叶轮传动结构及离心式压缩机的制作方法

本实用新型涉及转动传动技术，尤其涉及一种叶轮传动结构及离心式压缩机。

背景技术：

目前为了避免离心压缩机叶轮在转矩传动时出现应力集中的现象，多采用无键连接的转矩传动结构。而为了保证转矩所需的摩擦力，需要采用液压拉伸、螺母锁紧的方式，通过锁紧螺母的螺纹紧固力来使叶轮与背后台阶产生足够的摩擦力以传递转矩。该结构虽然可以解决应力集中的问题，但需要专用油压设备和轴拉伸工装，装配过程需要逐级加入油压，并对轴的变形进行记录，防止过拉伸、破坏主轴强度，并且对操作人员专业水平要求很高，给生产、售后装配、拆卸等环节带来极大不便，制约着生产效率的提升和售后的维护进度，也造成了较高的人力物力成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种叶轮传动结构及离心式压缩机，能够确保叶轮在高速运转时的运行可靠性，并提高叶轮装拆效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种叶轮传动结构，包括：转子轴、叶轮和至少两个半长圆柱键，所述叶轮套设在所述转子轴上，并通过所述至少两个半长圆柱键与所述转子轴实现多键传动；在所述转子轴上还设有将所述叶轮锁紧在所述转子轴上的螺纹锁紧结构。

进一步地，所述半长圆柱键包括一体制成的半长圆柱部和直四棱柱部，所述半长圆柱部与所述直四棱柱部之间平滑过渡。

进一步地，所述叶轮上设有半长圆柱形键槽，所述转子轴上对应于所述半长圆柱形键槽的位置设有平键槽，所述半长圆柱部和一部分直四棱柱部设在所述半长圆柱形键槽内，另一部分直四棱柱部设在所述平键槽内。

进一步地，所述至少两个半长圆柱键在所述转子轴的圆周方向上均匀间隔布置。

进一步地，所述半长圆柱键与所述半长圆柱形键槽接触的有效高度h为所述半长圆柱键的有效高度H的0.6～0.75倍。

进一步地，所述半长圆柱键与所述半长圆柱形键槽过渡配合，并且所述半长圆柱键与所述半长圆柱形键槽的径向间隙Δh为0.3～0.5mm。

进一步地，所述半长圆柱键的宽高比B/H为0.5～2。

进一步地，每个所述叶轮与所述转子轴之间设置的所述半长圆柱键的数量为2～3个。

进一步地，所述转子轴与所述叶轮过盈配合。

进一步地，所述螺纹锁紧结构包括锁紧螺母、防松螺纹件和设置在所述转子轴端部的螺纹结构，所述防松螺纹件和所述锁紧螺母依次旋紧在所述转子轴端部的螺纹结构上。

进一步地，所述螺纹结构包括分别与所述锁紧螺母和所述防松螺纹件配合的第一螺纹部和第二螺纹部，所述第一螺纹部与所述第二螺纹部旋向相反。

进一步地，所述第一螺纹部为设置在所述转子轴端部外周的外螺纹，所述第二螺纹部为设置在从所述转子轴的端部平面向所述叶轮的安装位置延伸的内螺纹。

进一步地，所述转子轴端部包括沿所述转子轴的端部平面向所述叶轮的安装位置延伸的第二端部段和第一端部段，所述第一螺纹部为设置在所述第一端部段外周的外螺纹，所述第二螺纹部为设置在所述第二端部段外周的外螺纹。

