涡轮压缩的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种涡轮压缩机(2)，其具有第一压缩机级(4)和第二压缩机级(6)，所述第一压缩机级具有第一压缩机轮(8)，所述第二压缩机级具有第二压缩机轮(10)，其中，所述第一压缩机轮(8)和所述第二压缩机轮(10)设置在共同的轴(12)上，其中，所述轴(12)非接触地被支承。为了降低所述涡轮压缩机(2)的复杂度，将所述轴(12)的非接触式轴承(14)设置在所述第一压缩机轮(8)与所述第二压缩机轮(10)之间。
【专利说明】涡轮压缩机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡轮压缩机，所述涡轮压缩机具有第一和第二压缩机级。压缩机级分别具有压缩机轮，所述压缩机轮设置在共同的轴上。所述轴在此非接触地被支承。
【背景技术】
[0002]在现有技术中公开了本文开头所述种类的涡轮压缩机。借助于多级压缩，可以在预定体积流时比单级压缩实现气态介质更高的压缩。
[0003]此外公开了，相应压缩机级的压缩机轮布置在共同的轴上，以便减少部件数。
[0004]此外公开了，用于小体积流的压缩机必须高转速地运行。但是这样高的转速可能在支承可动部件时产生问题，从而必须部分地动用耗费的、耐高转速的支承装置。对于这种应用公开的是，使用磁轴承。
[0005]但是磁轴承具有一系列缺点。磁轴承制造耗费很高并且昂贵，因为磁轴承一方面需要很多构件，另一方面必须高精度地制造。此外，磁轴承很难调整，从而磁轴承在装配方面也很费事。磁轴承的另一缺点是，磁轴承需要电流来运行，并且在电流中断时可能损害轴承。
[0006]本文开头所述种类的具体的、预先已知的装置是丹佛斯Turbocor，所述丹佛斯Turbocor具有两级、半密封的离心压缩机和非接触式磁轴承。两个叶轮没有传动装置地设置在共同的轴上。丹佛斯Turbocor可以在18000到48000转/分钟的转速范围上运行。两个叶轮大致设置在轴向长形延伸的轴的端侧四分之一处。轴借助于三个磁轴承支承，所述三个磁轴承中的两个是径向轴承并且一个是轴向轴承。这种支承装置耗费高并且需要很多空间。
【发明内容】
[0007]因此本发明的任务在于，提出一种本文开头所述种类的涡轮压缩机，所述涡轮压缩机的构件比传统的涡轮压缩机少、构造更紧凑并且装配和维护更简单。
[0008]该任务通过根据权利要求1的涡轮压缩机解决。本发明的其他构型是从属权利要求的主题。
[0009]本发明的涡轮压缩机具有第一压缩机级，所述第一压缩机级装有第一压缩机轮。这样的压缩机级可以是径流式压缩机、轴流式压缩机、横流式压缩机或者其他已知类型的、以旋转的构件工作的压缩机。
[0010]本发明的涡轮压缩机具有第二压缩机级，所述第二压缩机级同样装有压缩机轮。这儿也可以从不同已知的基本原理中选择。所述第二压缩机级连接在所述第一压缩机级下游，从而所述第一压缩机级的出口与所述第二压缩机级的入口流动连接。
[0011]所述第一压缩机级和所述第二压缩机级的两个压缩机轮设置在共同的轴上。所述轴非接触地被支承。
[0012]根据本发明，所述轴的非接触式轴承设置在所述第一压缩机轮和所述第二压缩机轮之间。非接触式轴承设置在所述第一压缩机轮和所述第二压缩机轮之间的这种布置一方面实现减小作用到所述轴承上的轴向力，另一方面实现了缩短所述轴，因为所述轴的支承装置至少部分地不必设置在所述压缩机级之外。
[0013]根据本发明的涡轮压缩机的第一可能的构型，非接触式轴承可以是磁轴承。磁轴承良好地适合于在涡轮压缩机中需要的转速。
[0014]根据本发明另一可能的构型，在所述第一压缩机轮和所述第二压缩机轮之间的所述轴承可以是用于支承所述轴的唯一轴承。通过在所述轴承的两侧设置压缩机轮，可以这样设计本发明的涡轮压缩机，使得所述轴承仅仅须承受小的横向力或剪切力和小的轴向力，因为两个压缩机轮作用到所述轴上的力是相反方向的并且互相抵消。
[0015]此外，由此实现承载压缩机轮的轴的长度显著地减小。此外，这减小了本发明的涡轮压缩机的惯性并且此外因此减小所需的启动能。
[0016]根据本发明的另一可能的构型，所述第一压缩机轮和所述第二压缩机轮可以这样彼此定向，使得压缩机级的各自的入口被设置在所述轴的相对侧上。这特别是可以通过以下方式实现，即，所述压缩机轮背靠背地设置在所述轴上。此外，这样的布置有利于简单装配或者以少的构件构造本发明的涡轮压缩机。
[0017]有利地，压缩机轮也可以与轴一体地构成。
[0018]根据本发明的另一构型，所述压缩机轮到所述轴承具有基本相同的间距。以这种方式可以将在径向上作用到轴承上的横向力互相抵消，从而所述轴承很大程度上是没有剪切力的。
