专利名称：一种压缩机叶轮与轴的连接装置和方法
技术领域：
本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种压缩机叶轮与轴的连接装置和方法。
背景技术：
压缩机中的转子组件在高速运动过程中会产生有害的振动，一般转子组件安装在压缩机之前要执行转子组件的多面动态平衡。通常，转子组件的元件在动态平衡之后必须彼此拆开，以将转子组件安装在压缩机组内。转子组件的重新组装期间互相定位各个元件的可重复性是非常重要的，以便保持整个机械系统的初始平衡状态，确保操作的无振动模式，并防止部件之间相对运动。相对运动除了振动外，还通过影响元件的交接界面的磨损引起损坏。实际工作过程中，压缩机组中的转子组件产生相对较高的转速，并且在非常短的时间内产生相当大数量的负载循环。因此，如果在操作过程中叶轮和齿轮轴连接的元件之间相对移动变大，就导致元件的过早损坏，妨碍了它们在压缩机组的正常维护之后的再利用。通常情况下，组装式压缩机组中将叶轮可拆卸连接到轴上是通过叶轮杆轴与齿轮轴内孔的一定的过盈量来传递转矩的，具体为用拉杆拧入齿轮轴的螺纹孔内，将叶轮穿入拉杆中然后用锁紧螺母将叶轮与轴压紧，然后再用液压装置将拉杆拉出螺纹所能承受的弹性变形范围，再将锁紧螺母拧入，就相当于给拉杆一个安装的预紧力，保证轴向压紧。拆装的时候也是先用液压装置将拉杆拉出微小的伸长量，让锁紧螺母与叶轮的接触面脱离接触，再旋下螺母，逐步完成拆卸。因此这种组装方式需要专门制作液压装置或者通过加热的方式来进行安装与拆卸，这样就使得转子组件的维修性变差，维修费用很高还有维修时间长等，并且此种连接方式对于压力与温度的控制要求比较严格，对操作人员的技术水平也有较高的要求。目前还有一种采用等距型面连接的方式，叶轮杆轴面的廓形与轴内孔廓形配合，再用螺栓将其拧紧，这种型式容易组装，也能自动找正中心，但是在高速旋转的条件下，螺栓很容易松动，滑牙。
发明内容
为了解决现有技术转子组件在高速旋转条件下螺栓易松动、滑牙的问题，本发明实施例提供了一种压缩机叶轮与轴的连接装置。所述技术方案如下
本发明实施例提供了一种用于压缩机的转子组件，所述转子组件，包括
叶轮，所述叶轮绕轴线旋转且包括有在轴向方向延伸的具有外表面的叶轮杆轴，所述外表面在包括所述轴线的截面内具有锥形轮廓并在垂直于所述轴线的截面内具有非圆形对称轮廓，所述叶轮杆轴还包括轴向方向延伸的开口 ；
齿轮轴，所述齿轮轴包括在所述轴向上延伸的孔，其中所述孔为在所述齿轮轴旋转时接受所述叶轮杆轴并啮合所述叶轮杆轴；
螺栓，所述螺栓插在所述叶轮开口和所述孔中用于将所述叶轮连接到所述齿轮轴； 其中，所述螺栓和所述孔通过施必牢螺纹啮合。
具体的，所述孔由所述齿轮轴的内表面决定，所述内表面在包括所述轴线的界面内具有锥形轮廓并且在垂直于所述轴线的截面内具有与所述叶轮杆轴的非圆形对称轮廓配合的非圆形对称轮廓优选的，所述叶轮杆轴的非圆形对称轮廓为多叶谐波轮廓。具体的，所述叶轮杆轴插入到所述孔且所述螺栓拧紧到预定扭矩值时，所述叶轮杆轴的未插入端从所述孔沿所述齿轮轴轴向方向向外延伸。具体的，所述叶轮杆轴插入到所述孔且所述螺栓拧紧到预定扭矩值时，所述孔延伸超过所述叶轮杆轴的插入端。本发明还提供了一种用于组装所述绕轴线旋转的转子组件的方法，其中，所述方法包括
将叶轮的锥形非圆形对称叶轮杆轴插入到齿轮轴的孔内；
将螺栓插入所述叶轮的轴向延伸方向的开口并插入所述齿轮轴的孔的螺纹部分中； 将所述螺栓通过施必牢螺纹拧紧。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是将螺栓和齿轮轴通过施必牢螺纹进行啮合，这样保证了在高速运转时转子组件的可靠性。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例中提供的压缩机叶轮与轴的连接装置截面示 图2是沿图IA-A的剖视 图3是施必牢螺纹结构及受力 图4是普通螺纹结构及受力 图5是不同螺纹的振动曲线图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。如图I所示，本发明实施例提供了一种压缩机转子组件，该转子组件，包括
叶轮1，叶轮绕轴线旋转且包括有在轴向方向延伸的具有外表面的叶轮杆轴3，外表面
在包括所述轴线的截面内具有锥形轮廓并在垂直于轴线的截面内具有非圆形对称轮廓，叶轮杆轴3还包括轴向方向延伸的开口；
齿轮轴5，齿轮轴5包括在所述轴向上延伸的孔，其中孔为在齿轮轴旋转时接受叶轮杆轴3并啮合叶轮杆轴3 ；
螺栓6，螺栓6插在所述叶轮开口和所述孔中用于将所述叶轮I连接到齿轮轴5 ；
