磁懸浮透平膨脹機轉子葉輪總成及其定位方法與流程
2023-09-18 03:58:35
本發明涉及一種磁懸浮透平膨脹機轉子葉輪總成及其定位方法，屬於透平機械技術領域。
背景技術：
目前現有的高速磁懸浮透平膨脹機械中葉輪通常使用鍵與鍵槽的配合與軸實現周向定位，鍵槽與鍵在徑向留有間隙，平鍵在高轉速運行中容易徑向鬆動引起動不平衡，且裝配不便；葉輪端部的鎖緊墊片等定位件需要在葉輪或轉子上另外開孔或開槽實現周向定位，需要對轉子或葉輪進行額外加工；葉輪內的鍵槽需要從葉輪底端一直開到平鍵配合部位，精加工的鍵槽壁長度較大，對於底部有套筒的葉輪來說，鍵槽的存在使得套筒壁厚增大，質量增加
目前最新的無獨立推力盤而使用轉子軸肩作為軸向磁軸承吸盤的磁懸浮透平膨脹機械，雖然省去了熱套的推力盤使得磁軸承模塊化和轉子裝配更容易，但由於軸肩空間緊湊，無法同時作為軸向傳感器檢測面，因此軸向位移傳感器檢測板通常直接設置於葉輪輪盤底面或轉子尾端，前者使得蝸殼需要單獨開孔以安裝軸向傳感器，使得蝸殼的密封和耐壓性能變差；對於在中高溫介質環境下運行的透平膨脹機來說，蝸殼內工作溫度一般高於傳感器的工作要求，葉輪輪盤無法作為軸向位移檢測面，這類磁懸浮透平機械通常使用轉子尾端作為位移檢測面，由於尾端與葉輪端距離過大，其位移容易受中部轉子熱脹冷縮影響，不利於準確檢測葉輪的軸向位移。
目前為了達到比較好的密封效果，磁懸浮透平膨脹機械普遍使用軸向密封並將轉子軸直接作為密封面，密封件隔斷了端部葉輪與軸封后面零件的聯繫，而磁懸浮轉子在軸封之後安裝的其他非熱套部件則還需採取額外的緊固措施。
目前現有的磁懸浮透平機械通常採用在葉輪頂端風帽上開設轉子動平衡配重孔，由於風帽處於軸向迎風面，其表面開孔對氣流的流動有較大影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種新的磁懸浮透平膨脹機轉子葉輪總成及其定位方法，具有結構簡單，拆裝方便，安全可靠等優點。
本發明採用如下技術方案：一種磁懸浮透平膨脹機轉子葉輪總成，其包括轉子軸、保護軸承、軸向位移檢測板、軸向密封件、葉輪、鎖緊墊片、風帽；葉輪的輪盤底端有定位套筒；轉子軸由上向下依次包括小螺紋段、小圓柱段、大螺紋段、大圓柱段；上述保護軸承、軸向位移檢測板、帶定位套筒的葉輪、鎖緊墊片、風帽由下向上依次安裝於轉子軸；
進一步的，所述保護軸承安裝於轉子軸的大圓柱段，內圈與大圓柱段間留有間隙；
進一步的，所述軸向位移檢測板通過螺紋配合關係安裝於大螺紋段，軸向位移檢測板下端面作為保護軸承的內圈限位面，下端面高出轉子臺階面外圓，其高度足夠擋住保護軸承內圈並與保護軸承之間留有間隙，在轉子軸向竄動過量時與保護軸承接觸，防止損壞磁軸承，軸向位移檢測板延徑向內側作為動平衡配重面，視情況安裝配重螺釘，延徑向外側作為軸向位移傳感器的檢測部分；
進一步的，所述葉輪安裝於轉子軸的小螺紋段的下半部分和小圓柱段，小螺紋段側面具有兩個防轉縱面，葉輪頂端開有與小螺紋段的防轉縱面配合的異形防轉孔，尾端開有與小圓柱段配合的圓柱孔，所述葉輪內圓柱孔與異形孔交界的臺階面在裝配時與轉子小螺紋段尾部臺階面之間有一定間隙，使葉輪的定位套筒下端面能夠壓緊位移檢測板對其進行軸向固定，軸向密封件安裝於葉輪的定位套筒與透平機殼體之間，與葉輪定位套筒接觸，放置透平機內流體通過轉子軸洩漏；
進一步的，所述鎖緊墊片加工有與小螺紋段配合的異形防轉孔；其中風帽內開有與小螺紋段尺寸對應的螺紋孔，通過螺紋壓緊鎖緊墊片葉輪，風帽尾部具有若干止動槽，上述鎖緊墊片具有若干對應的外止動耳，風帽安裝好後，在預緊力允許範圍內旋轉調整風帽位置，將鎖緊墊片的外止動耳掰進對應的風帽尾端的止動槽中。
