專利名稱：一種大型軸流式壓縮機轉子軸的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于回轉軸流式壓縮機的轉子軸，特別涉及大型軸流式壓縮機的轉子 軸O
背景技術：
回轉軸流式壓縮機是一種提供壓縮氣體的透平機械設備，是石油、化工、冶金、環 保、制藥、制氨等大型供風、氣體壓縮的重要動力設備，主要是由主機、齒輪箱、電機等幾大 主體部件組成，其中主機是軸流式壓縮機最為重要的部分，而轉子更是主機的“心臟”，按照 行業慣例，當轉子軸的葉片安裝段直徑大于710mm即為大型軸流式壓縮機轉子軸。對于軸 流式壓縮機來說，由于進、排氣端的壓力差和被壓縮氣體的反作用力，轉子軸會受到由排氣 端指向進氣端的較強的軸向力，為了保證轉子正常工作，需要設置平衡該軸向力的結構。現 有的平衡機構由高壓平衡管道和止推軸承構成的，即在軸流式壓縮機主機上設計有一個高 壓平衡管道，高壓平衡管道是將排氣端的高壓氣體引向進氣端的平衡腔，以平衡一部分由 排氣端指向進氣端的軸向推力，減輕排氣端止推軸承的負荷，延長止推軸承的壽命。但是 對于大型軸流式壓縮機來說，由于進、排氣端的氣壓差大，轉子軸所受的由排氣端指向進氣 端的軸向推力大，現有高壓平衡管起的作用微乎其微，致使排氣端止推軸承的壽命縮短，此 外，高壓平衡管在結構上也較為復雜。
發明內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種改進的大型軸流式壓縮機 轉子軸，通過轉子軸自身的結構來平衡由排氣端指向進氣端的軸向力，從而提高排氣端止 推軸承的壽命，并簡化主機的結構。本實用新型的技術方案是在大型軸流式壓縮機轉子軸上設置平衡轂，通過平衡 轂和排氣端的止推軸承來平衡轉子軸所受由排氣端指向進氣端的軸向力。所述平衡轂位于 轉子軸的葉片安裝段與排氣端裝配段之間，與葉片安裝段和排氣端裝配段為整體式結構且 同軸線。試驗表明，平衡轂長度L2 = 0. 15L1 0. 25L1為宜，式中Ll為葉片安裝段的長度。本實用新型所述大型軸流式壓縮機轉子軸，其平衡轂的結構有以下三種形式1、平衡轂由外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體和圓柱臺體組成，圓柱臺體的 直徑大于轉子軸葉片安裝段的直徑，外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體的大端直徑與 圓柱臺體的直徑相同，外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體的小端直徑與轉子軸葉片安 裝段的直徑相同，外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體的大端接圓柱臺體。2、平衡轂由圓錐臺體和圓柱臺體組成，圓柱臺體的直徑大于轉子軸葉片安裝段的 直徑，圓錐臺體的大端直徑與圓柱臺體的直徑相同，圓錐臺體的小端直徑與轉子軸葉片安 裝段的直徑相同，圓錐臺體的大端接圓柱臺體。3、平衡轂由外輪廓向下凹的圓弧臺體和圓柱臺體組成，圓柱臺體的直徑大于轉子 軸葉片安裝段的直徑，外輪廓向下凹的圓弧臺體的大端直徑與圓柱臺體的直徑相同，外輪廓向下凹的圓弧臺體的小端直徑與轉子軸葉片安裝段的直徑相同，外輪廓向下凹的圓弧臺 體的大端接圓柱臺體。上述三種結構形式的平衡轂，其圓柱臺體的長度L3 = 0.05L1 0. 15L1，式中Ll 為葉片安裝段長度，其圓柱臺體直徑D2 = 1. IDl 1. 5D1，式中Dl為葉片安裝段直徑。本實用新型具有以下有益效果1、由于在轉子軸的葉片安裝段與排氣端裝配段之間設置了平衡轂，平衡轂上所形 成的由進氣端指向排氣端的軸向力可有效平衡作用在轉子軸上的由排氣端指向進氣端的 軸向力，不僅保證了轉子正常工作，而且大大改善了排氣端止推軸承的受力狀況，提高排氣 端止推軸承的使用壽命。2、在轉子軸上設置平衡轂與在主機上設置高壓平衡管道相比，結構更為簡單，加 工更為方便。
