一种一体式高速旋转冷却机制造技术

本发明专利技术属于高速旋转冷却机领域，具体涉及一种一体式高速旋转冷却机。本装置包括外壳体及外壳盖，外壳盖与外壳体大口径段筒壁共同围合形成用于容纳旋转靶片组件的容纳空间；旋转靶片组件包括旋转腔体及靶片，旋转腔体同轴套设于外壳体内且旋转腔体上设置有小直径段，小直径段处套设空气轴承从而与小口径段间构成同轴回转配合；本装置还包括回转轴，回转轴以简支梁方式并通过滚动轴承而同轴回转配合于外壳盖处，回转轴轴端沿靶片轴线向靶片靶面处延伸并与靶片靶面间形成固接配合；回转轴轴径小于旋转腔体的小直径段外径。本发明专利技术兼具大轴径冷却机和高转速冷却机的性能优势，既能够满足高速旋转的目的，又能够承受一定的径向力和轴向力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高速旋转冷却机领域，具体涉及一种一体式高速旋转冷却机。
技术介绍
高速旋转冷却机应用于中子发生器中，是中子发生器的关键设备，其性能直接决定了中子发生器的中子强度和稳定性。当氘离子束通过加速以后传输到高速旋转冷却机内的氚靶靶片处，并与靶片中的氚原子核发生氘氚聚变反应产生中子，产生的中子可应用于中子治癌等特定行业中。由于靶片处的氘氚聚变反应会带来巨大热量，目前期望的做法是采用大轴径高转速的冷却机，从而通过相同的时间内热量交换的次数的增多，进而保证装置的散热。然而，目前应用的大轴径的冷却机受制于增速箱的尺寸和体积较大，受力比较复杂，稳定性较差，非常不适合应用于精细化的中子发生作业中。而传统的高转速冷却机的轴径都比较小，一旦应用至上述领域内，就会导致氘离子束通道变窄，进而使得靶片的利用率比较低。如何寻求一种结构紧凑而小巧化的新型冷却系统，使之能够兼具大轴径冷却机和高转速冷却机的性能优势，从而使之既能够满足高速旋转的目的，又能够稳定的承受一定的径向力和轴向力，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的设计目的即为克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而简洁的一体式高速旋转冷却机。本专利技术兼具大轴径冷却机和高转速冷却机的性能优势，既能够满足高速旋转的目的，又能够承受一定的径向力和轴向力，其工作稳定性及可靠性均可得到有效保证。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种一体式高速旋转冷却机，其特征在于：本装置包括二段式阶梯套筒状的外壳体以及用于封闭外壳体的大口径段筒口的外壳盖，所述外壳盖与外壳体大口径段筒壁共同围合形成用于容纳旋转靶片组件的容纳空间；所述旋转靶片组件包括阶梯套筒状的旋转腔体以及螺纹固接于旋转腔体大直径段筒口处的靶片，所述旋转腔体同轴套设于外壳体内且旋转腔体上设置有用于配合外壳体处小口径段的小直径段，小直径段处套设空气轴承从而与小口径段间构成同轴回转配合；本装置还包括回转轴，回转轴以简支梁方式并通过滚动轴承而同轴回转配合于外壳盖处，回转轴轴端沿靶片轴线向靶片靶面处延伸并与靶片靶面间形成固接配合；所述回转轴轴径小于旋转腔体的小直径段外径；本装置还包括用于驱动旋转靶片组件转动的驱动部。旋转腔体为直径径逐渐减小的四段式阶梯套筒状构造，相对的外径最小的一段筒腔构成上述小直径段；以旋转腔体上的与小直径段相邻的直径段为第二直径段，所述第二直径段上箍设有转子，外壳体处小口径段的孔壁处布置有与转子间构成配合的定子；所述定子与转子构成用于驱动旋转腔体转动的驱动部。所述空气轴承的一端面抵靠于小直径段与第二直径段衔接处的轴肩处，空气轴承的另一端面处设置用于端面密封小直径段及小口径段的干气密封，所述干气密封的进气路径与空气轴承进气路径均径向贯穿外壳体壳壁。