專利名稱：葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，它涉及一種葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明能被成功地應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流式的或離心渦流式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子上。
現(xiàn)有技術(shù)的葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子包括一根中心轉(zhuǎn)軸和至少兩個(gè)同軸地安裝到轉(zhuǎn)軸上、并帶有緊固在其輪緣上的若干工作葉片的呈圓盤(pán)形的工作葉輪。工作葉輪的輪緣相互間沿端面焊接成為剛性連接，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán)。(OPЛOBП.И.“設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”Ч.1，1977，M.，C.134-137，puc.65，Bap.8，9)。在組合焊接這種轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)的加工過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤(pán)的輪緣產(chǎn)生不均勻剩余變形的大的熱應(yīng)力。在一裝配好的轉(zhuǎn)子中，這種變形也導(dǎo)致圓環(huán)的重心相對(duì)其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生偏移，在生產(chǎn)工藝中，此結(jié)構(gòu)在焊接后保持各個(gè)圓盤(pán)間的平衡實(shí)際上是不可能的。因此在工作時(shí)，不論轉(zhuǎn)子整體是否平衡，但在其結(jié)構(gòu)中由于單個(gè)工作葉輪不平衡而產(chǎn)生離心力的作用，該結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生較大的負(fù)載。這樣就造成轉(zhuǎn)子的變形，使其失去平衡;并且高的旋轉(zhuǎn)頻率還會(huì)造成轉(zhuǎn)子的損壞。此外，這種焊接結(jié)構(gòu)在進(jìn)行修理時(shí)，比較困難，結(jié)果是在一個(gè)工作葉輪損壞的情況下便造成整個(gè)轉(zhuǎn)子報(bào)廢。
現(xiàn)今的葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子在大多數(shù)的情況下都有適合在高轉(zhuǎn)速下工作的結(jié)構(gòu)，以使壓縮機(jī)體積小、質(zhì)量小而獲得較高的頻率。在這種情況下重要的是使轉(zhuǎn)子的自振頻率與其轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率不相同。通常由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，因此應(yīng)選擇其自振頻率高于最大轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)頻率的結(jié)構(gòu)。為此轉(zhuǎn)子要有足夠剛度，這時(shí)轉(zhuǎn)子的剛度取決于其圓筒部位(由葉輪轉(zhuǎn)盤(pán)的輪緣部分組成)及中心轉(zhuǎn)軸的總成剛度。此外，工作葉輪張緊力的大小對(duì)轉(zhuǎn)子剛度有最重要的影響。因此，不希望以增加中心轉(zhuǎn)軸質(zhì)量從而增大其剛度的方法來(lái)提高轉(zhuǎn)子剛度，因?yàn)橹行霓D(zhuǎn)軸直徑的增加導(dǎo)致工作葉輪轉(zhuǎn)盤(pán)中部孔徑的增大，其結(jié)果會(huì)引起工作葉輪強(qiáng)度的下降。
此外，在各工作葉輪間張緊情況下，增大中心轉(zhuǎn)軸直徑的情況下會(huì)顯著減小其伸長(zhǎng)量，而該伸長(zhǎng)量是與溫度變化及作用于轉(zhuǎn)子的機(jī)械負(fù)荷所引起的變形產(chǎn)生的轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度的增加量成正比，這樣就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子的不平衡度。
因此，通常采用增加轉(zhuǎn)盤(pán)的質(zhì)量以提高轉(zhuǎn)盤(pán)剛度及增加工作葉輪間的壓緊力的方法來(lái)增加轉(zhuǎn)軸剛性。
此外，現(xiàn)有技術(shù)的葉片式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包括一中心轉(zhuǎn)軸，至少兩個(gè)同軸地安裝于轉(zhuǎn)軸上的工作葉輪，(其輪緣形成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán))，及各工作葉輪間的沿轉(zhuǎn)子軸線相互固定的裝置(CM.M.M馬斯萊尼考夫等“直升飛機(jī)用的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)”，“機(jī)械制造”(M.)，1969，C.261-263，puc.7，18)。所述的轉(zhuǎn)子是離心渦流式的，在軸向部分有五級(jí)結(jié)構(gòu)及在壓縮機(jī)出口處有單級(jí)離心式結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)中，葉輪的固定方式是用一空心的中心軸，其一端制有螺紋并與離心式工作葉輪的輪轂螺紋連結(jié)，而在轉(zhuǎn)軸的另一端有一沿孔徑圓周均勻凸出的法蘭，用螺釘栓接以確保側(cè)邊上的軸向工作葉輪的轉(zhuǎn)盤(pán)與法蘭的剛性連接。
