專利名稱：壓縮機中空軸內(nèi)布置有扭轉(zhuǎn)柔性連接器的電動壓縮機單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪壓縮機或電動壓縮機，尤其涉及整體電動壓縮機單元。整體壓縮機單元包括密封殼，其中布置有電機和例如具有多級的壓縮機單元，其包括被由電機轉(zhuǎn)子驅(qū)動的從動軸支撐的多個壓縮機葉輪。
背景技術(shù)：
最初提出了通過剛性連接器將從動軸和轉(zhuǎn)子連接，軸承支撐在電動壓縮機單元的軸線的兩端及其中部。但是，在裝配上這種結(jié)構(gòu)需要很好地對齊轉(zhuǎn)子和從動軸。因此提出通過柔性連接器將轉(zhuǎn)子和從動軸連接，以省卻對齊問題。此外，這種方案允許轉(zhuǎn)子和從動軸保持自身的振動模式，因為兩者保持機械結(jié)構(gòu)獨立。在這點上可以參考文獻W02004/083644，其中描述了這種布置。為了將壓縮機從殼內(nèi)取出進行保養(yǎng)操作，需要經(jīng)由殼內(nèi)的徑向開口接觸到柔性連接件。這些徑向開口，即使它們安裝有密封蓋，也可能引起殼內(nèi)容納的氣體泄漏。當(dāng)壓縮氣體是易燃?xì)怏w時，由于與環(huán)境空氣混合，泄漏可能會引起爆燃。因此這種渦輪壓縮機的密封需求是限制這種電動壓縮機設(shè)計的十分嚴(yán)格的規(guī)則的原因。此外，使用的柔性連接器，通常是隔膜型的，增加了電動壓縮機單元的軸向凸出量 (通常相對于具有凸緣的剛性連接器是35到40厘米的量)，而這里也成為薄弱區(qū)域，因為它們僅能承受軸向上有限的拉伸或壓縮應(yīng)力。為了允許在軸上作用大的軸向力，因此這種柔性連接器的使用意味著在電機的轉(zhuǎn)子上的至少一個軸向支座和固定到從動軸的另一個軸向支座。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種軸向結(jié)構(gòu)緊湊的整體式渦輪壓縮機單元，其軸向剛度足夠使用僅僅一個軸向支座而不限制所施加的軸向力，該電動壓縮機單元的構(gòu)造能夠減少氣體泄漏，并允許為了保養(yǎng)操作目的而實現(xiàn)簡易拆裝。為了這一目的，電動壓縮機單元包括電機和壓縮機，兩者安裝在公共的能夠密封待壓縮氣體的殼內(nèi)。電機包括轉(zhuǎn)子，其可轉(zhuǎn)動地連接到壓縮機的轉(zhuǎn)子。壓縮機的轉(zhuǎn)子包括主軸和與主軸共軸的連接軸，連接軸至少部分布置在主軸內(nèi)以與主軸徑向分離并包括用于與主軸連接的連接區(qū)域。在一個實施例中，電動壓縮機單元是離心式電動壓縮機單元。離心式壓縮級由主軸支撐。根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，電動壓縮機單元包括支撐主軸的至少兩個軸承，連接軸越過其中一個軸承延伸，即穿過軸承。優(yōu)選地，連接軸越過支撐主軸的軸承延伸，也越過一個或多個壓縮級，即越過一排或多排壓縮機葉片。根據(jù)優(yōu)選實施例，連接軸越過主軸的所有壓縮級延伸。電動壓縮機單元優(yōu)選包括支撐電機轉(zhuǎn)子軸的至少兩個軸承，兩個軸承支撐壓縮機的主軸，并包括單個軸向支座，其布置在電機轉(zhuǎn)子軸或主軸上。軸向支座的飛輪可以軸向布置在連接區(qū)域(包括連接區(qū)域的周圍)和主軸的葉片之間。根據(jù)另一個實施例，壓縮機沒有軸向支座，軸向支座連接到電機的轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，電動壓縮機單元包括能夠在連接區(qū)域?qū)⑦B接軸軸向地且可轉(zhuǎn)動地固定到壓縮機的主軸的可拆卸的附加部件。優(yōu)選地，可拆卸的附加部件構(gòu)造為能操作而從在殼的一個軸向端部的進出處拆掉。