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CN103975164B - 具有可移除套筒的电动压缩机单元 - Google Patents

具有可移除套筒的电动压缩机单元 Download PDF

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CN103975164B CN201280047204.XA CN201280047204A CN103975164B CN 103975164 B CN103975164 B CN 103975164B CN 201280047204 A CN201280047204 A CN 201280047204A CN 103975164 B CN103975164 B CN 103975164B
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Abstract

电动压缩机单元包括电动机(1)、压缩机(2)和相对于待压缩的气体而密封的公共外罩(3)，电动机(1)和压缩机(2)安装在公共外罩(3)中。电动机(1)安装在内壳体(12)中，内壳体(12)通过可移除紧固器件而紧固在外罩(3)中，使得电动机(1)和内壳体(12)形成可移除套筒。

Description

具有可移除套筒的电动压缩机单元
本发明涉及一种整体类型的高速电动机，且更具体而言，涉及一种具有可移除套筒(cartridge)的整体类型的高速电动压缩机或涡轮压缩机单元。
高速电动机是旋转频率比电功率网络的频率大的电动机。高速电动机通常具有大于3600r.p.m的转速。
在图1中部分地示出传统的整体式电动压缩机单元。它包括密封的外罩C，在外罩C中安装有电动机M和未示出的压缩机单元，例如多级单元，其包括承载在输出轴上的多个压缩叶轮，该输出轴联接于由电动机M驱动的转子。
由盖件T密封的外罩C具有用于包含压缩机的第一壳体EC，第一壳体EC与第二壳体EV组装在一起，其中电动机M安装在第二壳体EV中。电动机M具有转子R、定子S、和支撑电动机轴的第一和第二轴承P1和P2，它们分别安装在定位于转子R的任一端的第一和第二轴承支架SP1和SP2上。
轴承支架SP1和SP2直接安装在第二壳体EV上。在该布置中，第二支架SP2阻碍对转子R的接近，并且只可通过从第二壳体EV移除第一壳体EC来接近第一支架SP1。
电动机M的定子S直接冷缩配合到电动机壳体EV上，并因此不可移除。电动机壳体EV包括以密封方式形成在外罩C的径向部分上的高压线出口O。该高压出口O通常是不可移除的。
压缩机和泵的制造商通常使用可移除套筒系统。例如，在具有可移除套筒的压缩机中，空气动力定子部分和转子组合在套筒中，该套筒具有圆柱形外部形状，其可配合到主外罩中，从而使压力能够得以调整。轴承可位于该套筒的外部，或者可附连于套筒的端部。
各种现有技术文献都涉及这种布置。
US 3 826 597描述了这种概念在特定旋转机械应用(诸如叶片型压缩机)中的使用。
专利US 5 971 702和US 4 961 260描述了用于离心式压缩机应用的套筒定心和插入的原理。
关于该概念对电机的应用，专利US 5 117 138和US 5 627 420描述了一种可移除的电动机定子。然而，该专利关注水下泵应用。此外，可移除定子被封装，以便将它与工艺气体隔离，并且轴承与该定子完全分隔开。
最后，专利US 7 458 214涉及一种涡轮增压器应用，其由以凸出方式安装的涡轮转轮和压缩机转轮组成，并装备有带可移除定子的辅助电动机。
在后三个文献中，定子未封装，并且在US 7 458 214中，轴承与定子始终分隔开。
从上述考虑来看，建议通过提出一种包括套筒的电动压缩机单元来克服现有技术整体式电动压缩机单元的缺点，该套筒包括定子、轴承和转子的全部，并且可容易地从外罩移除，以有利于其维护。
根据一个方面，提出了一种电动压缩机单元，其包括电动机、压缩机和公共外罩，该公共外罩相对于待压缩的气体而密封，电动机和压缩机安装在该公共外罩中。
根据总体特征，电动机安装在内壳体中，该内壳体通过可移除紧固器件而紧固在外罩中，使得电动机和内壳体形成可移除套筒。
在外罩由压缩机壳体和外部电动机壳体组成的情况下，电动机和内壳体组合成可移除套筒有利于移除整个电动机，而不需要移除电动压缩机的其它元件，诸如，明显的是电动机的外壳体和压缩机壳体之间的联接件。