在這種結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤(pán)質(zhì)量大，因而具有較大的剛度，以及工作葉輪間有較大壓緊力，因此轉(zhuǎn)子的剛度是足夠的。
在這種壓縮機(jī)的工作(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng))過(guò)程中，較大的離心力作用在質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)盤(pán)上，其離心力的大小是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤(pán)質(zhì)量及其外緣距轉(zhuǎn)子軸心線的距離成正比例的。巨大的離心力會(huì)引起轉(zhuǎn)子的較大的變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)大的不平衡度并可引起壓縮機(jī)的損壞。
此外，在具有較大質(zhì)量轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸有明顯的徑向跳動(dòng)量，迫使在工作葉輪的葉片的端部與壓縮機(jī)定子內(nèi)表面之間的間隙增大，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)效率下降。
本發(fā)明確定的主要任務(wù)是創(chuàng)造一種葉片式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是盡可能減小轉(zhuǎn)盤(pán)及中心轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量以使轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下減小離心力的影響，并由此提高壓縮機(jī)的效率和可靠性。
本發(fā)明任務(wù)的解決方案是，在葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子中包括一中心轉(zhuǎn)軸、至少兩個(gè)同軸地安裝到中心轉(zhuǎn)軸上的葉輪，(其輪緣構(gòu)成了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán))和沿著轉(zhuǎn)子軸線將工作葉輪相互固定的裝置;根據(jù)本發(fā)明，至少在一對(duì)工作葉輪(4，5)端面之間，并聯(lián)安裝與軸(1)同軸的和可相對(duì)轉(zhuǎn)軸滑動(dòng)的一環(huán)形件和一壓縮彈簧。
在這種方案中，如果轉(zhuǎn)子有至少三個(gè)工作葉輪，可在每對(duì)相鄰的工作葉輪的端面之間安置一環(huán)形件及彈簧。
在本方案中還可將兩側(cè)邊的工作葉輪剛性地固定在轉(zhuǎn)軸上，在兩側(cè)邊之間設(shè)置一與轉(zhuǎn)軸間隙配合的中間葉輪，通過(guò)轉(zhuǎn)軸與中間葉輪的轉(zhuǎn)盤(pán)間的這個(gè)環(huán)形空隙并聯(lián)安裝一環(huán)形件及一壓縮彈簧，使它們的各端面緊抵在兩邊的工作葉輪的輪轂側(cè)邊上。
為了保證工作葉輪的壓力在環(huán)形件和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)之間有合理的分布，要合理地選擇壓縮彈簧的剛度，使在葉輪之間有較小的預(yù)壓力。
根據(jù)本發(fā)明完成的葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子，由于采用環(huán)形件連同壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)，工作葉輪的部分壓力通過(guò)它們傳遞，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)盤(pán)質(zhì)量小而剛度大，相應(yīng)中心轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量和直徑也較小。在本轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，由于采用了環(huán)形件和彈簧的結(jié)構(gòu)，因此，除了上述特點(diǎn)外，這可在中心轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)在各種溫度下產(chǎn)生膨脹變化的情況下都能保持轉(zhuǎn)子有較高的剛度。
下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖的描述來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
其中

圖1是本發(fā)明的一葉片式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的半縱剖面圖，它僅部分地表示轉(zhuǎn)子的上半部(其下半部與上半部是對(duì)稱相同的)，該方案帶有一軸流式的工作葉輪和一離心式的工作葉輪;
圖2與圖1基本相同，不過(guò)該方案中帶有兩個(gè)軸流式的工作葉輪和一個(gè)離心式的工作葉輪。
如圖1所示，葉片式轉(zhuǎn)子(離心渦流式壓縮機(jī))包括一中央空心轉(zhuǎn)軸1，在其一端有環(huán)形的止推凸緣2，而在另一端制成螺紋，有一螺母3與其相配。
