一种装配精度自矫正式压缩机的制作方法

1.本发明涉及压缩机生产制造技术领域，尤其是涉及一种装配精度自矫正式压缩机。


背景技术：

2.转子是离心压缩机的核心部件，其不仅影响压缩机的气动性能，同时也是影响压缩机的转子动力学特性的重要因素。单轴悬臂式离心空压机的首级叶轮为悬臂形式，叶轮与主轴连接，通过原动机驱动进行作功。
3.现有的叶轮与主轴连接方式为法兰盘连接，叶轮通过螺栓与小齿轮轴把紧，使叶轮和小齿轮轴的法兰接触面在运转的过程中产生摩擦力，以此力来避免运转过程中两法兰可能发生的相对位移。这种连接方式存在以下不足：(1)安装难度大，装配精度较低。
4.(2)安装过程中易研磨法兰端面，对转子造成损伤。
5.(3)安装后，在运行过程中，叶轮与法兰易发生相对位移，增加转子不平量，不利于稳定运行。
6.以上三点是影响转子稳定运行的重要因素。
7.例如中国专利文献（公告号：cn107178521a）公开了“一种单轴离心压缩机转子及其装配方法”，包括具有锥形轴头的主轴，和与所述轴头配合的叶轮；本发明还公开了一种单轴离心压缩机转子装配方法，通过所述装配方法装配完成的单轴离心压缩机转子结构，装配工艺简单，装配精度高，具有传递扭矩大、无相对位移等特点。
8.上述技术方案虽然能够在一定程度提高了转子运行的稳定性，降低了运行过程中转子振动的幅值，但当压缩机转速达到20000转以上时，压缩机动力核心的装配精度要求极高，一旦出现装配缺陷，当叶轮启动后产生微振动即可能与壳体产生干涉，这会造成叶片崩坏甚至整机报废，后果极为严重。


技术实现要素：

9.针对背景技术中提到的高速压缩机装配要求极高，且在转轴启动后因振动可能导致叶片损伤的问题，本发明提供了一种装配精度自矫正式压缩机，通过在壳体上设置硬度小于叶轮的自矫正型环形成对动力核心的封闭，在运行过程中通过叶轮自矫正型环切削自矫正型环完成装配精度的自动矫正。
10.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种装配精度自矫正式压缩机，包括壳体和设置于壳体中部的叶轮转轴，所述叶轮转轴前端设置有叶轮，所述叶轮外侧设置有装配组件，所述装配组件包括设置于叶轮前端的自矫正型环，所述自矫正型环外缘设置有蜗壳；其中，所述自矫正型环硬度小于叶轮。所述压缩机的动力核心包括设置于壳体内的叶轮转轴，所述叶轮转轴带动叶轮高速转动，而壳体前端通过蜗壳封闭，所述自矫正型环用于填充叶轮与蜗壳之间的间隙，防止压缩介
质向腔体外泄漏，采用密封效果较好的自矫正型环作为轴端密封件，本技术中，自矫正型环采用高分子材料，具备自润滑特性，当叶轮预启动试验时，会对自矫正型环进行刮削，使得自矫正型环根据叶轮的“转动轮廓”被刮削矫正，使得自矫正型环根据叶轮的工作状态自动矫正，消除压缩机装配时产生的误差，确保压缩机整体的运行稳定性。
11.作为优选，所述叶轮后端设置有连接盘，所述叶轮转轴与连接盘套接，所述连接盘与壳体连接；其中，所述连接盘靠近叶轮的一侧设置有密封部。所述连接盘设置于叶轮后部，作为叶轮的基盘部连接于壳体，连接盘上固定安装有密封部，用于削减叶转动过程中的振动影响。
12.进一步的，所述密封部包括有齿形密封圈，所述齿形密封圈包括接触部和填充部，接触部上设置有前端接触于叶轮后端的齿牙，齿牙之间设置有齿槽，所述填充部设置于接触部外缘。所述密封部为齿形密封槽，齿形密封圈一方面通过齿牙对叶轮进行一定程度的支撑，另一方面避免整个密封圈外端面接触叶轮产生较大摩擦力影响高速叶轮的运行，同时齿形密封圈的存在可以在叶轮安装时起到安装定位作用。