此外，因为电动机完全组装到可移除套筒中，所以可能提出使用一种包括压缩机壳体和外部电动机壳体的外罩。该外罩可能由单个壳体组成，在该单个壳体中插入包含电动机的内壳体。在该情况下，压缩机壳体与外部电动机壳体之间的竖直联接平面的消除减少了因该联接处的接头的老化引起的泄漏风险，并且因为接头和相关联的槽的消除而减少了生产成本。
此外，由于电动机的全部元件包含在内壳体中，故有利于对全部电动机构件的接近。
优选地，电动机的定子与电动机的内壳体为整体的。一旦内壳体已紧固于外罩，则定子到内壳体上，且更具体而言，到内壳体的内表面上的冷缩配合导致定子一方面相对于内壳体固定不动，且另一方面相对于外罩固定不动。
有利地，电动压缩机单元包括内壳体与外罩之间的键部件，通过该键部件将内壳体固定于外罩，电动机转矩得以弥补(recover)，并且阻止了内壳体在外罩内部的任何旋转。
有利地，外罩包括肩部，内壳体的面向压缩机的一个端部支承在该肩部上。
优选地，外罩包括用于电动机的第一轴承支架，所述第一支架紧固于内壳体的面向压缩机的一个端部。第一轴承支架可通过螺纹在无任何游隙的情况下以这样一种方式固定到内壳体上，使得可移除套筒包括第一轴承支架，该第一轴承支架因而可与可移除套筒一起取出。
壳体可包括用于电动机的第二轴承支架，所述第二支架通过半刚性连结件而紧固于内壳体的与面向压缩机的端部相反的一个端部，该半刚性连结件可补偿内壳体与第二轴承支架之间的相对膨胀。
在第一和第二实施例中，优选地，电动压缩机单元包括盖件，该盖件可在端部处密封外罩，内壳体穿过该端部插入到外罩中，盖件通过螺纹而紧固于第二轴承支架。
在第一实施例中，内壳体通过在一个端部处用键连接于外罩而轴向地保持在合适位置，内壳体穿过该端部插入到外罩中。第二轴承支架和盖件通过插入到槽中的环(Circlip®)而被轴向地保持，该槽形成在外罩中。可移除套筒可通过简单地取出键部件而从外罩抽出，并且在该情况下，可移除套筒包括内壳体和其内容物、第二轴承支架、和盖件。
在第二实施例中，第二支架在端部处紧固于所述外罩，内壳体穿过该端部插入到外罩中。在该第二实施例中，可移除套筒可通过简单地使第二轴承支架脱离外罩而从外罩中抽出，而无需使第二轴承支架脱离内壳体，盖件紧固于该第二轴承支架。
有利地，在第一和第二实施例中，盖件可包括密封轴向高压线出口。
另外，在第一和第二实施例中，盖件可包括轴向供气入口。
在第三实施例中，电动压缩机单元可包括盖件，该盖件可在端部处密封外罩，内壳体穿过该端部插入到外罩中，盖件通过螺纹而紧固于外罩。在该实施例中，可移除套筒可通过简单地使盖件脱离外罩而从外罩抽出。
在该第三实施例中，外罩可包括行进穿过内部电动机壳体和外罩的密封径向高压线出口。
在该第三实施例中，外罩还可包括行进穿过外部电动机壳体和外罩的径向供气入口。
在各种实施例中，压缩机可包括多个压缩级。
本发明的其它优点和特征将通过实施例的详细说明和附图而变得清楚，这些实施例不以任何方式进行限制，在附图中：
- 上述图1示出包括根据现有技术的电动机的整体式电动压缩机单元的一部分；
- 图2示出根据第一实施例的带有可移除套筒的电动压缩机单元；
- 图3示出根据第二实施例的带有可移除套筒的电动压缩机单元的一部分；
- 图4示出根据第三实施例的带有可移除套筒的电动压缩机单元的一部分。
图2示出根据第一实施例的带有可移除套筒的电动压缩机单元。
整个电动压缩机单元，且具体而言电动机1和压缩机单元2，安装在公共外罩3中，公共外罩3相对于由压缩机处理的内部气体而密封。在所示示例中，公共外罩3包括外罩3a和3b的组件，外罩3a和3b固定在一起并且分别支撑和保护压缩机2和电动机1。外罩3a和3b通过合适的紧固器件(未示出)而固定在一起，从而使外罩以刚性且密封的方式彼此紧固。公共外罩3可以以整体形式同等好地制成。
在该情况下，压缩机单元2包括第一压缩级4和第二级5。压缩级4和5中的各个包括叶轮7，叶轮7压缩在入口处通过气体入口开口6而输送的进气，气体入口开口6形成在外罩3a中，同时出口开口8收集处理的气体。箭头F指示气体的流动方向。叶轮7安装在输出轴9上，输出轴9经由联接件10而联接于电动机1。输出轴9在于输出轴9的各端上安装一个的两个径向轴承11的帮助下保持在合适位置。
电动机1包括转子13、定子14和两个轴承15和16，这两个轴承分别安装在转子13的任一端部处的第一支架17和第二支架18上。该组件安装在圆柱形内壳体12中，内壳体12相对于外罩3b可移除地安装。
定子14以这样一种方式冷缩配合在内壳体12的内表面上，使得它与内壳体12为整体的。内壳体12与外罩3b之间的键部件用于弥补电动机转矩，并防止定子14的任何旋转。