如本例中所述，轉(zhuǎn)子還包括至少兩個(gè)同軸地安裝在轉(zhuǎn)軸1上的兩個(gè)工作葉輪4和5，它們分別為軸流式和離心式的葉輪。在此結(jié)構(gòu)中，軸1通過(guò)凸緣2和螺母3使葉輪4，5沿著轉(zhuǎn)子的軸線相互間被固定。軸流式工作葉輪4和離心式工作葉輪5相應(yīng)分別有輪緣6和7，轉(zhuǎn)盤(pán)8和9，輪轂10和11，并通過(guò)輪轂10和11被徑向固定在轉(zhuǎn)軸1上。此外，離心式葉輪5，通過(guò)花鍵連接，周向固定在轉(zhuǎn)軸1上。在工作葉輪4，5之間安置一中間檔圈13，它有一包含輪轂15的加強(qiáng)隔板14，直接與離心式葉輪5的端面接觸。檔圈13通過(guò)其端面分別與輪緣6和7相配合，并與它們一起組成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán)或者可不用擋圈13而由輪緣6和7延展構(gòu)成，然而這種普通的葉輪輪緣的制作會(huì)使葉輪加工工藝復(fù)雜化。
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)的中間并聯(lián)配置環(huán)形件16和壓縮彈簧17與轉(zhuǎn)軸1同軸并有配合的間隙，因此可在輪轂10和15之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。實(shí)際上，環(huán)形件16及彈簧17是與葉輪4和5的端面相接觸。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸1支承在軸承18和19內(nèi)，在此情況下，在軸承18和葉輪4的輪轂10之間裝置一密封擋圈20。
彈簧17的自由狀態(tài)長(zhǎng)度與環(huán)形件16的長(zhǎng)度共同確定了它們沿著轉(zhuǎn)軸1的軸線并壓裝的輪轂10和15端面間的間距。
如果葉片式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子包含三個(gè)或更多的葉輪，則帶有彈簧的環(huán)形件可以與轉(zhuǎn)軸同軸地安置在每一對(duì)相鄰葉輪的端面之間(圖上未表示)。
然而圖2所示代表的用于多級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)例(工作葉輪的數(shù)目是三個(gè)或更多)。其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。
圖2所示的葉片式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其中與圖1所示實(shí)例的差別是在于中心轉(zhuǎn)軸1安置有三個(gè)工作葉輪21，22及23;其中的葉輪21和22是軸流式的，而壓縮機(jī)的出口級(jí)的葉輪23是離心式的。葉輪21、22及23的相應(yīng)的輪緣24、25及26與安裝在它們之間的擋圈一起組成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán)。
兩側(cè)的工作葉輪21和23緊嵌在轉(zhuǎn)軸1上并與其共同旋轉(zhuǎn)，另一位于它們之間的中間工作葉輪22是松配在轉(zhuǎn)軸1上，在轉(zhuǎn)軸1周圍形成環(huán)形間隙29。在所述的例子中所安置的環(huán)形件30與彈簧31作為一個(gè)整體，與轉(zhuǎn)軸1共軸安裝，并形成間隙32，它們貫通間隙29并且其一端面與葉輪21的輪轂相配合，而另一端面與葉輪23的輪轂相配合。
圖1所述的葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子是以下列方式進(jìn)行工作的。
在轉(zhuǎn)軸1上擰緊螺母3，就開(kāi)始?jí)嚎s彈簧17在轉(zhuǎn)軸一端通過(guò)滾動(dòng)軸承18的內(nèi)圈、密封圈20、輪轂10、環(huán)形件16的力傳遞給彈簧;在轉(zhuǎn)子另一端，在輪緣6和輪緣7的端面與轉(zhuǎn)盤(pán)13的端面推緊到接觸時(shí)，止推凸緣2頂住輪轂15和輪轂11。在擰上螺母3后，壓縮力就這樣傳遞到彈簧17上，再傳遞到轉(zhuǎn)子輪轂上。因此，彈簧17的剛度要選擇得小于轉(zhuǎn)子工作葉輪總的壓力，壓力分布是一部分通過(guò)輪轂10、環(huán)形件16、彈簧17、輪轂15和11;另一部分是通過(guò)隔板8及葉輪4的輪緣6、轉(zhuǎn)盤(pán)13、輪緣7和葉輪5的隔板9傳遞。并且彈簧17的剛度要這樣選擇，要使總的軸向的壓力的小部分(5%-45%)通過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)傳遞。
壓縮彈簧17與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)相比具有變化非常柔和的剛性度的特點(diǎn)。在一定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)相對(duì)軸承的橫向彎曲振動(dòng);這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)受到周期性的拉伸力和壓縮力的作用。在拉伸力作用下，由于轉(zhuǎn)盤(pán)的剛性突然變化，就明顯地減小由轉(zhuǎn)子工作葉輪壓緊連接時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤(pán)剛性的減小。而壓縮彈簧卻相反，它有剛度變化柔和的特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)子受到彎曲的橫向振動(dòng)的情況下，可使轉(zhuǎn)子的剛性保持穩(wěn)定。
