一种轴向平衡高速旋转转子总成的制作方法

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1.本实用新型涉及一种轴向平衡高速旋转转子总成。


背景技术：

2.在高速离心压缩机中，转子总成是高速离心压缩机的做功部件，主要由转子、叶轮、止推盘等元件组成，通过转子带动叶轮高速旋转对气体作功，使气体获得压力能和速度能。现在的转子总成中，止推盘是通过螺钉安装在芯轴上的，需要在芯轴上加工螺纹孔，不仅加工复杂，安装麻烦，而且会影响芯轴的刚度。另外，转子的结构形式对旋转速度的提升起到举足轻重的作用。传统的转子，内部都安装有磁钢，磁钢外部通过耐高温不导磁材料包覆，但是现在的转子安装结构复杂，而且高速离心压缩机中的转子都是通过径向空气轴承进行支撑，转子外表面与空气轴承接触，时间久了容易对转子造成磨损，影响旋转精度；当转子长时间做高转速时，转子外部会产生热量，造成转子温度升高，当转子温度过高时，容易导致转子变形，影响转子的寿命。另外，现在的转子左右对称性差，左右两侧重量不同，平衡性差，在十几万转速情况下高速旋转时，左右两侧的差异会更加放大化，会影响转子的稳定性，对转子旋转速度的提升也会造成一定影响。
3.综上，高速离心压缩机的转子总成问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