13.作为优选，所述齿槽沿齿形密封圈径向方向呈螺旋线分布，所述齿形密封圈中部设置有通槽，所述通槽包括沿齿形密封圈径向延伸的主槽和沿齿形密封圈轴向延伸的若干支槽，支槽自齿形密封圈的齿槽底部延伸至齿形密封圈中部并连通于主槽。所述齿槽不同于传统齿形密封圈上的结构按照同心圆分布，而是沿螺旋线结构由内向外分布，而支槽是按照齿槽延伸轨迹进行设置的，因此与主槽连通的支槽在齿形密封圈表面沿螺旋线结构分布。当叶轮转动时，压缩气体沿叶轮转轴的轴向方向高速流动，叶轮叶片控制气流流动并产生远离叶轮转轴的升力，而气流经支槽向主槽流动，能够将叶轮转动产生的热量快速传递至齿形密封圈内，并通过齿形密封圈良好的导热性向壳体散热。另外，若齿形密封圈的齿槽为传统齿形密封圈的结构按照同心圆分布，故而支槽亦按照同心圆分布在齿形密封圈上，且叶轮稳定转动过程中产生的压缩气体亦按照规律分布在齿形密封圈中的支槽通路高速流动，这一过程会持续伴随于压缩机整个工作进程，由于气流流通路线是规律的，导致一旦齿形密封圈产生的振动频率与叶轮转轴的振动频率一致，即会发生共振现象，这对叶轮转轴及叶轮在壳体中的运动稳定性造成极大隐患，且该共振会持续作用直至压缩机停止工作，期间叶轮转轴会承受极大地共振径向载荷，这对压缩机的使用寿命造成严重影响。而呈螺旋线结构分布的支槽能避免压缩气体沿同心圆分布方式进行规律流动而产生共振现象，消除共振导致的载荷隐患，提高压缩机动力核心的使用寿命，避免暗伤产生。
14.作为优选，所述支槽分布于齿槽所在螺旋线上，所述螺旋线沿齿形密封圈径向方向由密至疏分布，所述支槽沿齿形密封圈径向方向由密至疏分布。所述齿槽所在螺旋线不同于传统等宽式螺旋线，而是由内向外逐渐变宽的螺旋线，即沿径向方向由密至疏分布，这使得齿形密封圈上靠内侧的支槽较靠外沿的支槽更为密集。这是由于气流自齿形密封圈上内圈支槽进入后，狭窄的支槽使得流速增加，气流进入主槽后沿径向由内向外流动，从外圈支槽离开齿形密封圈，由于流速的提升使得气流离开支槽时造成的振动大于气流进入支槽时造成的振动。因此若靠外圈的支槽达到一定数目，会导致齿形密封圈内、外圈振动状态不均，这对密封圈的稳定性造成极大影响，故内圈支槽密集于外圈支槽才能平衡两侧的振动稳定性。进一步的，所述支槽沿齿形密封圈径向方向由密至疏分布，即内圈支槽进一步多于外圈支槽，会进一步平衡两侧振动状态，削减齿形密封圈在连接座上造成的振动强度，达到
消除振动，降低噪音的作用。
15.进一步的，所述填充部包括开口朝向接触部的聚合槽，所述聚合槽与主槽连通，所述填充部与接触部为一体式结构；其中，所述聚合槽内设置有吸附层。所述接触部上均匀设置有若干定位槽，所述定位槽内设置有尾部与连接座固定连接的固定件，所述定位槽与主槽连通，作为密封圈的主散热孔供高速气流流通。根据伯努利原理，叶轮外缘压强小于叶轮内缘压强，因此气流在主槽内向外侧流动时，会将叶轮刮削高分子材料自矫正型环实现装配精度自动矫正而产生的未排出压缩机的自矫正型环碎屑向聚合槽汇集，并利用聚合槽内设置的吸附层进行黏附收集，避免自矫正型环碎屑为壳体内润滑剂提供结块核心，造成润滑剂结块影响其润滑效果。
16.作为优选，所述叶轮转轴后端设置有减振垫片，所述减振垫片为复合结构，所述减振垫片包括上层、中层和下层，所述上层和下层为波形垫片，所述中层为石墨层。进一步的，所述中层上设置有微孔。所述减振垫片不同于传统的复合式石墨金属波形垫片，传统复合式石墨金属波形垫片由石墨纸软层与金属波形垫片压合制成，主要用于获得较好的弹性性能、耐磨性能和耐高温性能，而本技术中减振垫片由两波形垫片中部夹合一石墨层制成，本减振垫片除上述优良性能外，还可利用其中部石墨层上的微孔结构对叶轮转轴运转过程产生的噪声进行降噪处理，利用石墨层上的微孔将声音快速传递至低密度石墨内部实现吸音效果。
17.作为优选，所述叶轮中部设置有装配筒，所述装配筒包括前部和内径大于前部的后部，所述叶轮转轴端部与后部过盈连接，所述装配筒内贯穿插接有固定钉，所述固定钉尾部与叶轮转轴端部固定连接，所述固定钉头部设置有整流罩，所述整流罩抵接叶轮前端。叶轮转轴与叶轮过盈连接，保证叶轮转轴能够带动叶轮同步转动，而固定钉配合整流罩将叶轮稳定压合固定在叶轮转轴上，一是确保装配筒后部不会脱出叶轮转轴，二是在固定钉与装配筒前部之间产生间隙层，避免随着压缩机长期使用后固定钉与叶轮产生“冷焊”现象而连接一体，造成无法拆卸的情况。