根據(jù)優(yōu)選實施例，軸向支座飛輪通過可拆卸的附加部件繞橫向主軸的一部分安裝。根據(jù)有利的實施例，電動壓縮機單元包括軸向支座，軸向支座包括與一部分主軸一體的飛輪。根據(jù)優(yōu)選實施例，電動壓縮單元包括低壓氣體進口和比低壓進口軸向上更靠近電機的高壓氣體出口，分開主軸和連接軸的徑向空間具有能允許氣體離開電機朝向低壓進口區(qū)域自然流動的寬度。優(yōu)選地，主軸包括連接主軸外部和徑向空間的一個或多個徑向孔。優(yōu)選地，主軸包括連接徑向空間和主軸外部的至少一個第一徑向孔或一組第一組徑向孔，這個或這些孔形成在一排葉片上游的主軸的外部。根據(jù)優(yōu)選實施例，第一徑向孔或第一組徑向孔形成在連接區(qū)域和第一壓縮級之間，第一壓縮級是在離電機最大距離處的一排葉片。在優(yōu)選實施例中，第一徑向孔或第一組徑向孔可以特別形成在支座和第一壓縮級之間。優(yōu)選地，主軸還包括形成在軸向平衡活塞和徑向軸承之間的至少一個第二徑向孔或一組第二組徑向孔，徑向軸承是最接近電機并支撐主軸的徑向軸承。根據(jù)優(yōu)選實施例，電動壓縮機單元的外殼沒有特別設(shè)計為提供在各種軸之間的連接的徑向開口。特別地，電動壓縮機單元的外殼可以具有單個徑向開口，僅僅用于待壓縮氣體的進口和出口的開口，即未壓縮氣體進口和壓縮氣體出口，以及用于氣體二次流動的再流通的可選的氣體分支連接，以便例如優(yōu)化電機的冷卻。電動壓縮機單元可包括布置在連接軸和主軸之間的阻尼裝置。根據(jù)第一實施例，連接軸在連接區(qū)域剛性連接到主軸。根據(jù)第二實施例，阻尼裝置布置在連接軸和主軸之間。


本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將通過閱讀僅僅作為非限制性的例子給出的以下說明并參考附圖后顯見，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的電動壓縮機單元的概要圖，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電動壓縮機單元的另一個實施例，圖3表示根據(jù)本發(fā)明的電動壓縮機單元的第三個實施例的細(xì)節(jié)圖。
具體實施例方式如圖I所示，電動壓縮機單元通用地由附圖標(biāo)記I表示,包括由電機3轉(zhuǎn)動的壓縮機2。電機3和壓縮機2的公共轉(zhuǎn)動軸線表不為軸X-X’。壓縮機2和電機3布置在公共外殼4內(nèi)。外殼4可采取例如大體圓柱體8的形式，其分別通過位于靠近電機的一端和靠近壓縮機的一端的兩個蓋子9、10在其兩端部密封封閉，并例如通過螺固到本體8上來保持。電機和壓縮機因此布置在通過電動壓縮機單元處理的氣體中。為了簡化說明，圖中僅僅示出了壓縮機2的轉(zhuǎn)子部分。壓縮機2的轉(zhuǎn)子38特別包括主軸11，安裝在主軸11上的一排或多排葉輪(或壓縮機輪)12、13、14，和部分布置在主軸內(nèi)并連接電機的轉(zhuǎn)子39和主軸11的連接軸21。該排葉輪12、13、14安裝在壓縮機2的主軸11上，并逐漸遠離壓縮機2的主軸11 一端，其在這種情況下是與電機3相對的那一端。當(dāng)然，壓縮機2可包括任意排指向電機的葉片。在壓縮機2的主軸11的兩排葉輪之間插入一排壓縮機2的定子葉片，其在圖中未示出。定子葉片固定到圍繞主軸11的支架上(未示出)，并徑向指向主軸11。主軸11通過分別位于電機3的一側(cè)和相對電機3的一側(cè)的兩個軸承16和17徑向支撐。電機3的轉(zhuǎn)子39通過被兩個軸承18和19徑向支撐的電機軸20帶動。軸承16、 17、18、19優(yōu)選為不需要潤滑液體供給的軸承。為了這一目的，例如，可使用主動磁軸承或氣體軸承。