本发明涉及零部件装配,具体涉及一种转动组件以及高温泵。
背景技术:
1、相关技术中,需要与轴同轴固定以实现同轴转动的零件或装置,常采用过盈配合的方式,但是由于轴的强度刚度需求与配合件的需求存在差异,所以轴和套设于轴的配合件常采用不同的材料,导致材料的膨胀系数不同,使得在高温环境下,轴与配合件的配合状态可能发生变化,进而导致产生配合间隙甚至是配合失效。
2、比如石油化工装置中有许多高温泵、如乙烯装置用的急冷油循环泵、炼油装置用的塔底泵等,其使用温度在150℃到350℃等范围。由于受高温以及介质化学腐蚀性、材料抗汽蚀性以及强度等要求,这类泵叶轮采用奥氏体类不锈钢为主,由于强度与刚度要求,轴往往采用双相钢、沉淀硬化钢等材料。叶轮与轴根据自身特点需要采用不同材料,而这两类不同材料的膨胀系数是有较大差别的。一般奥氏体材料膨胀系数在16*10^-6/k,双相钢、沉淀硬化钢等轴材料膨胀系数在12*10^-6/k左右。因此,组合这两种材料使用的高温泵,叶轮与轴之间的配合,常温下设计的过盈配合,而高温下会出现松脱的情况。目前这种情况在高温泵上普遍出现,由于这个原因导致泵振动超标,设备损坏的情况很多,国内外的主流泵厂都有这种情况。
3、综上所述,现有技术中的采用不同膨胀系数材料的过盈配合的轴和配合件之间,存在高温下存在配合间隙甚至是连接失效的技术问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题,本发明提供了一种转动组件以及高温泵,可以有效提升转动组件的许用温度,保证预设温度范围内,转轴组件和配合件始终过盈配合、同轴转动。
2、实现本发明技术目的的方案为,一种转动组件,包括:
3、转轴组件,包括基轴;
4、配合件,设有与所述基轴配合的安装孔,
5、止口结构,包括分别设于所述转轴组件和所述配合件的凸出部和容纳所述凸出部的容纳部,
6、其中,所述容纳部设于所述配合件上,所述容纳部与所述安装孔沿所述配合件的径向间隔设置;或者所述容纳部设于所述转轴组件上,所述容纳部至少具有沿所述配合件的径向位于所述凸出部外侧的外壁;
7、所述配合件的膨胀系数大于所述转轴组件的膨胀系数,预设组装温度t1下,至少所述基轴与所述安装孔过盈配合;且在设定的温度范围内,所述转轴组件和所述配合件通过所述基轴和所述安装孔过盈配合和/或通过所述止口结构过盈配合。
8、在一些实施例中,沿所述配合件的径向,所述配合件上的容纳部靠近于所述安装孔的内侧或所述配合件上的凸出部靠近于所述容纳部的外壁的外侧构成外止口;
9、预设组装温度下,沿所述配合件的径向,所述外止口与所述转轴组件上的容纳部/凸出部具有径向间隙b。
10、在一些实施例中,径向间隙b满足:(b-0.02mm)≤b≤b,其中,b=y*d/d,y为预设组装温度下所述基轴与所述安装孔的过盈配合量,d为预设组装温度下所述外止口对应的直径,d为预设组装温度下所述安装孔的直径。
11、在一些实施例中,所述转动组件的额定工作温度为t2,在t2温度下,所述止口结构的过盈量为y,y=d*∣a1-a2∣*(t2-t1)-b,a1为所述转轴组件的膨胀系数,a2为所述配合件的膨胀系数。
12、在一些实施例中,预设组装温度下,所述基轴与所述安装孔的过盈配合量为y,0.01mm≤y≤0.05mm。
13、在一些实施例中,所述转轴组件还包括均套设于所述基轴的第一定位套和第二定位套,且所述配合件设于所述第一定位套和所述第二定位套之间;
14、所述配合件的轴向两端分别通过止口结构与所述第一定位套和所述第二定位套配合装配;所述止口结构的凸出部和容纳部,一个设于所述配合件,另一个设于所述第一定位套/所述第二定位套。
15、在一些实施例中,所述第一定位套和所述第二定位套的中心孔均为阶梯孔,所述阶梯孔的大孔段对的孔壁构成所述容纳部;沿所述配合件的轴向,所述凸出部设于所述配合件的两端、分别伸入于所述第一定位套和所述第二定位套的大孔段中。
16、在一些实施例中,所述配合件的两端均为台阶结构,所述台阶结构位于端部的台阶构成所述凸出部;且沿所述基轴的轴向,所述台阶结构的阶肩与所述第一定位套/第二定位套的端面间隙配合。
17、在一些实施例中,所述配合件的台阶结构的阶肩和所述第一定位套/第二定位套的阶梯孔的孔肩均设有倒角。
18、基于同样的发明构思,本发明还提供了一种高温泵,包括转轴和叶轮,所述转轴构成所述基轴,所述叶轮构成所述配合件,且所述转轴和所述叶轮采用上述的转动组件的止口结构进行装配。
