一种离心式压缩机的转子组件和离心式压缩机的制作方法

1.本实用新型涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种离心式压缩机的转子组件和离心式压缩机。


背景技术：

2.近年来，随着工业技术的不断发展，离心式压缩机组逐渐成为现代工业的核心设备。叶轮作为压缩机上唯一的对外做功元件，需要在压缩机运转过程传递主轴加载的扭矩，并承载由于叶轮进出口压差导致的轴向推力。为保证叶轮和主轴之间的连接强度，叶轮与主轴常通过过盈方式配合。
3.然而，针对低温运行的乙烯压缩机，叶轮和主轴所选用的材质应具有避免低温脆性的特殊要求，这将导致材料的屈服和抗拉强度下降，继而导致材料的强度和刚度的下降。在压缩机运行时，叶轮受到气流轴向力和温度场的同时作用，叶轮将产生变形，尤其是叶轮的后端将产生较大幅度的径向的形变，导致主轴与叶轮连接位置发生弯曲和凹陷等永久性形变，导致叶轮的位置偏移，待叶轮恢复形态时，叶轮与主轴之间将产生空隙，导致叶轮与主轴传动障碍，无法保证压缩机可靠运行。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种离心式压缩机的转子组件和离心式压缩机，主要通过设置内孔中第二区域的直径大于第一区域的直径，使得内孔在第二区域上与主轴之间有空隙，提供释放叶轮形变的空间，避免叶轮形变压坏主轴。
5.为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：
6.一方面，本实用新型提供了一种离心式压缩机的转子组件，包括：
7.主轴和叶轮；
8.叶轮包括轮毂和叶片，轮毂上设置有内孔，内孔包括位于轮毂相背两侧的第一端开口和第二端开口，叶片围绕内孔周向分布于轮毂上，叶片与第一端开口位于轮毂的同一侧；
9.内孔的侧壁包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域均为环形区域，第二区域与第二端开口连通，第二区域的直径大于第一区域的直径；
10.主轴穿接于内孔，第一区域与主轴抵接，第二区域与主轴之间具有空隙，空隙用于释放轮毂形变。
11.其中，第一区域和第二区域为相邻区域，第一区域与第一端开口相连通。
12.其中，第一区域的轴向宽度与第二区域的轴向宽度相同。
13.其中，第二区域的直径在远离第一区域的方向上逐渐增加。
14.其中，主轴上设置有第一键槽，内孔的侧壁上设置有第二键槽，第一键槽与第二键槽对应设置，第一键槽与第二键槽之间设置有连接键，连接键分别与第一键槽和第二键槽配合，以周向固定主轴和叶轮。
15.其中，第二键槽贯通于第一区域和第二区域。
16.其中，第一键槽包括平面槽底，第二键槽包括弧面槽壁；
17.连接键包括下表面和上表面，下表面为平面，上表面为圆弧面；
18.下表面嵌入第一键槽，上表面嵌入第二键槽，以对主轴和叶轮的周向限位。
19.另一方面，本实用新型实施例还提供一种离心式压缩机，包括上述任一项的离心式压缩机的转子组件，以及，
20.机壳、第一支撑轴承、第二支撑轴承和推力轴承；
21.离心式压缩机的转子组件转动连接于机壳，第一支撑轴承和第二支撑轴承位于机壳和主轴之间，且第一支撑轴承和第二支撑轴承分别位于主轴的两端；
22.推力轴承位于机壳和主轴之间，推力轴承与第一支撑轴承并列设置，且推力轴承位于第一支撑轴承相背于叶轮的一侧；
23.第一供油组件和第二供油组件，第一供油组件和第二供油组件分别设置于机壳的两端，第一支撑轴承和推力轴承均与第一供油组件连接，第二支撑轴承与第二供油组件连接；
24.机壳上还设置有第一回油通道和第二回油通道，第一回油通道连通于第一支撑轴承、推力轴承和第一供油组件，第二回油通道连通于第二支撑轴承和第二供油组件。
25.其中，第一供油组件包括第一供油腔、第一进油管路和第一出油管路，第一进油管路和第一出油管路分别与第一供油腔连通，第一供油腔与机壳连接，第一支撑轴承和推力轴承均位于第一供油腔内，第一回油通道与第一供油腔连通；
26.第二供油组件包括第二供油腔、第二进油管路和第二出油管路，第二进油管路和第二出油管路分别与第二供油腔连通，第二供油腔与机壳连接，第二支撑轴承位于第二供油腔中，第二回油通道与第二供油腔连通。