壓縮機的支架和軸承16、17，在壓縮機操作期間固定到外殼4，在保養(yǎng)操作期間可以從外殼取下，以便經(jīng)由相應(yīng)于蓋10的外殼端部從壓縮機2軸向取出定子支架，軸承16、17 和轉(zhuǎn)子(由軸11帶動)的整個組件。壓縮機2必須壓縮的氣體經(jīng)由第一排葉片12的上游的氣體進入孔5輸入。在經(jīng)過連續(xù)的幾排葉片12、13、14之后，經(jīng)由氣體排出孔6排出壓縮機。為了冷卻電機3，冷卻管 7在第一排葉片12的下游導(dǎo)出部分壓縮氣體,并將該氣體帶向電機3,以便冷卻電機。如果溫度允許，導(dǎo)出可在另一排葉片的下游或排出孔6的下游實施。主軸11在中央部分挖空，即在其軸附近，在面向電機3的開口端與主軸11固定到連接軸21的連接區(qū)域15之間。在圖I的實施例中，主軸11在位于與電機3相對的端部和連接區(qū)域15之間的軸向部分還挖空其中心區(qū)。連接區(qū)域15位于支撐主軸11的軸承16和17之間，更精確地是在由主軸11帶動的葉片組與布置在電機3的與該組葉片相對的相對側(cè)的軸承17之間。在連接區(qū)域15的任一側(cè)上通過主軸11的中空部分是中心位于電機3和壓縮機2 的轉(zhuǎn)動軸線X-V上的軸對稱的圓柱中空部分。可以看到，連接軸21至少部分在主軸11內(nèi)延伸。特別地，連接軸21具有比主軸 11的中空部分小的截面，并延伸到主軸11的連接區(qū)域15。徑向空間37因此布置在主軸11 和連接軸21之間。此外，連接軸21提供在主軸11和電機的轉(zhuǎn)子軸20之間的連接。電機軸20例如通過凸緣22剛性安裝到連接軸21。連接軸21在與電機3相反的端部處固定到連接區(qū)域15。連接軸21優(yōu)選由具有高屈服強度的材料構(gòu)成。因此連接軸21能以減小的截面承受電機扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，并且由于這些減小的截面，可以通過布置徑向空間37而安裝在主軸11內(nèi)。根據(jù)變型實施例，可使用外直徑不到電機軸20的外直徑的一半的連接軸。該減小的截面也使得連接軸21在兩個端部之間可保持在可彎曲變形的彈性范圍內(nèi)，而不用考慮主軸和電機軸之間的恒定角度或橫向誤差。這種彈性還使得可過濾掉主軸和電機軸之間的彈性振動。此外，連接軸減小的截面允許在由電機傳遞的扭矩或由壓縮機施加的抗阻扭矩突然變化時傳遞梯度力。連接軸21在裝配凸緣22和固定到主軸11的連接區(qū)域15的端部之間具有截面基本恒定的中央部分27。在固定到連接區(qū)域15的端部，可拆卸的附加部件提供連接軸21與主軸11之間的連接。在所示的具體實施例中，連接軸21具有花鍵區(qū)域23。布置在其外部周圍的花鍵與布置在主軸11的連接區(qū)域15上的中空花鍵匹配。除了花鍵部分23，連接軸21由螺紋部分24延續(xù)，其截面比花鍵部分23的截面小。 該螺紋部分穿過連接區(qū)域15內(nèi)的相應(yīng)直徑的孔25。螺母26在連接區(qū)域15的與連接軸21 的本體27相對的一側(cè)擰在螺紋部分24上。連接軸21因此在連接區(qū)域15轉(zhuǎn)動地和軸向地固定到主軸11。在保養(yǎng)操作期間，為了將壓縮機2從外殼4中取出，僅僅只需移除端蓋10，旋開螺母26，將定子支架和軸承16、17從外殼分開，并經(jīng)由蓋10的開口軸向取出壓縮機2。在外殼內(nèi)不需要徑向孔來分開電機3和壓縮機2。氣體進口孔5、氣體排出孔6和相應(yīng)于冷卻管 7的孔是布置在電動壓縮機單元的外殼4內(nèi)的僅有的徑向孔。這限制了在壓縮機附近泄漏以及發(fā)生爆燃的危險。然而可布置有限的徑向開口，以便在凸緣22處分開電機軸20和連接軸37。在電機軸20和主軸11之間通過連接軸21的方式獲得的連接在軸向上是剛性的。