由于在轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)的部分壓力實(shí)際上是相對(duì)較小部分，而恰好作用在彈簧上那一部分力，卻是總壓力的大部分，因此在橫向彎曲振動(dòng)時(shí)，雖然轉(zhuǎn)子的剛性會(huì)明顯變化，但在此結(jié)構(gòu)中仍能保持足夠大，不使其自振頻率與轉(zhuǎn)速頻率(激發(fā)的頻率)產(chǎn)生共振。
在擰緊螺母3后，由于端面上的摩擦力作用，可實(shí)現(xiàn)工作葉輪4相對(duì)擋圈13和工作葉輪5之間的周向固定。
在轉(zhuǎn)子處于頻率高的轉(zhuǎn)速下，離心力作用到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán)上-輪緣6、7和擋圈13上。
在外殼上的部分張緊力的減小可允許其制作得較輕，即由于采用了環(huán)形件16及彈簧17可在保證轉(zhuǎn)子具有高剛度的安全條件下減小其質(zhì)量。減小轉(zhuǎn)盤(pán)的質(zhì)量同樣地可減小離心力的有害作用及明顯地減小轉(zhuǎn)盤(pán)的變形，正是這樣就保證在高轉(zhuǎn)速下保持轉(zhuǎn)子的平衡性及提高其工作可靠性。
轉(zhuǎn)子的型式是可帶兩個(gè)或更多的逐個(gè)分布在每對(duì)相鄰工作葉輪間的環(huán)形件連同彈簧，以更能保證沿著轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度對(duì)不同段的剛度進(jìn)行最佳選擇。
圖2所述的一個(gè)葉片式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施例是以類似于圖1所示的方式工作。其沿著轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)件的壓力分布狀態(tài)及彈簧31參數(shù)的選擇與上述大體上無(wú)甚區(qū)別。
相對(duì)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)不大的應(yīng)力，轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定的高剛度有助于在轉(zhuǎn)子處于工作狀態(tài)下維持其平衡，以保證壓縮機(jī)長(zhǎng)期無(wú)振動(dòng)地工作，以及由于減小了葉片和定子殼體間的間隙使之具有高效率。
權(quán)利要求
1.一種葉片式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，它包括一中心軸(1)，至少兩個(gè)同軸地安裝在軸(1)上的其輪緣(6，7)組成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤(pán)的工作葉輪(4，5)，以及沿轉(zhuǎn)子軸線相互地固定工作葉輪的裝置；其特征在于至少在一對(duì)工作葉輪(4，5)的端面之間，并聯(lián)安裝與軸(1)同軸的和可相對(duì)滑動(dòng)的一環(huán)形件(16)及一壓縮彈簧(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，它包括至少三個(gè)工作葉輪(21，22，23)，在此情況下，每一對(duì)相鄰工作葉輪的端面之間都安置有一環(huán)形件和一壓縮彈簧。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于它包括至少三個(gè)工作葉輪(21，22，23)，其中的側(cè)邊葉輪緊固在轉(zhuǎn)軸(1)上，在側(cè)邊葉輪之間安置一有環(huán)形間隙(29)結(jié)構(gòu)的中間工作葉輪(22);一環(huán)形件(30)及一壓縮彈簧(31)，其各自的端面壓靠在側(cè)邊葉輪(21，23)的輪轂上，其中的管形件(30)穿過(guò)軸(1)和中間工作葉輪(22)之間的環(huán)形間隙(29)。
4.如權(quán)利要求1、2及3中任何一項(xiàng)所述葉片式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于彈簧剛度是根據(jù)工作葉輪(4，5)間的給定的較小壓力選定。
全文摘要
一種葉片式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子，它包括一中心轉(zhuǎn)軸(1)、與中心轉(zhuǎn)軸(1)同軸安裝的工作葉輪(4，5)，它們的輪轂(6，7)組成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤(pán)，以及沿轉(zhuǎn)子軸線相互間固定工作葉輪的裝置。在工作葉輪(4，5)的端面之間并聯(lián)安裝有與軸(1)同軸并可滑動(dòng)環(huán)形件(16)及壓縮彈簧(17)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子主要是用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流式或離心渦流式的葉片壓縮機(jī)上。
文檔編號(hào)F04D1/08GK1087405SQ92113539
公開(kāi)日1994年6月1日 申請(qǐng)日期1992年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月25日
發(fā)明者阿比杜爾·阿格利雅·夏克諾維切·吉爾梅道伍, 伍萊狄米爾·阿列克山得羅維切·格雷肯耐伍, 維克托爾·米克哈依洛維切·諾維考伍, 鮑律思·鮑律壽維切·安托諾維切, 那依爾·萊塔夫洛維切·古巴依杜林 申請(qǐng)人:發(fā)動(dòng)機(jī)制造設(shè)計(jì)局