一种10兆瓦级大功率喷水推进装置叶轮平衡试验工装

摘要

本发明公开了一种10兆瓦级大功率喷水推进装置叶轮平衡试验工装，属于喷水推进装置试验工装领域。该工装包括主轴、止挡环、锥筒套、套筒和转轴，通过在主轴上设置锥筒套，使得叶轮的安装孔与锥筒套的外壁配合，并将锥筒套与叶轮紧固连接，使得叶轮安装在主轴上，通过轴肩和套筒分别对锥筒套的两端进行轴向定位，从而实现对叶轮的轴向定位，通过键实现锥筒套的周向定位从而实现对叶轮的周向定位，通过在套筒上设置第三法兰，使用第三法兰将套筒与主轴的一端端面固定，由于第三法兰和主轴的一端端面之间可以留有空隙，从而使得在更换待试验叶轮后套筒仍然可以压紧在叶轮的端面上，实现叶轮的轴向定位。

说明书

技术领域

本发明涉及喷水推进装置试验工装领域，特别涉及一种10兆瓦级大功率喷 水推进装置叶轮平衡试验工装。

背景技术

喷水推进装置是一种新型的船用动力装置，喷水推进装置的推力是通过推 进水泵喷出的水流的反作用力来获得的，并通过操纵舵及倒舵设备分配和改变 水流喷流的方向来实现船舶的操纵。

喷水推进装置的核心结构是叶轮，在工作时，叶轮处于高速旋转状态，如 果叶轮在制造过程中存在质量不平衡的情况，则在高速旋转的过程中，会使得 整个喷水推进装置产生较大的震动，甚至出现喷水推进装置损毁的情况，尤其 在大型喷水推进装置中，例如10兆瓦级的大功率喷水推进装置，叶轮的质量很 大，在1200千克左右，如果叶轮在制造过程中存在不平衡的缺陷而直接应用到 船体上，则有可能导致船体损坏，危及船上人员的生命安全，因此喷水推进装 置的叶轮在制造完成后必须要进行平衡试验。

叶轮的平衡试验一般是将叶轮定位安装在平衡试验工装的主轴上，然后通 过动力装置进行回转。叶轮安装在主轴上后，必须要进行周向定位和轴向定位， 就现有的喷水推进装置叶轮平衡试验工装，至少存在以下问题：

1、因为普通叶轮的安装孔的内表面是圆柱面，所以主轴的外表面也是圆柱 面，而大功率喷水推进装置叶轮的安装孔的内表面是圆锥面，因此无法通过一 般的主轴来安装大功率喷水推进装置叶轮。

2、叶轮安装在主轴上后，一端通过轴肩或是其他结构定位后，另一端通过 套筒定位，而套筒的固定通常是在套筒上设置垂直于主轴圆柱侧壁的螺孔，通 过螺钉固定，因此需要在主轴上相应的位置设置垂直于圆柱侧壁的螺孔，这就 使得由于叶轮的加工误差，在更换待试验的叶轮后，可能会导致套筒无法压住 叶轮的端面，或是套筒压住叶轮端面后套筒上的螺孔无法与主轴上的螺孔对齐， 这两种情况都会使得叶轮无法完成轴向定位，而对每一个叶轮定制一个主轴的 做法又大大增加了试验的成本。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明实施例提供了一种10兆瓦级大 功率喷水推进装置叶轮平衡试验工装。所述技术方案如下：

所述工装包括主轴、止挡环、锥筒套、套筒和转轴，所述主轴的第一端沿 所述主轴的径向设有第一轴肩，所述转轴的第一端固定连接在所述主轴的第二 端端面上，所述转轴的第二端设有用于连接动力装置的第一法兰，所述转轴与 所述主轴同轴线设置，所述止挡环和所述锥筒套顺次套设在所述主轴上，所述 止挡环的一端端面通过所述第一轴肩定位，所述锥筒套的大端端面通过所述止 挡环的另一端端面定位，所述锥筒套的外表面与待试验叶轮的安装孔相配合， 所述锥筒套的大端对应所述待试验叶轮的小端内的圆形凹槽的位置沿径向设有 第二法兰，所述第二法兰的外径与所述圆形凹槽的内径一致，所述第二法兰上 对应所述待试验叶轮的轮毂上的螺柱通孔的位置设有第二螺孔，所述锥筒套通 过键周向定位安装在所述主轴上，所述套筒套设在所述主轴的第二端上，所述 套筒的一端通过所述锥筒套的小端端面定位，所述套筒的另一端沿径向向内设 置有第三法兰，所述第三法兰与所述主轴的第二端端面紧固连接。

