本发明涉及多级高速汽轮机领域，特别涉及一种多级高速汽轮机的定心传扭锁紧组合机构。
背景技术：
在传统的多级高速汽轮机中，均采用销键实现轴与叶轮轮盘之间的连接，起到传递扭矩的作用。叶轮轮盘与轴之间的紧固形式也大多是依靠销键的过盈配合实现的。多级高速汽轮机在多处使用销键结构，在长期运转过程中会因材料发生塑性形变而失效，而且销键在高转速下不宜采用这种结构。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出一种可有效实现传扭且结构稳定的多级高速汽轮机的定心传扭锁紧组合机构。
本发明提出一种多级高速汽轮机的定心传扭锁紧组合机构，包括转轴及安装在所述转轴上的若干级叶轮，所述若干级叶轮与所述转轴传动连接以驱动所述转轴转动，所述各级叶轮之间通过端齿啮合而传动连接，所述若干级叶轮的两端分别设有锁紧螺母以对所述各级叶轮施加一预紧力。
在一实施例中，所述叶轮包括轮盘和安装在所述轮盘上的叶片，所述轮盘具有供所述转轴穿设的中心通孔，所述若干级叶轮包括位于两端的初级叶轮和末级叶轮以及位于所述初级叶轮与末级叶轮之间的至少一中间级叶轮，所述初级叶轮的轮盘在朝向所述末级叶轮的一侧设有端齿，所述末级叶轮的轮盘在朝向所述初级叶轮的一侧设有端齿，所述至少一中间级叶轮的两侧均设有端齿。
在一实施例中，所述初级叶轮和末级叶轮与所述转轴的配合面采用的配合形式为过盈配合。
在一实施例中，所述中间级叶轮中至少有一级与所述转轴齿轮传动连接。
在一实施例中，所述至少一级中间级叶轮的中心通孔的壁面上设有叶轮花键，所述转轴在位于所述至少一级中间级叶轮的位置于其外壁面上设有用以与所述叶轮花键齿轮啮合的转轴花键。
在一实施例中，所述叶轮设置为四级，包括第一级叶轮、第二级叶轮、第三级叶轮和第四级叶轮，所述第一级叶轮作为所述初级叶轮，所述第四级叶轮作为所述末级叶轮，所述叶轮花键设置于所述第二级叶轮上。
在一实施例中，所述第一级叶轮和第四级叶轮与所述转轴之间采用过盈配合以进行传扭。
在一实施例中，所述第一级叶轮和第四级叶轮与所述转轴之间过盈配合的配合量为0.08mm，轴向过盈长度为15mm。
在一实施例中，所述锁紧螺母的螺纹方向设置为与所述叶轮的转动方向相反。
在一实施例中，至少一所述中间级叶轮与所述转轴之间为间隙配合。
综上所述，本发明提出一种多级高速汽轮机的定心传扭锁紧组合机构，该机构的各级叶轮之间采用端齿连接，使得在汽轮机在高转速下能自动对准中心轴线，扭矩均匀分配到每个齿上，避免传扭集中而导致定中失效。通过锁紧螺母压紧端齿压力面，使端齿达到有效扭矩的作用，避免传统多级汽轮机销键采用过盈配合传扭在高转速运转之下发生塑性形变失效现象。通过该组合机构实现轮盘与轴之间传输轴向力的作用，避免多种交变循环应力在一个机构中出现，使机构功能分配更加合理，寿命更长，相比传统汽轮机的传输轴向力机构更加简单可靠，且装配起来相对简单。此外，在一些实施例中，本发明通过多级叶轮轮盘两端与轴之间采用过盈配合，中间级叶轮与轴之间采用间隙配合，使得轴和轮盘之间传扭的位置点大大减少，仅依靠两端面就能实现轴与叶轮的有效传扭。另外，在一些实施例中，采用至少一个轮盘与轴之间通过辅助传扭结构(例如，花键)连接，辅助传扭，防止发生打滑问题，以适应任何工况下进行工作。本发明的定心传扭锁紧组合机构具有高效、传输轴向力和扭力稳定、结构紧凑、装配简单、适应工况能力强等优点。
附图说明
图1为本发明定心传扭锁紧组合机构所在的汽轮机转子结构图。
图2为本发明定心传扭锁紧组合机构的示意图。
图3为本发明叶轮的过盈配合面的结构示意图。
图4为本发明相邻两级叶轮之间端齿连接的结构示意图。
图5为本发明叶轮花键的结构示意图。
图6为本发明转轴的结构示意图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。
如图1-3所示，根据本发明一实施例的多级高速汽轮机的定心传扭锁紧组合机构10包括转轴12及安装在转轴12上的若干级叶轮，例如四级叶轮，若干级叶轮与转轴12传动连接以使得叶轮转动进而驱动转轴12转动。各级叶轮之间通过端齿啮合121而传动连接，同时，所述若干级叶轮的两端分别设有锁紧螺母14以对各级叶轮施加一预紧力。
每一叶轮包括轮盘和安装在轮盘上的叶片，轮盘具有供转轴12穿设的中心通孔。所述若干级叶轮包括位于两端的初级叶轮和末级叶轮以及位于所述初级叶轮和末级叶轮之间的至少一中间级叶轮，初级叶轮的轮盘在朝向末级叶轮的一侧设有端齿，末级叶轮的轮盘在朝向初级叶轮的一侧设有端齿，所述至少一中间级叶轮的两侧均设有端齿。
