孔与直三棱轴配合就靠三棱传递扭矩。轴套 (前、后轴套)与主轴为直圆孔、直圆轴间隙配合，利用叶轮与轴套间的轴向销子使轴套与轴一起转动同时也周向定位。
第二、叶轮(膨胀轮和压机轮)与主轴配合为一段，即锥形圆孔、锥形圆轴或锥形三棱孔、锥形三棱轴2种结构。靠锥度匹配对叶轮径向定心和轴向定位，利用这段的键传递扭矩；锥形圆孔与锥形圆轴配合利用这段的键传递扭矩，锥形三棱孔与锥形三棱轴配合就没有键靠锥三棱传递扭矩。轴套(前、后轴套)和轴为直圆孔、直圆轴，过盈配合进行轴向、径向和周向定位，并使轴套与轴一起转动
第三、叶轮(膨胀轮和压机轮)与主轴靠端齿连接，端齿既定位由传递扭矩，轴套结构与上述相同。
以上常规结构问题在于加工要求高，加工难度大且动平衡重复性差。有键结构在运行过程中，离心力的作用下键完全有可能逃离其装配时的位置，使得运行时转子动平衡精度有所偏离；锥形三棱孔轴及端齿结构加工难度和要求是所有常规结构中最大的，对大型透平膨胀机叶轮与轴因加工报废成本非常高；轴套与主轴过盈配合，装拆轴套时非常容易拉毛主轴或轴套，导致无法拆卸或破坏性拆卸造成主轴或轴套报废，在每次拆后再装配时很难保证轴套与轴相对位置的一致性而导致转子动平衡精度偏离。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种转子动平衡精度重复性好的大型透平膨胀机转子轴系结构。
本发明所采用的技术方案为：
一种大型透平膨胀机转子轴系结构，包括主轴，主轴的两端均设置有六方轴段和锥形段，锥形段位于六方轴段靠近主轴中部的一侧；所述主轴的一端设置有膨胀轮，主轴的另一端设置有压机轮，膨胀轮和压机轮内均设置有锥形孔和六方孔，膨胀轮的锥形孔和压机轮的锥形孔与主轴的锥形段配合，膨胀轮的六方孔和压机轮的六方孔与主轴的六方轴段配合。
本发明的叶轮(膨胀轮、压机轮)与主轴定位及传递扭矩分段实现，一段是锥形孔与锥形段配合定心及轴向定位；另一段是六方孔和六方轴段配合传递扭矩。本发明适用于大、中、小型透平膨胀机转子，具有加工容易，加工难度小，装拆容易且不损伤主轴和轴套，转子动平衡精度重复性好等优点。
作为本发明的优选方案，所述膨胀轮远离主轴的一侧套设有前导流锥，前导流锥内连接有前并紧螺钉，前并紧螺钉与主轴螺纹连接。当将前并紧螺钉旋紧时，前导流锥、膨胀轮和主轴之间依次压紧。
作为本发明的优选方案，所述前并紧螺钉与前导流锥之间设置有前垫片。
作为本发明的优选方案，所述压机轮远离主轴的一侧套设有后导流锥，后导流锥内连接有后并紧螺钉，后并紧螺钉与主轴螺纹连接。当将后并紧螺钉旋紧时，后导流锥、压机轮和主轴之间依次压紧。
作为本发明的优选方案，所述后并紧螺钉与后导流锥之间设置有前垫片。
作为本发明的优选方案，所述主轴上套设有前轴套，前轴套位于主轴靠近膨胀轮的一段上，前轴套与主轴之间连接有前0型圈。
作为本发明的优选方案，所述前轴套与主轴之间螺纹连接有前紧定螺钉。
作为本发明的优选方案，所述主轴上套设有后轴套，后轴套位于主轴靠近压机轮的一段上，后轴套与主轴之间连接有后0型圈。
作为本发明的优选方案，所述后轴套与主轴之间螺纹连接有后紧定螺钉。
本发明的有益效果为：
本发明的叶轮(膨胀轮、压机轮)与主轴定位及传递扭矩分段实现，一段是锥形孔与锥形段配合定心及轴向定位；另一段是六方孔和六方轴段配合传递扭矩。本发明适用于大、中、小型透平膨胀机转子，具有加工容易，加工难度小，装拆容易且不损伤主轴和轴套，转子动平衡精度重复性好等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是主轴的结构示意图。
图中，1-前并紧螺钉；2-前垫片；3-前导流锥；4-膨胀轮；5-前O型圈；6-前紧定螺钉；7-前轴套；8-主轴；9-后轴套；10-后O型圈；11-后紧定螺钉；12-压机轮；13-后导流锥；14-后垫片；15-后并紧螺钉；16-锥形段；17-六方轴段；18-锥形孔；19-六方孔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本实施例的大型透平膨胀机转子轴系结构，包括主轴8，主轴8的两端均设置有六方轴段17和锥形段16，锥形段16位于六方轴段17靠近主轴8中部的一侧；所述主轴8的一端设置有膨胀轮4，主轴8的另一端设置有压机轮12，膨胀轮4和压机轮12内均设置有锥形孔 18和六方孔19，膨胀轮4的锥形孔18和压机轮12的锥形孔18与主轴8 的锥形段16配合，膨胀轮4的六方孔19和压机轮12的六方孔19与主轴8 的六方轴段17配合。
本发明的叶轮(膨胀轮4、压机轮12)与主轴8定位及传递扭矩分段实现，一段是锥形孔18与锥形段16配合定心及轴向定位；另一段是六方孔19和六方轴段17配合传递扭矩。本发明适用于大、中、小型透平膨胀机转子，具有加工容易，加工难度小，装拆容易且不损伤主轴8和轴套，转子动平衡精度重复性好等优点。