18.本技术还公开了一种上述装配精度自矫正式压缩机的装配方法，包括以下步骤：s1：将叶轮转轴安装于壳体中部，并在叶轮转轴两端分别安装前端轴承和后端轴承；s2：将减振垫片安装于后端轴承外侧，将连接座安装于前端轴承外侧；s3：自齿形密封圈内缘沿径向方向切割形成主槽，接着自齿槽槽底沿轴向方向钻孔形成支槽；s4：将叶轮中部的装配筒过盈插接叶轮转轴前端，并将固定钉贯穿整流罩与装配筒后固定连接叶轮转轴；s5：将蜗壳套接安装在连接座外沿，接着将自矫正型环装入叶轮与蜗壳之间，最后将法兰固定在蜗壳外端，并将法兰与自矫正型环固定。
19.前端轴承和后端轴承确保叶轮转轴装配在壳体内后流畅转动，减振垫片安装在叶轮转轴后端，降低叶轮转轴振动强度的同时获得一定的降噪性能；连接座及齿形密封圈安装于叶轮转轴前部，在支撑叶轮的同时降低叶轮与叶轮装配组件的接触面积，避免摩擦现象影响叶轮高速转动，另外，利用特殊结构的齿形密封圈配合高分子自矫正型环自动矫正压缩机装配过程产生的精度误差，提高高速叶轮的散热性能，消除叶轮与装配结构的共振
可能，获得性能优良的压缩机动力核心。
20.因此，本发明具有如下有益效果：（1）自矫正型环采用高分子材料，具备自润滑特性，当叶轮预启动试验时，会对自矫正型环进行刮削，使得自矫正型环根据叶轮的“转动轮廓”被刮削矫正，使得自矫正型环根据叶轮的工作状态自动矫正，消除压缩机装配时产生的误差，确保压缩机整体的运行稳定性；（2）螺旋线沿齿形密封圈径向方向由密至疏分布，所述支槽沿齿形密封圈径向方向由密至疏分布，平衡齿形密封圈两侧振动状态，削减齿形密封圈在连接座上的振动强度，达到消除振动，降低噪音的作用；（3）呈螺旋线结构分布的支槽能避免压缩气体沿同心圆分布方式进行规律流动而产生共振现象，消除共振导致的载荷隐患，提高压缩机动力核心的使用寿命，避免暗伤产生；（4）固定钉配合整流罩将叶轮稳定压合固定在叶轮转轴上，一是确保装配筒后部不会脱出叶轮转轴，二是在固定钉与装配筒前部之间产生间隙层，避免随着压缩机长期使用后固定钉与叶轮产生“冷焊”现象而连接一体，造成无法拆卸的情况。
附图说明
21.图1为本发明的剖视图。
22.图2为图1中齿形密封圈的结构示意图。
23.图3为图2中a处的局部放大图。
24.图4为图1中齿形密封圈的主视图。
25.图中：1、叶轮转轴，11、减振垫片，2、叶轮，3、自矫正型环，4、整流罩，5、固定钉，6、齿形密封圈，61、接触部，62、填充部，63、齿槽，7、固定件，8、法兰，9、连接盘，10、蜗壳，12、主槽，13、支槽，14、聚合槽，15、吸附层。
具体实施方式
26.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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发明和简化描述，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发明的限制。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.实施例1如图1所示，一种装配精度自矫正式压缩机，包括壳体和设置于壳体中部的叶轮转
