渦輪壓縮的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種渦輪壓縮機(2)，其具有第一壓縮機級(4)和第二壓縮機級(6)，所述第一壓縮機級具有第一壓縮機輪(8)，所述第二壓縮機級具有第二壓縮機輪(10)，其中，所述第一壓縮機輪(8)和所述第二壓縮機輪(10)設置在共同的軸(12)上，其中，所述軸(12)非接觸地被支承。為了降低所述渦輪壓縮機(2)的復雜度，將所述軸(12)的非接觸式軸承(14)設置在所述第一壓縮機輪(8)與所述第二壓縮機輪(10)之間。
【專利說明】渦輪壓縮機

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種渦輪壓縮機，所述渦輪壓縮機具有第一和第二壓縮機級。壓縮機級分別具有壓縮機輪，所述壓縮機輪設置在共同的軸上。所述軸在此非接觸地被支承。

【背景技術】
[0002]在現有技術中公開了本文開頭所述種類的渦輪壓縮機。借助于多級壓縮，可以在預定體積流時比單級壓縮實現氣態介質更高的壓縮。
[0003]此外公開了，相應壓縮機級的壓縮機輪布置在共同的軸上，以便減少部件數。
[0004]此外公開了，用于小體積流的壓縮機必須高轉速地運行。但是這樣高的轉速可能在支承可動部件時產生問題，從而必須部分地動用耗費的、耐高轉速的支承裝置。對于這種應用公開的是，使用磁軸承。
[0005]但是磁軸承具有一系列缺點。磁軸承制造耗費很高并且昂貴，因為磁軸承一方面需要很多構件，另一方面必須高精度地制造。此外，磁軸承很難調整，從而磁軸承在裝配方面也很費事。磁軸承的另一缺點是，磁軸承需要電流來運行，并且在電流中斷時可能損害軸承。
[0006]本文開頭所述種類的具體的、預先已知的裝置是丹佛斯Turbocor，所述丹佛斯Turbocor具有兩級、半密封的離心壓縮機和非接觸式磁軸承。兩個葉輪沒有傳動裝置地設置在共同的軸上。丹佛斯Turbocor可以在18000到48000轉/分鐘的轉速范圍上運行。兩個葉輪大致設置在軸向長形延伸的軸的端側四分之一處。軸借助于三個磁軸承支承，所述三個磁軸承中的兩個是徑向軸承并且一個是軸向軸承。這種支承裝置耗費高并且需要很多空間。