沿回转轴的轴向由靶片所在轴端向另一轴端方向,在回转轴的轴身处依次箍设有接触式机械密封、深沟球轴承以及圆柱滚子轴承；深沟球轴承与圆柱滚子轴承共同构成托撑回转轴的简支梁式支承结构。所述外壳盖的朝向靶片的一面沿径向均布有多个安装孔，安装孔内安设有雾化喷头，所述雾化喷头的喷口指向靶片靶面处。所述回转轴轴径小于65mm，旋转腔体的小直径段外径大于65mm。所述靶片上的用于配合回转轴轴端的靶面处内凹有沉孔部，沉孔部的孔腔内同轴凸设有定位圆环，回转轴的轴端面处内凹有用于卡嵌定位圆环的环形凹槽；所述定位圆环的内环面处布置内螺纹，环形凹槽上的与上述内螺纹配合的内侧槽面处布置外螺纹，两者间构成螺纹固接配合。沉孔部的孔壁处沿其轴线方向开设有键槽，回转轴轴端的外壁处凹设有相配合的定位槽，花键穿入定位槽与键槽围合形成的区域内从而形成回转轴与靶片间的键连接式传动配合。本专利技术的主要优点在于：1)、通过上述方案，本专利技术一方面运用空气轴承承受大轴径端也即旋转腔体的小直径段的径向力，另一方面，再通过力的分配使径向力和轴向力主要由细轴端也即回转轴处的的滚动轴承来承受，从而可靠的解决了冷却机受力的问题。本专利技术整体结构显得更为紧凑，通过巧妙的兼具大轴径冷却机和高转速冷却机的性能优势，进而实现了冷却机在大轴径下的高速旋转目的，其工作稳定性及可靠性均可得到有效保证。2)、作为上述方案的进一步优选方案，本专利技术还将用来驱动的定子和转子直接装在冷却机的外壳和旋转腔体上，从而进一步的紧凑化冷却机的结构。定子与转子可优选高速永磁、屏蔽式的定转子结构，通过直接把该定子和转子直接的裸装在旋转腔体外壁处，这样就免去了设置增速箱的问题，自然也就不存在所谓的增速箱尺寸及体积过大的缺陷。通过贯穿外壳体而引电源线至定子，然后以外部电源对定子通电，即可通过定子而带动转子与旋转腔体产生高速的旋转运动，最终达到狭窄空间下的驱动部相对旋转靶片组件的主动驱动目的。3)、本专利技术的大轴径端密封由干气密封来承担，细轴端处的密封由接触式机械密封来承担。由于干气密封为密封非接触式运行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，适合做为高速高压设备的轴端密封。而接触式机械密封则作为封闭回转轴与外壳盖的配合间隙所使用，从而隔离开外壳体筒腔与滚动轴承所在腔，以保证滚动轴承的正常可靠运行。4)、由于本装置的热量来源于靶片处，因此，通过径向且多个并列设置的雾化喷头，在旋转腔体高速旋转并带动靶片一起旋转时，雾化喷头将水喷在靶片外侧表面，并依托旋转腔体的高速旋转而增加水与靶片的热交换次数，最终可有效的提高装置的热交换的效率。5)、本专利技术通过在靶片的球面状靶面的靶心处布置沉孔部，从而与回转轴间构成面抵靠配合。同时的，在沉孔部内设置带内螺纹的定位圆环，从而能同与之配合的回转轴处的环形凹槽间构成螺纹固接配合。花键的设置，则保证在回转轴与靶片构成配合后，不依托两者间的螺纹紧固力而产生转动动作，而是依托两者的键连接来保证力矩的传递，以确保两者的动作可靠性和稳定性。附图说明图1为本专利技术的正面结构示意图；图2为图1的剖视图；图3为图2的I部分局部放大图；图4为图2的II部分局部放大图。图示各标号与本专利技术的各部件名称的对应关系如下：a-连接法兰b-操作窗c-薄壁d-紧固螺钉e-紧固螺栓f-止转销10-外壳体11-小口径段20-外壳盖30-旋转腔体31-小直径段32-第二直径段40-靶片41-定位圆环50-空气轴承60-回转轴61-环形凹槽70-滚动轴承71-深沟球轴承72-圆柱滚子轴承81-转子82-定子90-干气密封100-接触式机械密封110-雾化喷头120-花键具体实施方式为便于理解，此处结合附图，以对本专利技术的具体实施结构作以下进一步说明：本专利技术的具体结构，如图1-4所示，其整体结构为两端支承结构，主要由空气轴承50、滚动轴承70、干气密封90、接触式机械密封100、定子82、转子81、旋转腔体30、冷却机外壳(也即外壳体10)、外壳盖20、雾化喷头110、靶片40和连接法兰a等组成。