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CN109790868A - 用于离心式压缩机的驱动轴的轴向轴承装置 - Google Patents

用于离心式压缩机的驱动轴的轴向轴承装置 Download PDF

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CN109790868A CN201780059341.8A CN201780059341A CN109790868A CN 109790868 A CN109790868 A CN 109790868A CN 201780059341 A CN201780059341 A CN 201780059341A CN 109790868 A CN109790868 A CN 109790868A
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Abstract

一种轴向轴承装置，包括：第一轴向轴承板(12)和第二轴向轴承板(13)，该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板各自具有环形圈形状，该第一轴向轴承板(12)具有在轴向上面向该第二轴向轴承板(13)的第一表面(12.1)和与相应的第一表面(12.1)相反的第二表面(12.2)，该第二轴向轴承板(13)具有在轴向上面向该第一轴向轴承板(12)的第一表面(13.1)和与相应的第一表面(13.1)相反的第二表面(13.2)；间隔圈(14)，该间隔圈被夹在该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)的第一表面(12.1，13.1)之间，该间隔圈(14)限定该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)之间的轴向距离；以及轴承套(15)，该轴承套顶接该第二轴向轴承板(13)的第二表面(13.2)并且被固定到压缩机缸体(16)。该轴向轴承装置包括弹性元件(22)，该弹性元件以预定力将该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)以及该间隔圈(14)在轴向上偏置抵靠该轴承套(15)的顶接表面(17)。

Description

用于离心式压缩机的驱动轴的轴向轴承装置
技术领域
本发明涉及一种用于离心式压缩机的驱动轴的轴向轴承装置。
背景技术
如已知的，一种用于离心式压缩机的驱动轴的轴向轴承装置可以包括：
-第一轴向轴承板和第二轴向轴承板(也称为第一止推板和第二止推板)，该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板是平行的并且各自具有环形圈形状，该第一轴向轴承板具有在轴向上面向该第二轴向轴承板的第一表面和与该第一轴向轴承板的第一表面相反的第二表面，该第二轴向轴承板具有在轴向上面向该第一轴向轴承板的第一表面和与该第二轴向轴承板的第一表面相反的第二表面，
-间隔圈，该间隔圈在该第一轴向轴承板的径向外部处和在该第二轴向轴承板的径向外部处夹在该第一轴向轴承板的第一表面与该第二轴向轴承板的第一表面之间，该间隔圈限定该第一轴向轴承板与该第二轴向轴承板之间的轴向距离，以及
-轴承套，该轴承套被固定到压缩机缸体并且顶接该第二轴向轴承板的第二表面，以便使该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板以及该间隔圈紧固在该压缩机缸体上提供的接触表面上。
在操作中，该驱动轴的径向凸缘部延伸进入在该间隔圈的内表面与该第一轴向轴承板的第一表面的径向内部和该第二轴向轴承板的第一表面的径向内部之间限定的空间中，并且与该第一轴向轴承板的第一表面和该第二轴向轴承板的第一表面合作、以便限制该驱动轴的轴向移动。
在这种压缩机中，尤其是在以非常高的速度运行时，可能出现高温情况，从而在压缩机部件中引起热应力和变形，例如当具有不同热膨胀材料的部件彼此固定时和/或当实体部分存在大的热梯度时。
