專利名稱：用于冷氣應(yīng)用的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷氣應(yīng)用的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，其具有小齒輪軸，所述小齒輪軸具有帶有齒部的齒部部段；帶有葉輪輪轂的至少一個(gè)葉輪；以及設(shè)置在所述齒部部段和葉輪輪轂之間的密封部段，所述密封部段支承密封件。
背景技術(shù)：
渦輪壓縮機(jī)以多種方式在工業(yè)和發(fā)電中使用。因此，傳動(dòng)式壓縮機(jī)例如用于空氣分離，在空氣分離中，來自環(huán)境空氣的氧氣和氮?dú)庀嗷シ蛛x。為此，空氣壓縮機(jī)吸入已過濾的空氣，并且將所述空氣壓縮至所需要的壓力。然后，所述空氣被冷卻，并且分離為主要組分，即氮?dú)夂脱鯕庖约靶〔糠侄栊詺怏w。隨后，壓縮機(jī)單元壓縮氧氣和氮?dú)?，以便將所述氧氣和氮?dú)饫巛斎胗糜谄渌鼞?yīng)用的管線系統(tǒng)中。在壓縮氧氣時(shí)，由于爆炸危險(xiǎn)，必須小心謹(jǐn)慎地將用于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的軸承的潤滑油和輸送介質(zhì)氧氣相互分離。因此，為了分離氣體和為了保持過程側(cè)的壓力，在轉(zhuǎn)子的軸承和導(dǎo)致壓縮的葉輪之間通常設(shè)置有迷宮式密封件，特別是多室式密封件。由于空氣的冷卻和隨后的空氣分離，渦輪壓縮機(jī)的葉輪暴露在低于_30°C的非常低的溫度下。在其它氣體分離過程中，可達(dá)到低于_150°C的溫度。為了在這樣低的溫度下避免脆性斷裂行為，為制造葉輪而使用冷硬的材料。如果在傳動(dòng)式壓縮機(jī)中實(shí)現(xiàn)低溫，那么在密封區(qū)域內(nèi)直到支承位置，保護(hù)葉輪和轉(zhuǎn)子軸免受由于低的工作溫度導(dǎo)致的脆性斷裂。在冷氣應(yīng)用中，在密封區(qū)域中的葉輪和轉(zhuǎn)子軸通常情況下由高合金的冷硬鋼制成。由于可制造性和可安裝性的原因，小齒輪軸和葉輪構(gòu)成為分開的。因此，在齒部區(qū)域中，所述小齒輪軸或轉(zhuǎn)子軸滿足高的機(jī)械要求，已知的是，所述小齒輪軸由與葉輪或所述葉輪的輪轂不同的材料制成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于渦輪壓縮機(jī)的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，所述傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在低溫應(yīng)用的情況下具有高的強(qiáng)度。所述目的通過開始所述類型的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子得以實(shí)現(xiàn)，其中，根據(jù)本發(fā)明，所述密封部段和葉輪輪轂，特別是整個(gè)葉輪，形成由第一材料組成的一體式連接的、共同區(qū)域，并且所述齒部部段由第二材料形成。因此制成轉(zhuǎn)子的大的區(qū)域由第一材料制成，所述區(qū)域的特性與所述葉輪的工作條件相匹配。借助所述設(shè)計(jì)能夠避免冷脆的危險(xiǎn)。此外，在兩種材料之間的連接位置向內(nèi)很遠(yuǎn)地移動(dòng)到暖工作的區(qū)域中。所述齒部部段位于暖工作的區(qū)域內(nèi)，并且能夠由傳統(tǒng)的齒部材料構(gòu)成。這導(dǎo)致很小的傳動(dòng)裝置尺寸，并且因此導(dǎo)致低的成本和低的機(jī)械損失。適宜的是，渦輪壓縮機(jī)是傳動(dòng)式壓縮機(jī)。齒部部段能夠是傳動(dòng)裝置的一部分，所述傳動(dòng)裝置將傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與例如電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械地連接。密封部段能夠支承密封件，特別是迷宮式密封件的一部分或者一半，所述迷宮式密封件將壓縮機(jī)區(qū)域的或葉輪的環(huán)境相對(duì)于轉(zhuǎn)子的軸承、特別是導(dǎo)油的軸承密封。適宜的是，葉輪是渦輪壓縮機(jī)的伸出級(jí)(ijberhangstufe)的一部分，并且適
宜地以浮動(dòng)的方式支承。因此，所述葉輪必須僅在一側(cè)上相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸承密封，以至于保持密封耗費(fèi)低。當(dāng)?shù)谝徊牧鲜潜鹊诙牧细溆驳睦溆膊牧蠒r(shí)，傳動(dòng)式壓縮機(jī)特別適于在-30°c 和低于-30°C的低溫范圍中使用。因此，特別好地保護(hù)葉輪以防止脆性斷裂行為，反之，轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)部區(qū)域能夠根據(jù)對(duì)它所提出的要求構(gòu)成。第一材料特別是例如在EN 10. 269標(biāo)準(zhǔn)中限定的冷硬的材料。