[0019]根据本发明的另一可能的构型，所述轴承可以构造成组合的、非接触的径向-和轴向轴承。由此，在所述涡轮压缩机的运行状态变化时也可以实现所述轴承更高的稳定性。
[0020]根据本发明的另一可能的构型，所述轴承在轴侧具有径向凸出的法兰，所述法兰在轴向上至少部分地由壳体侧的轴承构件包围。壳体侧的轴承构件例如可以是磁体。
[0021]根据本发明的另一可能的构型，将电驱动器和/或发电机集成在所述轴承中。以这种方式，所述涡轮压缩机开始时可以借助于电动机被加速并且可以从涡轮压缩机中得到电能，例如以便在电流中断时实现所述涡轮压缩机的受控的制动，而不会导致非接触式轴承损坏。
[0022]根据本发明的另一可能的构型，所述轴具有旋转对称设置的、至少单侧敞开的空腔，一转子集成地设置在所述空腔中，其中，一定子伸进所述空腔中。所述定子可以以这种方式非接触地与所述轴相互作用并且可以实现非接触式轴承与电动马达在紧凑构型中的组合，所述轴承通常与所述轴承的与所述轴连接的、旋转的部分的外侧相互作用。
[0023]根据本发明的另一可能的构型，将一尖设置在所述轴的旋转轴线上并且所述尖到轴的间距为0到5mm、优选0到1mm。所述尖可以构造成锥体的尖。借助于这样的尖，可以实现所述非接触式轴承的轴向支撑，只有当所述轴承从平衡位置摆出时才将力轴向地施加到所述轴上，如同例如在流动的介质负载变化时发生的那样。这样的尖也可以被设置在所述轴的两侧。
[0024]此外，本发明的独立的第一主题涉及根据之前描述的发明的涡轮压缩机的轴。这样的轴可以承载非接触式轴承的轴承构件以及两个压缩机轮，所述两个压缩机轮被设置在轴承组成部分的左边和右边。所述压缩机轮可以背靠背地设置。此外，所述轴连同压缩机轮可以关于轴向中平面具有压缩机轮和轴承组成部分的对称布置。所述轴承组成部分可以具有径向凸出的法兰。此外，所述轴可以具有空腔，电动机的转子设在所述空腔中。所述压缩机轮和/或所述轴承组成部分可以与所述轴一体地构成。
[0025]借助于附图从实施例的下面的说明中得出本发明其他的目标、优点、特征和应用可能性。在此，所有描述和/或示出的特征单独地或以任何有意义的组合构成本发明的主题，而与其在权利要求书中的总结或回引无关。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]借助于多个实施例说明本发明。在此示意性地示出了:
[0027]图1:根据第一变型的本发明两级涡轮压缩机的截面；
[0028]图2:根据第二实施形式的发明涡轮压缩机的截面；
[0029]图3:根据第三实施形式的本发明涡轮压缩机的截面；以及
[0030]图4:根据第四实施形式的根据本发明涡轮压缩机的截面。
[0031]在下面的附图中为了更容易地阅读，相同的构件或者相同作用的构件使用相同的标号。
【具体实施方式】
[0032]图1示出了本发明的涡轮压缩机2的示意性截面。本发明的涡轮压缩机2具有第一压缩机级4和第二压缩机级6。第一压缩机级具有第一压缩机轮8以及第二压缩机轮10。第一压缩机轮8和第二压缩机轮10与轴12 —体形成。压缩机轮8、10围绕共同的旋转轴线旋转。
[0033]具有轴12、第一压缩机轮8和第二压缩机轮10的共同构件借助于磁轴承14被支承。磁轴承14具有轴侧的轴承部16和壳体侧的轴承部18。在两个轴承部之间存在空气间隙20。
[0034]第一压缩机级4具有入口 22，待压缩的气态介质通过所述入口流进到涡轮压缩机2中。该介质通过第一压缩机轮向外加速并且然后在扩散器24中被压缩并且径向向外被导出。为此，第一压缩机级4借助于壁26向外地密封。引导介质的通道在外部借助于壁26并且在内部通过磁轴承14的壳体侧的轴承部18形成。
[0035]预压缩的空气通过第一压缩机级的出口 28供应给第二压缩机级的入口 30并且在那儿借助于第二压缩机轮10再次加速并且借助于另一扩散器32压缩。同样地在第二压缩机级中径向外部地形成一个具有壁34和壳体侧的轴承部18的通道。经压缩的介质通过出口 36离开第二压缩机级6。
[0036]本发明的磁轴承14可以同时构造成马达，其中，壳体侧的轴承部18于是就形成定子并且轴侧的轴承部16在这种情况下形成转子。
[0037]根据图2，磁轴承14相对于根据图1的实施形式通过径向凸出的法兰38扩展，所述法兰配置给轴侧的轴承部16。为此，在壳体侧的轴承部18中设置槽40，法兰38被设置在所述槽内部。该构型使轴承14附加地在轴向上稳定。