轴承15和16为转子13提供径向支撑。在该第一示范实施例中，第一轴承15安装在第一支架17上，第一支架17本身紧固于内壳体12的面向压缩机2的一个端部。第二轴承16安装在第二支架18上，第二支架18通过半刚性连结件而紧固于内壳体12的与面向压缩机2的端部相反的一个端部，从而使内壳体12的轴向膨胀得以补偿。第一支架17和第二支架18因而分别紧固于内壳体12的端部中的各个。
壳体3b包括肩部19，内壳体12的面向压缩机2的端部，换而言之，电动机1联接于压缩机2的端部，支承在该肩部上。
外罩3b还包括盖件20，从而使外罩3b在端部处密封，内壳体12穿过该端部插入到外罩3b中。盖件20拧入轴承支架18中。当包括内壳体12和电动机1的可移除套筒已联接于盖件20时，它被插入到外罩3b中。盖件20和轴承支架18然后在键部件，例如插入到槽22中的Circlip®21的帮助下保持在合适位置上，槽22是出于该目的而设于外罩3b中的。
因而该第一示例中所示的布置可以提供一种可移除套筒，其包括内壳体12、转子13、定子14、盖件20、和轴承15和16，轴承15和16分别安装在第一支架17和第二支架18上，支架固定于内壳体12。当已取出键部件21且然后已取出盖件20时，因而可取出可移除套筒，以用于任何必要的维护操作，且然后可重新插入到外罩中，而无需移除电动压缩机单元的其它元件。
盖件20还包括轴向高压线出口23。该轴向出口23以这样一种方式进行密封，使得外罩3的内部在操作期间保持为加压的。轴向出口23因而容许在不预先断开线路的情况下取出可移除套筒。实际上，一旦Circlip(R)已被取出，则可从外罩3b抽出套筒，而无需移除电动机与盖件20之间的高压线。
另外，电动压缩机单元还包括用于供给冷却气体的入口。未示出的该气体供给可径向地穿过外罩3b和内壳体12，或轴向地提供，在该情况下，盖件20包括轴向供气入口。
图3示出根据第二实施例的带有可移除套筒的电动压缩机单元的一部分。在图3中只示出外罩3的包含电动机1的一部分，在该情况下为外罩3b，电动压缩机单元的包含压缩机2的部分与图2中所示的相似。
与图2所示的第一实施例的元件相同的元件具有相同的标号。
在该示例中，外罩3包括在端部处紧固于外罩3b的第二支架180，内壳体12穿过该端部插入，并且盖件190通过螺纹而紧固于该第二支架180。该附连的支架180通常是环形形状，并且具有基本居中的延伸部，该延伸部支撑用于电动机轴的轴承16。该第二支架180还通过半刚性紧固器件而连接于内壳体12，从而使所述内壳体的轴向膨胀得以补偿。
当支架180脱离外罩3d时，可取出可移除套筒，该可移除套筒包括内壳体12、转子13、定子14、盖件20、和分别安装在第一支架17和第二支架180上的轴承15和16。
在该示例中，盖件200包括轴向高压线出口230。该轴向出口230以这样一种方式进行密封，使得外罩3的内部在操作期间保持为加压的。轴向出口230因而容许在不预先断开线路的情况下取出可移除套筒。实际上，套筒可与盖件200同时从外罩3b中抽出，而无需移除电动机与盖件200之间的高压线。
另外，电动压缩机单元还包括用于气体供给的入口。未示出的该气体供给可径向地穿过外罩3b和内壳体12，或轴向地提供，在该情况下，盖件200包括轴向供气入口。
图4示出根据第三实施例的带有可移除套筒的电动压缩机单元的一部分。在图4中只示出外罩3的包含电动机1的一部分，即外罩3b，电动压缩机单元的包含压缩机2的部分与图2中所示的相似。
与图2中所示的第一实施例的元件相同的元件具有相同的标号。
在该示例中，外罩3b包括第二支架1800，其承载轴承16并紧固于内壳体12的与面向压缩机2的端部相反的端部，并且盖件2000通过螺纹而紧固于外罩3的端部，内壳体12穿过该端部插入到外罩3b中。
在该示例中，可移除套筒不包括盖件2000，因为后者只与外罩3接触。基于与图2中所示的相同的原理，盖件2000可在插入到槽中的Circlip®的帮助下相对于外罩3而被轴向地保持，而并非拧到外罩3上，该槽是出于该目的而设在电动机外罩3b中的。
在该示例中，高压线出口径向地形成。出于该目的，外罩3包括行进穿过外罩3的密封径向高压线出口。该径向出口2300以这样一种方式密封，使得外罩3的内部在操作期间保持为加压的。内部连接件以这样一种方式形成，使得当取出可移除套筒时，可在密封径向出口2300与可移除套筒之间切断线路。
因而，在拆卸期间，首先取出盖件2000，之后，在为此目的而提供的内部连接件处断开可移除套筒与密封径向出口2300之间的线路，然后从外罩3抽出可移除套筒。
电动压缩机单元还包括用于气体供给的入口。未示出的该气体供给可径向地穿过外罩3b和内壳体12，或轴向地提供，在该情况下，盖件2000包括轴向供气入口。