單個軸向支座28，其與軸向軸承40互相作用，提供軸線的軸向保持力。軸向支座 28還優(yōu)選為不需要潤滑液體供給的類型，例如主動磁類型的支座。在圖I的實施例中，支座28包括在連接區(qū)域15周圍收縮配合并連接到主軸11的支座飛輪29。連接區(qū)域15，盡管被連接軸21的螺紋部分24橫向穿過，但在這種情況下仍是主軸11徑向最剛性的區(qū)域，因為軸21被挖空了比在連接區(qū)域15兩側(cè)的孔25更大的截面。圖2示出了本發(fā)明的第二實施例。圖2示出了與圖I相同的元件，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記表示。電機3、壓縮機2的布置，待壓縮氣體的低壓進氣口 5和已壓縮氣體的出氣口 6都與圖I中的相同。在圖2的實施例中，單個軸向支座30也用于提供電機3和壓縮機2的軸向保持力， 該軸向支座30此時被布置在支撐電機3的轉(zhuǎn)子的軸承18和19之間。在圖2的實施例中， 壓縮機2因此不具有支座。未不出但有利的另一個技術(shù)方案可包括在軸承18之后在電機轉(zhuǎn)子39的端部布置支座。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電動壓縮機單元的壓縮機的簡化的部分截面圖。圖3不出了與圖I和2相通用的附圖標(biāo)記,相同的兀件則由相同的附圖標(biāo)記表不。特別地，圖3示出了連接軸21、連接軸27的本體、連接軸的花鍵部分23、其螺紋部分24和鎖緊螺母26。
在圖3中還示出了軸向平衡活塞31，其包括轉(zhuǎn)動部分32，并面對固定到定子支架 (未示出)的活塞固定部分33。轉(zhuǎn)動部分32和固定部分33通過作為曲徑式密封的窄縫34 分開，容納在活塞上游部分(上游部分可以理解為相對于壓縮機2內(nèi)的氣體流動方向的上游部分)的高壓氣體的泄漏氣流經(jīng)由其流動。在圖3的實施例中，氣體進入孔5比壓縮氣體出氣孔6更遠離電機3，壓縮氣體出氣孔比活塞31遠離電機3 —點。將連接軸21與主軸11分離的徑向空間37從軸11的電機側(cè)上的開口端延伸，越過軸承16，活塞31和主軸11的一組葉片。主軸11在這種情況下由多個部分組成，即包括連接區(qū)域15的第一軸向部分Ila 和正好被連接軸11的中空部分橫向穿通并帶有所有葉片的第二部分lib。兩個部分通過凸緣系統(tǒng)34a和34b連接，凸緣34a與飛輪29 —體，形成電動壓縮機單元的軸向支座的一部分。以多個部分生產(chǎn)主軸11使得可選擇更適合每個組成元件的制造技術(shù)。此外，這種分開方式使得可整體制造部分Ila和支座飛輪29，而如果單件制造連接軸21則明顯更加復(fù)雜。還可構(gòu)思出不同的實施例，其中支座飛輪29制成為在兩部分Ila和Ilb之間的單獨的盤凸緣形式。圖3示出了布置在主軸的部分Ilb內(nèi)的徑向孔。第一孔或第一組孔35布置在位于一排葉片12的上游部分(相對于壓縮機2內(nèi)氣體的流動)的低壓區(qū)域內(nèi)，在氣體進入孔 5的軸向附近。第二孔或第二組孔36布置在主軸11內(nèi)，在活塞31和磁軸承16之間。這個或這些與徑向空間37相關(guān)的孔36使得可將經(jīng)由迷宮34泄漏的氣體、以及將從位于電機3 —側(cè)的主軸11的端部通過磁軸承16的氣流引導(dǎo)到主軸11內(nèi)。選擇孔35、36的大小和空間37 的徑向?qū)挾?，以便允許來自電機的氣體或由孔36收集的氣體自發(fā)流動。布置在低壓區(qū)域的孔35使得將用于冷卻電機3的氣流中的熱氣體、以及由孔36 收集的從活塞31返回的氣流中的氣體從主軸11的開口端帶入該低壓區(qū)域成為可能。由電機3加熱的氣體則與經(jīng)由孔5進入渦輪壓縮機的氣體混合，因此在待壓縮氣體的流動中“稀釋”從電機3抽出的熱量。