一种叶轮结构及透平膨胀机的制作方法

本申请涉及气体低温分离和液化，尤其是涉及一种叶轮结构及透平膨胀机。

背景技术：

1、透平膨胀机是主要的制冷部件，在大多数低温气液化系统中都是核心组成部分之一。透平膨胀机的作用主要利用工质流动时速度的变化转换能量。工质在透平膨胀机的流通部分中膨胀获得动能，并由工作轮输出外功，因而降低了透平膨胀机出口工质的内能和温度，输出的机械能制动增压风机、发电机等消耗。

2、叶轮是透平膨胀机的关键部件，其性能好坏将直接影响到整个透平膨胀机组运行的安全性和可靠性。转子系统是透平膨胀机的“心脏”。透平膨胀机的叶轮和转子系统工作在比较复杂的工况下，主要受到流场气动力、离心力和各部分温度梯度产生的热应力，高速转速下出现的抱紧力不同。

3、此外，叶轮和主轴在常温情况下进行装配，高温下试车，而在工作时温度又降到零下100℃下。在温度变化导致热胀冷缩的情况下，叶轮与主轴的联接抱紧力会有不够的情况，因此，叶轮结构的设计尤为重要。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种能够提高叶轮与主轴之间抱紧力的一种叶轮结构及透平膨胀机。

2、第一方面，本申请提供的一种叶轮结构及透平膨胀机采用如下的技术方案：

3、一种叶轮结构，包括轴体和叶轮，所述叶轮上开设有供所述轴体插入的插接孔，所述轴体与所述叶轮插接配合，所述叶轮上开设有与所述插接孔相连通的进气流道，用于向所述叶轮内通入气体，对所述轴体施加压力；

4、所述叶轮上设置有用于控制所述进气流道内压力的控制组件，包括温度传感器和能够与进气设备相连的压力控制器，所述温度传感器与所述压力控制器连接，用于监测所述叶轮的温度并控制所述压力控制器的运行状态。

5、通过采用上述技术方案，当叶轮与主轴之间的联接抱紧力不够时，主轴相对叶轮窜动，而发生摩擦，使得叶轮的温度升高，而温度传感器则对叶轮的温度及时反馈至压力控制器，压力控制器根据叶轮的温度，控制进气设备向进气流道内持续通气，使进气流道的压力升高，叶轮与主轴之间的抱紧力增强，从而抑制主轴与叶轮之间的窜动。

6、可选的，所述插接孔的壁面上开设有空腔，所述空腔的横截面积大于所述进气流道。

7、通过采用上述技术方案，空腔的截面面积相较于进气流道更大，使得气压能够更好地施加于主轴的周侧壁上，进一步地提高叶轮与主轴之间联接的稳定性。

8、可选的，所述轴体包括主体部和形变部，所述主体部上开设有安装槽，所述形变部设置于所述安装槽内，所述形变部的线性膨胀系数大于所述主体部，且能够与所述空腔或所述插接孔的壁面抵紧。

9、通过采用上述技术方案，由于形变部具有比主体部更大的线性膨胀系数，在叶轮的温度升高时，形变部膨胀，进而与空腔或插接孔的壁面抵紧，以增大轴体与叶轮之间的摩擦力，叶轮与主轴之间的抱紧力得到增强。

10、可选的，还包括用于将所述叶轮固定于所述轴体上的固定件，所述固定件包括固定杆和固定块，所述主体部上开设有配合孔，所述固定杆的一端插入至所述配合孔内，与所述主体部可拆连接，所述固定块套设在所述固定杆的另一端，并能够与所述叶轮抵紧。

11、通过采用上述技术方案，在使叶轮与轴体相配合时，将先将叶轮与轴体插接，随后从叶轮背离轴体的一侧插入固定杆，并在固定杆上安装固定块，使固定块抵紧于叶轮，叶轮被固定于轴体上，拆装方便，连接稳固。

12、可选的，所述主体部的外端设置有多个凸出部，多个所述凸出部环绕所述主体部设置。

13、通过采用上述技术方案，通过设置多个凸出部，以对轴体与叶轮之间的配合进一步约束，而插接孔与凸出部对应的壁面处则对应凹陷，当轴体旋转时，插接孔的壁面对凸出部进行限位，阻止轴体在转动时发生窜动。

14、可选的，所述形变部的数量是多个，多个所述形变部与多个所述凸出部一一对应设置，并安装于相邻所述凸出部之间形成的间隙处。

15、通过采用上述技术方案，在轴体转动时，轴体上的凸出部会与插接孔的壁面相挤压，当形变部设置于相邻凸出部的间隙处时，能够阻止形变部受到的挤压，当而凸出部呈环形设置在主体部上时，凸出部能够更好地与空腔相抵紧，锁紧力得到增强。

16、可选的，所述形变部呈环状，与所述主体部套接。

17、通过采用上述技术方案，将凸出部设置成环状，相较于将形变部设置成多个块状，安装槽的加工更加简单，且形变部整体性较好，能够更好地与安装槽或空腔的壁面相抵接。

18、可选的，所述进气流道内设置有加热元件，所述加热元件与所述温度传感器连接，用于加热气体。

19、通过采用上述技术方案，在向进气流道内通入气体，使空腔内的气压升高以增强叶轮与轴体之间的稳定性时，加热元件能够对气体进行加热，进而使叶轮的温度升高，通过控制气体的温度，以提高形变部的膨胀程度，保障形变部能够稳定与空腔壁面相抵紧。

