РОТОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
ROTOR OF CENTRIFUGAL COMPRESSOR

Изобретение относится к компрессорной технике и может применяться для центробежных компрессоров при изготовлении роторов.
Известна конструкция ротора центробежного компрессора, содержащего вал с упорным буртиком и рабочее колесо (РК), ступица которого имеет цилиндрические пояски (См. Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. - М.: Машиностроение. 1995. - Стр.90-95, рис.3.15 в).
Недостаток конструкции ротора обусловлен технологией установки рабочего колеса, при которой имеет место неравномерное уменьшение термического зазора по длине ступицы при ее охлаждении.
По данной технологии перед посадкой рабочего колеса на вал производится его нагрев до температуры, которая обеспечивает гарантированный зазор между валом ротора и поверхностями посадочных поясков ступицы за счет термического расширения материала РК. Далее производится посадка РК на вал до упора в буртик и совместное охлаждение их до температуры окружающей среды.
В этом случае неравномерность термического зазора обусловлена тем, что зоны расположения посадочных поясков ступицы выполнены разной толщины, а именно: зона пояска в районе контакта торца РК с упорным буртиком вала (упорный торец) более массивна, чем зона с противоположным (свободным) торцом.
В связи с этим остывание пояска массивной упирающейся части ступицы происходит медленнее по сравнению с пояском со свободным торцом, что приводит к появлению первоначального контакта посадочного пояска со свободным торцом с поверхностью вала.
Образовавшийся контакт посадочного пояска со свободным торцом и наличие термического зазора между валом и посадочным пояском упорного торца в процессе термической усадки ступицы при охлаждении приводит к образованию зазора между торцом ступицы и упорным буртиком вала. При этом неравномерность термической усадки ступицы вследствие ее конструктивного исполнения приводит к образованию неравномерности величины торцевого зазора, влияющей на торцевое биение РК и, соответственно, динамические характеристики ротора.
Технической задачей настоящего изобретения является улучшение динамических характеристик ротора за счет обеспечения равномерного зазора между торцом ступицы колеса и упорным буртиком вала.
Технический результат достигается тем, что в роторе центробежного компрессора, содержащем вал с упорным буртиком и рабочее колесо, ступица которого имеет посадочные цилиндрические пояски и взаимодействует с упорным буртиком, на цилиндрическом пояске участка ступицы колеса, примыкающего к упорному буртику, выполнен кольцевой выступ, а на поверхности вала выполнена ответная ему проточка, при этом высота выступа определяется из зависимости:
НРК
ХРК
h=к×α×Rвн×(Т-Т),
где к=0,5±0,1;
α - коэффициент линейного расширения материала рабочего колеса, 1/°C;
Rвн - внутренний радиус рабочего колеса, мм;
НРК
Т - температура нагретого перед посадкой на вал рабочего колеса, °C;
ХРК
Т - температура холодного рабочего колеса, °C.
Ответные размеры проточки на валу отличаются от размеров выступа на 0,1 мм (определяются опытным путем).
Если при выполнении выступа будет к≥0,6, то колесо при посадке на вал может заклинить, если к≤0,4, то при остывании колеса на валу выступ может не попасть в проточку и тогда не будет обеспечен равномерный осевой зазор между торцом ступицы колеса и упорным буртиком вала.
Признак, включающий кольцевой выступ на цилиндрическом пояске участка ступицы колеса, примыкающего к упорному буртику, и ответную ему проточку на поверхности вала, является существенным.
При остывании колеса происходит его термическая усадка, при этом уменьшается зазор между горячим колесом и холодным валом. Менее массивная свободная часть ступицы охлаждается быстрее, чем упирающаяся. Но так как на упирающейся части ступицы выполнен выступ и разница между зазорами между ступицей и валом в районе свободной части ступицы и в районе упирающейся части ступицы и валом равна (1-k)×h, то при охлаждении колеса выступ гарантированно попадет в проточку. Перемещение выступа в проточку жестко зафиксирует колесо на валу, не давая ему отойти от упорного буртика, исключая тем самым торцевое биение вала.
На фигуре представлен эскиз ротора центробежного компрессора. Ротор центробежного компрессора содержит вал 1, имеющий упорный буртик 2, рабочее колесо 3. Ступица 4 рабочего колеса 3 имеет посадочные цилиндрические пояски 5. Упирающаяся в буртик часть ступицы 4 с упорным торцом 6 имеет большую массу, чем часть ступицы со свободным торцом 7. Часть ступицы с торцом 6 имеет выступ 8 высотой h, а на поверхности вала выполнена ответная выступу проточка 9. Колесо 3 представлено в нагретом состоянии, поэтому между колесом 3 и валом 1 изображен тепловой зазор 10.
Ротор конструкции, изображенной на фигуре, собирается по следующей технологии.
Перед посадкой рабочего колеса на вал производят его нагрев до температуры примерно плюс 300°C, которая обеспечивает гарантированный зазор между холодным (около плюс 20°C) валом ротора и поверхностями посадочных поясков ступицы за счет термического расширения материала РК. Далее производят посадку РК на вал до упора в буртик и совместное охлаждение их до температуры окружающей среды.
При остывании колеса происходит его термическая усадка, при этом уменьшается зазор между горячим колесом и холодным валом. Менее массивная свободная часть ступицы охлаждается быстрее, чем упирающаяся. Но так как на упирающейся части ступицы выполнен выступ и разница между зазорами между ступицей и валом в районе свободной части ступицы и в районе упирающейся части ступицы и валом равна (1-k)×h, то при охлаждении колеса выступ гарантированно попадет в проточку. Перемещение выступа в проточку жестко зафиксирует колесо на валу, не давая ему отойти от упорного буртика, исключая тем самым торцевое биение вала.
Использование изобретения позволит улучшить динамические характеристики ротора за счет обеспечения равномерного торцевого зазора между торцом ступицы колеса и упорным буртиком вала.