Claims (15)

1.一种电动压缩机单元，包括电动机(1)、压缩机(2)和相对于待压缩的气体而密封的公共外罩(3)，所述电动机(1)和所述压缩机(2)安装在所述公共外罩(3)中，其特征在于，所述电动机(1)安装在内壳体(12)中，所述内壳体(12)通过可移除紧固器件而紧固在所述公共外罩(3)中，使得所述电动机(1)和所述内壳体(12)形成可移除套筒。
2.根据权利要求1所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述电动机(1)的定子(14)固定于所述内壳体(12)。
3.根据权利要求1或2所述的电动压缩机单元，其特征在于，其包括所述内壳体(12)与所述公共外罩(3)之间的键部件。
4.根据权利要求1或2所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述公共外罩(3)包括肩部(19)，所述内壳体(12)的面向所述压缩机(2)的第一端部支承在所述肩部(19)上。
5.根据权利要求1或2所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述公共外罩(3)包括用于所述电动机(1)的第一轴承支架(17)，所述第一轴承支架(17)紧固于所述内壳体(12)的面向所述压缩机(2)的第一端部。
6.根据权利要求5所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述公共外罩(3)包括用于所述电动机的第二轴承支架(18、180、1800)，所述第二轴承支架(18、180、1800)通过半刚性连结件而紧固于所述内壳体(12)的与面向所述压缩机(2)的第一端部相反的第二端部，所述半刚性连结件可补偿所述内壳体(12)与所述第二轴承支架(18、180、1800)之间的相对膨胀。
7.根据权利要求6所述的电动压缩机单元，其特征在于，其包括盖件(20、200)，所述盖件(20、200)可在公共外罩的端部处密封所述公共外罩(3)，所述内壳体(12)穿过所述公共外罩的端部插入到所述公共外罩(3)中，所述盖件(20、200)通过螺纹而紧固于所述第二轴承支架(18、180)。
8.根据权利要求6所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述第二轴承支架(180)在公共外罩的端部处紧固于所述公共外罩(3)，所述内壳体(12)穿过所述公共外罩的端部插入到所述公共外罩(3)中。
9.根据权利要求6所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述内壳体(12)通过在公共外罩的端部处用键连接于所述公共外罩(3)而保持在合适位置，所述内壳体(12)穿过所述公共外罩的端部插入到所述公共外罩(3)中。
10.根据权利要求7所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述盖件(20、200)包括密封轴向高压线出口(23、230)。
11.根据权利要求7所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述盖件(20、200)包括轴向供气入口。
12.根据权利要求1或2所述的电动压缩机单元，其特征在于，其包括盖件(2000)，所述盖件(2000)可在公共外罩的端部处密封所述公共外罩(3)，所述内壳体(12)穿过所述公共外罩的端部插入到所述公共外罩(3)中，所述盖件(2000)通过螺纹而紧固于所述公共外罩(3)。
13.根据权利要求12所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述公共外罩(3)包括行进穿过所述内壳体(12)和所述公共外罩(3)的密封径向高压线出口(2300)。
14.根据权利要求12所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述公共外罩(3)包括行进穿过所述内壳体(12)和所述公共外罩(3)的密封径向供气入口。
15.根据权利要求1或2所述的电动压缩机单元，其特征在于，所述压缩机(2)包括多个压缩级。
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