用于悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构的制作方法

1.本实用新型涉及膨胀机技术，尤其涉及悬臂离心膨胀机叶轮的超速试验技术。


背景技术：

2.叶轮式膨胀机因其高转速、高效率的特点在低温制冷、能量回收等应用领域得到了不断拓展。当前应用较多的叶轮式膨胀机多是向心式，向心式的膨胀机叶轮技术成熟、质量轻，但却不适合于一些带液工况。因此，近些年针对高焓降带有相变工况的离心式膨胀机被研制出来并得到应用。离心膨胀机叶轮相比于向心叶轮叶片矮小、叶轮直径大，受限于结构强度需要增厚轮盘，即使采用材质强度优良的低密度钛合金材质，仍将不可避免地致使离心膨胀机的叶轮质量很重。特别是在一些单级膨胀工况中还出现了大悬臂的离心膨胀机。
3.相比于向心叶轮或者离心压缩机叶轮，悬臂离心膨胀机的叶轮单体厚重，在对悬臂离心膨胀机的叶轮做超速试验时，叶轮的振动较大，时常会发生试验设备报警停机的现象，影响超速试验的正常进行。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构，其能减小悬臂离心膨胀机叶轮在进行超速试验时的振动，以安全高效地完成叶轮的超速试验，且结构简单，易于装拆。
5.本实用新型实施例的一种用于悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构，包括叶轮、辅助轴和锁紧螺母；辅助轴为阶梯轴，阶梯轴包括外径较大的第一轴段和外径较小的第二轴段，在第一轴段与第二轴段之间形成轴肩，轴肩抵接叶轮的后端；第二轴段穿过叶轮的中心孔，锁紧螺母与第二轴段螺旋连接，并抵接叶轮的前端；叶轮的直径l1大于辅助轴的长度l2，第一轴段的长度l4小于l1/2，第一轴段的外径l5小于叶轮的厚度l3。
6.上述的叶轮辅助结构，其中，第一轴段的外周面为光面；第二轴段包括从外向内依次相连的动平衡支撑段、螺纹段和连接段，动平衡支撑段的外周面和连接段的外周面均为光面，动平衡支撑段的长度大于3cm，螺纹段与锁紧螺母螺旋连接，连接段与第一轴段相连，且连接段伸入叶轮的中心孔。
7.上述的叶轮辅助结构，其中，辅助轴的第二轴段与叶轮的中心孔之间为间隙配合。
8.本实用新型至少具有以下优点：
9.1、本实用新型实施例的叶轮辅助结构由待试验的离心叶轮与辅助轴组成，能减小悬臂离心膨胀机叶轮在进行超速试验时的振动，以安全高效地完成叶轮的超速试验；
10.2、本实用新型实施例的叶轮辅助结构的辅助轴通过锁紧螺母紧固于叶轮，辅助轴与叶轮的中心孔之间采用间隙配合，装配和拆卸都十分方便；
11.3、本实用新型实施例的辅助轴的第一轴段以及第二轴段的动平衡支撑段可作为叶轮动平衡试验中的支撑段，使得本实用新型实施例叶轮辅助结构既能用于单叶轮的动平
衡试验，又可直接用于超速试验，一举两得。
附图说明
12.图1示出了根据本实用新型实施例的用于悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构的剖面示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
14.请参考图1。根据本实用新型实施例的悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构包括叶轮1、辅助轴2、锁紧螺母3和垫片4。
15.叶轮1为需要进行超速试验的悬臂离心膨胀机的叶轮。
16.辅助轴2为阶梯轴，该阶梯轴包括外径较大的第一轴段21和外径较小的第二轴段22，在第一轴段21与第二轴段22之间形成轴肩23，轴肩23抵接叶轮1的后端。第二轴段22穿过叶轮1的中心孔10，锁紧螺母3和垫片4分别套设于第二轴段22外，锁紧螺母3与第二轴段22螺旋连接，并紧抵垫片4，使其抵接叶轮1的前端。
17.在另一实施例中，叶轮辅助结构未设置垫片4，锁紧螺母3与第二轴段22螺旋连接，并抵接叶轮1的前端。
18.叶轮1的直径l1大于辅助轴2的长度l2，第一轴段21的长度l4小于l1/2，第一轴段21的外径l5小于叶轮1的厚度l3。
19.转动惯量是反应转轴质量分布的力学参数。绕通过质心的对称轴的转动惯量称为极转动惯量，绕通过质心任一直径的转动惯量称为直径转动惯量。采用上述结构的叶轮辅助结构，超速试验时由该离心叶轮与辅助轴所组成的轴系的极转动惯量大于直径转动惯量，避免了在升速过程中发生轴系的跨临界问题，并减小了振动，从而可快速、安全、高效地完成悬臂离心膨胀机叶轮的超速试验，缩短了试验周期。
20.在本实施例中，第一轴段21的外周面为光面。第二轴段22包括从外向内依次相连的动平衡支撑段22a、螺纹段22b和连接段22c，动平衡支撑段22a的外周面和连接段22c的外周面为光面，动平衡支撑段22a的长度大于3cm，螺纹段22b与锁紧螺母3螺旋连接，连接段22c与第一轴段21相连，且连接段22c伸入叶轮1的中心孔10。
21.悬臂离心膨胀机的叶轮在放入超速机前，需对其做动平衡，以降低叶轮在旋转过程中残余的不平衡量引起大的振动。本实施例的辅助轴的第一轴段21以及第二轴段的动平衡支撑段22a可作为叶轮动平衡试验中的支撑段支撑在动平衡机上，使得本实用新型实施例叶轮辅助结构既能用于单叶轮的动平衡试验，又可直接用于超速试验，简化了操作步骤，提高了试验效率。
22.可选地，辅助轴2的第二轴段22与叶轮1的中心孔10之间为间隙配合，以便于拆装。
23.进一步地，第一轴端21的端面211上设有多个螺纹孔（图中未示出），该多个螺纹孔均匀分布，用于起吊或与超速机主轴连接。
24.本实施例的叶轮辅助结构由待试验的离心叶轮与辅助轴组成，超速试验时由该离心叶轮与辅助轴所组成的轴系的极转动惯量大于直径转动惯量，避免了在升速过程中的跨临界问题，从而能确保在超速试验过程中一次成功，快速、安全、高效地完成悬臂离心膨胀
机叶轮的超速试验，缩短了试验周期。
25.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。


