一种适应600℃排气温度的多级离心压缩机转子结构的制作方法

一种适应600
℃
排气温度的多级离心压缩机转子结构
技术领域
1.本实用新型涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种适应600℃排气温度的多级离心压缩机转子结构。


背景技术：

2.在“碳达峰、碳中和”战略下，逐渐构建以新能源为主体的新型电力系统势在必行。风能、太阳能等新能源受自然因素影响较大，具有明显的波动性、间歇性和反调峰等天然属性，对电力系统安全运行提出重大挑战，储能与新能源发电、电力系统协调优化运行已成为实现双碳目标的必由之路。
3.利用热泵循环进行高温热存储是当下储能领域一个重要的技术路线，而压缩机是决定该技术路线成败的核心要素。传统的多级离心压缩机排气温度在400℃以下，叶轮与主轴采用套装的装配方式。而在高温热存储技术路线中，压缩机排气温度接近600℃，叶轮与主轴采用套装的装配方式高温下容易使叶轮和主轴套装处产生松动现象，因此现有的转子形式已无法满足压缩机安全可靠运行的要求，必须开发一种能够适应600℃排气温度的多级离心压缩机转子结构。


技术实现要素：

4.本实用新型需要解决的技术问题是：现有的套装转子高温下叶轮和主轴套装处容易产生松动，无法满足高温热存储技术路线中的压缩机安全可靠运行的要求；进而提供一种适应600℃排气温度的多级离心压缩机转子结构。
5.本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案是：
6.一种适应600℃排气温度的多级离心压缩机转子结构，包括依次轴向一体连接的联轴器段、前支持轴承段、前轴封段、离心叶轮段、平衡活塞段、后轴封段、后支持轴承段和推力轴承段，转子的进气端通过前支持轴承段安装在前轴承箱中，转子的出气端通过后支持轴承段安装在后轴承箱中；所述的离心叶轮段包括多级依次轴向设置的叶轮，相邻的两级叶轮之间通过焊接的方式连接在一起，在转子主轴上每级叶轮轴心位置的两侧轴段各设置有一个空心腔；离心叶轮段的进气端焊接在前轴封段的出气端上，离心叶轮段的出气端焊接在平衡活塞段的进气端上。
7.进一步的，每级叶轮包括叶轮轴、轮盘、多片动叶片和圆环形盖板，所述的叶轮轴与轮盘同轴布置，且叶轮轴的两端分别处于轮盘的两侧，多片动叶片周向均匀布置在轮盘的一侧，所述的轮盘、叶轮轴和多片动叶片一体加工制成；所述的圆环形盖板焊接在多片动叶片上，圆环形盖板、轮盘与多片动叶片之间形成多个气道；相邻的两级叶轮之间通过叶轮轴焊接在一起。
8.进一步的，所述的叶轮轴的两端端面分别开有一个同轴设置的第一凹槽，前轴封段的出气端端面开有一个第二凹槽，平衡活塞段的进气端端面上开有一个第三凹槽，首级叶轮进气端的第一凹槽与前轴封段的第二凹槽形成一个空心腔，相邻的两级叶轮之间的第
一凹槽形成一个空心腔，末级叶轮出气端的第一凹槽与平衡活塞段的第三凹槽形成一个空心腔。
9.进一步的，所述的离心叶轮段包括四级叶轮，沿转子的进气方向，四级叶轮的外径依次为1430mm、1391mm、1296mm和1211mm。
10.进一步的，所述的四级叶轮的多片动叶片进口轮毂直径相等，均为480mm。
11.进一步的，所述的四级叶轮的叶轮轴的外径相等，均为429mm。
12.进一步的，所述的空心腔所对应的转子部分的壁厚为40mm。
13.进一步的，所述的前支持轴承段和后支持轴承段的轴颈为354.9mm。
14.进一步的，所述的转子的材质采用x13crmocovnbnb9-2-1型号的钢。
15.本实用新型与现有技术相比产生的有益效果是：
16.本实用新型中离心叶轮段的各级叶轮单独进行加工，不同叶轮间、叶轮与转子的轴端均采用焊接的方式进行装配，离心叶轮段与转子的主轴形成一体化结构，在600℃的排气温度下，保证了多级离心压缩机轴系的安全性和可靠性。
附图说明
17.附图作为本技术的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。
18.图1为本实用新型的整体结构示意图；
19.图2为本实用新型的转子装配到机壳中的示意图；
20.图3为叶轮的结构示意图；
21.图4为前轴封段的出气端开有第二凹槽的示意图；
22.图5为平衡活塞段进气端开有第三凹槽的示意图。
23.图中：1-联轴器段；2-前支持轴承段；3-前轴封段；3-1-第二凹槽；4-离心叶轮段；4-1-叶轮；4-1-1-轮盘；4-1-2-动叶片；4-1-3-第一凹槽；4-1-4-叶轮轴；4-1-5-圆环形盖板；5-平衡活塞段；5-1-第三凹槽；6-后轴封段；7-后支持轴承段；8-推力轴承段；9-空心腔。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.参见图1至图5所示，本技术实施例提供一种适应600℃排气温度的多级离心压缩