其中，如图1所示，本装置的动力装置主要由定子82和转子81配合构成。转子81直接箍在旋转腔体30上面，这样保证了驱动部的可靠性和紧凑性。本装置的径向支撑力和轴向力则由位于图2结构右侧处的空气轴承50和位于图2结构左侧处的滚动轴承70来共同承受。如图4所示的，由于空气轴承50能够满足大轴径旋转的要求，因此应用于旋转腔体30与外壳体10的回转配合处，该处旋转腔体30的配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体式高速旋转冷却机，其特征在于：本装置包括二段式阶梯套筒状的外壳体(10)以及用于封闭外壳体(10)的大口径段筒口的外壳盖(20)，所述外壳盖(20)与外壳体(10)大口径段筒壁共同围合形成用于容纳旋转靶片(40)组件的容纳空间；所述旋转靶片(40)组件包括阶梯套筒状的旋转腔体(30)以及螺纹固接于旋转腔体(30)大直径段筒口处的靶片(40)，所述旋转腔体(30)同轴套设于外壳体(10)内且旋转腔体(30)上设置有用于配合外壳体(10)处小口径段(11)的小直径段(31)，小直径段(31)处套设空气轴承(50)从而与小口径段(11)间构成同轴回转配合；本装置还包括回转轴(60)，回转轴(60)以简支梁方式并通过滚动轴承(70)而同轴回转配合于外壳盖(20)处，回转轴(60)轴端沿靶片(40)轴线向靶片(40)靶面处延伸并与靶片(40)靶面间形成固接配合；所述回转轴(60)轴径小于旋转腔体(30)的小直径段(31)外径；本装置还包括用于驱动旋转靶片(40)组件转动的驱动部。

【技术特征摘要】
1.一种一体式高速旋转冷却机，其特征在于：本装置包括二段式阶梯套筒状的外壳体(10)以及用于封闭外壳体(10)的大口径段筒口的外壳盖(20)，所述外壳盖(20)与外壳体(10)大口径段筒壁共同围合形成用于容纳旋转靶片(40)组件的容纳空间；所述旋转靶片(40)组件包括阶梯套筒状的旋转腔体(30)以及螺纹固接于旋转腔体(30)大直径段筒口处的靶片(40)，所述旋转腔体(30)同轴套设于外壳体(10)内且旋转腔体(30)上设置有用于配合外壳体(10)处小口径段(11)的小直径段(31)，小直径段(31)处套设空气轴承(50)从而与小口径段(11)间构成同轴回转配合；本装置还包括回转轴(60)，回转轴(60)以简支梁方式并通过滚动轴承(70)而同轴回转配合于外壳盖(20)处，回转轴(60)轴端沿靶片(40)轴线向靶片(40)靶面处延伸并与靶片(40)靶面间形成固接配合；所述回转轴(60)轴径小于旋转腔体(30)的小直径段(31)外径；本装置还包括用于驱动旋转靶片(40)组件转动的驱动部。2.根据权利要求1所述的一种一体式高速旋转冷却机，其特征在于：旋转腔体(30)为直径径逐渐减小的四段式阶梯套筒状构造，相对的外径最小的一段筒腔构成上述小直径段(31)；以旋转腔体(30)上的与小直径段(31)相邻的直径段为第二直径段(32)，所述第二直径段(32)上箍设有转子(81)，外壳体(10)处小口径段(11)的孔壁处布置有与转子(81)间构成配合的定子(82)；所述定子(82)与转子(81)构成用于驱动旋转腔体(30)转动的驱动部。3.根据权利要求2所述的一种一体式高速旋转冷却机，其特征在于：所述空气轴承(50)的一端面抵靠于小直径段(31)与第二直径段(32)衔接处的轴肩处，空气轴承(50)...

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉杰，张军辉，柴立平，尹来弟，葛帝宏，张杰，邓业稳，黄河，杨首谋，
申请(专利权)人：合肥华升泵阀股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34