CN108412553B - 一种优化高速转子运行稳定性的轴结构及高速转子 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，所述轴上设有至少两个相连的旋转部件安装部，至少一个旋转部件安装部上设有凸起的支撑部，所述支撑部与相邻旋转部件安装部的连接处间隔设置；所述支撑部环绕轴的外表面，支撑部的中心线与轴的中心线重合。本发明在原有轴的基础上，增加旋转部件安装部附近的支撑部，支撑部均匀环绕轴的外表面，在高速运转的时候，转子即使连接部失去自动定心功能或可拆卸连接处发生磨损也能正常工作，达到转子在恶劣工况下仍能稳定、正常工作的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴结构及包含该轴结构的转子技术领域，具体涉及一种优化高速转子运行稳定性的轴结构及高速转子。
背景技术
当前，大多数燃气轮机转子级与级之间的连接方式是端齿连接，端齿连接的作用是可以实现运转中自动定心和传扭。但两端齿间的啮合十分依赖两端的螺栓预紧力压紧，当出现松动或者端齿出现磨损严重的情况，端齿连接的作用会失效，转子在高速运转的时候轻则发生转子碰摩，重则发生转子报废的重大事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有的转子在高速运转时级与级的连接处易出现松动或磨损严重，造成转子碰摩甚至报废的问题。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，所述轴上设有至少两个相连的旋转部件安装部，至少一个旋转部件安装部上设有凸起的支撑部，所述支撑部与相邻旋转部件安装部的连接处间隔设置；所述支撑部环绕轴的外表面，支撑部的中心线与轴的中心线重合。
进一步地，所述轴为变内径空心轴，包括相互连通的大径段和小径段，大径段的内径大于小径段的内径，大径段与轴上设置旋转部件安装部的位置相对应，小径段与轴上未设置旋转部件安装部的位置相对应。
进一步地，所述旋转部件安装部与支撑部个数相同，且一一对应。
进一步地，所述旋转部件安装部包括过渡段，过渡段的两端分别连接配合部和支撑部，过渡段的外径小于配合部的外径。进一步地，所述支撑部上开设有沿轴向贯穿的凹槽。
进一步地，所述旋转部件安装部、支撑部均与所述轴一体成型。
一种包含上述轴结构的高速转子，所述高速转子还包括至少两个套装在轴上的旋转部件，所述旋转部件与旋转部件安装部的位置一一对应，相邻旋转部件的端部可拆卸连接。
进一步地，所述旋转部件包括涡轮和压气机，涡轮和压气机的端部通过端齿啮合。
进一步地，所述支撑部与旋转部件之间过盈配合。
进一步地，所述旋转部件与支撑部边缘的接触点与旋转部件的边缘间隔设置。
本发明具有以下有益效果：
本发明在原有轴的基础上，增加旋转部件安装部附近的支撑部，支撑部均匀环绕轴的外表面，具有定心功能，从而将相邻旋转部件连接处的自动定心功能弱化了，在高速运转的时候，即使旋转部件连接处失去自动定心功能或可拆卸连接处发生磨损，转子也能正常工作，达到转子在恶劣工况下仍能稳定、正常工作的目的。
设置轴为变内径空心轴，平衡转子质量分布，使轴的刚度矩阵分布更加合理。
轴上配合部、过渡段和支撑部的设置，使轴上装配旋转部件后，在旋转部件的内壁面与轴的外壁面之间形成间隙通道，用于冷却气流进入和流出，使轴周围部件温度更加均匀，提高转子综合性能，延长使用寿命。
支撑部上开设凹槽，便于冷却气流进入和流出。
旋转部件与支撑部的接触点与旋转部件的边缘间隔设置，形成悬突，使转子在高速运转时延缓轴支撑部与旋转部件接触面发生滑移。
附图说明
图1是本发明实施例中轴的剖视图；
图2是本发明实施例中高速转子的结构图；
图3是图2中A-A面的剖视图；
图4是图3中B部的放大图；
图5是本发明实施例中高速转子第一支撑部处的剖视图；
图6是本发明实施例中高速转子第二支撑部处的剖视图。