进一步地，所述第一螺纹部的公称直径M1为所述第二螺纹部的公称直径M2的2～3倍。

进一步地，所述第一螺纹部的螺纹长度L1不小于10倍的螺距P1，和/或所述第二螺纹部的螺纹长度L2不小于5倍的螺距P2。

进一步地，所述防松螺纹件的外轮廓呈伞形，且所述锁紧螺母与所述防松螺纹件的外轮廓呈流线型并平滑过渡。

进一步地，在所述锁紧螺母的外周上设有用于工装装配的装配槽。

进一步地，所述装配槽的数量为4～8个，均匀分布在所述锁紧螺母的外周上。

进一步地，所述装配槽的截面直径为10～15mm。

进一步地，所述叶轮包括至少两级叶轮盘，分别套设在所述转子轴的不同轴向位置，并通过支撑套和/或转子轴台阶进行分隔。

进一步地，所述支撑套与所述转子轴过盈配合，过盈量为0.03～0.2mm。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种离心式压缩机，包括前述的叶轮传动结构。

基于上述技术方案，本实用新型采用多个半长圆柱键实现转子轴和叶轮之间的传动，并通过螺纹锁紧结构实现叶轮在转子轴上的锁紧。通过半长圆柱键传递扭矩，可以大幅减少轴向锁紧力，有效地降低叶轮键槽根部的应力集中，并能够增加与叶轮之间的有效接触面积，因此使得叶轮在高速转动时的传动过程更加可靠，同时使得叶轮传动结构对螺纹锁紧结构的锁紧力要求降低，无需使用实现大锁紧力的油压工装，因此能够极大程度地提高生产和售后等环节的叶轮装拆效率，提高综合效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型叶轮传动结构的一实施例的结构示意图。

图2为图1中AA截面的示意图。

图3为图2中半长圆柱键及键槽的配合结构示意图。

图4为图1实施例中螺纹锁紧结构的放大示意图。

图5为本实用新型叶轮传动结构实施例中锁紧螺母的结构示意图。

图6为本实用新型叶轮传动结构的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本实用新型叶轮传动结构的一实施例的结构示意图。结合图2-图5，本实施例的叶轮传动结构包括：转子轴1、叶轮和至少两个半长圆柱键4。叶轮套设在转子轴1上，并通过至少两个半长圆柱键4与转子轴1实现多键传动。叶轮与转子轴1的装配优选采用转子轴1与叶轮过盈配合，以确保两者之间的同心度满足较高的要求。在转子轴1上还设有将叶轮锁紧在转子轴1上的螺纹锁紧结构。该螺纹锁紧结构配合多个半长圆柱键4的键传动可以省去油压工装的使用，极大程度地提高生产和售后等环节的叶轮装拆效率，提高经济效益。

参考图3，半长圆柱键4整体可包括一体制成的半长圆柱部和直四棱柱部，且半长圆柱部与直四棱柱部之间平滑过渡。在图3中可以看到，半长圆柱键4在横截面上呈上圆下方的整体形状，其上部为圆弧，与其配合的是叶轮2上设置的半长圆柱形键槽21。半长圆柱键4的半长圆柱部和一部分直四棱柱部设在半长圆柱形键槽内，由于半长圆柱形键槽21的根部也为圆弧，因此其与半长圆柱键4的上部圆弧的配合可以减少应力集中现象。叶轮2上的半长圆柱形键槽21的侧边与半长圆柱键4的侧边能够形成较大的有效接触面积，减少半长圆柱形键槽21上受压面的应力。转子轴1上对应于半长圆柱形键槽21的位置可设置平键槽14，半长圆柱键4的另一部分直四棱柱部设在平键槽14内。

通过多键传递扭矩，可以大幅减少轴向锁紧力，而为了防止真个轴系发生质心偏移，优选将至少两个半长圆柱键4在转子轴1的圆周方向上均匀间隔布置。对于叶轮来说，为了降低重量可能选择质地相对较软、容易变形的材料，例如铝合金材料等，相应的叶轮2上的半长圆柱形键槽21的侧边与半长圆柱键4的侧边需要形成更大的有效接触面积，以减少半长圆柱形键槽21上受压面的应力，减少其受压变形的程度。基于这一目的，参考图3，优选半长圆柱键4与半长圆柱形键槽21接触的有效高度h(即为半长圆柱键4与半长圆柱形键槽21发生接触的高度)为半长圆柱键4的有效高度H(即为半长圆柱键4的直四棱柱部的高度)的0.6～0.75倍，选择合适的有效高度h既能够实现扭矩的可靠传递，又能够减少叶轮键槽的变形程度。另一方面，半长圆柱键4可以与半长圆柱形键槽21过渡配合，并且半长圆柱键4与半长圆柱形键槽21的径向间隙Δh优选为0.3～0.5mm，以便确保键槽配合的安装到位。