其中，螺栓6和孔通过施必牢螺纹4啮合。具体的，齿轮轴5绕轴线以预定转速旋转，齿轮轴5具有配置为接收并啮合叶轮杆轴3并且接收螺栓4的孔，因此齿轮轴5的内表面要加工成与叶轮杆轴3的外表面一致或匹配，故孔由齿轮轴的内表面决定，且内表面在包括轴线的界面内具有锥形轮廓并且在垂直于所述轴线的截面内具有与叶轮杆轴3的非圆形对称轮廓配合的非圆形对称轮廓。孔还包括螺纹端部，包括用于接收螺栓的螺纹，该螺纹优选为施必牢螺纹。优选的，叶轮杆轴3的非圆形对称轮廓为多叶谐波轮廓。
具体的，叶轮杆轴3插入到孔且螺栓6拧紧到预定扭矩值时，叶轮杆轴3的未插入端从孔沿所述齿轮轴轴向方向向外延伸。另外，叶轮杆轴3插入到孔且螺栓拧6紧到预定扭矩值时，孔延伸超过叶轮杆轴的插入端。利用螺栓6将叶轮I连接到齿轮轴5，具体来说，螺栓6具有贯穿叶轮延伸并将施必牢螺纹与齿轮轴孔啮合的轴，螺栓还包括叶轮开口处的螺栓头2。如图4和图3所示分别为普通螺纹和施必牢螺纹的结构及受力图，在施必牢螺纹的结构及受力图中，外螺纹7和内螺纹啮合，参见图3，齿轮轴的内螺纹孔的牙底处有一个30°的楔形斜面，当螺栓拧紧时，螺栓的牙尖就紧紧地顶在螺纹的楔形斜面上，从而产生了很大的锁紧力，由于牙形角度的改变，使施加在螺纹间接触产生的法向力与螺栓轴线成60°角，而不是像普通螺纹那样的30°角，这样产生的防松摩擦力就大大增加，并且螺纹在咬合时，牙顶处齿尖易变形，使载荷均匀地分布在接触的螺旋线伞长上(图3)，避免了普通螺纹在啮合时载荷不均匀的现象(图4)。如图5所示，该图提供了施必牢螺母、力矩锁紧螺母和普通螺母的振动次数和夹紧力的实验数据图线，从图中可以看出在相同的振动次数下，施必牢螺母的夹紧力最大；与其它两种螺母对比，在振动次数逐渐增大的过程中，施必牢螺母的夹紧力几乎不改变，而其它两种螺母的夹紧力迅速变小。因此，施必牢螺纹的抗振防松性能远远优于其它连接方式。本发明实施例还提供了一种用于组装所述绕轴线旋转的转子组件的方法，其中，该方法包括
将叶轮的锥形非圆形对称叶轮杆轴插入到齿轮轴的孔内；
将螺栓插入叶轮的轴向延伸方向的开口并插入齿轮轴的孔的螺纹部分中；
将螺栓通过施必牢螺纹拧紧。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于压缩机的转子组件，包括 叶轮，所述叶轮绕轴线旋转且包括有在轴向方向延伸的具有外表面的叶轮杆轴，所述外表面在包括所述轴线的截面内具有锥形轮廓并在垂直于所述轴线的截面内具有非圆形对称轮廓，所述叶轮杆轴还包括轴向方向延伸的开口； 齿轮轴，所述齿轮轴包括在所述轴向上延伸的孔，其中所述孔为在所述齿轮轴旋转时接受所述叶轮杆轴并啮合所述叶轮杆轴； 螺栓，所述螺栓插在所述叶轮开 口和所述孔中用于将所述叶轮连接到所述齿轮轴； 其特征在于，所述螺栓和所述孔通过施必牢螺纹啮合。
2.根据权利要求I所述的转子组件，其特征在于，所述孔由所述齿轮轴的内表面决定，所述内表面在包括所述轴线的界面内具有锥形轮廓并且在垂直于所述轴线的截面内具有与所述叶轮杆轴的非圆形对称轮廓配合的非圆形对称轮廓。
3.根据权利要求I所述的转子组件，其特征在于，所述叶轮杆轴的非圆形对称轮廓为多叶谐波轮廓。
4.根据权利要求I所述的转子组件，其特征在于，所述叶轮杆轴插入到所述孔且所述螺栓拧紧到预定扭矩值时，所述叶轮杆轴的未插入端从所述孔沿所述齿轮轴轴向方向向外延伸。
5.根据权利要求I所述的转子组件，其特征在于，所述叶轮杆轴插入到所述孔且所述螺栓拧紧到预定扭矩值时，所述孔延伸超过所述叶轮杆轴的插入端。
6.一种用于组装所述绕轴线旋转的转子组件的方法，其特征在于，所述方法包括 将叶轮的锥形非圆形对称叶轮杆轴插入到齿轮轴的孔内； 将螺栓插入所述叶轮的轴向延伸方向的开口并插入所述齿轮轴的孔的螺纹部分中； 将所述螺栓通过施必牢螺纹拧紧。
全文摘要
本发明公开了一种压缩机叶轮与轴的连接装置和方法，属于压缩机技术领域。压缩机叶轮与轴的连接装置包括叶轮，叶轮绕轴线旋转且包括有在轴向方向延伸的具有外表面的叶轮杆轴，外表面在包括轴线的截面内具有锥形轮廓并在垂直于轴线的截面内具有非圆形对称轮廓，叶轮杆轴还包括轴向方向延伸的开口；齿轮轴，齿轮轴包括在所述轴向上延伸的孔，其中孔为在齿轮轴旋转时接受叶轮杆轴并啮合叶轮杆轴；螺栓，螺栓插在叶轮开口和孔中用于将叶轮连接到齿轮轴；其中，螺栓和孔通过施必牢螺纹啮合。本发明将螺栓和齿轮轴通过施必牢螺纹进行啮合，这样保证了在高速运转时转子组件的可靠性。
文档编号F04D29/053GK102619781SQ20121010076
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者唐琦琳, 罗琳, 陈宗华 申请人:三一能源重工有限公司