[发明专利]将轴颈连接至轴流式压缩机转子轴的轴鼓的组件和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及轴流式压缩机，更具体地，本发明涉及一种将轴颈连接至轴流式压缩机转子轴的轴鼓的方法。

背景技术

透平机（例如，离心式压缩机、轴流式压缩机）和涡轮机使用在各种行业中。特别是，轴流式压缩机广泛使用在发电站、喷气发动机应用、燃气轮机以及汽车应用中。轴流式压缩机也常用于大规模工业应用，例如在炼油行业中使用的气体分离设备和热气膨胀器。

轴流式压缩机通常包括与中心鼓接合的旋转轴，该中心鼓具有许多圆周布置的并且沿着中心鼓的轴向长度方向多行隔开的翼型叶片。翼型叶片在与静止的管状壳体连接的相应数量的定子叶片之间旋转。工作流体（例如，气体）沿着旋转轴的轴向进入并离开轴流式压缩机。工作流体的能量引起旋转的翼型叶片相对于定子叶片的相对运动。中心鼓和壳体之间的横截面面积从入口端到出口端逐渐减小，以使工作流体在通过轴流式压缩机时被压缩。

在轴流式压缩机的制造中，一个或多个刚性轴颈借助于过盈连接（诸如榫头配合等）有效地与中空的轴鼓相接合。基于轴颈和中空鼓的此布置，在压缩机运行期间，这两个构件趋向于出现径向和轴向分离。在径向方向上尺寸产生大的变化。轴颈径向膨胀的幅度通常小于中空鼓径向膨胀的幅度，这种情况降低了过盈配合的有效性。为了克服这个问题，现有技术中的压缩机使用了在轴颈入口端和轴颈出口端之间延伸的长的贯穿螺栓。贯穿螺栓在轴颈和中空轴鼓之间的环形余隙空间内沿着轴向延伸，以阻止轴鼓与轴颈出现径向分离。

在现有技术中，Westinghouse在美国专利No.1,142,069中公开了一种船用涡轮机，该船用涡轮机包括具有轴鼓的转子元件，并且通过多个螺栓将冲击式叶轮固定至轴鼓。第一轴端与冲击式叶轮一体形成，而第二轴端与轴鼓一体形成。Westinghouse专利的图1和图3示出了围绕冲击式叶轮圆周布置的螺栓。

Samurin等人在美国专利No.3,749,516中公开了一种用于透平机的转子结构，该转子结构具有与贯穿螺栓的两个端部牢固固定的轴颈。轴颈与多个叶轮相连接。轴颈被拧在贯穿螺栓上并且被轴向压缩以形成刚性结构。在叶轮中间以及在叶轮和轴颈之间定位有销形式的多个驱动装置。将径向设置的键槽插在叶轮和轴颈之间，以接合销并且提供从轴颈到叶轮组件的驱动连接。

Lin等人在美国专利No.7,335,108中公开了一种具有衔接端部接头的复合驱动轴。该驱动轴组件包括由端部接头衔接的复合管。端部接头在复合管的端部处被衔接。每个端部接头包括构造成与复合管接合的接头管接口。从接头管接口沿径向向外突出有多个凸耳，以在接头管接口的内部表面处接合复合管。凸耳的作用是将扭矩从端部接头传输至复合管以及将扭矩从复合管传输至端部接头。

使用这些传统装置来阻止轴颈和轴鼓之间的相对运动具有许多缺点。在使用了贯穿螺栓的实施例中，因为螺栓必须具有沿整个轴颈长度延伸的充足长度，所以当轴流式压缩机处于工作速度时，螺栓经受谐波失衡和谐振。轴颈通常的高速旋转会进一步使这些问题复杂化。此外，贯穿轴承被紧固而处于非常大的预拉伸的状态，这往往会在轴流式压缩机多循环运行时削弱螺栓。

发明内容

鉴于现有技术的上述情形，需要一种用于将轴颈连接至轴流式压缩机的轴鼓的组件和方法，由此免去使用贯穿螺栓来阻止轴颈和轴鼓之间的相对运动的需求。还需要提供一种用于将轴颈连接至轴流式压缩机的轴鼓的组件和方法，该组件和方法能够降低制造成本和维护费用。

根据一个实施例，一种用于轴流式压缩机的轴组件包括第一轴颈、第二轴颈以及具有纵向轴线的中空的轴鼓。第一轴颈和第二轴颈可沿着轴鼓的纵向轴线与轴鼓的相反两端相接合。多个键槽可以在径向上靠近第一轴颈、第二轴颈以及轴鼓的外圆周的布置方式设置。多个销可与多个键槽接合，其中，销阻止轴鼓相对于第一轴颈和第二轴颈的轴向旋转，并且阻止轴鼓与第一轴颈、第二轴颈轴向和径向分离。

根据另一个实施例，所述轴组件还可包括多个肩部结构和多个肩部凹口，所述多个肩部结构设置在第一轴颈和第二轴颈上，所述多个肩部凹口沿着轴鼓的纵向轴线设置在轴鼓的相反两端处。所述多个肩部结构可以有效地接合所述多个肩部凹口，以形成第一轴颈、第二轴颈和轴鼓之间的榫头配合来保持同轴结构。

仍根据另一个实施例，轴向轴组件的每个销可以做成尺寸大于相应键槽的尺寸，以允许销和键槽之间的过盈配合。此外，每个键槽可包括在第一轴颈、第二轴颈上形成的槽以及在轴鼓上形成的相应的槽。轴鼓还可包括在轴鼓外表面上设置在沿着轴向偏移的多行中的多个凹槽，所述多个凹槽中的每一个用于有效地接收转子叶片。