在所示的实施例中，叶轮设置为四级，四级叶轮包括沿转轴12轴向依次排布的第一级叶轮16、第二级叶轮18、第三级叶轮20和第四级叶轮22。上述四级叶轮的尺寸在沿转轴12的轴向方向上逐级增大。第一级叶轮16的轮盘在朝向第四级叶轮22的一侧设有端齿，第四级叶轮的轮盘在朝向第一级叶轮16的一侧设有端齿，第二级叶轮18和第三级叶轮20的轮盘在两侧均设有端齿，四级叶轮通过端齿齿轮啮合连接在一起。使用端齿连接可以使得汽轮机在高转速下能自动对准中心轴线，从而有效解决多级高速汽轮机定心不稳，传扭打滑的问题。
第一级叶轮16远离第四级叶轮22的一端和第四级叶轮22远离第一级叶轮16的一端分别设置一锁紧螺母14，例如自锁螺母，锁紧螺母14对对应的叶轮施加一预紧力，使得各级叶轮的端齿紧密结合在一起，当汽轮机运转时将扭矩均匀分配到每个齿上，避免传扭集中而导致定中失效，使得端齿达到有效扭矩的作用。锁紧螺母14对叶轮施加的预紧力可以根据端齿啮合所需的预紧力来确定，以施加一合适的力矩于锁紧螺母14上。本发明的锁紧螺母14可以解决端齿两端需要锁紧和分担小部分扭力传递到转轴12上的作用。
本实施例中，为了进一步加强锁紧螺母14的锁固功能，将锁紧螺母14的螺纹方向设置为与叶轮的转动方向相反。这样设置的好处是在高速转动过程中，锁紧螺母14不会松动，保证各级叶轮的端齿之间能有效传递扭矩，防止发生微动损伤。
本发明的转轴与叶轮轮盘之间的配合形式设计成可以减少转轴与轮盘的传扭位置点。具体来说，初级叶轮和末级叶轮与转轴的配合面采用的配合形式为过盈配合，这样可以解决多级高速汽轮机传递扭力给转轴，以便输出轴功的问题。至少一级中间级叶轮与转轴的配合形式为间隙配合。通过叶轮轮盘两端与转轴之间采用过盈配合，使得转轴和轮盘之间传扭的位置点大大减少，仅依靠两端面就能实现转轴与叶轮的有效传扭。
如图4所示，第一级叶轮16和第四级叶轮22与转轴12之间分别采用过盈配合161、221，该过盈配合的配合量为0.08mm，轴向过盈长度为15mm。此过盈量能满足汽轮机轴上传递扭矩输出100kw功率。当然，在其它实施例中，也可以设置其他的过盈设置。
为适应汽轮机在高转速下及任意工况下正常工作，本发明的一些实施例中还设置了辅助传扭机构。具体而言，所述中间级叶轮中至少有一级与转轴之间通过辅助传扭机构181进行传扭。在本实施例中，该辅助传扭机构为花键，以辅助传扭。这样即使组合机构在工况变化剧烈的情况下，也可防止发生打滑失稳的问题，适应任何工况下进行工作，实现叶轮与转轴之间的有效传扭。但在其它实施例中，也可以采用其他形式的辅助传扭机构。
请同时参考图5和图6，第二级叶轮18的中心通孔24的壁面上设有叶轮花键26，转轴12在位于第二级叶轮18的位置于其外壁面上设有用以与叶轮花键26齿轮啮合的转轴花键28，以辅助传扭。具体实施时，花键的具体参数：模数为2，齿数为22个，压力角37.50，花键配合长度20mm，齿高4.6mm。应当理解的是，以上参数只是一种具体设置，可根据实际情况进行修改。
应当理解的是，上述将花键设置在第二级叶轮18上，主要是考虑到在运转时，该处作用于两端支撑点的弯矩较小，平衡性较好。但本发明并不对此限定，在其他实施例中，根据汽轮机的实际设计需求，也可以将花键设置在第三级叶轮20上，或者同时将花键设置在第二级叶轮18和第三级叶轮20上。
综上所述，本发明提出一种多级高速汽轮机的定心传扭锁紧组合机构，该机构的各级叶轮之间采用端齿连接，使得在汽轮机在高转速下能自动对准中心轴线，扭矩均匀分配到每个齿上，避免传扭集中而导致定中失效。通过锁紧螺母压紧端齿压力面，使端齿达到有效扭矩的作用，避免传统多级汽轮机销键采用过盈配合传扭在高转速运转之下发生塑性形变失效现象。通过该组合机构实现轮盘与轴之间传输轴向力的作用，避免多种交变循环应力在一个机构中出现，使机构功能分配更加合理，寿命更长，相比传统汽轮机的传输轴向力机构更加简单可靠，且装配起来相对简单。此外，本发明通过多级叶轮轮盘两端与轴之间采用过盈配合，使得轴和轮盘之间传扭的位置点大大减少，仅依靠两端面就能实现轴与叶轮的有效传扭。另外，在一些实施例中，采用至少一个轮盘与轴之间通过辅助传扭结构(例如，花键)连接，辅助传扭，防止发生打滑问题，以适应任何工况下进行工作。本发明的定心传扭锁紧组合机构具有高效、传输轴向力和扭力稳定、结构紧凑、装配简单、适应工况能力强等优点。
本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。