【發明內容】

[0007]因此本發明的任務在于，提出一種本文開頭所述種類的渦輪壓縮機，所述渦輪壓縮機的構件比傳統的渦輪壓縮機少、構造更緊湊并且裝配和維護更簡單。
[0008]該任務通過根據權利要求1的渦輪壓縮機解決。本發明的其他構型是從屬權利要求的主題。
[0009]本發明的渦輪壓縮機具有第一壓縮機級，所述第一壓縮機級裝有第一壓縮機輪。這樣的壓縮機級可以是徑流式壓縮機、軸流式壓縮機、橫流式壓縮機或者其他已知類型的、以旋轉的構件工作的壓縮機。
[0010]本發明的渦輪壓縮機具有第二壓縮機級，所述第二壓縮機級同樣裝有壓縮機輪。這兒也可以從不同已知的基本原理中選擇。所述第二壓縮機級連接在所述第一壓縮機級下游，從而所述第一壓縮機級的出口與所述第二壓縮機級的入口流動連接。
[0011]所述第一壓縮機級和所述第二壓縮機級的兩個壓縮機輪設置在共同的軸上。所述軸非接觸地被支承。
[0012]根據本發明，所述軸的非接觸式軸承設置在所述第一壓縮機輪和所述第二壓縮機輪之間。非接觸式軸承設置在所述第一壓縮機輪和所述第二壓縮機輪之間的這種布置一方面實現減小作用到所述軸承上的軸向力，另一方面實現了縮短所述軸，因為所述軸的支承裝置至少部分地不必設置在所述壓縮機級之外。
[0013]根據本發明的渦輪壓縮機的第一可能的構型，非接觸式軸承可以是磁軸承。磁軸承良好地適合于在渦輪壓縮機中需要的轉速。
[0014]根據本發明另一可能的構型，在所述第一壓縮機輪和所述第二壓縮機輪之間的所述軸承可以是用于支承所述軸的唯一軸承。通過在所述軸承的兩側設置壓縮機輪，可以這樣設計本發明的渦輪壓縮機，使得所述軸承僅僅須承受小的橫向力或剪切力和小的軸向力，因為兩個壓縮機輪作用到所述軸上的力是相反方向的并且互相抵消。
[0015]此外，由此實現承載壓縮機輪的軸的長度顯著地減小。此外，這減小了本發明的渦輪壓縮機的慣性并且此外因此減小所需的啟動能。
[0016]根據本發明的另一可能的構型，所述第一壓縮機輪和所述第二壓縮機輪可以這樣彼此定向，使得壓縮機級的各自的入口被設置在所述軸的相對側上。這特別是可以通過以下方式實現，即，所述壓縮機輪背靠背地設置在所述軸上。此外，這樣的布置有利于簡單裝配或者以少的構件構造本發明的渦輪壓縮機。
[0017]有利地，壓縮機輪也可以與軸一體地構成。
[0018]根據本發明的另一構型，所述壓縮機輪到所述軸承具有基本相同的間距。以這種方式可以將在徑向上作用到軸承上的橫向力互相抵消，從而所述軸承很大程度上是沒有剪切力的。
[0019]根據本發明的另一可能的構型，所述軸承可以構造成組合的、非接觸的徑向-和軸向軸承。由此，在所述渦輪壓縮機的運行狀態變化時也可以實現所述軸承更高的穩定性。
[0020]根據本發明的另一可能的構型，所述軸承在軸側具有徑向凸出的法蘭，所述法蘭在軸向上至少部分地由殼體側的軸承構件包圍。殼體側的軸承構件例如可以是磁體。
[0021]根據本發明的另一可能的構型，將電驅動器和/或發電機集成在所述軸承中。以這種方式，所述渦輪壓縮機開始時可以借助于電動機被加速并且可以從渦輪壓縮機中得到電能，例如以便在電流中斷時實現所述渦輪壓縮機的受控的制動，而不會導致非接觸式軸承損壞。
[0022]根據本發明的另一可能的構型，所述軸具有旋轉對稱設置的、至少單側敞開的空腔，一轉子集成地設置在所述空腔中，其中，一定子伸進所述空腔中。所述定子可以以這種方式非接觸地與所述軸相互作用并且可以實現非接觸式軸承與電動馬達在緊湊構型中的組合，所述軸承通常與所述軸承的與所述軸連接的、旋轉的部分的外側相互作用。
[0023]根據本發明的另一可能的構型，將一尖設置在所述軸的旋轉軸線上并且所述尖到軸的間距為0到5mm、優選0到1mm。所述尖可以構造成錐體的尖。借助于這樣的尖，可以實現所述非接觸式軸承的軸向支撐，只有當所述軸承從平衡位置擺出時才將力軸向地施加到所述軸上，如同例如在流動的介質負載變化時發生的那樣。這樣的尖也可以被設置在所述軸的兩側。
[0024]此外，本發明的獨立的第一主題涉及根據之前描述的發明的渦輪壓縮機的軸。這樣的軸可以承載非接觸式軸承的軸承構件以及兩個壓縮機輪，所述兩個壓縮機輪被設置在軸承組成部分的左邊和右邊。所述壓縮機輪可以背靠背地設置。此外，所述軸連同壓縮機輪可以關于軸向中平面具有壓縮機輪和軸承組成部分的對稱布置。所述軸承組成部分可以具有徑向凸出的法蘭。此外，所述軸可以具有空腔，電動機的轉子設在所述空腔中。所述壓縮機輪和/或所述軸承組成部分可以與所述軸一體地構成。
[0025]借助于附圖從實施例的下面的說明中得出本發明其他的目標、優點、特征和應用可能性。在此，所有描述和/或示出的特征單獨地或以任何有意義的組合構成本發明的主題，而與其在權利要求書中的總結或回引無關。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]借助于多個實施例說明本發明。在此示意性地示出了:
[0027]圖1:根據第一變型的本發明兩級渦輪壓縮機的截面；
[0028]圖2:根據第二實施形式的發明渦輪壓縮機的截面；
[0029]圖3:根據第三實施形式的本發明渦輪壓縮機的截面；以及
[0030]圖4:根據第四實施形式的根據本發明渦輪壓縮機的截面。
[0031]在下面的附圖中為了更容易地閱讀，相同的構件或者相同作用的構件使用相同的標號。