圖1是現有大型軸流式壓縮機轉子軸的結構示意圖；圖2是本實用新型所述大型軸流式壓縮機轉子軸的第一種結構示意圖；圖3是圖1中的大型軸流式壓縮機轉子軸所設置的平衡轂的結構示意圖，所述平 衡轂由外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體和圓柱臺體組成；圖4是本實用新型所述大型軸流式壓縮機轉子軸的第二種結構示意圖，其平衡轂 由圓錐臺體和圓柱臺體組成；圖5是本實用新型所述大型軸流式壓縮機轉子軸的第三種結構示意圖，其平衡轂 由外輪廓向下凹的圓弧臺體和圓柱臺體組成。圖中，1-進氣端裝配段、2-葉片安裝段、3-平衡轂(3-1 外輪廓向下凹的圓弧-直 線組合型臺體、3-2 圓柱臺體、3-3:圓錐臺體、3-4:外輪廓向下凹的圓弧臺體)、4_排氣端 裝配段、5-排氣端止推軸承作用位置、Dl-葉片安裝段直徑、D2-圓柱臺體直徑、Ll-葉片安 裝段長度、L2-平衡轂長度、L3-圓柱臺體長度、L4-外輪廓向下凹的圓弧_直線組合型臺 體中平行于轉子軸軸線的線段長度、α-外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體中傾斜于 轉子軸軸線的線段與轉子軸軸線的夾角、Rl-外輪廓向下凹的圓弧_直線組合型臺體中的 圓弧半徑、R2-外輪廓向下凹的圓弧臺體中的圓弧半徑、TO-排氣端止推軸承所提供的由進 氣端指向排氣端的軸向平衡力、Tl-平衡轂所提供的由進氣端指向排氣端的軸向平衡力、 Τ2-作用在轉子軸上的由排氣端指向進氣端的軸向力。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型所述大型軸流式壓縮機轉子軸的結構及平衡轂的作 用做進一步說明。實施例1本實施例中，大型軸流式壓縮機轉子軸的結構如圖2所示，依次由進氣端裝配段 1、葉片安裝段2、平衡轂3和排氣端裝配段4組成，葉片安裝段2的長度Ll = 4200mm,葉片 安裝段2的直徑Dl = 800mm，平衡轂3的長度L2 = 730mm。平衡轂的結構如圖3所示，由外輪廓向下凹的圓弧_直線組合型臺體3-1和圓柱臺體3-2組成；圓柱臺體3-2的長度L3 = 315mm，圓柱臺體3-2的直徑D2 = 990mm ；外輪廓 向下凹的圓弧-直線組合型臺體3-1的外輪廓由半徑Rl = 500mm的圓弧與一段平行于轉 子軸軸線的線段和一段傾斜于轉子軸軸線的線段相切而成，所述平行于轉子軸軸線的線段 與葉片安裝段2的倒角端部相接，長度L4 = 80mm，所述傾斜于轉子軸軸線的線段與圓柱臺 體外輪廓線相接，其與轉子軸軸線的夾角α =30°。軸流壓縮機轉子軸所受軸向力可簡化為圖3所示的三個力Τ0、Τ1和Τ2，三者的關 系為Τ0+Τ1 = Τ2。Τ2為轉子軸所受的由軸流壓縮機排氣端指向進氣端的力，TO為軸流壓縮 機排氣端止推軸承提供的由進氣端指向排氣端的軸向平衡力(其力的大小直接決定著止 推軸承的使用狀況和壽命)，Tl為平衡轂所提供的由進氣端指向排氣端的軸向平衡力。由 于Tl的存在，大大的減小了 T0，從而大大改善了止推軸承的受力狀況。實施例2本實施例中，大型軸流式壓縮機轉子軸的結構如圖4所示，依次由進氣端裝配段 1、葉片安裝段2、平衡轂3和排氣端裝配段4組成，葉片安裝段2的長度Ll = 4200mm,葉片 安裝段2的直徑Dl = 800mm，平衡轂3的長度L2 = 900mm。平衡轂的結構如圖4所示，由圓錐臺體3-3和圓柱臺體3-2組成；圓柱臺體3_2的 長度L3 = 480mm，圓柱臺體3-2的直徑D2 = 1200mm ；圓錐臺體3-3的大端直徑與圓柱臺體 的直徑D2相同，圓錐臺體3-3的小端直徑與葉片安裝段2的直徑Dl相同，圓錐臺體3-3的 大端接圓柱臺體3-2。本實施例中，軸流壓縮機轉子軸所受軸向力的狀況與實施例1相同，由于Tl的存 在，大大的減小了 T0，從而大大改善了止推軸承的受力狀況。實施例3本實施例中，大型軸流式壓縮機轉子軸的結構如圖5所示，依次由進氣端裝配段 1、葉片安裝段2、平衡轂3和排氣端裝配段4組成，葉片安裝段2的長度Ll = 4200mm,葉片 安裝段2的直徑Dl = 800mm，平衡轂3的長度L2 = 780mm。平衡轂的結構如圖5所示，由外輪廓向下凹的圓弧臺體3-4和圓柱臺體3-2組成； 圓柱臺體3-2的長度L3 = 380mm,圓柱臺體3-2的直徑D2 = 920mm ；外輪廓向下凹的圓弧 臺體3-4的外輪廓為半徑R2 = 550mm的圓弧，所述圓弧的一端接葉片安裝段2的倒角端部， 所述圓弧的另一端接圓柱臺體外輪廓線。本實施例中，軸流壓縮機轉子軸所受軸向力的狀況與實施例1相同，由于Tl的存 在，大大的減小了 T0，從而大大改善了止推軸承的受力狀況。