有利的是，第二材料比第一材料更硬或強(qiáng)度更高。第二材料能夠是硬化的、氮化的或高調(diào)質(zhì)的鋼，因此，齒輪傳動(dòng)裝置滿足高的機(jī)械要求。在本發(fā)明的另一有利的實(shí)施形式中，在第二材料的區(qū)域中設(shè)置有轉(zhuǎn)子軸承。通過轉(zhuǎn)子軸承的熱量輸入能夠保護(hù)第二材料以防止過度的冷卻。所述轉(zhuǎn)子軸承可以是徑向軸承，所述徑向軸承特別是構(gòu)成為流體動(dòng)力學(xué)的滑動(dòng)軸承。能夠?qū)⒕哂欣?5°C的溫度的熱的潤滑油供應(yīng)給這樣的軸承，因此實(shí)現(xiàn)從轉(zhuǎn)動(dòng)軸承到轉(zhuǎn)子上的高的熱量輸入。由于所述熱量輸入，保護(hù)由第二材料組成的齒部區(qū)域以防止過冷。 此外，通過將轉(zhuǎn)子軸承設(shè)置在第二材料的區(qū)域中，避免了第一材料的不必要的更高的加熱， 并且因此避免了轉(zhuǎn)子的軸向外部的不必要的更高的加熱。軸軸承有利地設(shè)置在密封部段和齒部部段之間。通過轉(zhuǎn)子支承在齒部的外部能夠達(dá)到轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定的浮動(dòng)支承。適宜的是，兩個(gè)材料區(qū)域抗扭地相互連接。所述抗扭的連接能夠通過材料配合的連接，例如焊接，通過摩擦配合的連接，例如耦聯(lián)，或者通過形狀接合的連接來達(dá)到。有利的是，所述連接通過正齒部形成，以至于兩個(gè)材料區(qū)域形狀接合地相互接合。能夠避免由于焊接連接而導(dǎo)致的不平衡的危險(xiǎn)，或者能夠避免由于不足夠牢固的摩擦配合的連接而導(dǎo)致的兩個(gè)區(qū)域相對(duì)滑動(dòng)的危險(xiǎn)?？古さ倪B接有利地設(shè)置在密封部段和例如徑向軸承的轉(zhuǎn)子軸承之間。希爾特式連接(Hirthverbindimg)特別適合作為在兩個(gè)轉(zhuǎn)子區(qū)域或轉(zhuǎn)子的材料區(qū)域之間的抗扭的連接。通過希爾特式連接的切端面齒部，借助簡單的機(jī)構(gòu)可達(dá)到固定的、 自定心的且可拆卸的連接。切端面齒部的齒在力配合的耦聯(lián)方面具有相互固定和平坦的性質(zhì)，并且徑向地定向，因此達(dá)到定心。借助于希爾特式連接能夠達(dá)到在轉(zhuǎn)子區(qū)域之間的非常小地構(gòu)造成的連接。為了力配合，需要軸向拉緊，所述軸向拉緊又限定從一個(gè)區(qū)域到另一區(qū)域的力傳遞。


借助在附圖中示出的一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。本發(fā)明的唯一的附圖示出傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子2的截面，所述傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向外部區(qū)域4包括具有葉輪輪轂8的葉輪6和具有為迷宮式密封件的形式的密封件12的密封部段10。葉輪6浮動(dòng)地支承，并且是傳動(dòng)式壓縮機(jī)的伸出級(jí)的一部分。
具體實(shí)施方式
傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子2既能夠構(gòu)成有一個(gè)葉輪，也能夠構(gòu)成有兩個(gè)葉輪。在具有兩個(gè)葉輪的設(shè)計(jì)中，圖1可以看做為具有在齒部區(qū)域中的鏡平面的半視圖。在僅具有一個(gè)葉輪的實(shí)施形式中，小齒輪軸16以位于齒部后的未示出的第二支承區(qū)域終止。傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子2是具有傳動(dòng)裝置的渦輪傳動(dòng)式壓縮機(jī)的組成部分，所述傳動(dòng)裝置通過齒部14與例如蒸汽輪機(jī)或電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置與葉輪6連接，以用于力傳遞。轉(zhuǎn)子 2的齒部14在小齒輪軸16上制成，所述小齒輪軸16能夠分為齒部部段18和支承區(qū)域20， 所述齒部部段和支承區(qū)域又形成轉(zhuǎn)子的內(nèi)部區(qū)域22。在支承區(qū)域20中，所述小齒輪軸16 支承具有徑向軸承的形式，更確切的說是流體動(dòng)力學(xué)的滑動(dòng)軸承的形式的轉(zhuǎn)子軸承M。兩個(gè)區(qū)域4、22通過形狀接合的連接沈相互連接，所述連接通過箭頭標(biāo)明。在連接沈中，小齒輪軸16和葉輪6形狀結(jié)合地且抗扭地相互連接。連接沈構(gòu)成為希爾特式連接，其中，螺栓連接觀將傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子2的兩個(gè)區(qū)域4、22相互軸向擠壓，以至于通過希爾特式連接能夠?qū)⒋蟮牧团ぞ貜囊粋€(gè)區(qū)域傳遞到另一區(qū)域4、22上。兩個(gè)區(qū)域4、22由不同的材料制成。在外部區(qū)域4中的葉輪輪轂8和密封部段10 由例如冷硬鋼X8Ni9的冷硬的材料制成。