尤其关键的是轴向轴承装置，其中，驱动轴的径向凸缘部在第一轴向轴承板与第二轴向轴承板之间旋转，在旋转部分与固定部分之间具有非常小的间隙。
通过压缩机的安装和组装中的公差或由于上述不均匀的热膨胀而引入轴向轴承装置中的机械应力可能使第一轴向轴承板和第二轴向轴承板的平行定位恶化。这可能导致轴向轴承装置卡住并缩短离心式压缩机的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的轴向轴承装置，该轴向轴承装置可以克服传统轴向轴承装置中遇到的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种可靠的并且尤其是不受上述变形的影响的轴向轴承装置。
根据本发明，这种轴向轴承装置包括：
-第一轴向轴承板，该第一轴向轴承板具有环形圈形状，该第一轴向轴承板具有第一表面和与相应的第一表面相反的第二表面，
-间隔圈，该间隔圈在该第一轴向轴承板的径向外部处顶接该第一轴向轴承板的第一表面，
-轴承套，该轴承套被固定到压缩机缸体上，
其特征在于，该轴向轴承装置进一步包括被安排在该第一轴向轴承板的第二表面与该压缩机缸体之间的弹性元件，并且在于，该弹性元件以预定力将该第一轴向轴承板和该间隔圈在轴向上偏置抵靠该轴承套的顶接表面。
该轴向轴承装置的这种构型、并且尤其是该弹性元件的存在允许在热膨胀发生时该第一轴承板和该间隔圈相对于该压缩机缸体的轴向滑动，并且因此避免可能导致所述部分卡住和使该离心式压缩机的寿命缩短的所述部分的变形。
该轴向轴承装置还可以包括以下特征中的一个或多个特征，该一个或多个特征可以单独地或组合使用。
根据本发明的实施例，该轴承套的顶接表面横向延伸，并且例如基本垂直于该轴承套的纵向轴线延伸。
根据本发明的实施例，该顶接表面位于该轴承套的轴向端部。
根据本发明的实施例，该弹性元件是环形弹簧垫圈、优选是贝尔维尔(Belleville)型。
根据本发明的实施例，由该弹性元件施加在该第一轴向轴承板上的预定力是在1000N至2000N的范围内、优选约为1500N。
根据本发明的实施例，该弹性元件与该第一轴向轴承板的第二表面的径向外部发生接触。
根据本发明的实施例，该弹性元件在接近该间隔圈的平均半径的半径处与该第一轴向轴承板的第二表面的径向外部发生接触。
根据本发明的实施例，该弹性元件被安排在该压缩机缸体的轴向表面中形成的环形凹部中。
根据本发明的实施例，在该第一轴向轴承板的第二表面与该压缩机缸体的轴向表面之间提供有轴向间隙。
根据本发明的实施例，在该第一轴向轴承板的第二表面与该压缩机缸体的轴向表面之间的轴向间隙是在20μm的范围内。
根据本发明的实施例，该轴承套被配置成用于可旋转地支撑该驱动轴。
根据本发明的实施例，该轴承套包括至少一个径向轴承部分，并且例如包括至少一个径向气体轴承部分。
根据本发明的实施例，该轴承套被配置成围绕该驱动轴并且与该驱动轴的外表面合作。
根据本发明的实施例，该压缩机缸体包括环形肩部，该轴承套、并且例如该轴承套的顶接表面靠在该环形肩部上。
根据本发明的实施例，该轴向轴承装置进一步包括固定构件，该固定构件被固定到该压缩机缸体上并且将该轴承套轴向紧固在该压缩机缸体上，并且例如紧固在该压缩机缸体的环形肩部上。
根据本发明的实施例，该轴承套包括环形肩部，该固定构件靠在该环形肩部上。
根据本发明的实施例，该轴承套包括夹在该压缩机缸体与该固定构件之间的部分。
根据本发明的实施例，该固定构件通过旋拧固定到该压缩机缸体上。
根据本发明的实施例，该弹性元件和该轴承套是同轴安排的。
根据本发明的实施例，该轴向轴承装置进一步包括第二轴向轴承板，该第二轴向轴承板具有环形圈形状，该第二轴向轴承板具有在轴向上面向该第一轴向轴承板的第一表面和与该第二轴向轴承板的第一表面相反的第二表面，该间隔圈在该第一轴向轴承板的径向外部处和在该第二轴向轴承板的径向外部处夹在该第一轴向轴承板的第一表面与该第二轴向轴承板的第一表面之间，该间隔圈限定该第一轴向轴承板与该第二轴向轴承板之间的轴向距离，该轴承套顶接该第二轴向轴承板的第二表面，该弹性元件以该预定力将该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板以及该间隔圈在轴向上偏置抵靠该轴承套的顶接表面。