權利要求一種大型軸流式壓縮機轉子軸，包括葉片安裝段(2)及分別位于葉片安裝段兩側的進氣端裝配段(1)、排氣端裝配段(4)，其特征在于還包括用于平衡轉子軸所受由排氣端指向進氣端的軸向力的平衡轂(3)，所述平衡轂(3)位于葉片安裝段(2)與排氣端裝配段(4)之間，與葉片安裝段(2)和排氣端裝配段(4)為整體式結構且同軸線。
2.根據權利要求1所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于所述平衡轂(3)的長 度L2 = 0. 15L1 0. 25L1，式中Ll為葉片安裝段(2)的長度。
3.根據權利要求1或2所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于所述平衡轂由外 輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體(3-1)和圓柱臺體(3-2)組成，圓柱臺體(3-2)的直 徑大于所述葉片安裝段(2)的直徑，外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體(3-1)的大端 直徑與圓柱臺體的直徑相同，外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體(3-1)的小端直徑與 所述葉片安裝段(2)的直徑相同，外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體(3-1)的大端接 圓柱臺體(3-2)。
4.根據權利要求3所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于圓柱臺體長度L3=0.05L1 0.15L1，式中Ll為所述葉片安裝段(2)的長度，圓柱臺體的直徑D2 = 1. IDl 1.5D1，式中Dl為所述葉片安裝段(2)的直徑。
5.根據權利要求1或2所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于所述平衡轂由圓 錐臺體(3-3)和圓柱臺體(3-2)組成，圓柱臺體(3-2)的直徑大于所述葉片安裝段(2)的 直徑，圓錐臺體(3-3)的大端直徑與圓柱臺體的直徑相同，圓錐臺體(3-3)的小端直徑與所 述葉片安裝段(2)的直徑相同，圓錐臺體(3-3)的大端接圓柱臺體(3-2)。
6.根據權利要求5所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于圓柱臺體的長度L3=0.05L1 0.15L1，式中Ll為所述葉片安裝段(2)的長度，圓柱臺體的直徑D2 = 1. IDl 1.5D1，式中Dl為所述葉片安裝段(2)的直徑。
7.根據權利要求1或2所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于所述平衡轂由外 輪廓向下凹的圓弧臺體(3-4)和圓柱臺體(3-2)組成，圓柱臺體(3-2)的直徑大于所述葉 片安裝段(2)的直徑，外輪廓向下凹的圓弧臺體(3-4)的大端直徑與圓柱臺體的直徑相同， 外輪廓向下凹的圓弧臺體(3-4)的小端直徑與所述葉片安裝段(2)的直徑相同，外輪廓向 下凹的圓弧臺體(3-4)的大端接圓柱臺體(3-2)。
8.根據權利要求7所述的大型軸流式壓縮機轉子軸，其特征在于圓柱臺體的長度L3=0.05L1 0.15L1，式中Ll為所述葉片安裝段(2)的長度，圓柱臺體的直徑D2 = 1. IDl 1.5D1，式中Dl為所述葉片安裝段(2)的直徑。
專利摘要一種大型軸流式壓縮機轉子軸，依次由進氣端裝配段、葉片安裝段、平衡轂和排氣端裝配段組成。平衡轂的結構有三種形式1、平衡轂由外輪廓向下凹的圓弧-直線組合型臺體和圓柱臺體組成。2、平衡轂由圓錐臺體和圓柱臺體組成。3、平衡轂由外輪廓向下凹的圓弧臺體和圓柱臺體組成。由于在轉子軸的葉片安裝段與排氣端裝配段之間設置了平衡轂，平衡轂上所形成的由進氣端指向排氣端的軸向力可有效平衡作用在轉子軸上的由排氣端指向進氣端的軸向力，不僅保證了轉子正常工作，而且可提高排氣端止推軸承的使用壽命。
文檔編號F04D29/053GK201671874SQ201020173408
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者劉棟梁, 宋宜成, 師亞洲, 張智軍, 賴德清 申請人:成都發動機(集團)有限公司