技术特征：
1.一种用于悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构，其特征在于，包括叶轮、辅助轴和锁紧螺母；所述辅助轴为阶梯轴，所述阶梯轴包括外径较大的第一轴段和外径较小的第二轴段，在所述第一轴段与所述第二轴段之间形成轴肩，所述轴肩抵接所述叶轮的后端；所述第二轴段穿过所述叶轮的中心孔，所述锁紧螺母与第二轴段螺旋连接，并抵接所述叶轮的前端；所述叶轮的直径l1大于所述阶梯轴的长度l2，所述第一轴段的长度l4小于l1/2，所述第一轴段的外径l5小于所述叶轮的厚度l3。2.如权利要求1所述的叶轮辅助结构，其特征在于，所述第一轴段的外周面为光面；所述第二轴段包括从外向内依次相连的动平衡支撑段、螺纹段和连接段，所述动平衡支撑段的外周面和所述连接段的外周面均为光面，所述动平衡支撑段的长度大于3cm，所述螺纹段与所述锁紧螺母螺旋连接，所述连接段与所述第一轴段相连，且所述连接段伸入所述叶轮的中心孔。3.如权利要求1所述的叶轮辅助结构，其特征在于，所述的叶轮辅助结构包括垫片，所述垫片套设于所述第二轴段外，并位于所述锁紧螺母与所述叶轮的前端之间。4.如权利要求1所述的叶轮辅助结构，其特征在于，所述辅助轴的第二轴段与所述叶轮的中心孔之间为间隙配合。5.如权利要求1所述的叶轮辅助结构，其特征在于，所述第一轴段的端面上设有多个螺纹孔。

技术总结
一种用于悬臂离心膨胀机叶轮超速试验的叶轮辅助结构，包括叶轮、辅助轴和锁紧螺母；辅助轴为阶梯轴，阶梯轴包括外径较大的第一轴段和外径较小的第二轴段，在第一轴段与第二轴段之间形成轴肩，轴肩抵接叶轮的后端；第二轴段穿过叶轮的中心孔，锁紧螺母与第二轴段螺旋连接，并抵接叶轮的前端；叶轮的直径L1大于辅助轴的长度L2，第一轴段的长度L4小于L1/2，第一轴段的外径L5小于叶轮的厚度L3。本实用新型能减小悬臂离心膨胀机叶轮在进行超速试验时的振动，以安全高效地完成叶轮的超速试验。以安全高效地完成叶轮的超速试验。以安全高效地完成叶轮的超速试验。


技术研发人员：申迎峰 马永军 罗建根 刘敏 龚丽琴
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一一研究所
技术研发日：2021.11.11
技术公布日：2022/6/24