优选地，所述工装还包括密封环，所述密封环套设在所述套筒上，所述密 封环的一端端面与所述待试验叶轮的轮毂的端面贴合，所述密封环上对应所述 螺柱通孔的位置设有连接通孔，所述密封环、所述待试验叶轮和所述第二法兰 通过螺柱和相适配的螺母紧固连接。

可选地，所述锥筒套内壁设有第一键槽，所述主轴外壁上对应设有第二键 槽。

进一步地，所述键的第二端延伸至所述套筒处，所述套筒侧壁上对应所述 键的位置设置有缺口。

优选地，根据权利要求所述的工装，其特征在于，所述键的第一端延伸至 所述止挡环处，所述止挡环上对应所述键的位置设有第三键槽。

进一步地，所述第三法兰与所述主轴的第二端端面之间设置有第一环形橡 胶垫。

可选地，所述锥筒套的侧壁上设有狭缝，所述狭缝的长度等于所述锥筒套 的轴向长度。

实现地，所述转轴为阶梯轴，所述转轴的最大直径处的直径大于所述第一 法兰的外径，所述工装还包括第一支撑套和第二支撑套，所述第一支撑套套设 在所述转轴的上，所述第二支撑套套设在所述主轴的第一端上。

进一步地，所述密封环的一端端面和所述轮毂的端面之间设有第二环形橡 胶垫。

进一步地，所述第三法兰上设有4～8个所述第三螺孔，所述第三螺孔沿绕 所述转轴的圆周方向等角度间隔设置。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在主轴上设置锥筒套，使得叶轮的安装孔与锥筒套的外壁配合，并将 锥筒套与叶轮紧固连接，使得叶轮安装在主轴上，通过轴肩和套筒分别对锥筒 套的两端进行轴向定位，从而实现对叶轮的轴向定位，通过键实现锥筒套的周 向定位从而实现对叶轮的周向定位，通过在套筒上设置第三法兰，使用第三法 兰将套筒与主轴的一端端面固定，由于第三法兰和主轴的一端端面之间可以留 有空隙，从而使得在更换待试验叶轮后套筒仍然可以压紧在叶轮的端面上，实 现叶轮的轴向定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种大功率喷水推进装置叶轮的结构图；

图2是图1中的轮毂的A向视图；

图3是本发明实施例提供的一种10兆瓦级大功率喷水推进装置叶轮平衡试 验工装；

图4是本发明实施例提供的一种套筒的结构图；

图5是本发明实施例提供的一种止挡环的结构图；

图6是本发明实施例提供的另一种止挡环的结构图；

图7是本发明实施例提供的一种第二法兰的端面视图；

图8是本发明实施例提供的一种主轴的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明 实施方式作进一步地详细描述。

为了更好的理解本发明，此处先简单说明大功率喷水推进装置叶轮的结构。

图1是本发明实施例提供的一种大功率喷水推进装置叶轮的结构图，图2 是图1中的轮毂的A向视图，结合图1和图2，该叶轮包括轮毂12和叶片11， 叶片11连接在轮毂12的外表面上，轮毂12的大端为出水端，轮毂12的小端 为进水端，在轮毂12的进水端端面上设有一圆形凹槽121，轮毂12上设有用于 连接动力轴的安装孔122，轮毂12上围绕安装孔122还设置有多个用于连接的 螺柱通孔12a，同时轮毂12上围绕安装孔122还设置有多个螺纹孔12b，需要 说明的是，虽然图2中显示轮毂12上具有4个螺柱通孔12a和4个螺纹孔12b， 但在其他实施例中，轮毂12上的螺柱通孔12a和/或螺纹孔12b也可以是其他数 量，例如12个螺柱通孔12a和4个螺纹孔12b、12个螺柱通孔12a和6个螺纹 孔12b。