为了能够使半长圆柱键4承受足够的剪切应力，优选使半长圆柱键4的宽度B和有效高度H的比值(宽高比B/H)为0.5～2。该具体宽高比的选择可视叶轮传动机构所适用的场合而定。另外，由于半长圆柱键4相较于其他形状的键尺寸更大，传动性能也更好，因此在数量上无需过多，优选每个叶轮与转子轴1之间设置的半长圆柱键4的数量为2～3个。至于半长圆柱键4的长度则可根据转子轴的结构尺寸而定。

前面背景技术中提到现有无键转矩传动结构依赖于叶轮与转子轴上的台阶之间的摩擦力来传递转矩，因此锁紧螺母需要提供较大的轴向力，必须使用油压打紧，而上述本实用新型实施例中采用了多个半长圆柱键4通过对叶轮键槽的侧向挤压面的挤压来传递扭矩的方式，对于螺纹锁紧结构的锁紧力的要求相对较低，一般来说只需要螺纹锁紧结构能够不松脱即可，因此无需采用油压打紧，进而使装配过程更加简便。这种情形下，锁紧系数可控制在1～2。根据本实用新型叶轮传动结构不同的应用场景，螺纹锁紧结构可根据需要进一步实现抵消叶轮高速旋转时的气动轴向力和分担部分的转矩传递的要求，这种情形下锁紧系数可控制在2～6之间，随转矩的增加锁紧系数可相应增大。具体来说，参考图1，气动轴向力表示为f，锁紧系数表示为α，轴向锁紧力表示为F的话，则F＝f*α。对于较大的锁紧系数，也可以根据需要使用能够获得较大锁紧力的打紧工艺等。

参考图1和图4，螺纹锁紧结构包括锁紧螺母5、防松螺纹件6和设置在转子轴1端部的螺纹结构，防松螺纹件6和锁紧螺母5依次旋紧在转子轴1端部的螺纹结构上。锁紧螺母5通过抵靠叶轮的轴向侧壁来实现轴向上对叶轮的锁紧作用，而防松螺纹件能够对锁紧螺母5形成松脱方向的限制，防止锁紧螺母5在工作中脱落而造成严重事故。为了获得良好的防松效果，优选螺纹结构包括分别与锁紧螺母5和防松螺纹件6配合的第一螺纹部12和第二螺纹部13,15，第一螺纹部12与第二螺纹部13,15旋向相反。这种螺纹旋向相反的螺纹锁紧结构能够实现反向防松作用，换句话说，对于同一个运动方向防松螺纹件6的旋向与锁紧螺母5的旋向是相反的，锁紧螺母5的松脱方向恰好是防松螺纹件6的旋紧方向，因此锁紧螺母5在防松螺纹件6的限制下即便受到来自另一侧叶轮很大的轴向作用力时仍然不会发生松脱，从而确保了螺纹锁紧结构的可靠性。

参考图4，第一螺纹部12为设置在转子轴1端部外周的外螺纹，第二螺纹部13为设置在从转子轴1的端部平面向叶轮的安装位置延伸的内螺纹。锁紧螺母5的内螺纹51与第一螺纹部12螺纹配合，防松螺纹件6上设有外凸的外螺纹段61，其插入转子轴1的端部平面，并与第二螺纹部13螺纹配合。这样可以使第二螺纹部12和第二螺纹部13在转子轴的轴线方向上存在至少部分长度的重合，以减少转子轴1的悬臂端长度，使整体的质量中心向远离转子轴1的悬臂端的一侧移动，使得叶轮和转子轴在高速旋转下能够始终保持较高的平衡度，增强转子轴的抗挠性，从而确保叶轮传动结构长期运行的可靠性。在此防松螺纹件6的结构下，其端部可设置内六角形工装孔，一边利用该工装孔进行打紧操作。