主軸11以這種方式成為電動壓縮機單元的冷卻線路的基本部分。本發(fā)明的目的不限制于所述例子，并具有多種變型。例如，可以設(shè)想將軸向支座布置在軸承16和19之間，在電機軸20上或在連接軸21上，或者在連接兩個軸的凸緣22之間。還可以設(shè)想將軸向支座都布置在電機軸承的外側(cè)和壓縮機軸承的外側(cè)，即圖I中軸承 18的左側(cè)或軸承17的右側(cè)。可以設(shè)想使用幾個軸向支座。軸承16是磁軸承或氣體軸承， 通過孔36的引導(dǎo)，來自軸承16的氣流被捕獲?？梢栽O(shè)想將連接區(qū)域15布置在主軸11的端部和/或?qū)⑵溥h離端部軸承17布置以支撐主軸11。可以設(shè)想在連接區(qū)域內(nèi)的主軸11比一部分葉片更靠近電機。可以設(shè)想將連接軸21不插入壓縮機的中空軸11，但是插入電機3的轉(zhuǎn)子的中空軸20。盡管本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于離心壓縮機，其同樣也可應(yīng)用于軸向壓縮機。根據(jù)本發(fā)明的電動壓縮機單元使得可在電機和壓縮機之間實現(xiàn)柔性連接，改善了其剛性和軸向緊湊性。根據(jù)本發(fā)明的電動壓縮機單元還使得在冷卻管道和回路中顯著簡化電動壓縮機單元的結(jié)構(gòu)。壓縮機的整個密封性得到改善且保養(yǎng)容易。 附圖標(biāo)記列表1電動壓縮機單兀;2壓縮機；3電機；4外殼；5氣體進入孔；6氣體排出孔；7冷卻管；8圓柱體；9端蓋；10端蓋；11主軸；12，13，14 一排葉片；15連接區(qū)域； 16，17壓縮機軸承；18，19電機轉(zhuǎn)子軸承；20電機軸；21連接軸；22凸緣；23花鍵部分；24 螺紋部分；25孔；26螺母；27連接軸本體；28軸向支座；29軸向支座飛輪；30軸向支座；31 軸向平衡活塞；32活塞轉(zhuǎn)動部分；33活塞固定部分；34a凸緣；34b凸緣；35電機冷卻氣體返回孔；36活塞泄漏返回孔；37主軸11和連接軸21之間的徑向空間；38壓縮機轉(zhuǎn)子；39 電機轉(zhuǎn)子；40軸向支座軸承；x-x^壓縮機和電機的公共旋轉(zhuǎn)軸線。
權(quán)利要求
1.電動壓縮機單元(I)，包括電機(3)和壓縮機(2)，安裝在公共的能夠密封待壓縮氣體的外殼⑷內(nèi)，電機⑶包括可轉(zhuǎn)動地連接到壓縮機⑵的轉(zhuǎn)子(38)的轉(zhuǎn)子(39)，其特征在于，壓縮機的轉(zhuǎn)子(38)包括主軸(11)和與主軸共軸的連接軸(21)，所述連接軸至少部分布置在主軸(11)內(nèi)以與主軸(11)徑向分離并包括用于與主軸(11)連接的連接區(qū)域(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動壓縮機單元，包括一個電機和軸向布置在電機的任一側(cè)的兩個壓縮機，兩者安裝在能夠密封待壓縮氣體的公共外殼內(nèi)，電機包括轉(zhuǎn)動地連接到壓縮機的各個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子，每個壓縮機轉(zhuǎn)子包括主軸和與主軸共軸的連接軸，所述連接軸至少部分布置在主軸內(nèi)以便與主軸徑向分離并包括用于與主軸連接的連接區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電動壓縮機單元，其中還包括支撐主軸(11)的至少兩個軸承(16，17)，連接軸延伸越過其中一個軸承(16)。