根据本发明的实施例，该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板彼此平行。
根据本发明的实施例，该第二轴向轴承板形成为该轴承套的整体部分。
本发明还涉及一种离心式压缩机，该离心式压缩机包括驱动轴和根据本发明的轴向轴承装置。
根据本发明的实施例，该驱动轴包括径向凸缘部，该径向凸缘部延伸进入该第一轴向轴承板的第一表面的径向内部与该第二轴向轴承板的第一表面的径向内部之间的空间中。
根据本发明的实施例，该间隔圈围绕该驱动轴的径向凸缘部。
根据本发明的实施例，在该驱动轴的径向凸缘部、与该第一轴向轴承板的第一表面和该第二轴向轴承板的第一表面之间提供有轴向间隙。
根据本发明的实施例，在该驱动轴的径向凸缘部、与该第一轴向轴承板的第一表面和该第二轴向轴承板的第一表面之间的轴向间隙是在10μm的范围内。
根据本发明的实施例，该离心式压缩机被配置成用于在该驱动轴的径向凸缘部、与该第一轴向轴承板的第一表面和该第二轴向轴承板的第一表面之间引入气体流体，以形成用于该驱动轴的轴向气体轴承。
鉴于作为非限制性实例表示根据本发明的包括轴向轴承装置的离心式压缩机的实施例的附图，通过阅读以下说明，这些和其他优点将变得清楚。
附图说明
当结合附图阅读时，本发明的两个实施例的以下详细说明将得以更好地理解，然而，要理解的是本发明不受限于所披露的具体实施例。
图1是包括根据本发明的第一实施例的轴向轴承装置的离心式压缩机的示意性纵向截面视图。
图2是图1的离心式压缩机的部分纵向截面视图。
图3是图2的细节的放大视图。
图4是图3的细节的放大视图。
图5是图1的轴向轴承装置的弹性元件的透视图。
图6是包括根据本发明第二实施例的轴向轴承装置的离心式压缩机的示意性纵向截面视图。
具体实施方式
图1表示离心式压缩机2，该离心式压缩机可以是例如两级离心式压缩机。离心式压缩机2包括沿纵向轴线A延伸的驱动轴3。
根据附图所示的实施例，驱动轴3包括中间轴承部分4、被安排在中间轴承部分4的第一轴向端部处的叶轮部分5、以及被安排在中间轴承部分4的第二轴向端部处的驱动部分6。具体地讲，中间轴承部分4包括圆柱形轴承部7和从圆柱形轴承部7径向向外延伸的径向凸缘部8。径向凸缘部8具有扁平圆盘形状，并且包括第一轴向端面8.1和与第一轴向端面8.1相反的第二轴向端面8.2。
例如，驱动轴3可由高强度钢、陶瓷材料、或者其组合制成。
离心式压缩机2进一步包括至少一个叶轮9，该至少一个叶轮连接至驱动轴3的叶轮部分5、并且被配置成用于压缩制冷剂。例如，离心式压缩机2可包括以背靠背构型安排的两个叶轮9。
离心式压缩机2还包括电动机11，该电动机被配置成用于驱动该驱动轴3围绕纵向轴线A旋转。有利地，电动机11被安排在低压室中，并且包括定子11.1和转子11.2。根据本发明的实施例，转子11.2连接至该驱动轴3的驱动部分6。为此，驱动部分6可以包括轴向孔，转子11.2被安排在该轴向孔内。例如，转子11.2可以被牢固地装配(例如压力装配或收缩配合)在该轴向孔内。
离心式压缩机2进一步包括轴向轴承装置(也称为推力轴承装置)，该轴向轴承装置被安排在低压室中并且被配置成用于限制该驱动轴3在操作期间的轴向移动。该轴向轴承装置可以是流体轴向轴承装置，并且例如是气体轴向轴承装置。
根据附图所示的实施例，该轴向轴承装置包括第一轴向轴承板12和第二轴向轴承板13，该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板各自具有环形圈形状、并且是平行安排的。该第一轴向轴承板12具有在轴向上面向该第二轴向轴承板13的第一表面12.1和与第一表面12.1相反的第二表面12.2，而该第二轴向轴承板13具有在轴向上面向该第一轴向轴承板12的第一表面13.1和与第一表面13.1相反的第二表面13.2。
第一轴向轴承板12的第一表面12.1的径向内部和第二轴向轴承板13的第一表面13.1的径向内部限定空间，该驱动轴3的径向凸缘部8在该空间中延伸。具体地讲，第一轴向轴承板12的第一表面12.1和第二轴向轴承板13的第一表面13.1相应地被配置成用于与径向凸缘部8的第一轴向端面8.1和第二轴向端面8.2合作。