進一步的，所述磁懸浮透平膨脹機轉子葉輪總成的定位方法，其特徵在於：通過風帽的壓緊實現所有活動裝配件的完全定位，具體的，風帽的軸向壓緊力通過墊片和葉輪傳遞到與轉子螺紋連接的軸向位移檢測板，在軸向壓緊力和螺紋連接的共同作用下實現其與轉子的完全固連，風帽和軸向位移檢測板共同對與轉子通過異型孔配合的葉輪和鎖緊墊片施加軸向壓緊力，在軸向壓緊力和相配合的異形軸孔共同作用下，實現葉輪、鎖緊墊片與轉子的完全固連，風帽由與轉子完全固連的鎖緊墊片的外止動耳鎖住防轉，在止動耳和螺紋連接的共同作用下實現風帽與轉子的完全固連。
本發明具有如下有益效果：（1）使用在轉子端部螺紋段兩側對稱銑配合縱面的方法，使該段螺紋集成了葉輪、鎖緊墊片防轉，風帽螺母壓緊的功能，省去了傳統的平鍵、鍵槽、鎖緊墊片內止動耳和對應的止動槽以及獨立的雙頭螺柱，同時避免了平鍵在轉子高速旋轉時在槽內徑向竄動帶來的動不平衡，由於省去鍵槽使得葉輪定位套筒可以做得很薄，結構簡單，裝配方便，使用可靠。
（2）葉輪套筒穿過軸向密封件壓緊軸向與轉子螺紋配合的位移檢測板，同時做到了軸向定位和周向定位，使其既可以作為位移檢測板，又可以作為動平衡配重板，同時作為保護軸承限位面，一舉多得，同時避免了熱套帶來的拆裝困難和額外緊固帶來的多餘零件，結構簡單實用，安全可靠。
附圖說明
圖1為轉子葉輪總成結構及其與磁懸浮透平膨脹機其他相關部件的位置關係圖；
圖2為轉子與位移檢測板及葉輪的配合；
圖3為轉子葉輪與鎖緊墊片的配合；
圖4為鎖緊墊片與風帽的配合
其中標號名稱：1—轉子；11—防轉縱面；12—小螺紋段；13—小圓柱段；14—大螺紋段；15—大圓柱段；2—葉輪；21—葉輪防轉孔；22—葉輪定位套筒；3—鎖緊墊片；31—墊片防轉孔；32—外止動耳；4—風帽；41—風帽螺紋孔；42—止動槽；5—位移檢測板；51—配重螺栓孔；52—螺紋孔；6—配重螺釘；7—軸向密封件；8—保護軸承；9—軸向位移傳感器；10—透平機殼體。
具體實施方式
請參照圖1—圖4所示，本發明磁懸浮透平膨脹機轉子葉輪總成及其定位方法,包括轉子1、安裝於轉子上的葉輪2、安裝於葉輪上的鎖緊墊片3、安裝於轉子上、由鎖緊墊片鎖緊的風帽4、安裝於轉子上、由葉輪壓緊的位移檢測板5、安裝於位移檢測板上的動平衡配重螺釘6
位移檢測板5首先旋入轉子大螺紋段14，其端面壓緊大螺紋尾端的臺階面，作為裝在大圓柱段15上的保護軸承8的近葉輪側位移限制面。位移檢測板延徑向外側作為軸向位移傳感器9的檢測面。葉輪2套入轉子1小圓柱段13上，葉輪定位套筒22尾部端面壓緊位移檢測板，套筒22筒壁與裝在透平機殼體10上的軸向密封件7過盈密封配合。葉輪防轉孔22的圓弧段直徑與轉子1的端部螺紋12直徑相同，平面段與轉子1的防轉縱面11過渡配合，做葉輪周向定位用。鎖緊墊片3壓於葉輪2上表面上，其墊片防轉孔31尺寸與葉輪防轉孔21相同，墊片防轉孔31兩平面段與轉子1的防轉縱面11過渡配合，進行周向定位。風帽4通過內部螺紋孔41擰入轉子1的端部螺紋段12並壓緊鎖緊墊片3，在預緊力允許範圍內將風帽4底端均布的止動槽42的其中一個對準鎖緊墊片3的一個外止動耳32，並將對應的外止動耳32掰進止動槽42中，防止風帽4轉動。
位移檢測板5延徑向內側均布配重螺紋孔，在轉子葉輪裝配完成後的動平衡測試中，將補償不平衡量的配重螺釘6擰入對應方位的螺紋孔中。位移檢測板5近葉輪側端面與葉輪2輪盤底端之間的距離大於配重螺釘6裝配所需距離。
鎖緊墊片3作為轉子葉輪防松關鍵部件，其墊片防轉孔31的防轉配合平面與轉子防轉配合面採用k7/h6過渡配合，葉輪防轉孔21與轉子1的防轉縱面11裝配長度較長，採用js7/h6過渡配合，方便裝配。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。