4.本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种轴向平衡高速旋转转子总成，解决了以往在芯轴上开设螺纹孔工艺复杂、组装麻烦、影响芯轴刚度的问题。
5.本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种轴向平衡高速旋转转子总成，包括转子，所述转子的一端安装有止推盘、压缩端密封套环和压缩叶轮，另一端安装有膨胀端密封套环和膨胀叶轮，所述压缩端密封套环将止推盘压紧在转子一端的阶梯端面上，压缩叶轮将压缩端密封套环压紧在止推盘端面上，压缩叶轮的外端通过螺纹安装在转子上的压紧螺母压紧固定；所述膨胀叶轮将膨胀端密封套环压紧在转子另一端的阶梯端面上，膨胀叶轮的外端通过螺纹安装在转子上的压紧螺母压紧固定。
7.所述止推盘、压缩端密封套环、压缩叶轮的重量之和与膨胀端密封套环、膨胀叶轮的重量之和相同。
8.所述转子包括中间套筒，所述中间套筒内安装磁钢，磁钢的两端分别设有芯轴，芯轴靠近磁钢的一端外侧设有压紧轴套，压紧轴套与中间套筒固定连接，压紧轴套用于将芯轴与磁钢压紧固定，所述压紧轴套与中间套筒为耐高温不导磁材料，所述压紧轴套的外表面设有耐磨涂层。
9.所述磁钢设在中间套筒内部中间位置，磁钢两端的芯轴和压紧轴套对称设置。
10.所述芯轴的外表面设有轴肩，压紧轴套的内侧设有挡台，芯轴与压紧轴套之间过盈配合压装连接。
11.所述压紧轴套插装在中间套筒内部，压紧轴套与中间套筒之间过盈配合压装连接，且连接处外边缘焊接固定。
12.所述芯轴与压紧轴套靠近磁钢的一端端面齐平且与磁钢端面接触配合。
13.所述芯轴远离磁钢的一端外表面设有若干个用于减轻重量的环形槽。
14.所述压紧轴套与中间套筒的材质包括镍基高温合金。
15.所述芯轴的材质包括9cr18、9cr18mo或9cr18mov不锈钢。
16.本实用新型采用上述方案，具有以下优点：
17.通过压紧螺母依次将压缩叶轮、压缩端密封套环和止推盘压紧在转子的一端，通过压紧螺母依次将膨胀叶轮和膨胀端密封套环压紧在转子的另一端，简化了工艺，组装方便快捷，无需对转子进行开孔，保证了转子刚度。
18.通过两侧的压紧轴套将两侧的芯轴分别与磁钢压紧固定，压紧轴套再与中间套筒固定连接，简化了组装工艺，提高了组装效率，压紧轴套的外表面设有耐磨涂层，耐磨涂层与径向空气轴承接触，耐磨性能大大提升，避免了转子磨损，提升了旋转精度，压紧轴套与中间套筒为耐高温不导磁材料，避免了转子外部发热、转子温度升高的情况，保证了转子的使用寿命；转子两侧对称设置，重量相同，平衡性好，高速旋转时稳定性好，有利于旋转速度的提升。
附图说明：
19.图1为本实用新型的立体结构示意图。
20.图2为本实用新型的剖视结构示意图。
21.图中，1、中间套筒，2、磁钢，3、芯轴，4、压紧轴套，5、环形槽，6、转子，7、止推盘，8、压缩端密封套环，9、压缩叶轮，10、膨胀端密封套环，11、膨胀叶轮，12、压紧螺母。
具体实施方式：
22.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。
23.如图1-2所示，一种轴向平衡高速旋转转子总成，包括转子6，所述转子6的一端安装有止推盘7、压缩端密封套环8和压缩叶轮9，另一端安装有膨胀端密封套环10和膨胀叶轮11，所述压缩端密封套环8将止推盘7压紧在转子6一端的阶梯端面上，压缩叶轮9将压缩端密封套环8压紧在止推盘7端面上，压缩叶轮9的外端通过螺纹安装在转子6上的压紧螺母12压紧固定；所述膨胀叶轮11将膨胀端密封套环10压紧在转子6另一端的阶梯端面上，膨胀叶轮11的外端通过螺纹安装在转子6上的压紧螺母12压紧固定。具体的，止推盘7、压缩端密封套环8是安装在转子6一端的压紧轴套4上，压缩叶轮9是安装在转子6一端的芯轴3上，膨胀端密封套环10是安装在转子6另一端的压紧轴套4上，膨胀叶轮11是安装在转子6另一端的芯轴3上，压紧螺母12也是螺纹安装在芯轴3上。
24.所述止推盘7、压缩端密封套环8、压缩叶轮9的重量之和与膨胀端密封套环10、膨胀叶轮11的重量之和相同，以保证高速旋转时的平衡性及稳定性。
25.所述转子6包括包括中间套筒1，所述中间套筒1内安装磁钢2，磁钢2的两端分别设有芯轴3，芯轴3靠近磁钢2的一端外侧设有压紧轴套4，压紧轴套4与中间套筒1固定连接，压
紧轴套4用于将芯轴3与磁钢2压紧固定，简化了组装工艺，提高了组装效率，所述压紧轴套4与中间套筒1为耐高温不导磁材料，避免了转子外部发热、转子温度升高的情况，保证了转子的使用寿命；所述压紧轴套4的外表面设有耐磨涂层，耐磨涂层与径向空气轴承接触，耐磨性能大大提升。
26.所述磁钢2设在中间套筒1内部中间位置，磁钢2两端的芯轴3和压紧轴套4对称设置，两侧重量相同，平衡性好，高速旋转时稳定性好，有利于旋转速度的提升。
27.所述芯轴3的外表面设有轴肩，压紧轴套4的内侧设有挡台，芯轴3与压紧轴套4之间过盈配合压装连接。
28.所述压紧轴套4插装在中间套筒1内部，压紧轴套4与中间套筒1之间过盈配合压装连接，且连接处外边缘焊接固定，以增加连接强度。
29.所述芯轴3与压紧轴套4靠近磁钢2的一端端面齐平且与磁钢2端面接触配合，使整体结构更加紧凑，而且当芯轴3受外力冲击时，芯轴3与磁钢2之间面与面接触面积大，可避免磁钢2受力破裂。
30.所述芯轴3远离磁钢2的一端外表面设有若干个用于减轻重量的环形槽5，整体重量减轻后更加有利于旋转速度的提升。
31.所述压紧轴套4与中间套筒1的材质包括镍基高温合金，镍基高温合金指的是以镍为基体(含量一般大于50％)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。具体的，本实用新型可采用gh4145合金，属于耐高温不导磁材料，gh4145合金具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，800℃以下具有较高的强度，540℃以下具有较好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。
32.所述芯轴3的材质包括9cr18、9cr18mo或9cr18mov不锈钢，硬度高，耐蚀性好，韧性强。
33.所述耐磨涂层包括氮化钛涂层，硬度高，耐磨性能好，而且耐高温，与径向空气轴承接触时稳定性好，寿命长。
34.工作原理：
35.工作时，转子6带动压缩叶轮9高速旋转，用于对空气进行增压，向燃料电池输送空气，而膨胀叶轮11用于回收燃料电池电堆排出的气体能量，给转子6提供助力。压缩端密封套环8与压缩端的扩压器配合实现压缩腔与电机腔的密封，膨胀端密封套环10与膨胀端的导向器配合实现膨胀腔与电机腔的密封。
36.上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
37.本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。