根据本发明的实施例，在驱动轴3的径向凸缘部8、与第一轴向轴承板12的第一表面12.1和第二轴向轴承板13的第一表面13.1之间提供有轴向间隙。这个轴向间隙有利地在10μm的范围内。
该轴向轴承装置进一步包括间隔圈14，该间隔圈围绕驱动轴3的径向凸缘部8、并且在第一轴向轴承板12的径向外部处和在第二轴向轴承板13的径向外部处夹在第一轴向轴承板12的第一表面12.1与第二轴向轴承板13的第一表面13.1之间。间隔圈14限定第一轴向轴承板12与第二轴向轴承板13之间的轴向距离，所述轴向距离略大于径向凸缘部8的宽度。
该轴向轴承装置还包括轴承套15，该轴承套围绕驱动轴并且被固定到离心式压缩机2的压缩机缸体16。有利地，轴承套15沿该驱动轴的中间轴承部分4延伸。
轴承套15包括顶接表面17，该顶接表面顶接第二轴向轴承板13的第二表面13.2。顶接表面17位于轴承套15的轴向端部处，并且横向地且有利地垂直地延伸至该驱动轴3的纵向轴线A。
根据附图所示的实施例，压缩机缸体16包括环形肩部18，轴承套15、并且更精确讲是轴承套15的顶接表面17靠在该环形肩部上。
另外，该轴向轴承装置包括固定构件19，该固定构件(例如通过旋拧)固定到压缩机缸体16上、并且将轴承套15轴向紧固在压缩机缸体16上、并且更具体地是紧固在压缩机缸体16的环形肩部18上。
根据附图所示的实施例，轴承套15包括环形肩部21，固定构件19靠在该环形肩部上，并且轴承套15部分地夹在压缩机缸体16与固定构件19之间。
该轴向轴承装置进一步包括弹性元件22，该弹性元件被安排在第一轴向轴承板12的第二表面12.2与压缩机缸体16之间。弹性元件22以预定力将第一轴向轴承板12、第二轴向轴承板13和间隔圈14在轴向上偏置抵靠轴承套15的顶接表面17，该预定力例如是在1000N到2000N的范围内、并且优选约为1500N。有利地，弹性元件22是环形弹簧垫圈，该环形弹簧垫圈优选具有Belleville型、并且是与轴承套15和驱动轴3同轴安排的。
有利地，弹性元件22被安排在压缩机缸体16的轴向表面中形成的环形凹部23中，并且在接近间隔圈14的平均半径的半径处与第一轴向轴承板12的第二表面12.2的径向外部发生接触。
应注意，在离心式压缩机中出现热膨胀时，该弹性元件允许第一轴向轴承板12和第二轴向轴承板13以及间隔圈14相对于压缩机缸体16轴向滑动，并且因此避免可能导致离心式压缩机的寿命缩短的所述部分的变形。
根据本发明的实施例，在第一轴向轴承板12的第二表面12.2与压缩机缸体16的配备有环形凹部23的轴向表面之间提供有轴向间隙C。有利地，所述轴向间隙C是在20μm的范围内。
根据附图所示的实施例，轴承套15被配置成用于可旋转地支撑该驱动轴3。具体地讲，轴承套15包括径向轴承部分24，该径向轴承部分具有内表面，该内表面被配置成用于与该驱动轴3的圆柱形轴承部7的外表面合作。因此，轴承套15形成径向套轴承，并且例如形成气体径向套轴承。
根据本发明的实施例，离心式压缩机2被配置成使得可以在驱动轴3的径向凸缘部8、与第一轴向轴承板12的第一表面12.1和第二轴向轴承板13的第一表面13.1之间引入气体流体、以形成用于该驱动轴3的轴向气体轴承。离心式压缩机2还被配置成使得可以在驱动轴3的圆柱形轴承部7与径向轴承部分24的内表面之间引入气体流体、以形成用于该驱动轴3的径向气体轴承。
根据图6所示的本发明的另一个实施例，第二轴向轴承板13可以形成为轴承套15的整体部分。
当然，本发明不限于以上通过非限制性举例的方式描述的实施例，相反，它涵盖了其所有实施例。

Claims (15)

1.一种用于离心式压缩机(2)的驱动轴(3)的轴向轴承装置，该轴向轴承装置包括：
-第一轴向轴承板(12)，该第一轴向轴承板具有环形圈形状，该第一轴向轴承板(12)具有第一表面(12.1)和与该第一轴向轴承板(12)的第一表面(12.1)相反的第二表面(12.2)，
-间隔圈(14)，该间隔圈在该第一轴向轴承板(12)的径向外部处顶接该第一轴向轴承板(12)的第一表面(12.1)，
-轴承套(15)，该轴承套被固定到压缩机缸体(16)，
其特征在于，该轴向轴承装置进一步包括弹性元件(22)，该弹性元件被安排在该第一轴向轴承板(12)的第二表面(12.2)与该压缩机缸体(16)之间，并且在于，该弹性元件(22)以预定力将该第一轴向轴承板(12)和该间隔圈(14)在轴向上偏置抵靠该轴承套(15)的顶接表面(17)。