20、可选的，所述叶轮上还开设有用于引导气体流动的出气流道，所述出气流道与所述进气流道连通，且内设有用于控制所述出气流道开度的电磁阀。

21、通过采用上述技术方案，气体从进气流道进入至叶轮，经过加热元件，将加热元件所产生的热量携带，并从出气流道流出，在气体流动的过程中，能够较好地与叶轮以及轴体之间进行热交换，使叶轮的温度较快的升高或降低，以便于精准地对形变部的形变程度进行控制，能够保障叶轮与轴体之间抱紧力的稳定，也能够在叶轮工作完毕后迅速从轴体上拆卸下来，而电磁阀的设置则保障气体出入叶轮时，空腔内气压的稳定。

22、第二方面，本申请提供一种透平膨胀机，包括上述的叶轮结构。

23、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

24、1.当叶轮与主轴之间的联接抱紧力不够时，主轴相对叶轮窜动，而发生摩擦，使得叶轮的温度升高，而温度传感器则对叶轮的温度及时反馈至压力控制器，压力控制器根据叶轮的温度，控制进气设备向进气流道内持续通气，使进气流道的压力升高，叶轮与主轴之间的抱紧力增强，从而抑制主轴与叶轮之间的窜动。

25、2.本申请中的轴体主要包括形变部和主体部，由于形变部具有比主体部更大的线性膨胀系数，在叶轮因为与外界环境发生换热以及与主轴发生摩擦而温度升高时，形变部膨胀，进而与空腔或插接孔的壁面抵紧，以增大轴体与叶轮之间的摩擦力，叶轮与主轴之间的抱紧力进一步得到增强。

26、3.本申请中的轴体还包括凸出部，通过设置多个凸出部，以对轴体与叶轮之间的配合进一步约束，而插接孔与凸出部对应的壁面处则对应凹陷，当轴体旋转时，插接孔的壁面对凸出部进行限位，阻止轴体在转动时发生窜动。

技术特征：

1.一种叶轮结构，其特征在于，包括轴体（1）和叶轮（2），所述叶轮（2）上开设有供所述轴体（1）插入的插接孔（21），所述轴体（1）与所述叶轮（2）插接配合，所述叶轮（2）上开设有与所述插接孔（21）相连通的进气流道（22），用于向所述叶轮（2）内通入气体，对所述轴体（1）施加压力；

2.根据权利要求1所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述插接孔（21）的壁面上开设有空腔（23），所述空腔（23）的横截面积大于所述进气流道（22）。

3.根据权利要求2所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述轴体（1）包括主体部（11）和形变部（12），所述主体部（11）上开设有安装槽（111），所述形变部（12）设置于所述安装槽（111）内，所述形变部（12）的线性膨胀系数大于所述主体部（11），且能够与所述空腔（23）或所述插接孔（21）的壁面抵紧。

4.根据权利要求3所述的一种叶轮结构，其特征在于，还包括用于将所述叶轮（2）固定于所述轴体（1）上的固定件（4），所述固定件（4）包括固定杆（41）和固定块（42），所述主体部（11）上开设有配合孔（112），所述固定杆（41）的一端插入至所述配合孔（112）内，与所述主体部（11）可拆连接，所述固定块（42）套设在所述固定杆（41）的另一端，并能够与所述叶轮（2）抵紧。

5.根据权利要求3所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述主体部（11）的外端设置有多个凸出部（13），多个所述凸出部（13）环绕所述主体部（11）设置。

6.根据权利要求5所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述形变部（12）的数量是多个，多个所述形变部（12）与多个所述凸出部（13）一一对应设置，并安装于相邻所述凸出部（13）之间形成的间隙处。

7.根据权利要求5所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述形变部（12）呈环状，与所述主体部（11）套接。

8.根据权利要求1所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述进气流道（22）内设置有加热元件（5），所述加热元件（5）与所述温度传感器（31）连接，用于加热气体。

9.根据权利要求8所述的一种叶轮结构，其特征在于，所述叶轮（2）上还开设有用于引导气体流动的出气流道（24），所述出气流道（24）与所述进气流道（22）连通，且内设有用于控制所述出气流道（24）开度的电磁阀（6）。

10.一种透平膨胀机，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的叶轮结构。

技术总结本申请涉及一种叶轮结构及透平膨胀机，涉及气体低温分离和液化技术领域，一种叶轮结构包括轴体和叶轮，叶轮上开设有供轴体插入的插接孔，轴体与叶轮插接配合，叶轮上开设有与插接孔相连通的进气流道，用于向叶轮内通入气体，对轴体施加压力；叶轮上设置有用于控制进气流道内压力的控制组件，包括温度传感器和能够与进气设备相连的压力控制器，温度传感器与压力控制器连接，用于监测叶轮的温度并控制压力控制器的运行状态，本申请中设置有控制组件，当叶轮与轴体之间发生窜动而摩擦使叶轮温度升高时，压力控制器控制进气设备向进气流道内持续通气，使进气流道的压力升高，具有增强叶轮与主轴之间的抱紧力，抑制主轴与叶轮之间的窜动的效果。技术研发人员：陈克平,肖宏远,吴立群,孙梦郁,方远,孙充渊,潘俊辉,付栋梁,方艺璇,高艳青,虞孟群,肖志蔚,徐海刚,沈孝,吴伟明,泮春南受保护的技术使用者：杭州杭氧膨胀机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13