其中，1-轴、11-旋转部件安装部、111-涡轮安装部、112-压气机安装部、113-连接处、12-支撑部、120-凹槽、121-第一支撑部、1211-支撑凸面、122-第二支撑部、1221-环状凸面、13-大径段、14-小径段、15-过渡段、16-配合部、17-圆角、2-旋转部件、21-涡轮、210-第一间隙通道、211-排气孔、22-压气机、220-第二间隙通道、23-内孔避空位、231-第一内孔避空位、232-第二内孔避空位、24-悬突、241-第一悬突、242-第二悬突、25-端齿。
具体实施方式
为了对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
本实施例提供一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，如图1所示，轴1的外表面一体成型有旋转部件安装部11和支撑部12。
轴1上有至少两个相连的旋转部件安装部11，至少一个旋转部件安装部11上设有凸起的支撑部12，支撑部12与相邻旋转部件安装部11的连接处113间隔设置。支撑部12均匀环绕轴1的外表面，其中心线与轴1的中心线重合，确保支撑部12在支撑旋转部件11的同时，还具有良好的定心功能，从而确保转子高速运转的稳定性。
作为进一步优选的技术方案，所述轴1上一体成型有两个旋转部件安装部11，分别为涡轮安装部111和压气机安装部112。涡轮安装部111上设有第一支撑部121，压气机安装部112上设有第二支撑部122，涡轮安装部111和压气机安装部112在连接处113连接，第一支撑部121、第二支撑部122均设置于连接处113的附近，与连接处113的间距为2-4mm，使支撑部的支撑定心效果更佳。
作为进一步优选的技术方案，所述轴1为变内径空心轴，包括相互连通的大径段13和小径段14，大径段13的内径大于小径段14的内径，大径段13与轴上旋转部件安装部11的位置相对应，小径段14与轴上未设置旋转部件安装部的位置相对应，本实施例中，旋转部件安装部11位于轴1的右侧，大径段13由轴1的右端向左延伸至旋转部件安装部11的左端，小径段14由轴1的左端向右延伸至旋转部件安装部11的左端。空心轴本身相较于实心轴的好处是传递相同扭矩的条件下，空心轴更节省材料，同时平衡高速转子的质量分布，使轴1的刚度矩阵分布更加合理。
作为进一步优选的技术方案，所述大径段13和小径段14的连接处为平滑的圆角过渡，避免连接处产生应力集中。
本实施例还提供一种包括上述轴结构的高速转子，如图2-3所示，所述高速转子还包括至少两个套装在轴1上的旋转部件2，所述旋转部件2与旋转部件安装部11的位置一一对应，相邻旋转部件2的端部可拆卸连接，所述相邻旋转部件的连接位置与上述轴上连接处113相对应。
作为进一步优选的技术方案，所述旋转部件2包括涡轮21和压气机22，涡轮21和压气机22之间通过端齿25啮合，涡轮21的内壁面末端设有排气孔211。结合图1所示，涡轮21套装在涡轮安装部111的外表面，压气机22套装在压气安装部112的外表面。
作为进一步优选的技术方案，所述支撑部12与旋转部件2之间过盈配合。即第一支撑部121与涡轮21之间过盈配合，第二支撑部122与压气机22之间过盈配合。
作为进一步优选的技术方案，结合图1、图4所示，所述旋转部件安装部11设有过渡段15，过渡段15的两端分别通过圆角17连接配合部16和支撑部12，过渡段15的外径小于配合部16和支撑部12的外径。作用是在轴1上装配旋转部件2后，过渡段15与旋转部件2之间产生使冷却气流进入和流出的间隙通道。如图3所示，即涡轮21的内壁面与过渡段15之间产生第一间隙通道210，压气机22的内壁面与过渡段15之间产生第二间隙通道220。
作为进一步优选的技术方案，如图5-6所示，所述支撑部12上开设有2-5个沿轴向贯穿的凹槽120，用于冷却气流进入和流出，本实施例不仅限于凹槽，或开设若干通孔，亦可实现。
如图5所示，第一支撑部121上的凹槽120的深度与支撑部12的高度相同或相近，凹槽120将第一支撑部121分成2-5均匀环绕轴1外壁的支撑凸面1211，因涡轮21需要大幅的将空气引入后再喷出，此时经过凹槽120冷却气体的流量较大，因此，第一支撑部121上的凹槽120尺寸较大，单个支撑凸面1211与涡轮21内壁面的接触面积为40-55mm2，轴向长度为8-14mm。如图6所示，第二支撑部122上的凹槽120尺寸较小，第二支撑部122的外表面为环状凸面1221，其轴向长度为为8-14mm。