2.根据权利要求1所述的轴向轴承装置，其中，该弹性元件(22)是环形弹簧垫圈。
3.根据权利要求1或2所述的轴向轴承装置，其中，由该弹性元件(22)施加在该第一轴向轴承板(12)上的预定力是在1000N至2000N的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴向轴承装置，其中，该弹性元件(22)与该第一轴向轴承板(12)的第二表面(12.2)的径向外部发生接触。
5.根据权利要求4所述的轴向轴承装置，其中，该弹性元件(22)在接近该间隔圈(14)的平均半径的半径处与该第一轴向轴承板(12)的第二表面(12.2)的径向外部发生接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴向轴承装置，其中，该弹性元件(22)被安排在该压缩机缸体(16)的轴向表面中形成的环形凹部(23)中。
7.根据权利要求6所述的轴向轴承装置，其中，在该第一轴向轴承板(12)的第二表面(12.2)与该压缩机缸体(16)的轴向表面之间提供有轴向间隙。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轴向轴承装置，其中，该轴承套(15)被配置成用于可旋转地支撑该驱动轴(3)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴向轴承装置，进一步包括固定构件(19)，该固定构件被固定到该压缩机缸体(16)并且将该轴承套(15)轴向地紧固在该压缩机缸体(16)上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的轴向轴承装置，进一步包括第二轴向轴承板(13)，该第二轴向轴承板具有环形圈形状，该第二轴向轴承板(13)具有在轴向上面向该第一轴向轴承板(12)的第一表面(13.1)和与该第二轴向轴承板(13)的第一表面(13.1)相反的第二表面(13.2)，该间隔圈(14)在该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)的径向外部处夹在该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)的第一表面(12.1，13.1)之间，该间隔圈(14)限定该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)之间的轴向距离，该轴承套(15)顶接该第二轴向轴承板(13)的第二表面(13.2)，该弹性元件(22)以该预定力将该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)和该间隔圈(14)在轴向上偏置抵靠该轴承套(15)的顶接表面(17)。
11.根据权利要求10所述的轴向轴承装置，其中，该第二轴向轴承板(13)形成为该轴承套的整体部分。
12.一种离心式压缩机(2)，包括驱动轴(3)和根据权利要求1至11中任一项所述的轴向轴承装置。
13.根据权利要求12所述的离心式压缩机(2)，其中，该驱动轴(3)包括径向凸缘部(8)，该径向凸缘部延伸进入该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)的第一表面(12.1，13.1)的径向内部之间的空间中。
14.根据权利要求13所述的离心式压缩机，其中，在该驱动轴(3)的径向凸缘部(8)与该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)的第一表面(12.1，13.1)之间提供有轴向间隙。
15.根据权利要求13或14所述的离心式压缩机(2)，其中，该离心式压缩机(2)被配置成用于在该驱动轴(3)的径向凸缘部(8)与该第一轴向轴承板和该第二轴向轴承板(12，13)的第一表面(12.1，13.1)之间引入气体流体、以形成用于该驱动轴(3)的轴向气体轴承。
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