其中，所述膨胀轮4远离主轴8的一侧套设有前导流锥3，前导流锥3 内连接有前并紧螺钉1，前并紧螺钉1与主轴8螺纹连接。当将前并紧螺钉 1旋紧时，前导流锥3、膨胀轮4和主轴8之间依次压紧。所述前并紧螺钉 1与前导流锥3之间设置有前垫片2。
所述压机轮12远离主轴8的一侧套设有后导流锥13，后导流锥13内连接有后并紧螺钉15，后并紧螺钉15与主轴8螺纹连接。当将后并紧螺钉 15旋紧时，后导流锥13、压机轮12和主轴8之间依次压紧。所述后并紧螺钉15与后导流锥13之间设置有前垫片2。
所述主轴8上套设有前轴套7，前轴套7位于主轴8靠近膨胀轮4的一段上，前轴套7与主轴8之间连接有前0型圈。所述前轴套7与主轴8之间螺纹连接有前紧定螺钉6。
所述主轴8上套设有后轴套9，后轴套9位于主轴8靠近压机轮12的一段上，后轴套9与主轴8之间连接有后0型圈。所述后轴套9与主轴8 之间螺纹连接有后紧定螺钉11。
安装方法：
无论是动平衡前装配转子还是动平衡后把转子安装到机壳上，先把前O 型圈5装在前轴套7的O型圈槽内，后O型圈10装在后轴套9的O型圈槽内，然后把前轴套7和后轴套9分别装在主轴8上，调整前轴套7和后轴套9上的径向孔与主轴8的螺钉孔中心对齐(它们之间是小间隙易于调整)，前紧定螺钉6和后紧定螺钉11分别拧在主轴8上。接着把膨胀轮4和压机轮12安装在主轴8上并使锥形孔18和锥形段16定位好后，在保证主轴8 不动的情况下膨胀轮4按运转方向转动，压机轮12按旋转反方向转动，使其膨胀轮4和压机轮12的六方孔19与主轴8的六方轴段17的六边分别贴紧。再依次把前导流锥3、前垫片2装在膨胀轮4的孔内，前并紧螺钉1拧紧在主轴8上；同样依次把后导流锥13、后垫片14装在压机轮12的孔内，后并紧螺钉15拧紧在主轴8上。转子轴系装配完成。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，包括主轴(8)，主轴(8)的两端均设置有六方轴段(17)和锥形段(16)，锥形段(16)位于六方轴段(17)靠近主轴(8)中部的一侧；所述主轴(8)的一端设置有膨胀轮(4)，主轴(8)的另一端设置有压机轮(12)，膨胀轮(4)和压机轮(12)内均设置有锥形孔(18)和六方孔(19)，膨胀轮(4)的锥形孔(18)和压机轮(12)的锥形孔(18)与主轴(8)的锥形段(16)配合，膨胀轮(4)的六方孔(19)和压机轮(12)的六方孔(19)与主轴(8)的六方轴段(17)配合。
2.根据权利要求1所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述膨胀轮(4)远离主轴(8)的一侧套设有前导流锥(3)，前导流锥(3)内连接有前并紧螺钉(1)，前并紧螺钉(1)与主轴(8)螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述前并紧螺钉(1)与前导流锥(3)之间设置有前垫片(2)。
4.根据权利要求1所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述压机轮(12)远离主轴(8)的一侧套设有后导流锥(13)，后导流锥(13)内连接有后并紧螺钉(15)，后并紧螺钉(15)与主轴(8)螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述后并紧螺钉(15)与后导流锥(13)之间设置有前垫片(2)。
6.根据权利要求1所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述主轴(8)上套设有前轴套(7)，前轴套(7)位于主轴(8)靠近膨胀轮(4)的一段上，前轴套(7)与主轴(8)之间连接有前0型圈。
7.根据权利要求6所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述前轴套(7)与主轴(8)之间螺纹连接有前紧定螺钉(6)。
8.根据权利要求1所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述主轴(8)上套设有后轴套(9)，后轴套(9)位于主轴(8)靠近压机轮(12)的一段上，后轴套(9)与主轴(8)之间连接有后0型圈。
9.根据权利要求8所述的一种大型透平膨胀机转子轴系结构，其特征在于，所述后轴套(9)与主轴(8)之间螺纹连接有后紧定螺钉(11)。
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