在图6所示的另一种叶轮传动结构的实施例中，转子轴1端部包括沿转子轴1的端部平面向叶轮的安装位置延伸的第二端部段和第一端部段，第一螺纹部12为设置在第一端部段外周的外螺纹，第二螺纹部15为设置在第二端部段外周的外螺纹。锁紧螺母5的内螺纹51与第一螺纹部12螺纹配合，防松螺纹件6上设有内螺纹段，其与第二螺纹部15螺纹配合。本实施例尤其适合于转子轴较细，难以设置内螺纹的第二螺纹部的情形。

在上述叶轮传动结构实施例中，第一螺纹部12的公称直径M1优选为第二螺纹部13,15的公称直径M2的2～3倍，以确保螺纹强度满足轴向锁紧力的要求。对于第一螺纹部12的公称直径M1的大小，通常可由转子轴的结构尺寸进行确定，通常M1要不大于叶轮与转子轴的配合直径。另外，优选第一螺纹部12的螺纹长度L1不小于10倍的螺距P1和/或第二螺纹部13,15的螺纹长度L2不小于5倍的螺距P2，以确保螺纹强度满足轴向锁紧力的要求。

在螺纹锁紧结构的外轮廓形状上，优选防松螺纹件6的外轮廓呈伞形，且锁紧螺母5与防松螺纹件6的外轮廓呈流线型并平滑过渡。这样可以有效地减少轴端面积，缓解轴端气流冲击，保证轴向气流平稳过渡，提高气流的流动性能。配合前述防松螺纹件6和锁紧螺母5的内外反向螺纹的锁紧防松结构，能够使转子轴具备更优的抗挠性的同时，还提高了轴向气流的流动性能。

参考图5，为了方便锁紧螺母5的打紧，优选在锁紧螺母5的外周上设置用于工装装配的装配槽52。该装配槽52的数量优选为4～8个，且均匀分布在锁紧螺母5的外周上。其数量可根据轴向锁紧力F的要求进行设定，通常来说F越大，则相应的装配槽52的数量可设置越多。而装配槽52的截面直径优选为10～15mm，以便于将锁紧螺母52安装到位。

在上述叶轮传动结构实施例中，在转子轴1上可以只设置单叶轮。在图1和图6实施例中，则叶轮可以包括两级叶轮盘2和3，而在其他实施例中，叶轮也可以包括多于两级的叶轮盘。各级叶轮盘均可通过至少两个半长圆柱键4进行键传动。对于至少两级叶轮盘来说，各级叶轮盘可以分别套设在转子轴1的不同轴向位置，并通过支撑套7和/或转子轴台阶11进行分隔。支撑套7与转子轴1优选过盈配合，过盈量为0.03～0.2mm，用来确保支撑套与转子轴1之间具备足够的粘合力以传递扭矩。支撑套7分别与不同级的叶轮盘的相接位置的直径尺寸可以与对应的叶轮盘的连接直径尺寸一致，以便使气动流道更加顺畅。

上述叶轮传动结构适合于各种需要实现转子轴和叶轮之间传动的设备或系统。本实用新型还提供了一种包括了前述叶轮传动结构实施例的离心式压缩机。离心式压缩机中的叶轮传送机构需要高速运转，并且在轴向上具有流动气流，而本实用新型的叶轮传动结构实施例能够在高速转动下确保传动的可靠性，并使得气流流动顺畅，另一方面还通过简化叶轮的装拆工艺，提升离心式压缩机整体的装拆效率，从而提高综合效益。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。