【具體實施方式】
[0032]圖1示出了本發明的渦輪壓縮機2的示意性截面。本發明的渦輪壓縮機2具有第一壓縮機級4和第二壓縮機級6。第一壓縮機級具有第一壓縮機輪8以及第二壓縮機輪10。第一壓縮機輪8和第二壓縮機輪10與軸12 —體形成。壓縮機輪8、10圍繞共同的旋轉軸線旋轉。
[0033]具有軸12、第一壓縮機輪8和第二壓縮機輪10的共同構件借助于磁軸承14被支承。磁軸承14具有軸側的軸承部16和殼體側的軸承部18。在兩個軸承部之間存在空氣間隙20。
[0034]第一壓縮機級4具有入口 22，待壓縮的氣態介質通過所述入口流進到渦輪壓縮機2中。該介質通過第一壓縮機輪向外加速并且然后在擴散器24中被壓縮并且徑向向外被導出。為此，第一壓縮機級4借助于壁26向外地密封。引導介質的通道在外部借助于壁26并且在內部通過磁軸承14的殼體側的軸承部18形成。
[0035]預壓縮的空氣通過第一壓縮機級的出口 28供應給第二壓縮機級的入口 30并且在那兒借助于第二壓縮機輪10再次加速并且借助于另一擴散器32壓縮。同樣地在第二壓縮機級中徑向外部地形成一個具有壁34和殼體側的軸承部18的通道。經壓縮的介質通過出口 36離開第二壓縮機級6。
[0036]本發明的磁軸承14可以同時構造成馬達，其中，殼體側的軸承部18于是就形成定子并且軸側的軸承部16在這種情況下形成轉子。
[0037]根據圖2，磁軸承14相對于根據圖1的實施形式通過徑向凸出的法蘭38擴展，所述法蘭配置給軸側的軸承部16。為此，在殼體側的軸承部18中設置槽40，法蘭38被設置在所述槽內部。該構型使軸承14附加地在軸向上穩定。
[0038]在根據圖3的實施形式中，非接觸式磁軸承14軸向地通過錐體42穩定，所述錐體被設置為用它的尖44面向所述軸12。尖44基本上在軸12的旋轉軸線上。尖44和軸12非常緊密地彼此間隔開，優選距離小于1_。因此只有當軸-壓縮機輪-單元軸向偏轉時，軸12和尖44才接觸。錐體42因此用它的尖44形成用于本發明的壓縮機的軸向支撐。
[0039]在根據圖4的實施形式中，軸承14構造成純軸承。用于兩個壓縮機級4、6的驅動馬達46設置在軸12中。為此，軸12具有同軸設置的空腔48，轉子50設置在所述空腔的內部。同樣同中心設置的桿12伸進空腔48中，在所述桿上設置定子54。馬達46也可以用作發電機。
[0040]附圖標號列表:
[0041]2渦輪壓縮機
[0042]4第一壓縮機級
[0043]6第二壓縮機級
[0044]8第一壓縮機輪
[0045]10第二壓縮機輪
[0046]12 軸
[0047]14磁軸承
[0048]16軸側的軸承部
[0049]18殼體側的軸承部
[0050]20空氣間隙
[0051]22第一壓縮機級的入口
[0052]24擴散器
[0053]26 壁
[0054]28第一壓縮機級的出口
[0055]30第二壓縮機級的入口
[0056]32擴散器
[0057]34 壁
[0058]36第二壓縮機級的出口
[0059]38 法蘭
[0060]40 槽
[0061]42 錐體
[0062]44 尖
[0063]46馬達/發電機
[0064]48 空腔
[0065]50 轉子
[0066]52 桿
[0067]54 定子
【權利要求】
1.一種渦輪壓縮機，其具有第一壓縮機級(4)和第二壓縮機級￠)，所述第一壓縮機級具有第一壓縮機輪(8)，所述第二壓縮機級具有第二壓縮機輪(10)，其中，所述第一壓縮機輪(8)和所述第二壓縮機輪(10)布置在一個共同的軸(12)上，其中，所述軸(12)非接觸地被支承，其特征在于，所述軸(12)的非接觸式軸承(14)布置在所述第一壓縮機輪(8)和所述第二壓縮機輪(10)之間。
2.根據權利要求1所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述非接觸式軸承是磁軸承(14)。
3.根據權利要求1或2所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述軸(12)僅僅借助于所述非接觸式軸承(14)被支承。
4.根據上述權利要求中任一項所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述第一壓縮機輪(8)和所述第二壓縮機輪(10)這樣取向，使得所述壓縮機級(4，6)的各自的入口(22、30)布置在所述軸(12)的對置側上。
5.根據權利要求4所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述壓縮機輪(8，10)到所述軸承(14)的間距基本相同。
6.根據上述權利要求中任一項所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述軸承(14)構造成組合的、非接觸式的徑向-和軸向軸承。
7.根據權利要求6所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述軸承(14)在軸側具有徑向凸出的法蘭(38)，所述法蘭在軸向上至少部分地由殼體側的軸承構件(18，40)包圍。
8.根據上述權利要求中任一項所述的渦輪壓縮機，其特征在于，將電驅動器(46)和/或發電機集成到所述軸承(14)中。
9.根據權利要求8所述的渦輪壓縮機，其特征在于，所述軸(12)具有旋轉對稱布置的、至少單側敞開的空腔(48)，在所述空腔中布置一轉子(50)，其中，一定子(54)伸進所述空腔(48)中。
10.根據上述權利要求中任一項所述的渦輪壓縮機，其特征在于，設置一尖(44)，所述尖布置在所述軸(12)的旋轉軸線上并且與所述軸(12)的間距在O與5mm之間、優選在O與Imm之間。
11.一種軸(12)，其具有第一壓縮機輪(8)和第二壓縮機輪(10)以及根據上述權利要求中任一項所述的渦輪壓縮機(2)的非接觸式軸承(14)的非接觸式構成的、布置在所述第一壓縮機輪(8)與所述第二壓縮機輪(10)之間的軸側軸承部(16)。
【文檔編號】F04D29/058GK104379939SQ201380033114
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月25日 優先權日:2012年6月26日
【發明者】S·克林克, A·克萊 申請人:羅伯特·博世有限公司