19、由上述技术方案可知,本发明提供的一种转动组件,包括转轴组件、配合件和止口结构。其中:转轴组件包括基轴,配合件设有与基轴配合的安装孔,由于基轴作为主动转动的部件,基轴的强度刚度要求更高,转轴组件和配合件所选用的材料不同,配合件的膨胀系数大于转轴组件的膨胀系数,使得在温度变化时,配合件的膨胀尺寸变化大于基轴的尺寸变化,进而在温度升高一定程度时,配合件的安装孔会由与基轴过盈配合的状态变为间隙配合的状态,进而存在脱离失效的技术问题。为了解决这一技术问题,本发明通过在转轴组件和基轴之间增设位于安装孔的径向外侧的止口结构,以保证安装孔与基轴存在间隙时,转轴组件依然能通过止口结构与配合件在径向方向上过盈配合,进而保证升温和降温导致的不同温度下,转轴组件能始终保持与配合件的同轴转动。具体地,止口结构包括分别设于转轴组件和配合件的凸出部和容纳凸出部的容纳部,当容纳部设于配合件上时,容纳部与安装孔沿配合件的径向间隔设置;当容纳部设于转轴组件上时,容纳部至少具有在配合件的径向位于凸出部外侧的外壁;也即在安装孔的径向外侧增设了一个与配合件配合、对配合件进行定位和限位的结构,由于温度升高转轴组件的尺寸膨胀量相对配合件的尺寸膨胀量更小,为了保证工作温度范围内能始终过盈进而保证同轴紧固,预设组装温度t1下,至少基轴与安装孔过盈配合;且在设定的温度范围内,转轴组件和配合件通过基轴和安装孔过盈配合和/或通过止口结构过盈配合。因此,当温度在小于t1、降温时,设定的温度范围内,基轴和安装孔始终过盈配合;升温过程中,安装孔与基轴的配合状态会由过盈配合变为间隙配合,在安装孔和基轴变为间隙配合之前或者在变为间隙配合后很短的时间内,凸出部和容纳部的配合由间隙变为过盈或者凸出部和容纳部一开始就过盈配合且升温过程中过盈量增大,使得设定的温度区间内,基轴与安装孔、止口结构中至少一个为过盈配合的状态,进而实现备用状态和高温工作状态下配合件始终与基轴以过盈配合的方式连接、同轴固定并同轴连接。
20、将本发明提供的转动组件或者转动组件的配合方式应用于高温泵或者其他需要进行轴和套件过盈配合的结构中时,在安装时,满足基轴和配合件的安装孔的过盈装配后,由于增设了位于安装孔的孔面的径向外侧的止口结构,保证基轴与安装孔过盈配合失效后,配合件由过盈配合的凸出部和容纳部进行径向的限位和固定,使得配合件具有沿自身径向间隔设置的两个定位配合面,在升温和降温过程中,至少一个定位配合面与转轴组件之间呈过盈配合状态,进而保证高温泵的叶轮在升温或降温过程中始终与转轴在径向上紧密定位。
21、综上,本发明提出了一种始终保证配合件与转轴组件的基轴不松脱的定位设计方法,解决了转动组件比如高温泵的叶轮与转轴配合受热膨胀松动的问题。相比现有技术,基轴和配合件不受各自材料的限制,无需为了避免受热膨胀脱离而选择相同或膨胀系数相近的材料,解决了转轴组件强度或制造成本的问题,简单有效、可靠性高、实用性强。且只需要合理设置预设组装温度t1和预设组装温度t1下的基轴与安装孔之间的过盈配合量,即可解决工艺拆装问题,提升了转动组件的许用温度,保证预设温度范围内,转轴组件和配合件始终过盈配合、同轴转动。
22、附图说明
23、图1为本发明实施例1提供的转动组件的局部放大示意图。
24、图2为本发明实施例2提供的高温泵的转子部件的结构示意图。
1.一种转动组件,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述的转动组件,其特征在于,沿所述配合件的径向,所述配合件上的容纳部靠近于所述安装孔的内侧或所述配合件上的凸出部靠近于所述容纳部的外壁的外侧构成外止口;
3.如权利要求2所述的转动组件,其特征在于,径向间隙b满足:(b-0.02mm)≤b≤b,其中,b=y*d/d,y为预设组装温度下所述基轴与所述安装孔的过盈配合量,d为预设组装温度下所述外止口对应的直径,d为预设组装温度下所述安装孔的直径。
4.如权利要求3所述的转动组件,其特征在于,所述转动组件的额定工作温度为t2,在t2温度下,所述止口结构的过盈量为y,y=d*∣a1-a2∣*(t2-t1)-b,a1为所述转轴组件的膨胀系数,a2为所述配合件的膨胀系数。
5.如权利要求1-4中任一项所述的转动组件,其特征在于,预设组装温度下,所述基轴与所述安装孔的过盈配合量为y,0.01mm≤y≤0.05mm。
6.如权利要求1-4中任一项所述的转动组件,其特征在于,所述转轴组件还包括均套设于所述基轴的第一定位套和第二定位套,且所述配合件设于所述第一定位套和所述第二定位套之间;
7.如权利要求6所述的转动组件,其特征在于,所述第一定位套和所述第二定位套的中心孔均为阶梯孔,所述阶梯孔的大孔段对的孔壁构成所述容纳部;沿所述配合件的轴向,所述凸出部设于所述配合件的两端、分别伸入于所述第一定位套和所述第二定位套的大孔段中。
8.如权利要求7所述的转动组件,其特征在于,所述配合件的两端均为台阶结构,所述台阶结构位于端部的台阶构成所述凸出部;且沿所述基轴的轴向,所述台阶结构的阶肩与所述第一定位套/第二定位套的端面间隙配合。
9.如权利要求8所述的转动组件,其特征在于,所述配合件的台阶结构的阶肩和所述第一定位套/第二定位套的阶梯孔的孔肩均设有倒角。
10.一种高温泵,其特征在于,包括转轴和叶轮,所述转轴构成所述基轴,所述叶轮构成所述配合件,且所述转轴和所述叶轮采用权利要求1-9中任一项所述的转动组件的止口结构进行装配。