机转子结构，包括依次轴向一体连接的联轴器段1、前支持轴承段2、前轴封段3、离心叶轮段4、平衡活塞段5、后轴封段6、后支持轴承段7和推力轴承段8，转子的进气端通过前支持轴承段2安装在前轴承箱中，转子的出气端通过后支持轴承段7安装在后轴承箱中；所述的离心叶轮段4包括多级依次轴向设置的叶轮4-1，相邻的两级叶轮4-1之间通过焊接的方式连接在一起，在转子主轴上每级叶轮4-1轴心位置的两侧轴段各设置有一个空心腔9；离心叶轮段4的进气端焊接在前轴封段3的出气端上，离心叶轮段4的出气端焊接在平衡活塞段5的进气端上。
28.本实施方式中的离心叶轮段4的各级叶轮4-1单独进行加工，不同叶轮间、叶轮与转子的轴端均采用焊接的方式进行装配，离心叶轮段4与转子的主轴形成一体化结构，在600℃的排气温度下，保证了多级离心压缩机轴系的安全性和可靠性；
29.本实施方式中在转子主轴上，叶轮4-1的两侧所对应的轴段设置空心腔9，主要是为了保证不同叶轮间、叶轮与转子的轴端采用焊接工艺连接的可实现性，从而实现了600℃高温条件下叶轮与转子装配工艺的可行性。
30.本实施方式中转子的工作转速为3000r/min，转子轴承中心跨距4750mm，保证转子工作转速介于第一阶临界转速与第二阶临界转速之间，且避开率＞15％。
31.在一种可能的实施方案中，每级叶轮4-1包括叶轮轴4-1-4、轮盘4-1-1、多片动叶片4-1-2和圆环形盖板4-1-5，所述的叶轮轴4-1-4与轮盘4-1-1同轴布置，且叶轮轴4-1-4的两端分别处于轮盘4-1-1的两侧，多片动叶片4-1-2周向均匀布置在轮盘4-1-1的一侧，所述的轮盘4-1-1、叶轮轴4-1-4和多片动叶片4-1-2一体加工制成；所述的圆环形盖板4-1-5焊接在多片动叶片4-1-2上，圆环形盖板4-1-5、轮盘4-1-1与多片动叶片4-1-2之间形成多个气道；相邻的两级叶轮4-1之间通过叶轮轴4-1-4焊接在一起。
32.本实施方式中，所述的联轴器段1、前支持轴承段2、前轴封段3、多级叶轮轴4-1-4、平衡活塞段5、后轴封段6、后支持轴承段7和推力轴承段8共同构成转子的主轴；由于轮盘4-1-1与叶轮轴4-1-4一体制成，因此使得每级叶轮4-1与转子主轴构成一体件结构。
33.在一种可能的实施方案中，所述的叶轮轴4-1-4的两端端面分别开有一个同轴设置的第一凹槽4-1-3，前轴封段3的出气端端面开有一个第二凹槽3-1，平衡活塞段5的进气端端面上开有一个第三凹槽5-1，首级叶轮4-1进气端的第一凹槽4-1-3与前轴封段3的第二凹槽3-1形成一个空心腔9，相邻的两级叶轮4-1之间的第一凹槽4-1-3形成一个空心腔9，末级叶轮4-1出气端的第一凹槽4-1-3与平衡活塞段5的第三凹槽5-1形成一个空心腔9。
34.本实施方式中，在叶轮轴4-1-4的两侧开槽，主要是保证叶轮之间、叶轮与转子轴端之间的焊接工艺可实现性，在两个相邻的槽端面加工特定的焊接坡口，通过焊接将转子各段连接成一体。
35.在一种可能的实施方案中，所述的离心叶轮段4包括四级叶轮4-1，沿转子的进气方向，四级叶轮4-1的外径依次为1430mm、1391mm、1296mm和1211mm。
36.本实施方式中的转子采用4级闭式离心叶轮结构，由于4级叶轮4-1出口温度逐渐升高，为降低离心应力，所以4级叶轮4-1的外径逐渐降低。
37.本实施方式中的压缩机采取多级小焓降方案，利用四级离心叶轮实现总压比2.5的压力提升，在相同设计条件下有效减小叶轮外径，降低离心叶轮所受应力。
38.在一种可能的实施方案中，所述的四级叶轮4-1的多片动叶片4-1-2进口轮毂直径
相等，均为480mm。
39.在一种可能的实施方案中，所述的四级叶轮4-1的叶轮轴4-1-4的外径相等，均为429mm。
40.在一种可能的实施方案中，所述的空心腔9所对应的转子部分的壁厚为40mm。
41.本实施方式中，在焊接位置转子采用空心结构，单侧壁厚40mm，保证焊接的可实现性。
42.在一种可能的实施方案中，所述的前支持轴承段2和后支持轴承段7的轴颈为354.9mm。
43.在一种可能的实施方案中，所述的转子的材质采用x13crmocovnbnb9-2-1型号的钢。
44.本实施方式中，转子主轴及叶轮4-1选材相同，均为x13crmocovnbnb9-2-1材质，一方面保证了转子主轴与叶轮在高温下的力学性能优异，另一方面避免使用镍基高温合金，降低了离心叶轮4-1的加工难度。
45.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。