轴1，叶轮转轴1前端设置有叶轮2，叶轮2外侧设置有装配组件，装配组件包括设置于叶轮2前端的自矫正型环3，自矫正型环3外缘设置有蜗壳10；其中，自矫正型环3硬度小于叶轮2。压缩机的动力核心包括设置于壳体内的叶轮转轴1，叶轮转轴1带动叶轮2高速转动，而壳体前端通过蜗壳10封闭，自矫正型环用于填充叶轮2与蜗壳10之间的间隙，防止压缩介质向腔体外泄漏，采用密封效果较好的自矫正型环作为轴端密封件，本技术中，自矫正型环采用高分子材料，具备自润滑特性，当叶轮2预启动试验时，会对自矫正型环进行刮削，使得自矫正型环根据叶轮2的“转动轮廓”被刮削矫正，使得自矫正型环根据叶轮2的工作状态自动矫正，消除压缩机装配时产生的误差，确保压缩机整体的运行稳定性。本实施例中，叶轮2转速为25000 r/min，自矫正型环材料采用共聚甲醛，密度、结晶度、熔点、强度都较低，但热稳定性好，不易分解。叶轮2采用7075铝合金，是一种冷处理锻压合金，质轻强度高，结构紧密，耐腐蚀效果强。叶轮2可对自矫正型环进行刮削处理，完成装配精度矫正。
30.如图2，3所示，叶轮2后端设置有连接盘9，叶轮转轴1与连接盘9套接，连接盘9与壳体连接；其中，连接盘9靠近叶轮2的一侧设置有密封部。进一步的，密封部包括有齿形密封圈6，齿形密封圈6包括接触部61和填充部62，接触部61上设置有前端接触于叶轮2后端的齿牙，齿牙之间设置有齿槽63，填充部62设置于接触部61外缘。齿槽63沿齿形密封圈6径向方向呈螺旋线分布，齿形密封圈6中部设置有通槽，通槽包括沿齿形密封圈6径向延伸的主槽12和沿齿形密封圈6轴向延伸的若干支槽13，支槽13自齿形密封圈6的齿槽63底部延伸至齿形密封圈6中部并连通于主槽12。
31.如图4所示，连接盘9设置于叶轮2后部，作为叶轮2的基盘部连接于壳体，连接盘9上固定安装有密封部，用于削减叶转动过程中的振动影响。密封部为齿形密封槽，齿形密封圈6一方面通过齿牙对叶轮2进行一定程度的支撑，另一方面避免整个密封圈外端面接触叶轮2产生较大摩擦力影响高速叶轮2的运行，同时齿形密封圈6的存在可以在叶轮2安装时起到安装定位作用。齿槽63不同于传统齿形密封圈6上的结构按照同心圆分布，而是沿螺旋线结构由内向外分布，而支槽13是按照齿槽63延伸轨迹进行设置的，因此与主槽12连通的支槽13在齿形密封圈6表面沿螺旋线结构分布。支槽13分布于齿槽63所在螺旋线上，螺旋线沿齿形密封圈6径向方向由密至疏分布，支槽13沿齿形密封圈6径向方向由密至疏分布。齿槽63所在螺旋线不同于传统等宽式螺旋线，而是由内向外逐渐变宽的螺旋线，即沿径向方向由密至疏分布，这使得齿形密封圈6上靠内侧的支槽13较靠外沿的支槽13更为密集。本实施例中，齿形密封圈6采用6061铝合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，便于主槽12及支槽13的加工成型。
32.当叶轮2转动时，压缩气体沿叶轮转轴1的轴向方向高速流动，叶轮2叶片控制气流流动并产生远离叶轮转轴1的升力，而气流经支槽13向主槽12流动，能够将叶轮2转动产生的热量快速传递至齿形密封圈6内，并通过齿形密封圈6良好的导热性向壳体散热。另外，若齿形密封圈6的齿槽63为传统齿形密封圈6的结构按照同心圆分布，故而支槽13亦按照同心圆分布在齿形密封圈6上，且叶轮2稳定转动过程中产生的压缩气体亦按照规律分布在齿形密封圈6中的支槽13通路高速流动，这一过程会持续伴随于压缩机整个工作进程，由于气流流通路线是规律的，导致一旦齿形密封圈6产生的振动频率与叶轮转轴1的振动频率一致，即会发生共振现象，这对叶轮转轴1及叶轮在壳体中的运动稳定性造成极大隐患，且该共振会持续作用直至压缩机停止工作，期间叶轮转轴1会承受极大地共振径向载荷，这对压缩机
的使用寿命造成严重影响。而呈螺旋线结构分布的支槽13能避免压缩气体沿同心圆分布方式进行规律流动而产生共振现象，消除共振导致的载荷隐患，提高压缩机动力核心的使用寿命，避免暗伤产生。