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電動壓縮機單元，其中還包括至少支撐電機(3)的轉(zhuǎn)子(39)的軸承(18，19)、支撐壓縮機(2)的主軸(11)的至少兩個軸承(16，17)以及單個軸向支座(28，30)，所述軸向支座布置在電機的轉(zhuǎn)子(39)的軸(20)上或主軸(11)上。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電動壓縮機單元，其中還包括在連接區(qū)域(15)將連接軸(21)軸向地且可轉(zhuǎn)動地固定到壓縮機(2)的主軸(11)上的可拆卸附加部件(23， 24，25，26)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電動壓縮機，其中可拆卸的附加部件(23，24，25，26)構(gòu)造為能夠被操作而從位于外殼(4)的一個軸向端部(10)的進出處卸掉。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電動壓縮機單元，其中還包括圍繞主軸的被可拆卸的附加部件(24，25)橫截的部分(15)安裝的軸向支座(28)飛輪(29)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動壓縮機單元，其中還包括軸向支座，該軸向支座包括與主軸(11)的一部分(Ila) —體的飛輪(29)。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電動壓縮機單元，其中還包括低壓氣體進口(5)和比低壓進口(5)軸向上更靠近電機(3)的高壓氣體出口 ￠)，其中將主軸(11)和連接軸(21)分離的徑向空間(37)具有能允許氣體離開電機(3)朝向低壓進口區(qū)域(5)自然流動的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動壓縮機單元，其中主軸包括連接主軸(11)外部和徑向空間(37)的一個或多個徑向孔(35，36)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動壓縮機單元，其中主軸(11)包括連接徑向空間(37) 和主軸外部并形成在壓縮機(2)的一排葉片(12，13或14)的上游的至少一個徑向孔(35)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電動壓縮機單元，其中主軸(11)包括形成在軸向平衡活塞(31)和徑向軸承(16)之間的至少一個第二徑向孔(36)，所述徑向軸承是最接近電機(3)并支撐主軸(11)的徑向軸承。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電動壓縮機單元，其中在外殼(4)內(nèi)不具有設(shè)計用于提供各種軸之間的連接的徑向開口。
14.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電動壓縮機單元，包括布置在連接軸(21)和主軸(11)之間的阻尼裝置。
全文摘要
一種電動壓縮機單元(1)，包括電機(3)和壓縮機(2)，安裝在公共的能夠密封待壓縮氣體的外殼(4)內(nèi)。電機(3)包括可轉(zhuǎn)動地連接到壓縮機(2)的轉(zhuǎn)子(38)的轉(zhuǎn)子(39)。壓縮機的轉(zhuǎn)子(38)包括主軸(11)和與主軸共軸的連接軸(21)，連接軸至少部分布置在主軸(11)內(nèi)，以便與主軸(11)徑向分離并包括用于與主軸(11)連接的連接區(qū)域(15)。
文檔編號F04D25/06GK102606493SQ201110463229
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者T·阿爾班 申請人:塞莫丁公司