27.本实用新型提出的离心式压缩机的转子组件和离心式压缩机，主要通过设置内孔中第二区域的直径大于第一区域的直径，使得内孔在第二区域上与主轴之间有空隙，提供释放叶轮形变的空间，避免叶轮形变压坏主轴。现有技术中，叶轮受到气流轴向力和温度场的同时作用，叶轮将产生变形，尤其是叶轮的后方将产生径向的形变，将导致主轴与叶轮连接位置发生弯曲和凹陷等永久性形变，导致叶轮的位置偏移，待叶轮恢复形态时，叶轮与主轴之间将产生空隙，导致叶轮与主轴传动障碍，无法保证压缩机可靠运行。与现有技术相比，本技术文件中，叶轮的内孔在轴向上直径增加，使得叶轮内孔的部分侧壁与主轴抵接，另一部分侧壁与主轴之间具有空隙，当叶轮由于温度下降或者受力形变时，叶轮的径向形变将通过内孔与主轴之间的空隙释放，避免叶轮的内孔挤压主轴导致主轴形变，影响压缩机的正常运行。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例提供的一种离心式压缩机的整体结构示意图；
29.图2为本实用新型实施例提供的第一种离心式压缩机的转子组件的局部剖视结构示意图；
30.图3为本实用新型实施例提供的第一种离心式压缩机的转子组件中叶轮的剖视结构示意图；
31.图4为本实用新型实施例提供的第二种离心式压缩机的转子组件的局部剖视结构示意图；
32.图5为本实用新型实施例提供的第二种离心式压缩机的转子组件中叶轮的剖视结构示意图；
33.图6为本实用新型实施例提供的一种离心式压缩机的转子组件中主轴的局部结构示意图；
34.图7为本实用新型实施例提供的一种离心式压缩机的转子组件中叶轮在第一视角的结构示意图；
35.图8为本实用新型实施例提供的一种离心式压缩机的机壳的局部结构示意图。
具体实施方式
36.更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种离心式压缩机的转子组件其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
37.如图1-7所示，本实用新型实施例提供了离心式压缩机的转子组件，包括：
38.主轴10和叶轮20；
39.叶轮20包括轮毂21和叶片22，轮毂21上设置有内孔，内孔包括位于轮毂21相背两侧的第一端开口和第二端开口，叶片22围绕内孔周向分布于轮毂21上，叶片22与第一端开口位于轮毂21的同一侧；
40.内孔的侧壁包括第一区域211和第二区域212，第一区域211和第二区域212均为环形区域，第二区域212与第二端开口连通，第二区域212的直径大于第一区域211的直径；
41.主轴10穿接于内孔，第一区域211与主轴10抵接，第二区域212与主轴10之间具有空隙，空隙用于释放轮毂21形变。
42.主轴10连接外部驱动设备，叶轮20的数量为多个，叶轮20包括轮毂21和叶片22，轮毂21的中心开设有内孔，叶轮20通过内孔同轴套接在主轴10上。本实施方式中，叶轮20为六个。轮毂21固定于主轴10上，叶片22周向分布于轮毂21上，叶片22面向压缩机进气方向，即面向压缩机的前端，以下为方便描述，将轮毂21设置有叶片22的一端称为轮毂21的前端，将轮毂21上相背叶片22的一端称为轮毂21的后端。轮毂21的前端表面在靠近边沿的方向上逐渐向后端表面靠近，使得轮毂21呈中间厚，边沿薄的圆盘状结构，这样的结构使得轮毂21的后端成为轮毂21的主要受力区。当压缩机为乙烯压缩机时，轮毂21将受到压缩机工作环境温度场的影响，产生低温变形，导致轮毂21径向收缩，内孔相对轮毂21后端的区域的直径变化量将较大。当叶轮20通过高速旋转使气体的压力增加，高压气体将对叶轮20产生反作用力，使得叶轮20径向收缩，进一步导致内孔直径的变化。本实施方式中，内孔包括位于轮毂21前端的第一端开口，以及位于轮毂21后端的第二端开口，内孔的内壁包括直径较小的第一区域211和直径较大的第二区域212，第二区域212相较第一区域211更靠近轮毂21的后端，即内孔与主轴10之间包括贯通于第二端开口的空隙，当轮毂21形变时，内孔的收缩将通过空隙释放，不会由于内孔的收缩挤压主轴10而造成主轴10结构的破坏。第一区域211与主轴10抵接，保证叶轮20与主轴10连接的稳定性。
43.本实用新型提出的离心式压缩机的转子组件和离心式压缩机，主要通过设置内孔
