[发明专利]叶片式压缩机的转子

说明书

本发明属于机械制造领域，更确切地说，它涉及一种叶片式压缩机的转子。

本发明能被成功地应用在燃气轮机发动机的轴流式的或离心涡流式的压缩机转子上。

现有技术的叶片式压缩机的转子包括一根中心转轴和至少两个同轴地安装到转轴上、并带有紧固在其轮缘上的若干工作叶片的呈圆盘形的工作叶轮。工作叶轮的轮缘相互间沿端面焊接成为刚性连接，构成转子的转盘。（OPЛOBП.И.“设计基础”Ч.1，1977，M.，C.134-137，puc.65，Bap.8，9）。在组合焊接这种转子转盘的加工过程中，会导致转盘的轮缘产生不均匀剩余变形的大的热应力。在一装配好的转子中，这种变形也导致圆环的重心相对其旋转转轴线产生偏移，在生产工艺中，此结构在焊接后保持各个圆盘间的平衡实际上是不可能的。因此在工作时，不论转子整体是否平衡，但在其结构中由于单个工作叶轮不平衡而产生离心力的作用，该结构自身产生较大的负载。这样就造成转子的变形，使其失去平衡;并且高的旋转频率还会造成转子的损坏。此外，这种焊接结构在进行修理时，比较困难，结果是在一个工作叶轮损坏的情况下便造成整个转子报废。

现今的叶片式压缩机的转子在大多数的情况下都有适合在高转速下工作的结构，以使压缩机体积小、质量小而获得较高的频率。在这种情况下重要的是使转子的自振频率与其转动产生的强迫振动频率不相同。通常由于压缩机转子是在较宽的转速范围内工作，因此应选择其自振频率高于最大转速运转时的振动频率的结构。为此转子要有足够刚度，这时转子的刚度取决于其圆筒部位（由叶轮转盘的轮缘部分组成）及中心转轴的总成刚度。此外，工作叶轮张紧力的大小对转子刚度有最重要的影响。因此，不希望以增加中心转轴质量从而增大其刚度的方法来提高转子刚度，因为中心转轴直径的增加导致工作叶轮转盘中部孔径的增大，其结果会引起工作叶轮强度的下降。

此外，在各工作叶轮间张紧情况下，增大中心转轴直径的情况下会显著减小其伸长量，而该伸长量是与温度变化及作用于转子的机械负荷所引起的变形产生的转轴长度的增加量成正比，这样就产生了转子的不平衡度。

因此，通常采用增加转盘的质量以提高转盘刚度及增加工作叶轮间的压紧力的方法来增加转轴刚性。

此外，现有技术的叶片式压缩机转子包括一中心转轴，至少两个同轴地安装于转轴上的工作叶轮，（其轮缘形成转子的转盘），及各工作叶轮间的沿转子轴线相互固定的装置（CM.M.M马斯莱尼考夫等“直升飞机用的燃气轮机发动机”，“机械制造”（M.），1969，C.261-263，puc.7，18）。所述的转子是离心涡流式的，在轴向部分有五级结构及在压缩机出口处有单级离心式结构。在这种结构的压缩机中，叶轮的固定方式是：用一空心的中心轴，其一端制有螺纹并与离心式工作叶轮的轮毂螺纹连结，而在转轴的另一端有一沿孔径圆周均匀凸出的法兰，用螺钉栓接以确保侧边上的轴向工作叶轮的转盘与法兰的刚性连接。

在这种结构中，转盘质量大，因而具有较大的刚度，以及工作叶轮间有较大压紧力，因此转子的刚度是足够的。

在这种压缩机的工作（转子的转动）过程中，较大的离心力作用在质量较大的转盘上，其离心力的大小是与转子的转速、转盘质量及其外缘距转子轴心线的距离成正比例的。巨大的离心力会引起转子的较大的变形，导致转子出现大的不平衡度并可引起压缩机的损坏。

此外，在具有较大质量转盘的转子结构中转子的转轴有明显的径向跳动量，迫使在工作叶轮的叶片的端部与压缩机定子内表面之间的间隙增大，从而导致压缩机效率下降。

本发明确定的主要任务是创造一种叶片式压缩机转子，其结构特点是尽可能减小转盘及中心转轴的质量以使转子在高转速下减小离心力的影响，并由此提高压缩机的效率和可靠性。

本发明任务的解决方案是，在叶片式压缩机的转子中包括一中心转轴、至少两个同轴地安装到中心转轴上的叶轮，（其轮缘构成了转子的转盘）和沿着转子轴线将工作叶轮相互固定的装置;根据本发明，至少在一对工作叶轮（4，5）端面之间，并联安装与轴（1）同轴的和可相对转轴滑动的一环形件和一压缩弹簧。

在这种方案中，如果转子有至少三个工作叶轮，可在每对相邻的工作叶轮的端面之间安置一环形件及弹簧。

在本方案中还可将两侧边的工作叶轮刚性地固定在转轴上，在两侧边之间设置一与转轴间隙配合的中间叶轮，通过转轴与中间叶轮的转盘间的这个环形空隙并联安装一环形件及一压缩弹簧，使它们的各端面紧抵在两边的工作叶轮的轮毂侧边上。