在這種情況下，葉輪輪轂8和密封部段10制成為例如鍛件的一體式部件。為了避免由于不均勻的應(yīng)力分布引起的不平衡的危險(xiǎn)，也放棄了在葉輪輪轂8和密封部段10之間的焊接。內(nèi)部區(qū)域22或小齒輪軸16能夠由例如18CrNiMo7-6的硬化鋼制成。例如 56MCrM0V7的高強(qiáng)度的調(diào)質(zhì)鋼也是有利的。硬化鋼和高強(qiáng)度的調(diào)質(zhì)鋼都是特別硬和耐磨損的，以至于齒部14具有長的使用壽命。但是所述鋼僅是受限地冷硬的，以至于在非常低的工作溫度下存在脆性斷裂的危險(xiǎn)。外部區(qū)域4的冷硬鋼特別適用于防止脆性斷裂，以至于用于在例如低于_30°C或者低于_120°C的特別冷的溫度下工作的轉(zhuǎn)子軸2特別適用于例如空氣分離。在工作時(shí)，為轉(zhuǎn)子軸承M供應(yīng)熱的潤滑油，以至于確保轉(zhuǎn)子2的流體動(dòng)力學(xué)的滑動(dòng)支承。借助所述熱的潤滑油，熱量傳遞到轉(zhuǎn)子2的內(nèi)部區(qū)域22上，以至于所述區(qū)域在已設(shè)定的運(yùn)行中從不被冷卻到引起小齒輪軸16的脆性斷裂行為的危險(xiǎn)的溫度范圍中。通過將連接沈很遠(yuǎn)地向內(nèi)設(shè)置在轉(zhuǎn)子2的暖工作的區(qū)域內(nèi)，由第一冷硬的材料組成的外部區(qū)域 4非常長，以至于轉(zhuǎn)子2的大部分適用于低的工作溫度。盡管存在這個(gè)大的冷硬的區(qū)域，但是由于將轉(zhuǎn)子2分隔為兩個(gè)不同的區(qū)域4、22，保留了由適合的齒部材料制造齒部部段16的可能性。因此，傳動(dòng)裝置能夠構(gòu)成為特別小地且抗磨損地構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種用于冷氣應(yīng)用的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子0)，具有小齒輪軸(16)，所述小齒輪軸具有帶有齒部(14)的齒部部段(18)；帶有葉輪輪轂(8)的至少一個(gè)葉輪(6)；以及設(shè)置在所述齒部部段(18)和所述葉輪輪轂(8)之間的密封部段(10)，所述密封部段支承密封件 (12)，其特征在于，所述葉輪輪轂(8)和所述密封部段(10)形成由第一材料組成的一體式連接的、共同的區(qū)域G)，并且所述齒部部段(18)由第二材料形成。
2.如權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，所述葉輪(6)浮動(dòng)地支承。
3.如上述權(quán)利要求之一所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，所述第一材料比所述第二材料更冷硬。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，所述第二材料比所述第一材料更硬。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，在所述第二材料的區(qū)域0 中設(shè)置有轉(zhuǎn)子軸承04)。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，在所述密封部段 (10)和所述齒部部段(18)之間設(shè)置有轉(zhuǎn)子軸承04)。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，兩個(gè)材料區(qū)域(4、 22)的抗扭的連接06)設(shè)置在所述密封部段(10)和轉(zhuǎn)子軸承04)之間。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子O)，其特征在于，在所述兩個(gè)材料區(qū)域G、22)之間的抗扭的連接06)是希爾特式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于冷氣應(yīng)用的傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(2)，其具有小齒輪軸(16)，所述小齒輪軸具有帶有齒部(14)的齒部部段(18)；帶有葉輪輪轂(8)的至少一個(gè)葉輪(6)；以及設(shè)置在所述齒部部段(14)和所述葉輪輪轂(8)之間的密封部段(10)，所述密封部段支承密封件(12)。當(dāng)所述葉輪輪轂(8)和所述密封部段(10)形成由第一材料組成的一體式連接的、共同的區(qū)域(4)，并且所述齒部部段(18)由第二材料制成時(shí)，所述傳動(dòng)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(2)即便在低溫應(yīng)用的情況下也具有高的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)F04D29/02GK102388225SQ201080016197
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者安德烈亞斯·彼得斯, 福爾克爾·胡滕 申請(qǐng)人:西門子公司