中第二区域的直径大于第一区域的直径，使得内孔在第二区域上与主轴之间有空隙，提供释放叶轮形变的空间，避免叶轮形变压坏主轴。现有技术中，叶轮受到气流轴向力和温度场的同时作用，叶轮将产生变形，尤其是叶轮的后方将产生径向的形变，将导致主轴与叶轮连接位置发生弯曲和凹陷等永久性形变，导致叶轮的位置偏移，待叶轮恢复形态时，叶轮与主轴之间将产生空隙，导致叶轮与主轴传动障碍，无法保证压缩机可靠运行。与现有技术相比，本技术文件中，叶轮的内孔在轴向上直径增加，使得叶轮内孔的部分侧壁与主轴抵接，另一部分侧壁与主轴之间具有空隙，当叶轮由于温度下降或者受力形变时，叶轮的径向形变将通过内孔与主轴之间的空隙释放，避免叶轮的内孔挤压主轴导致主轴形变，影响压缩机的正常运行。本实用新型的叶轮与主轴装配结构，采用特殊低过盈、高强度传扭结构，在避免因过盈应力集中导致的主轴形变问题的前提下，满足叶轮传递扭矩的需要。解决了机组安装与运行超大温度差引起的装置配合难题。突破了大温变、高速转子的平稳运行难题。
44.第一区域211和第二区域212的具体结构和面积可根据需要进行调整，一些实施方式中，如图2-5所示，第一区域211和第二区域212为相邻区域，第一区域211与第一端开口相连通。即内孔的侧壁是由第一区域211和第二区域212组成的，仅包括第一区域211和第二区域212，进一步的，第一区域211的轴向宽度与第二区域212的轴向宽度相同，使得第一区域211和第二区域212的面积足够大，保证叶轮20与主轴10有效的抵接，以及对叶轮20形变量的有效释放。
45.第一区域211的面型为与主轴10侧壁相适配，使得第一区域211与主轴10侧壁抵接。第二区域212的面型可以为多种，旨在与主轴10之间形成空隙即可。一种实施方式中，如图2、3所示，第二区域212的直径在远离第一区域211的方向上不变，方便加工。或者，另一种实施方式中，如图4、5所示，第二区域212的直径在远离第一区域211的方向上逐渐增加，即第二区域212呈锥面，在靠近第一端开口的方向上直径增加，内孔与主轴10之间的空隙在靠近第一端开口的方向上逐渐增加，使得空隙的结构与叶轮20的形变趋势相匹配。
46.为保证主轴10和叶轮20之间的连接强度，减少第一区域211对主轴10的挤压，主轴10和叶轮20之间采用键连接的方式。一种实施例中，如图2、4、6-7所示，主轴10上设置有第一键槽11，内孔的侧壁上设置有第二键槽23，第一键槽11与第二键槽23对应设置，第一键槽11与第二键槽23之间设置有连接键30，连接键30分别与第一键槽11和第二键槽23配合，以周向固定主轴10和叶轮20。
47.采用键连接的方式，一方面保证主轴10和叶轮20周向相互固定，保证主轴10可以有效的带动叶轮20旋转，另一方面，键连接的方式使得主轴10和叶轮20的径向上有微小间隙，特别是在连接键30与第一键槽11连接的位置会有一定的配合间隙，以及在连接键30与第二键槽23连接的位置会有一定的配合间隙，相较主轴10和叶轮20过盈连接的方式，采用键连接，在保证传动效果的同时，对叶轮20的形变具有一定的兼容性，避免叶轮20压迫主轴10。
48.一种实施方式中，第二键槽23贯通于第一区域211和第二区域212，即第二键槽23贯通于第一端开口和第二端开口，方便加工和安装。或者，其它一些实施方式中，第二键槽23仅贯通第一端开口和第二端开口其中的一个，起到对叶轮20轴向定位的作用。
49.连接键30的结构可以为多种，如连接键30为平键、半圆键、锲形键、切向键其中的一种。或者，一种实施方式中，第一键槽11包括平面槽底，第二键槽23包括弧面槽壁，连接键
30包括下表面和上表面，下表面为平面，上表面为圆弧面。下表面嵌入第一键槽11，上表面嵌入第二键槽23，以对主轴10和叶轮20周向限位。
50.一种实施方式中，第一键槽11包括平面槽底以及围绕平面槽底一周并在远离平面槽底方向上延伸的槽壁，连接键30为半圆柱型，连接键30由下表面一侧嵌入第一键槽11，下表面与平面槽底抵接，连接键30嵌入第一键槽11的部分由平面槽底和槽壁共同限位。连接键30由上表面一侧嵌入第二键槽23，上表面与弧面槽壁抵接，且上表面与弧面槽壁之间可以相互活动，在叶轮20发生形变的情况下，通过上表面与弧面槽壁之间相对位置移动可进行叶轮20形变的释放，特别是针对叶轮20形变不均的情况下。此外，当平面槽底加工准确度有误差，如平面槽底的角度发生倾斜或有杂质导致不平整，半圆柱型的连接键30通过与第二键槽23的弧面槽壁的配合，可实现通过调整角度抵消平面槽底误差带来的影响。
51.一种实施方式中，如图1所示，主轴10上连接多个叶轮20，相邻叶轮20的键连接位置交错，也就是说，主轴10上的第一键槽11在轴向上交错设置，减小第一键槽11的设置对主轴10结构强度的影响。