图3是本发明实施例提供的一种10兆瓦级大功率喷水推进装置叶轮平衡试 验工装，如图3所示，该工装包括主轴2、止挡环3、锥筒套5、套筒6和转轴 22，主轴2的第一端沿主轴2的径向设有第一轴肩21，转轴22的第一端固定连 接在主轴2的第二端端面上，转轴22的第二端设有用于连接动力装置的第一法 兰24，转轴22与主轴2同轴线设置，止挡环3和锥筒套5顺次套设在主轴2上， 止挡环3的一端端面通过第一轴肩21定位，锥筒套5的大端端面通过止挡环3 的另一端端面定位，锥筒套5的外表面与待试验叶轮1的安装孔相配合，锥筒 套5的大端对应待试验叶轮1的小端内的圆形凹槽121的位置沿径向设有第二 法兰51，第二法兰51的外径与圆形凹槽121的内径一致，第二法兰51上对应 待试验叶轮1的轮毂12上的螺柱通孔12a的位置设有第二螺孔52，锥筒套5通 过键4周向定位安装在主轴2上，套筒6套设在主轴2的第二端上，套筒6的 一端通过锥筒套5的小端端面定位，套筒6的另一端沿径向向内设置有第三法 兰61，第三法兰61与主轴2的第二端端面紧固连接。

本发明实施例提供的技术方案通过在主轴上设置锥筒套，使得叶轮的安装 孔与锥筒套的外壁配合，并将锥筒套与叶轮紧固连接，使得叶轮安装在主轴上， 通过轴肩和套筒分别对锥筒套的两端进行轴向定位，从而实现对叶轮的轴向定 位，通过键实现锥筒套的周向定位从而实现对叶轮的周向定位，通过在套筒上 设置第三法兰，使用第三法兰将套筒与主轴的一端端面固定，由于第三法兰和 主轴的一端端面之间可以留有空隙，从而使得在更换待试验叶轮后套筒仍然可 以压紧在叶轮的端面上，实现叶轮的轴向定位。

需要说明的是，转轴22的直径应小于主轴2的直径，以使得各部件可以顺 利套装在主轴2上。

此外，在结束平衡试验，拆卸叶轮1的过程中，在取下连接叶轮1和第二 法兰51的连接件(如螺柱8a)后，可能会出现叶轮1与锥筒套5之间由于配合 过紧，而难以将叶轮1与锥筒套5分开的情况，此时可以在螺纹孔12b中拧入 螺栓，使得螺栓的端面穿出螺纹孔12b压在第二法兰51上，继续拧动螺栓，即 可将叶轮1和锥筒套5分开。

可选地，第三法兰61上设有第三螺孔62，主轴2的第二端端面上对应第三 螺孔62的位置设有第四螺孔23，第三法兰61通过螺栓与主轴2的第二端端面 紧固连接，使用螺栓连接简单，且便于拆卸。

如图3所示，该工装还可以包括密封环7，密封环7套设在套筒6上，密封 环7的一端端面与待试验叶轮1的轮毂12的端面贴合，密封环7上对应螺柱通 孔12a的位置设有连接通孔，试验时，密封环7、待试验叶轮1和第二法兰51 通过螺柱8a和相适配的螺母8b紧固连接，通过设置密封环7可以间接增大螺 母8b与轮毂12的端面的接触面积，从而避免了由于螺母8b直接压在叶轮1的 端面上而对叶轮1的端面造成磨损，降低表面精度。

进一步地，密封环7的一端端面和轮毂12的端面之间设有第二环形橡胶垫 71，第二环形橡胶垫71可以避免密封环7的端面对轮毂12的端面造成磨损， 降低表面精度。

图4是本发明实施例提供的一种套筒的结构图，结合图3和图4，键4的第 二端延伸至套筒6处，套筒6侧壁上对应键4的位置设置有缺口64，通过在套 筒6上设置对应的缺口64后，在安装套筒6时，可以通过缺口64与键4对套 筒6进行周向定位，从而能方便快速地对准第三螺孔62和第四螺孔23。

此外，第三法兰61与主轴2的第二端端面之间设置有第一环形橡胶垫63， 在通过螺栓紧固套筒6后，第一环形橡胶垫63会被压紧，从而对第三法兰61 产生一个弹力，使得螺栓锁的更紧。