作为进一步优选的技术方案，所述第一支撑部121包括3个支撑凸面1211。
使用时，涡轮21所需要的冷却气体由端齿25的啮合处经第一间隙通道210，从涡轮21尾部的排气孔211喷射而出。压气机22所需要的冷却气体由端齿25的啮合处依次经第二支撑部上的凹槽120和第二间隙通道220，对压气机22和轴1进行冷却。使轴1、涡轮21、压气机22等部件组成的转子温度更加均匀，进而提高转子寿命。
作为进一步优选的技术方案，如图3-4所示，所述旋转部件2的内壁面上与支撑部的内侧端点配合处设有内孔避空位23。即涡轮21的内壁面上与第一支撑部121的右侧端点配合处设有第一内孔避空位231，压气机22的内壁面上与第二支撑部122的左侧端点配合处设有第二内孔避空位232。内孔避空位23的设置有利于加工。
作为进一步优选的技术方案，如图3-4所示，所述旋转部件2与支撑部12的接触点与旋转部件2的边缘间隔设置，形成悬突24。即涡轮21内壁面左边缘相对于第一支撑部121的左边缘向左凸出，形成第一悬突241；压气机22内壁面的右边缘相对于第二支撑部122的右边缘向右凸出，形成第二悬突242。悬突的设置使转子在高速运转时延缓轴支撑部12与涡轮21或压气机22的接触面发生滑移。
本发明结构简单，易加工，改造成本低，仅通过支撑部，实现定心、支撑等多个作用，在消耗极少部分有用功的情况下，使转子形变量减小，降低转子部件和静子部件发生擦碰的概率，优化了整个转子稳定性能，获取最佳的综合效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，其特征在于，所述轴上设有至少两个相连的旋转部件安装部，旋转部件安装部上设有凸起的支撑部，所述支撑部与相邻旋转部件安装部的连接处间隔设置；所述支撑部环绕轴的外表面，支撑部的中心线与轴的中心线重合；旋转部件安装部包括涡轮安装部和压气机安装部，涡轮安装部上设有第一支撑部，压气机安装部上设有第二支撑部；第一支撑部、第二支撑部均设置于连接处的附近；所述支撑部上开设有沿轴向贯穿的凹槽；第一支撑部上的凹槽大于第二支撑部上的凹槽；所述旋转部件安装部包括过渡段，过渡段的两端分别连接配合部和支撑部，过渡段的外径小于配合部和支撑部的外径。
2.根据权利要求1所述的一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，其特征在于，所述轴为变内径空心轴，包括相互连通的大径段和小径段，大径段的内径大于小径段的内径，大径段与轴上旋转部件安装部相对应，小径段与轴上未设置旋转部件安装部的位置相对应。
3.根据权利要求1所述的一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，其特征在于，所述旋转部件安装部与支撑部个数相同，且一一对应。
4.根据权利要求1所述的一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，其特征在于，所述凹槽的数量为2-5个。
5.根据权利要求1所述的一种优化高速转子运行稳定性的轴结构，其特征在于，所述旋转部件安装部、支撑部均与所述轴一体成型。
6.一种包含权利要求1至5任意一项所述的轴结构的高速转子，其特征在于，所述高速转子还包括至少两个套装在轴上的旋转部件，所述旋转部件与旋转部件安装部的位置一一对应，相邻旋转部件的端部可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的高速转子，其特征在于，所述旋转部件包括涡轮和压气机，涡轮和压气机的端部通过端齿啮合。
8.根据权利要求6所述的高速转子，其特征在于，所述支撑部与旋转部件之间过盈配合。
9.根据权利要求6所述的高速转子，其特征在于，所述旋转部件的内壁面上与支撑部的内侧端点配合处设有内孔避空位。
10.根据权利要求6所述的高速转子，其特征在于，所述旋转部件与支撑部边缘的接触点与旋转部件的边缘间隔设置。
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