33.由于气流自齿形密封圈6上内圈支槽13进入后，狭窄的支槽13使得流速增加，气流进入主槽12后沿径向由内向外流动，从外圈支槽13离开齿形密封圈6，由于流速的提升使得气流离开支槽13时造成的振动大于气流进入支槽13时造成的振动。因此若靠外圈的支槽13达到一定数目，会导致齿形密封圈6内、外圈振动状态不均，这对密封圈的稳定性造成极大影响，故内圈支槽13密集于外圈支槽13才能平衡两侧的振动稳定性。进一步的，支槽13沿齿形密封圈6径向方向由密至疏分布，即内圈支槽13进一步多于外圈支槽13，会进一步平衡两侧振动状态，削减齿形密封圈6在连接座上造成的振动强度，达到消除振动，降低噪音的作用。
34.另外，填充部62包括开口朝向接触部61的聚合槽14，聚合槽14与主槽12连通，填充部62与接触部61为一体式结构；其中，聚合槽14内设置有吸附层15。接触部61上均匀设置有若干定位槽，定位槽内设置有尾部与连接座固定连接的固定件7，定位槽与主槽12连通，作为密封圈的主散热孔供高速气流流通。根据伯努利原理，叶轮外缘压强小于叶轮内缘压强，因此气流在主槽12内向外侧流动时，会将叶轮刮削高分子材料自矫正型环实现装配精度自动矫正而产生的未排出压缩机的自矫正型环碎屑向聚合槽14汇集，并利用聚合槽14内设置的吸附层15进行黏附收集，避免自矫正型环碎屑为壳体内润滑剂提供结块核心，造成润滑剂结块影响其润滑效果。本实施例中，聚合槽14为喇叭型结构，开口宽度小于底面宽度，保证磨屑进入聚合槽14后不会脱出。吸附层15采用不干胶层。
35.叶轮转轴1后端设置有减振垫片11，减振垫片11为复合结构，减振垫片11包括上层、中层和下层，上层和下层为波形垫片，中层为石墨层。进一步的，中层上设置有微孔。减振垫片11不同于传统的复合式石墨金属波形垫片，传统复合式石墨金属波形垫片由石墨纸软层与金属波形垫片压合制成，主要用于获得较好的弹性性能、耐磨性能和耐高温性能，而本技术中减振垫片11由两波形垫片中部夹合一石墨层制成，本减振垫片11除上述优良性能外，还可利用其中部石墨层上的微孔结构对叶轮转轴1运转过程产生的噪声进行降噪处理，利用石墨层上的微孔将声音快速传递至低密度石墨内部实现吸音效果。
36.本技术还公开了一种上述装配精度自矫正式压缩机的装配方法，包括以下步骤：s1：将叶轮转轴1安装于壳体中部，并在叶轮转轴1两端分别安装前端轴承和后端轴承；s2：将减振垫片11安装于后端轴承外侧，将连接座安装于前端轴承外侧；s3：自齿形密封圈6内缘沿径向方向切割形成主槽12，接着自齿槽63槽底沿轴向方向钻孔形成支槽13；s4：将叶轮中部的装配筒过盈插接叶轮转轴1前端，并将固定钉5贯穿整流罩4与装配筒后固定连接叶轮转轴1；s5：将蜗壳10套接安装在连接座外沿，接着将自矫正型环装入叶轮与蜗壳10之间，最后将法兰8固定在蜗壳10外端，并将法兰8与自矫正型环固定。
37.叶轮中部设置有装配筒，装配筒包括前部和内径大于前部的后部，叶轮转轴1端部与后部过盈连接，装配筒内贯穿插接有固定钉5，固定钉尾部与叶轮转轴1端部固定连接，固
定钉头部设置有整流罩4，整流罩4抵接叶轮前端。叶轮转轴1与叶轮过盈连接，保证叶轮转轴1能够带动叶轮同步转动，而固定钉配合整流罩4将叶轮稳定压合固定在叶轮转轴1上，一是确保装配筒后部不会脱出叶轮转轴1，二是在固定钉5与装配筒前部之间产生间隙层，避免随着压缩机长期使用后固定钉5与叶轮产生“冷焊”现象而连接一体，造成无法拆卸的情况。前端轴承和后端轴承确保叶轮转轴1装配在壳体内后流畅转动，减振垫片11安装在叶轮转轴1后端，降低叶轮转轴1振动强度的同时获得一定的降噪性能；连接座及齿形密封圈6安装于叶轮转轴1前部，在支撑叶轮的同时降低叶轮与叶轮装配组件的接触面积，避免摩擦现象影响叶轮高速转动，另外，利用特殊结构的齿形密封圈6配合高分子自矫正型环自动矫正压缩机装配过程产生的精度误差，提高高速叶轮的散热性能，消除叶轮与装配结构的共振可能，获得性能优良的压缩机动力核心。
38.除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。