进一步地，第三法兰61上设有4～8个第三螺孔62，第三螺孔62沿绕转轴 22的圆周方向等角度间隔设置，以保证第三法兰61的受力平衡。

图5是本发明实施例提供的一种止挡环的结构图，结合图3和图5，键4的 第一端延伸至止挡环3处，止挡环3上对应键4的位置设有第三键槽31，通过 键4将止挡环3和锥筒套5同时进行周向定位，避免止挡环3和锥筒套5的接 触面上出现磨损。

需要说明的是，锥筒套5和止挡环3可以设计为一个整体部件。

此外，也可以在止挡环3的一端内壁和主轴2外壁之间设有环形密封槽32， 图6是本发明实施例提供的另一种止挡环3的结构图，如图6所示，环形密封 槽32中设置有密封圈，该密封圈可以由橡胶材料制成，通过密封圈增大止挡环 3和主轴2之间的摩擦力，同样可以起到减轻止挡环3和锥筒套5的接触面上出 现磨损的问题。

图7是本发明实施例提供的一种第二法兰的端面视图，如图7所示，锥筒 套5的侧壁上设有狭缝55，狭缝55的长度等于锥筒套5的轴向长度，在将锥筒 套5装配到主轴2上后，在锥筒套5和主轴2之间始终会存在空隙，这个空隙 会对主轴2和轮毂12配合的同轴度产生影响，在锥筒套5上设置狭缝55，使得 在将叶轮1安装在锥筒套5上时，可以在使用螺柱8a和螺母8b锁紧叶轮1和 锥筒套5时，使锥筒套5能产生一定的变形，从而使得锥筒套5的内壁贴紧在 主轴2的圆柱侧壁上，以减小主轴2和轮毂12配合的同轴度误差，提高试验精 度。

此外，锥筒套5内壁上设有第一键槽54，主轴2外壁上对应设有第二键槽 25(见图8)，锥筒套5和主轴2通过设置在第一键槽54和第二键槽25中的键 4连接。

需要说明的是，虽然图7中显示第二法兰51上设有4个第二螺孔52，但在 其他实施例中可以设有其他数量的第二螺孔52，本发明并不以此为限。

图8是本发明实施例提供的一种主轴的结构图，如图8所示，转轴22为阶 梯轴，转轴22的最大直径处的直径大于第一法兰24的外径，工装还包括第一 支撑套9a和第二支撑套9b，第一支撑套9a套设在转轴22的上，第二支撑套9b 套设在主轴2的第一端上，通过设置第一支撑套9a和第二支撑套9b，将工装架 设起来，从而可以通过将第一法兰24与动力装置紧固连接，实现对工装的回转， 该动力装置可以是YYW—3000S型硬支撑平衡机，第一法兰24通过第一螺孔 241与平衡机通过联轴器连接。

此处简单介绍本发明实施例提供的10兆瓦级大功率喷水推进装置叶轮平衡 试验工装的安装过程：

①将止挡环3套装在主轴2上，使止挡环3的一端端面通过第一轴肩21贴 紧；

②将键4安装在第二键槽25中，将锥筒套5套设在主轴2上，使得第一键 槽54与第二键槽25对齐，第二法兰51的端面与止挡环3的另一端端面贴紧， 将叶轮1的轮毂12的小端朝向第二法兰51套设在锥筒套5上，并对齐第二螺 孔52和螺柱通孔12a，使用螺柱8a和螺母8b将叶轮1和锥筒套5紧固连接；

③将套筒6远离第三法兰61的一端套设在主轴2上，对齐第三螺孔62和 第四螺孔23，使用螺栓将套筒6锁紧，使得套筒6的端面压紧在锥筒套5的端 面上；

④将第一支撑套9a套设在转轴22上，将第二支撑套9b套设在主轴2的第 一端上，使用支架将工装水平架设起来，通过联轴器将第一法兰24和动力装置 进行连接。

需要说明的是，对于不同的实施方式，工装的安装方式可能存在部分差异， 例如，当键4延伸至止挡环3处，止挡环3上对应设有第三键槽31时，则应该 先将键4安装到第二键槽25中，再将止挡环3套装在主轴2上。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。