52.另一方面，如图1、8所示，本实用新型实施例还提供一种离心式压缩机，包括上述任一项的离心式压缩机的转子组件，以及，
53.机壳40、第一支撑轴承51、第二支撑轴承52和推力轴承60。离心式压缩机的转子组件转动连接于机壳40，第一支撑轴承51和第二支撑轴承52位于机壳40和主轴10之间，且第一支撑轴承51和第二支撑轴承52分别位于主轴10的两端。推力轴承60位于机壳40和主轴10之间，推力轴承60与第一支撑轴承51并列设置，且推力轴承60位于第一支撑轴承51相背于叶轮20的一侧。第一供油组件71和第二供油组件72，第一供油组件71和第二供油组件72分别设置于机壳40的两端，第一支撑轴承51和推力轴承60均与第一供油组件71连接，第二支撑轴承52与第二供油组件72连接。机壳40上还设置有第一回油通道41和第二回油通道42，第一回油通道41连通于第一支撑轴承51、推力轴承60和第一供油组件71，第二回油通道42连通于第二支撑轴承52和第二供油组件72。
54.其中，机壳40两端分别设置第一轴承区43和第二轴承区44，第一支撑轴承51和推力轴承60位于第一轴承区43内，第二支撑轴承52设置于第二轴承区44内。第一支撑轴承51和第二支撑轴承52用于由两侧支撑主轴10，起到对主轴10的径向限位，推力轴承60起到对主轴10的轴向限位的作用，避免主轴10由于气流压力带来的轴向推力导致轴向移位。第一供油组件71和第二供油组件72用于为离心式压缩机提供润滑油。具体的，第一供油组件71用于为第一支撑轴承51和推力轴承60提供润滑油，第二供油组件72用于为第二支撑轴承52提供润滑油。为保证润滑油能够在轴承上流动以持续润滑，在第一支撑轴承51和推力轴承60设置位置处设置第一回油通道41，第一回油通道41连通第一轴承区43和机壳40第一端的端部，或者说机壳40前端的端部，使得润滑油能够由第一支撑轴承51和推力轴承60上通过第一回油通道41排出，使得第一支撑轴承51和推力轴承60上润滑油流动。在第二支撑轴承52的设置位置处设置第二回油通道42，第二回油通道42连通第二轴承区44和机壳40第二端的端部，或者说机壳40后端的端部，使得润滑油能够由第二支撑轴承52上通过第二回油通道42排出，使得第二支撑轴承52上润滑油流动。一种实施方式中，第一回油通道41包括主流道、第一支流道和第二支流道，第一支流道的一端与推力轴承60对应，第一支流道的另一端与主流道连通，第二支流道的一端与第一支撑轴承51对应，第二支流道的另一端与主流道
连通，主流道与机壳40的端部连通。
55.一种实施方式中，第一供油组件71包括第一供油腔711、第一进油管路712和第一出油管路713，第一进油管路712和第一出油管路713分别与第一供油腔711连通，第一供油腔711与机壳40连接，第一支撑轴承51和推力轴承60均位于第一供油腔711内，第一回油通道41与第一供油腔711连通。第二供油组件72包括第二供油腔721、第二进油管路722和第二出油管路723，第二进油管路722和第二出油管路723分别与第二供油腔721连通，第二供油腔721与机壳40连接，第二支撑轴承52位于第二供油腔721中，第二回油通道42与第二供油腔721连通。
56.第一供油腔711和第二供油腔721分别连接于机壳40的前端和机壳40的后端，起到提供润滑油和密封作用。第一进油管路712向第一供油腔711传输润滑油，润滑油经由第一供油腔711进入第一支撑轴承51和推力轴承60，为第一支撑轴承51和推力轴承60提供润滑，流过第一支撑轴承51和推力轴承60的润滑油经由第一回油通道41排向第一供油腔711，继而由第一出油管路713排出。第二进油管路722向第二供油腔721传输润滑油，润滑油经由第二供油腔721进入第二支撑轴承52，为第二支撑轴承52提供润滑，流过第二支撑轴承52的润滑油经由第二回油通道42排向第二供油腔721，继而由第二出油管路723排出。其中，第一回油通道41和第二回油通道42均位于主轴10的下方。
57.此外，本实用新型提出的离心式压缩机采用深冷处理工艺方法进行铸造，该方法包括调质处理、双正火加回火处理、双相区淬火加回火处理等过程，并通过各项检测确定双相区淬火加回火处理可以达到最好的强度韧性配合，尤其是使材料在热处理后具有良好的低温韧性。有效提高了转子组件的低温尺寸稳定性，解决了转子组件的应力和形变问题，确保离心式压缩机的安全运行。
58.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。