[0038]在根据图3的实施形式中，非接触式磁轴承14轴向地通过锥体42稳定，所述锥体被设置为用它的尖44面向所述轴12。尖44基本上在轴12的旋转轴线上。尖44和轴12非常紧密地彼此间隔开，优选距离小于1_。因此只有当轴-压缩机轮-单元轴向偏转时，轴12和尖44才接触。锥体42因此用它的尖44形成用于本发明的压缩机的轴向支撑。
[0039]在根据图4的实施形式中，轴承14构造成纯轴承。用于两个压缩机级4、6的驱动马达46设置在轴12中。为此，轴12具有同轴设置的空腔48，转子50设置在所述空腔的内部。同样同中心设置的杆12伸进空腔48中，在所述杆上设置定子54。马达46也可以用作发电机。
[0040]附图标号列表:
[0041]2涡轮压缩机
[0042]4第一压缩机级
[0043]6第二压缩机级
[0044]8第一压缩机轮
[0045]10第二压缩机轮
[0046]12 轴
[0047]14磁轴承
[0048]16轴侧的轴承部
[0049]18壳体侧的轴承部
[0050]20空气间隙
[0051]22第一压缩机级的入口
[0052]24扩散器
[0053]26 壁
[0054]28第一压缩机级的出口
[0055]30第二压缩机级的入口
[0056]32扩散器
[0057]34 壁
[0058]36第二压缩机级的出口
[0059]38 法兰
[0060]40 槽
[0061]42 锥体
[0062]44 尖
[0063]46马达/发电机
[0064]48 空腔
[0065]50 转子
[0066]52 杆
[0067]54 定子
【权利要求】
1.一种涡轮压缩机，其具有第一压缩机级(4)和第二压缩机级￠)，所述第一压缩机级具有第一压缩机轮(8)，所述第二压缩机级具有第二压缩机轮(10)，其中，所述第一压缩机轮(8)和所述第二压缩机轮(10)布置在一个共同的轴(12)上，其中，所述轴(12)非接触地被支承，其特征在于，所述轴(12)的非接触式轴承(14)布置在所述第一压缩机轮(8)和所述第二压缩机轮(10)之间。
2.根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述非接触式轴承是磁轴承(14)。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述轴(12)仅仅借助于所述非接触式轴承(14)被支承。
4.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述第一压缩机轮(8)和所述第二压缩机轮(10)这样取向，使得所述压缩机级(4，6)的各自的入口(22、30)布置在所述轴(12)的对置侧上。
5.根据权利要求4所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述压缩机轮(8，10)到所述轴承(14)的间距基本相同。
6.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述轴承(14)构造成组合的、非接触式的径向-和轴向轴承。
7.根据权利要求6所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述轴承(14)在轴侧具有径向凸出的法兰(38)，所述法兰在轴向上至少部分地由壳体侧的轴承构件(18，40)包围。
8.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，将电驱动器(46)和/或发电机集成到所述轴承(14)中。
9.根据权利要求8所述的涡轮压缩机，其特征在于，所述轴(12)具有旋转对称布置的、至少单侧敞开的空腔(48)，在所述空腔中布置一转子(50)，其中，一定子(54)伸进所述空腔(48)中。
10.根据上述权利要求中任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，设置一尖(44)，所述尖布置在所述轴(12)的旋转轴线上并且与所述轴(12)的间距在O与5mm之间、优选在O与Imm之间。
11.一种轴(12)，其具有第一压缩机轮(8)和第二压缩机轮(10)以及根据上述权利要求中任一项所述的涡轮压缩机(2)的非接触式轴承(14)的非接触式构成的、布置在所述第一压缩机轮(8)与所述第二压缩机轮(10)之间的轴侧轴承部(16)。
【文档编号】F04D29/058GK104379939SQ201380033114
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】S·克林克, A·克莱 申请人:罗伯特·博世有限公司